Учебное пособие 2074

kи – коэффициент взаимодействия лучевых дрен по табл. 7.1; N – количество лучей.

Производительность водозабора должна быть уточнена в соответствии с величиной гидравлических потерь напора по длине лучевых дрен, которая определяется по формуле

Здесь – гидравлический коэффициент трения (для труб диаметром

50–300 мм можно принимать = 0,08 0,1); V – скорость течения воды в лучевых скважинах (дренах), м/с. Значение V можно принимать по [5], зная

расход воды на одной дрене, или определять по формуле V Q , где Q –

2 q02N

общий расход по береговым или русловым дренам, м3/с; N – количество береговых или подрусловых дрен.

Примеры расчета лучевых водозаборов

Пример 1

Комбинированный водозабор состоит из трех подрусловых и двух береговых лучей. Общая производительность водозабора определяется по формуле (7.1). При этом, согласно (7.2), мощность безнапорного пласта m = 0,8·10 = 8 м. Максимальное понижение пласта S = 7,5 м, радиус луча при диаметре 200 мм r0 = 0,1 м.

По (7.6):

По (7.4):

Vr 40 0,707 207,94. 3,36 0,1

По (7.5):

VT 40 402 4 82 0,707 3,67. 2 8

90

Значения kи и принимаются по табл. 7.1. При l/m = 40/8 = 5 kи = 0,685;

при L/m = 30/8 = 3,7 = 3,75.

Значение Rб находится по формуле (7.3):

( )

Рис. 7.1. Схема комбинированного водозабора

При определении фильтрационного сопротивления Rп для подрусловых лучей по (7.7) сначала по (7.8) находится u0 и по (7.9) uп.

91

Приток воды к комбинированному лучевому водозабору (производительность водозабора), согласно (7.1), будет равен

( ) м3/сут.

Для уточнения производительности водозабора по формуле (7.16) определяют потери напора по длине дрен. Для этого надо знать Qб, Qп, Vб, Vп.

В данном случае общий расход береговых дрен составит

Qб = (2·3,14·40·7,5·8)/2,15 = 7000 м3/сут;

общий расход подрусловых дрен будет равен

Qп = (2·3,14·40·7,5·8)/0,48 = 31400 м3/сут;

скорость течения воды в береговых дренах будет

м/с;

в подрусловых:

м/с.

Потери напора в береговых дренах, согласно формуле (7.16), будут равны

в подрусловых:

Если гидравлические потери составляют менее 5 % от общего понижения S, перерасчет производительности делать не следует.

В данном случае для береговых дрен:

, т.е. менее 5 %.

92

Согласно формуле (7.11)

Согласно табл. 7.2

Ф(3,846) = erf(3,846) = 0,474.

Значение Еi по табл. 5.8

Еi(–3,8462) = –2373•10-7 ; Еi(–0,00772) = –0,95.

Подставляя полученные значения в выражение (7.11), имеем f = 4,91. Из выражений (7.15) находим

Vr 50 367,6 , .

√

1,36 0,1

Значение коэффициента взаимодействия (интерференции) находим по табл. 7.1.: kи = 0,4.

По (7.14) находим

8. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОДОЗАБОРОВ

Гидрогеологический расчет горизонтальных водозаборов сводится в основном к определению притока воды к водозабору.

Этот расчет производится в зависимости от гидрогеологических условий, в которых работает водозабор, и характера питания подземных вод. Как правило, горизонтальные водозаборы рассчитываются только для условий установившейся фильтрации.

По характеру питания подземных вод различают следующие случаи:

пласты, ограниченные односторонним прямолинейным контуром питания;

полосообразные пласты, ограниченные двумя параллельными контурами питания;

пласты, имеющие естественный бытовой поток грунтовых вод;

при заборе подрусловых вод.

При расчете притока воды в горизонтальные водозаборы рассматри-

ваются однослойные и двухслойные условия залегания водоносных пластов. Зная приток воды для обеспечения требуемого отбора, горизонтальный

водозабор следует запроектировать нужной длины и расположить его на необходимом расстоянии от реки.

8.1. Расчет горизонтального водозабора с односторонним контуром питания

При одностороннем контуре питания приток воды к горизонтальному водозабору рассчитывается по следующим зависимостям:

в случае однослойного водоносного пласта

при двухслойном строении водоносного пласта различают два случая: ― проницаемость верхнего слоя больше, чем нижнего, т.е. kф1>kф2, и наоборот. В первом случае двухслойный пласт приводится к однородному с коэффициентом фильтрации kф1= k и мощностью, равной мощности верхнего слоя, увеличенной на величину kф2m2/kф1. Водозабор в этом случае лучше располагать в пределах верхнего слоя;

― случай, когда kф2>kф1, водозабор должен быть заглублен в нижний слой и приток воды к нему рассчитывается по формуле

Здесь Q – полный приток в горизонтальный водозабор длиной l; kф, kф1, kф2 – коэффициенты фильтрации водоносных пород (м/сут); Н1 – мощность пород грунтовых вод на урезе воды в реке; Н0 – тоже на линии водозабора; Ф, Ф1 – фильтрационные сопротивления, обусловленные гидродинамическим несовершенством водозабора, определяются выражениями:

где d – приведенный диаметр водоприемной части водозабора, рассчитываемый по формуле

m – расстояние от приемной части до водоупора; Р – периметр смоченной части водоприемного элемента водозабора.

L,ΔL1 – сопротивление, учитывающее несовершенство прямолинейного контура питания, т.е. неполноту врезки реки в водоносный горизонт. Сопротивление на несовершенство границ области питания зависит от степени заиленности дна водоема. В случае незаиленного водоема L определяется по формуле

При наличии на дне реки заиленного слоя используется выражение

Здесь mp – расстояние от водоупора до дна реки; m0 – мощность заиленного слоя реки; m2 – мощность напорного (перекрытого) водоносного пласта; k0 – коэффициент фильтрации заиленного слоя.

При двухслойном пласте сопротивление на несовершенство контура питания L1 в случае, когда mp<m2, определяется по формулам (8.5) и (8.6). Если mp>m2, сопротивление на несовершенство контура питания принимается в виде

96

8.2. Расчет водозабора, расположенного в полосообразном пласте

При расположении водозабора в полосообразном пласте приток воды рассчитывается по следующим зависимостям:

• для однослойного водоносного пласта

• для двухслойного водоносного пласта

Здесь Н1 и Н2 – мощности первого и второго контуров питания соответственно; L1 и L2 – расстояния от границ питания до водозабора.

8.3. Производительность горизонтального водозабора при наличии естественного бытового потока грунтовых вод с единичным расходом

При наличии естественного бытового потока грунтовых вод с единичным расходом q0 приток воды в горизонтальный водозабор рассчитывается по формуле

8.4. Расчет подруслового горизонтального водозабора

При проектировании подруслового горизонтального водозабора приток воды к нему находится по формуле

При определении длины lтр горизонтального водозабора для обеспечения требуемого расхода Qтр можно использовать зависимость (при l/L>3÷5)

(8.14)

где lтр – длина водозабора, обеспечивающего требуемый расход Qтр; l – длина водозабора, обеспечивающего расход Q.

Для определения расстояния Lтр от реки до водозабора для обеспечения требуемого расхода Qтр (схем с односторонним контуром питания) используется выражение

Выражения (8.1, 8.2, 8.8, 8.9, 8.10) справедливы при условии, что l/L≥3÷5, в этих случаях влиянием концевых участков водозабора на картину фильтрации можно пренебречь. При значениях l/L<3÷5 в указанные формулы вместо L или L1 и L2) необходимо подставить приведенное расстояние L*(или L1 и L2 ),

вычисляемое по зависимости

Примеры расчета горизонтальных водозаборов

Пример 1

Запроектировать горизонтальный водозабор трубчатого типа на подачу воды в количестве 10 тыс. м3/сут при следующих условиях.

Расстояние от дна реки до водоупора mр = 6,0 м. На дне реки имеется слабопроницаемый слой (экран) толщиной m0 = 0,5 м, его коэффициент фильтрации

k0 = 0,12 м/сут.

По расходу q = 115 л/с и скорости 0,72 м/с подбираем диаметр горизонтального трубчатого водозабора Dг.в = 800 мм. Смоченный периметр этой трубы, заполненной водой на 1/3 диаметра (остальные 2/3 водоприемная часть),

Р = 1,03. Приведенный диаметр, согласно (8.5), d = 0,56·1,03 ≈ 0,6 м.

Расстояние от контура ограничения до водоприемной части L назначаем 60 м (из условия прокладки трубчатого водозабора). Для ориентировочных расчетов Н0 = m + 0,5d = 4,5 + 0,3 = 4,8. Длину горизонтального водозабора

98

в первом приближении принимаем 500 м. Так как l/L = 500/60 > 3÷5, расчет притока воды к водозабору определяется по формуле (8.1), по формуле (8.3) находим

либо оставить длину горизонтального водозабора l = 500 м, но пересчитать расстояние L от контура питания до водозабора по (8.15):

Таким образом для обеспечения подачи требуемого расхода воды можно запроектировать горизонтальный трубчатый водозабор длиной 565 м на расстоянии 60 м от водоема, либо водозабор длиной 500 м, но на расстоянии ≈ 49 м от водоема.

99