Перспективы организации искусственного пополнения запасов подземных вод

Таблица 7  Расстояния между водозаборными скважинами.

Гидравлическое состояние пласта	Водообильность и наличие границ
	Т>1000 м2/сут, вблизи контура   питания	Т < 100 м2/сут, вблизи закрытой границы
Грунтовые воды	50	500
Напорные воды	200	2000

 

При выборе исходного расстояния между  скважинами для реальных условий  следует принимать промежуточные  значения. Например, в неограниченном напорном пласте при Т=500 м²/сут – 500 м.

 

2.6. Выбор  метода расчета и расчетных  формул.

При значительном количестве водозаборных скважин (практически при n>3) для повариантных расчетов следует использовать расчеты по методу обобщенных систем [2, 3, 5, 6], когда понижение уровня в расчетной скважине (самой нагруженной по понижению или дебиту) определяется как сумма S_p ⁼ S_об + ∆S_с , где S_об – понижение уровня, обусловленное действием обобщенной системы; ∆S_с – дополнительное понижение уровня в расчетной скважине, обусловленное ее положением относительно других скважин и степенью ее несовершенства. В общем виде формула для определения ∆S_с  в напорном и безнапорном потоках имеет соответственно вид:

           и            ,                 (10)

где:  r_п – условный радиус внутренней области влияния расчетной скважины (при контурном расположении скважин r_п=σ/π; 2σ – расстояние между скважинами, при площадном расположении ; F – площадь внутренней области влияния расчетной скважины); - поправка на несовершенство скважин, определяемая по специальным графикам и таблицам [2, 3, 5, 6, 11 и др.] в зависимости от  l₀/m и m/r₀. (приложение 6, 7)

 

 

 

2.6.1.Учет несовершенства скважин.

Как известно, различают два вида несовершенства скважин: по степени  и по характеру вскрытия водоносного  пласта. В соответствии с этим показатель x не, входящий в формулу (7), можно представить в виде двух слагаемых:

x_{нe =} x_{1 +} x₂                                                     (10)

Здесь x₁ – часть дополнительного сопротивления, определяемая неполнотой вскрытия; x₂ – часть, определяемая характером вскрытия водоносного пласта. Второе слагаемое обусловлено сопротивлением самого фильтра скважины и прифильтровой части пласта. Проницаемость пласта в этой зоне может ухудшаться за счет явлений кольматажа или увеличиваться за счет разуплотнения прифильтровой части при выносе мелких частиц потоком воды в скважину. В последнем случае дополнительное сопротивление имеет знак минус, и говорят об "отрицательном" несовершенстве скважины. Величина x₂ может быть определена только экспериментально по данным опытно-фильтрационных работ. Поэтому в дальнейшем она нами не рассматривается.

В пластах мощностью не более  30 м водозаборные скважины обычно проектируются совершенными по степени вскрытия. В пластах большей мощности устройство длинного фильтра нецелесообразно вследствие существенного возрастания гидравлических потерь при движении воды внутри фильтра. Здесь водоприток происходит главным образом в верхней части фильтра и скважина с длинным фильтром все равно практически оказываются несовершенной. Поэтому длину фильтра следует ограничивать 30 м и в пластах большей мощности учитывать несовершенство скважины по степени его вскрытия x₁.

Величина x₁ определяется по графикам в зависимости от соотношения мощности пласта – m, длины фильтра – l и его радиуса – r₀, которые применимы для случаев, когда водоприемная часть скважины примыкает к кровле или подошве пласта (рис.3).

Рис.3. График дополнительного сопротивления x при несовершенстве скважин

 

Примечание: Для грунтовых вод средняя  расчетная мощность определяется по формуле:

Где – мощность водоносного пласта в естественных условиях;  Sj – полное расчетное понижение уровня в скважине.

Как уже отмечалось, для установления оптимальной (по гидродинамическим  и косвенно по технико-экономическим  показателям) схемы расположения скважин  следует выполнять повариантные расчеты, варьируя как размерами водозабора (обязательно), так и положением относительно границ пласта (при необходимости).

 

 

2.7. Гидродинамические  расчеты по прогнозу условий  работы проектируемого водозабора.

Пользуясь информацией из предыдущих пунктов, мы можем подставить свои данные в основную расчетную схему: проверить выполнение условия (39) и посчитать понижение в скважине.

,     ,

T=10∙(70-15)=550 (м²/сут),

 =550/0,1, 5500 (м²/сут)

    ,

9125>(0,8 ∙5500/9000000),          9125 > 0,0004    ,  (условие выполняется)

=

2) При установки водозабора из  одной скважины «с очень мощным  насосом», мы опустим УГВ более чем на 37 метра ( допустимое понижение, в нашем водоносном горизонте = мощность горизонта (70м) – глубина залегания грунтовых вод (15м), 55*0,5=27,5 метра).

Посчитаем количество скважин, выберем  расстояния между скважинами и посчитаем  понижение при кустовой откачки  за проектируемое время (9125час):

                     

 

 

 =65∙10^1/3 =140 

 F_ф = 2πr₀ l₀ =2∙3,14∙0,1∙30=18,84

Q_в.=v_доп· F_ф = 65k^1/3·2πr₀ l₀=130· πr₀ l₀ k^1/3 =140∙18,84=2637,6 [м³/сут].              

Qс.п. = (0.5 ÷ 0.75) Q_в=2637,6∙0,75=1978,2  [м³/сут].              

n= Q_сум / Q_с.п.=7977/2637,6= 3,0= 3  (скважины ).

3)По методу постепенного приближения рассчитаем расстояние между   скважинами:

Зная, что:  Т=550 (м²/сут) принимаем расстояние 2σ между скважинами 150 метров.

q₀=Q_сум /2l=7977/300=26,59   

  .

=2,01+6,31=8,32 (м)

Теперь  определим S_р = S_об + ∆S_с , где S_об – понижение уровня, обусловленное действием обобщенной системы; ∆S_с – дополнительное понижение уровня в расчетной скважине, обусловленное ее положением относительно других скважин и степенью ее несовершенства. В общем виде формула для определения ∆S_с  в безнапорном потоках имеет вид:

 

 

где:  r_п – условный радиус внутренней области влияния расчетной скважины при контурном расположении скважин r_п=σ/π=75/3,14=23,8.

2σ – расстояние между скважинами; - поправка на несовершенство скважин, определяемая по специальным графикам и таблицам в зависимости от  l₀/m=30/55=0,54 и m/r₀=55/0,1=550. ( В нашем случае водоносный пласт не большой и мы можем установить скважину до водоупора, тем самым пренебречь поправкой и считать скважину совершенной).

  S_р = S_об + ∆S_с =8,32+14,6=22,92 (м) 

Для построения более наглядной  схемы изменения расчетного понижения  уровня, необходимо варьировать расстояния между скважинами и выбрать оптимально компактное расположение скважин, но не превышая максимально допустимое понижение УГВ.

 

Аналогично посчитаем S_p для:

2σ=100 метров, S_p= 19,2 (м)

2σ=150 метров, S_p= 22,92 (м)

2σ=300 метров, S_p= 33 (м)

2σ=500 метров, S_p= 46,26 (м)

Следовательно, оптимальное расстояние между скважинами 300 метров.

Вывод: для данного водозабора целесообразно установить 3 скважины «рабочих» и 2 «резервных». Проводя мониторинг работы скважин при ухудшении гидрогеологических условий, ввести «резервные» в эксплуатацию и дополнительно установить еще 2 «резервные» скважины.

 Мы подсчитали естественные запасы. Для естественных ресурсов не достаточно информации (количество осадков, коэффициент фильтрации коренных пород…), после начала работы водозабора увеличатся искусственные и привлекаемые ресурсы, тогда станет возможным получить информацию об эксплуатационных запасах.

2.8. Выбор  схемы водоснабжения объектов.

Учитывая незначительные размеры и концентрированный характер водопотребления и линейное (друг за другом) расположение объектов водоснабжения следует ориентироваться на использование тупиковой водопроводной сети. Для повышения ее надежности в пределах жилого массива магистральные водоводы целесообразно расположить по его контуру (форма жилого массива считается заданной, а его площадь F_м может быть определена, исходя из численности населения в поселке N, нормы жилого массива на одного жителя   f = 25 м² и этажности зданий в поселке (Эт) по формуле F_м=N f /Эт=15000∙25/3=125000 (м²)

На ответственных участках водопроводной  сети для повышения надежности системы  водоснабжения (по требованиям СНиП она должна отвечать 2-й категории  надежности) могут быть предусмотрены  параллельные водоводы.

 

 

Рис 1. Схема  расположения объектов.

Условные  обозначения: 1- Водозабор (насосная станция 1-го уровня); 2- Очистные сооружения; 3- Водонапорная башня (насосная станция 2-го уровня); 4- Поселок городского типа; 5- Промышленное предприятие; 6- Водоносный горизонт.

 

2.9. Гидравлический  расчет водопроводной сети.

Выполняется с учетом неравномерности водопотребления, т.е. для самых неблагоприятных условий ее работы (сеть должна быть рассчитанной на пропуск максимально возможных расходов воды, называемых расчетными или секундными расходами). Такие условия возникают в часы и сутки максимального водопотребления с учетом того, что в это же время осуществляется тушение расчетного количества пожаров. При этом в самой неблагоприятной точке сети (самой удаленной или самой высокой) должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы сети свободный (хозяйственный) напор Н_св, величина которого определяется по формуле:

Н_св=10+(Эт – 1)·4=22. (м)                 

2.9.1. Максимальные размеры водопотребления, необходимые для гидравлического расчета сети определяются по всем ранее рассмотренным категориям водопотребления с учетом коэффициентов суточной K_сут и часовой K_час неравномерности водопотребления. При этом допустимо не учитывать расходы на прием душа, поливы территории промышленного предприятия, мойку оборудования и другие нужды предприятия при обязательном учете максимальных расходов воды для пожаротушения. Максимальный расход воды для различных нужд Q_макс в л/с определяется как частное от деления максимального объема потребной воды на время ее расходования по следующим формулам:

Для хозяйственно-питьевых нужд в поселке

        [л/с],

 

где: К_сут и К_час – коэффициенты суточной и часовой неравномерности, определяемые по СНиПу (пункт 3.3)  в зависимости от характера объектов водопотребления.

Для К_{сут.макс} принимается диапазон 1.1÷1.3, а К_{час.макс} определяется из выражения:

К_ч.макс = α_макс·β_макс 

где  α – коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемый α_макс = 1.2÷1.4;

          β – коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте, принимается по табл. 8.

 

Таблица 8 Коэффициент количества жителей.

Количество жителей в тыс.чел.	до 1	1.5	2.5	4	6	10	20	50	100	300	1000 и более
β	2.0	1.8	1.6	1.5	1.4	1.3	1.2	1.15	1.1	1.05	1.0

 

Для поливов  территории поселка при обшей  длительности полива в часах   t_пол:

q_{бл.макс.} = 10^-3·q_пол·N/3600·t_пол =Q_бл /3600∙10=1050/36000=0,029 [л/с],                                

Длительность  полива t_пол в зависимости от климатических условий принимается равной от 4 до 10 ч в сутки.

 

 

 

 

Для хозяйственно-питьевых целей на предприятии:

        [л/с].                                

где: К_час,х и К_час,г – коэффициенты часовой неравномерности водопотребления соответственно в холодных и горячих цехах (определяются по СНиПу (см. гл.2.1 настоящего пособия, табл.3), обычно К_час,х=3, К_час,г=2.5); t_c -длительность рабочих смен в часах.

На производственные нужды предприятия, если особо не оговорена неравномерность  водопотребления:

    [л/с],                                                 

Для пожаротушения при одновременном  возникновении расчетного количества пожаров n_п: