Modeling the drainage facilities operation at the prospective construction site on the Dnipro floodland

Abstract

Purpose. To carry out predictive assessment of the hydrodynamic regime at the prospective construction site on the Dnipro floodland in order to choose an expedient drainage system and substantiate the drainage parameters. Methods. In studying the hydrodynamic regime, we used the method of variant modeling of three-dimensional filtration processes during the operation of various types of drainage and different drainage element layouts using a numerical mathematical model implemented on the basis of a finite differences method. Findings. The main mode-forming factors of the investigated territory have been determined using the results of analysis and generalization of the data related to geological structure and hydrogeological conditions. The general hydrodynamic scheme of the simulated area has been developed, the structure of geofiltration model has been justified, its initial and boundary conditions have been determined. Predictive estimation of groundwater level regime has been executed, comparative analysis of vertical and bed drainage efficiency with various schemes of drainage element layouts has been carried out by simulation. The efficiency of the drainage structures operation in the protected area has been estimated for high-level flood conditions at the set water level in the Dnipro. Originality. Patterns in the hydrodynamic regime formation of the Dnipro floodland have been determined under the influence of the main mode-forming factors in conditions of drainage operation. Practical implications of the work consist in substantiation of choosing the hydrodynamically expedient drainage system, the layout of dewatering constructions and drainage parameters for the site of the projected construction. The results of this research can form the basis for the development of the protective engineering measures in construction design at sites within potentially flooded river valleys.

Мета. Прогнозна оцінка гідродинамічного режиму підземних вод на ділянці перспективної забудови заплавної частини долини р. Дніпро у зв’язку з вибором доцільної системи дренажу та обґрунтуванням параметрів дренажного водозниження. Методика. Дослідження гідродинамічного режиму варіантним моделюванням процесів планово-профільної фільтрації в умовах роботи різних видів дренажу та компоновки дренажних споруд із використанням чисельної математичної моделі, реалізованої на базі метода скінчених різниць. Результати. Визначені основні режимоутворюючі фактори досліджуваної території, розроблена загальна гідродинамічна схема модельованої області й обґрунтована структура геофільтраційної моделі, визначені її початкові та граничні умови. За даними моделювання виконана прогнозна оцінка рівневого режиму підземних вод, проведено порівняльний аналіз ефективності пластового та вертикального дренажів при різних схемах компоновки водознижуючих споруд. Ефективність роботи дренажних споруд на території, що захищається, оцінена для умов проходження високого паводку при заданій забезпеченості рівня води у р. Дніпро. Наукова новизна. Встановлення закономірностей формування гідродинамічного режиму підземних вод у заплавній частині долини р. Дніпро під впливом основних режимоутворюючих факторів в умовах роботи дренажного водозниження. Практична значимість. Обґрунтування вибору гідродинамічно доцільної системи дренажу, схеми розташування водознижуючих споруд і параметрів дренажного водозниження на ділянці проектованого будівництва. Результати досліджень можуть складати основу для розробки інженерних заходів захисного характеру при проектуванні об’єктів будівництва в межах потенційно підтоплюваних заплавних ділянок долин річок.

Цель. Прогнозная оценка гидродинамического режима подземных вод на участке перспективной застройки пойменной части долины р. Днепр в связи с выбором целесообразной системы дренажа и обоснованием параметров дренажного водопонижения. Методика. Исследования гидродинамического режима вариантным моделированием процессов планово-профильной фильтрации в условиях работы различных видов дренажа и компоновки дренажных сооружений с использованием численной математической модели, реализованной на базе метода конечных разностей. Результаты. Определены основные режимообразующие факторы исследуемой территории, разработана общая гидродинамическая схема моделируемой области и обоснована структура геофильтрационной модели, определены ее начальные и граничные условия. По данным моделирования выполнена прогнозная оценка уровенного режима подземных вод, проведен сопоставительный анализ эффективности пластового и вертикального дренажей при различных схемах компоновки водопонизительных сооружений. Эффективность работы дренажных сооружений на защищаемой территории оценена для условий прохождения высокого паводка при заданной обеспеченности уровня воды в р. Днепр. Научная новизна. Установлены закономерности формирования гидродинамического режима подземных вод в пойменной части долины р. Днепр под влиянием основных режимообразующих факторов в условиях работы дренажного водопонижения. Практическая значимость. Обоснование выбора гидродинамически целесообразной системы дренажа, схемы расположения водопонизительных сооружений и параметров дренажного водопонижения на участке проектируемого строительства. Результаты исследований могут составлять основу для разработки инженерных мероприятий защитного характера при проектировании объектов строительства в пределах потенциально подтапливаемых пойменных участков долин рек.