Получить консультацию EN
Моделирование

Геофильтрационное и геомиграционное моделирование

Численная модель потока подземных вод и переноса вещества - расчётное ядро наших проектов: от притока к карьеру и котловану до прогноза ореола загрязнения на десятилетия вперёд. Модели калибруем по фактическим данным и сопровождаем при прохождении экспертизы.

Получить консультацию

Зачем нужна модель

Аналитические формулы работают в простых схемах. Реальные объекты - слоистые толщи, сеть водотоков, переменное во времени питание, взаимодействие нескольких сооружений - требуют численного моделирования. Откалиброванная модель позволяет сравнить конкурентные варианты до строительства и выбрать решение по соотношению «эффект/стоимость», а не по аналогии.

Цена ошибки прогноза несопоставима со стоимостью модели. Недооценка водопритока - это затопленные выработки и остановка горных работ; недооценка миграции загрязнения - ущерб водозаборам и рекам, предписания надзорных органов и затраты на ликвидацию накопленного вреда, кратно превышающие стоимость своевременно запроектированной защиты.

Геомиграция: прогноз на десятилетия

Как работает прогноз: проблема и решение

Ниже - анимации реальной геомиграционной модели накопителя промышленных отходов. Разрез через накопитель: цветом показаны концентрации загрязняющего вещества в подземных водах, время прогноза - десятки лет. Слева - что происходит без защитных мероприятий, справа - прогноз с противофильтрационной завесой и дренажом, подобранными на этой же модели.

Без мероприятий: ореол фильтрата уходит из-под накопителя вниз по потоку - к области разгрузки.
Завеса + дренаж: тот же срок прогноза - ореол локализован в основании накопителя.

Оба варианта посчитаны на одной откалиброванной модели - поэтому их можно корректно сравнивать по эффекту и стоимости. Именно так мы обосновываем выбор защитных мероприятий.

Задачи, которые решаем

  • Прогноз водопритоков к карьерам, подземным рудникам, котлованам и тоннелям - по этапам отработки и строительства
  • Обоснование систем водопонижения и осушения; влияние на окружающую территорию, барражный эффект
  • Эффективность дренажных систем и противофильтрационных завес; фильтрационные потери из накопителей и водохранилищ
  • Градиенты фильтрации, суффозионная устойчивость, оценка устойчивости основания котлована к всплытию и выпору
  • Геомиграция: прогноз ореолов загрязнения от хвостохранилищ, шламонакопителей и полигонов с учётом сорбции и плотностных эффектов
  • Обоснование противомиграционных мероприятий и оценка защищённости водозаборов
  • Инженерная защита территорий от подтопления и затопления: прогноз уровней при вертикальной планировке и дренаже
  • Модели в криолитозоне: многолетнемёрзлые породы как водоупор, талики, сценарии деградации мерзлоты

Что вы получаете

  • Научно-технический отчёт с обоснованием проектных решений, готовый к прохождению экспертизы
  • Прогнозные водопритоки и понижения по всем этапам жизни объекта - с инженерным запасом по СП 103.13330.2012
  • Сравнение конкурентных вариантов мероприятий по эффекту и стоимости (ТЭР/ТЭО)
  • Карты гидроизогипс, разрезы, ореолы загрязнения на прогнозные сроки - для проектной документации и ОВОС
  • Саму модель как фундамент для дальнейшей работы: при появлении новых данных она актуализируется, а не строится заново
  • Сопровождение в экспертизе - ответы на замечания до положительного заключения

Как мы строим модель

1. ДанныеСбор и верификация: изыскания, опытные работы, режимные наблюдения, топография, климат
2. СхематизацияКонцептуальная модель: границы, горизонты, питание, разгрузка
3. Численная модельСетка, параметры, граничные условия (MODFLOW 6, FEFLOW)
4. КалибровкаВоспроизведение фактических уровней, расходов и концентраций; анализ баланса
5. ПрогнозРасчёт утверждённых сценариев, оценка чувствительности и запасов
6. Отчёт и экспертизаОбоснование решений, сопровождение до положительного заключения

Модель без калибровки - это иллюстрация, а не прогноз. Мы сначала воспроизводим существующую структуру потока и режимообразующие факторы и только после подтверждения качества модели переходим к прогнозам. Когда данных недостаточно - прямо говорим об этом и составляем программу дополнительных исследований (опытно-фильтрационные работы, режимные наблюдения), а не подгоняем параметры.

Модель обосновывает конкретные мероприятия

Модель - не самоцель, а расчётное обоснование проектных решений. Один и тот же инструмент отвечает на вопросы разных разделов проекта - от строительного водопонижения до рекультивации. Что модель даёт каждой из наших услуг:

Водопонижение Приток к котловану по этапам, требуемое число и расположение скважин, оценка устойчивости дна к суффозии и всплытию Осушение горных выработок Водопритоки к карьерам и рудникам по графику отработки, прогноз затрат на водоотлив Дренажные системы Сравнение вертикального, горизонтального и лучевого дренажа по эффекту и ТЭП, расходы к очистным Противофильтрационные завесы Эффективность завесы до её устройства: сокращение притока, подпор, обход завесы Противомиграционные завесы Перехват ореола загрязнения, остаточный вынос через завесу, срок службы решения Инженерная защита территорий Прогноз подтопления, сравнение вертикальной планировки и дренажа, сценарии отказа систем защиты Хвостохранилища и накопители Фильтрационные потери, ореолы загрязнения, обоснование перехвата и программы мониторинга Мониторинг Наблюдательная сеть по модели: скважины ставятся туда, куда прогнозируется движение фронта
Основной профиль сегодня

Хвостохранилища: фильтрация и миграция в одной модели

Хвостохранилища и накопители промышленных отходов - наш главный модельный кейс последних лет. Для них геофильтрация и геомиграция решаются в связке: модель потока даёт фильтрационные потери из чаши и работу дренажей, миграционный блок - вынос загрязняющих веществ, развитие ореола и эффективность перехвата на десятилетия вперёд, включая период после рекультивации. Анимации в начале страницы - именно из таких моделей.

Отдельная специфика - накопители в криолитозоне: мерзлота работает как естественный экран, поэтому обязательным становится консервативный сценарий её деградации - с ростом утечек, перестройкой потока и проверкой, справится ли проектный перехват. Подробнее - на странице гидрогеологического обоснования хвостохранилищ.

Кейсы

Из практики работ

Кейсы 2023-2026 годов; объекты защищены соглашениями о конфиденциальности, поэтому названия не приводим.

Подземный золоторудный рудник, Камчатка

Прогноз водопритоков в подземные выработки до конца отработки. MODFLOW 6 на нерегулярной сетке: детализация у выработок без избыточных ячеек на периферии. Питание обосновано по климатическому реанализу - метеостанции на объекте нет.

Нестационарная калибровка по журналам водоотлива за четыре года, верификация прогноза по фактическим притокам следующего года. Пик учтён с запасом не менее 20 % по СП 103.13330.2012 плюс сценарий ливня 1 % обеспеченности (ещё +40 % кратковременно).

Угольный разрез, Дальний Восток

Прогноз водопритоков по графику отработки на 17 лет вперёд - до конца отработки. Крупная река в 300-500 м от борта, многолетнемёрзлые породы и сквозные талики. Калибровка в два этапа: по естественным условиям и эпигнозно - по фактическим притокам за историю отработки.

Кроме притоков (среднегодовые ~3000-3300 м³/ч) заказчик получил прогноз годовых затрат на водоотлив по этапам и сравнение мероприятий по сокращению притока - основу для планирования модернизации очистных сооружений.

Хвостохранилище, Забайкалье

Геофильтрационная и геомиграционная модель реконструкции хвостового хозяйства с прогнозом более чем на 20 лет. Мерзлота работает как частичный экран - отдельно просчитан консервативный сценарий её полной деградации с ростом утечек в разы.

На модели сравнены варианты перехвата загрязнения: вертикальные дренажные скважины, лучевой дренаж из шахтных колодцев, завесы. По ТЭП лучевой дренаж дороже в устройстве, но втрое дешевле в эксплуатации. По результатам расставлена мониторинговая сеть.

Курортный комплекс на приморской низменности

Инженерная защита от подтопления и затопления на Черноморском побережье: исторически осушенная низменность с сетью дренажных каналов. Калибровка по трём периодам - естественные условия (1948), работа системы осушения (1974) и современное состояние; среднеквадратичное отклонение уровней от 0,17 м.

На модели сравнены вертикальная планировка, дренажные мероприятия и их комбинация, просчитан сценарий полного отключения систем защиты и учтён многолетний подъём уровня моря на 50-летний срок эксплуатации.

Для сложных объектов до фильтрационной модели строим трёхмерную геологическую модель в Leapfrog Geo: она увязывает скважины, разрезы и рудные тела в единое цифровое геологическое пространство, из которого фильтрационная модель получает достоверную структуру - без упрощения геологии «на глаз».

Геологическая модель на участке шламонакопителя (Leapfrog Geo).
Фрагмент геологической модели территории хвостохранилища (Leapfrog Geo).
Развитие ореола загрязнения в плане на подложке космоснимка: промышленная площадка на берегу реки.

Геомиграция: не только разрезы

Результаты модели представляются так, как удобно проектировщику и эксперту: карты ореолов в плане на подложке космоснимка, разрезы по расчётным створам, графики концентраций в контрольных точках, балансовые таблицы. На анимации - прогноз развития ореола загрязнения подземных вод на промышленной площадке у реки: видно, какие источники дают основной вклад и где ореол выходит к урезу.

Такой прогноз - основа для обоснования противомиграционных завес, перехватывающих дренажей и программы мониторинга: контрольные скважины ставятся не «по сетке», а туда, куда модель прогнозирует движение фронта загрязнения.

Программное обеспечение и методики

Работаем в современных версиях отраслевых комплексов: MODFLOW 6 с нерегулярными сетками (DISV) - в интерфейсах ModelMuse и GMS Aquaveo, Visual MODFLOW Flex, FEFLOW - для задач со сложной геометрией, MT3D - для массопереноса, PEST - для анализа чувствительности и автоматизации калибровки. Исходные данные и результаты ведём в ГИС; при отсутствии метеонаблюдений на объекте привлекаем данные климатических реанализов. Научная база - многолетнее сотрудничество с МГУ, Горным университетом и институтами РАН.

MODFLOW 6 / DISV ModelMuse GMS Aquaveo Visual MODFLOW Flex FEFLOW MT3D PEST Leapfrog Geo ГИС

Из наших моделей

Кадры расчётов с реальных объектов. Нажмите на изображение, чтобы открыть его крупно.

Нормативная база

Горные выработки и водопонижение

  • СП 103.13330.2012 «Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод» (актуализированная редакция СНиП 2.06.14-85) - расчётный раздел по водопритокам и водопонижению, требования к инженерному запасу прогнозов
  • СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87) - требования к водопонижению и водоотливу при разработке котлованов
  • Пособие по проектированию защиты горных выработок от подземных и поверхностных вод и водопонижения (к СНиП 2.06.14-85 и СНиП 2.02.01-83) - методики фильтрационных расчётов, контролирующих модель

Основания и защита зданий и сооружений

  • СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*) - требования к прогнозу изменения гидрогеологических условий
  • СП 250.1325800.2016 «Здания и сооружения. Защита от подземных вод» - требования к расчётному обоснованию защитных мероприятий и калибровке моделей (п. 6.3)

Подтопление и инженерная защита территорий

  • СП 104.13330.2016 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления» (актуализированная редакция СНиП 2.06.15-85) - требования к обоснованию защитных мероприятий, включая прогноз подтопления
  • СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения» (актуализированная редакция СНиП 22-02-2003)
  • Постановление Правительства РФ от 18.04.2014 № 360 «О зонах затопления, подтопления» - порядок установления зон, границы которых обосновываются в том числе моделированием
  • Справочное пособие к СНиП 2.06.15-85 «Прогнозы подтопления и расчёт дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях» (1991) - методики прогнозов подтопления и расчёта дренажа
  • Рекомендации по методике оценки и прогноза гидрогеологических условий при подтоплении городских территорий (ПНИИИС Госстроя СССР, 1983) - методическая основа прогнозов подтопления застроенных территорий

Накопители и полигоны отходов

  • СП 540.1325800.2024 «Накопители жидких промышленных отходов. Основные положения проектирования» - требования к гидрогеологическому обоснованию хвостохранилищ и накопителей
  • СП 127.13330.2023 «Объекты размещения отходов производства. Основные положения по проектированию» (взамен СП 127.13330.2017)
  • СП 320.1325800.2017 «Полигоны для твёрдых коммунальных отходов. Проектирование, эксплуатация и рекультивация» - требования к защите подземных вод от фильтрата
  • СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы…» - предельно допустимые концентрации при оценке прогнозных ореолов загрязнения

Параметры для модели: опытные работы

  • ГОСТ 23278-2014 «Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости» (взамен ГОСТ 23278-78) - полевое определение фильтрационных параметров, входных для модели
  • Рекомендации по определению гидрогеологических параметров грунтов методом откачки воды из скважин (ПНИИИС Госстроя СССР, 1986) - методика обработки опытных откачек

Связь с другими направлениями

Геофильтрация - основа, на которую опираются остальные расчёты: модель поверхностного стока задаёт инфильтрационное питание, а тепловой режим грунтов меняет их фильтрационные свойства. При необходимости решаем связанные задачи - фильтрация с массопереносом и теплопереносом - в единой постановке.

Смежные услуги

ВодопонижениеВременное снижение уровня подземных вод на период строительстваОсушение горных выработокПрогноз водопритоков и системы осушения карьеров и рудниковПротивофильтрационные завесыБарьеры, сокращающие водопритоки и эксплуатационные затратыПротивомиграционные завесыЗащита подземных вод от распространения загрязненияХвостохранилища и накопителиГидрогеологическое обоснование накопителей промышленных отходов

Частые вопросы

Когда достаточно аналитического расчёта, а когда нужна численная модель?

Аналитические решения работают в простых схемах: один горизонт, однородные свойства, простая геометрия. Если на объекте несколько водоносных горизонтов, сеть водотоков, взаимодействующие сооружения или требуется прогноз во времени - нужна численная модель. Для ответственных объектов мы обычно выполняем оба расчёта: аналитика задаёт порядок величин и контролирует модель.

Какие исходные данные нужны для построения модели?

Отчёты об инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях, фильтрационные параметры по данным опытных работ, режимные наблюдения за уровнями и расходами, топография, данные о водотоках и существующих сооружениях. Дефицит данных - не препятствие: мы оцениваем их полноту и достоверность и при необходимости составляем программу дополнительных гидрогеологических исследований - опытно-фильтрационных работ и режимных наблюдений.

Что такое калибровка модели и зачем она нужна?

Калибровка - воспроизведение моделью фактически измеренных уровней, расходов и концентраций. Только откалиброванная модель имеет прогнозную силу: если модель не воспроизводит текущее состояние, доверять её прогнозам нельзя. Мы калибруем модели по многолетним рядам наблюдений и, когда есть возможность, выполняем верификацию: сравниваем ранее рассчитанный прогноз с фактическими данными, поступившими позже, - совпадение прогноза с фактом напрямую подтверждает качество модели.

Пройдёт ли модель государственную экспертизу?

Отчёты готовим с учётом требований экспертизы: обоснованная схематизация, калибровка по фактическим данным, анализ баланса и прозрачная методика. Сопровождаем отчёт при прохождении экспертизы: отвечаем на замечания экспертов, при необходимости выполняем дополнительные расчёты и обосновываем принятые решения.

В каком программном обеспечении вы работаете?

Основные комплексы - MODFLOW (включая MODFLOW 6 с нерегулярными сетками) в интерфейсах ModelMuse, GMS Aquaveo и Visual MODFLOW Flex, а также FEFLOW для задач со сложной геометрией. Массоперенос - MT3D и сопряжённые модули, автоматизация калибровки - PEST. Комплекс подбираем под условия объекта и требования заказчика.

Сколько стоит моделирование и какие сроки?

Зависит от размеров области, числа горизонтов, наличия массопереноса и качества исходных данных. Типовой срок разработки и калибровки модели с отчётом - от одного до трёх месяцев. Пришлите исходные данные - оценим объём работ и назовём сроки и стоимость в течение одного-двух рабочих дней.

Обсудить вашу задачу

Пришлите исходные данные - оценим объём задачи, предложим состав работ и сроки в течение одного-двух рабочих дней.

Получить консультацию