Учебное пособие 1349

1. Задание и состав проекта

Исходные данные при проектировании водозаборных сооружений:

1.Предполагаемая суточная производительность водозабора Q, м3/сут;

2.Данные по подземному источнику водоснабжения:

1)Толщина растительного слоя, условия залегания водоносного пласта, состав водоносных пород.

2)Мощность водоносного пласта, m, м.

3)Толщина “крыши”, м.

4)Глубина до подошвы, м.

5)Глубина до статического горизонта воды, м.

6)Коэффициент фильтрации, K, м/сут.

7)Коэффициент водоотдачи, µ.

Пояснительная записка должна содержать следующие разделы: Введение.

1)Выбор типа и состава водозаборных сооружений.

2)Гидрогеологический расчет выбранного типа сооружений для различных условий залегания водоносного пласта.

3)Гидравлический расчет сооружений и коммуникаций, подбор насосов первого подъема.

4)Организация зон санитарной охраны.

Графическая часть проекта состоит из:

-плана головных сооружений с зонами санитарной охраны, с коммуникациями и дорогами в масштабе 1:5000, 1:10000;

-плана и разреза водозаборного сооружения (скважины) с установкой насосов первого подъема в масштабе 1:50, 1:100;

-деталей и узлов водоприемного сооружения в масштабе 1:25, 1:50.

2.Расчет и проектирование трубчатых колодцев (буровых скважин)

Буровые скважины являются наиболее распространенным типом водозаборов и применяются для каптажа подземных вод в самых разнообразных гидрологических условиях.

Глубина скважин определяется глубиной залегания и мощностью эксплуатационного водоносного горизонта и может изменяться в широком диапазоне от 5-10 м и до 1000 м и более.

Проектирование буровых скважин рекомендуется вести в следующей последовательности.

2.1. Оценка исходных данных

По исходным данным строится геологический разрез в месте строительства водозабора (рис. 1), согласно которому дается характеристика подземных вод: напорные – если статический горизонт воды (СГВ) находится выше “крыши”; безнапорные – если СГВ находится ниже “крыши”;

2

2.2. Определение часовой производительности водозабора

что скважины работают равномерно в течении суток:

где - коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды

потребителем в сутки максимального водопотребления, м3 сут.

3

2.3. Расчет водоприемного устройства (фильтра)

Фильтры в скважинах надлежит устанавливать в рыхлых, неустойчивых скальных и полускальных породах. Тип и конструкцию фильтров следует принимать в зависимости от гидравлических условий, дебита и режима эксплуатации в соответствии с рекомендациями [1, прил. 2]. При расчете фильтров определяют их диаметр и длину. Расчетную длину рабочей части фильтра lф определяют с учетом требований [1, п.п. 5,18-5,20]. Согласно [2]

рабочую длину фильтра lф , учитывая рабочую поверхность, занятую хомутами, муфтами и т.д., можно определить по выражению

где m - мощность водоносного пласта, м .

Диаметр фильтра dф , как и всей эксплуатационной колонны труб в

скважинах, следует принимать в зависимости от устанавливаемого оборудования. При установке насосов с погружным электродвигателем диаметр эксплуатационной колонны принимается равным номинальному диаметру насоса, при установке насоса с электродвигателем над скважиной – на 50 мм больше номинального диаметра насоса.

По условиям ремонта скважин минимальный диаметр каркаса фильтра следует принимать не менее 100-150 мм . Скорость движения воды в водоподъемных трубах не должна превышать 1,5-2 мс .

Размер проходных отверстий фильтра назначают с учетом гранулометрического состава пород, слагающих водоносный горизонт, и соответствующего размера частиц гравийной обсыпки. Для подбора размеров отверстий фильтров рекомендуется пользоваться табл. 1.

Таблица 1 Размер отверстий фильтров в зависимости от коэффициента неоднородности

пород и их среднего диаметра

Где K н d60 - коэффициент неоднородности водоносного пласта;

d10

4

d50, d60, d10 - размеры частиц, меньше которых в водоносном пласте содержится соответственно 50, 60, 10% (определяется по графику гранулометрического состава).

2.4. Определение необходимого количества скважин и их размещение на площадке водозабора

Для определения количества рабочих скважин находят водозахватную способность одной скважины [2]:

где k - коэффициент фильтрации, м/сут. Зная часовую производительность водозабора Qв , определяют необходимое количество рабочих скважин

Q

n раб Q в (5) скв

Округление количества скважин до целого числа всегда проводят с увеличением, а затем уточняют производительность скважины делением производительности водозабора (Qв) на уточненное количество рабочих

скважин (nраб.ут.) (Qскв.ут.=Qв /nраб.ут.).

Количество резервных скважин определяется по [1, табл.10].

Полное количество скважин определяется как сумма рабочих и резервных:

От расстояния между скважинами зависит строительная и эксплуатационная стоимость водозаборных сооружений. С увеличением расстояния между скважинами возрастает протяженность напорных трубопроводов, а следовательно, и строительная стоимость водозабора. Эксплуатационные расходы при этом могут снижаться за счет уменьшения высоты подъема воды из скважины, т.к. степень взаимного влияния колодцев на понижение уровня воды в скважине уменьшается с увеличением расстояния между ними.

Наименьшее расстояние между скважинами, эксплуатирующими один и тот же водоносный горизонт, принимается на основе гидрогеологических расчетов.

Ориентировочно минимальное расстояние может быть принято по табл.2.

5

Таблица 2 Расстояния между скважинами в зависимости от водоносных пород

Задавшись расстоянием между скважинами в зависимости от производительности и характера водоносной породы, составляют схему расположения скважин. При этом колодцы могут располагаться в один ряд или любым другим образом (по кругу, в несколько рядов) в зависимости от количества скважин, условий питания водоносного горизонта и конкретных гидрогеологических и топографических условий.

2.5. Гидрогеологические расчеты водозаборных скважин

При проектировании водозаборов, состоящих из группы скважин, рассчитываются две задачи:

первая – при заданном суммарном расходе водозабора в целом находят уровень динамического горизонта воды в трубчатых колодцах;

вторая – при принятом максимально допустимом понижении уровня воды к концу расчетного периода эксплуатации находят производительность водозабора в целом.

За расчетный период эксплуатации водозабора обычно принимают 25 лет или 104 суток.

Общая расчетная зависимость для определения понижений уровня подземных вод в любой точке водоносного пласта может быть представлена

Qскв - суточный дебит одной скважины, м3/сут;

k - коэффициент фильтрации, м/сут;

m - мощность напорного водоносного пласта, м;

hе - естественная мощность грунтового (безнапорного) потока, м;

R - гидравлическое сопротивление пласта, зависящее от гидрогеологических условий и типа водозаборного сооружения.

6

Производительность водозаборного сооружения может быть найдена по

где H e и he - соответственно напор над подошвой горизонта в напорных

пластах и первоначальная глубина воды до водоупора в безнапорных пластах, м ;Hн и hн - максимальная глубина погружения насоса (нижней его

кромки) под динамический уровень воды в скважине принимается 3-5 м ;

H и h - потери напора на входе в скважину (ориентировочно 1,0-1,5), м ;

m - мощность напорного пласта, м .

При выполнении курсового проекта обычно рассматривают первую задачу, находя суммарное понижение водозабора к концу расчетного периода эксплуатации. Для решения этой задачи необходимо определить гидравлическое сопротивление пласта, зависящее от гидрогеологических условий.

Для определения гидравлического сопротивления пласта R проводят гидрологические расчеты водозаборных скважин. Их выполняют обычно для нескольких вариантов расположения водозаборов, по которым проводится технико-экономическое сопоставление и выбор оптимальной схемы водозабора. Во всех вариантах расчетные понижения уровня сопоставляются с допустимыми понижениями.

2.6. Определение гидравлического сопротивления

Гидрогеологические расчеты водозаборных сооружений могут быть сделаны при той или иной схематизации гидрологической обстановки.

Выделяются следующие схемы водоносных пластов:

1)долины рек; сюда входят: полуограниченный пласт (с одним прямолинейным контуром питания), пласт-полоса и пласт-квадрант;

2)артезианские бассейны – неограниченные по площади распространения изолированные и слоистые водоносные горизонты;

7