Главная > Цветы

Как происходит образование подземных вод. Какие бывают подземные воды – классификация

Вспомните

  • Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождем? Через какие горные породы вода просачивается быстрее - пески или глины? Что такое родники (ключи)? Почему в роднике вода холодная даже летом?

Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород.

Вода в твердом состоянии - это кристаллики и прослойки льда в промерзших породах.

    Подземные воды - это воды, находящиеся в горных породах земной коры.

Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши - рек, озер, болот. Они возникают за счет просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод - способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 142).

Рис. 142. Водопроницаемость горных пород

Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твердые, но трещиноватые породы (известняк, песчаник, сланец). Чем крупнее частицы и поры, тем лучше водопроницаемость. Горные породы, не пропускающие воду, - водонепроницаемые, или водоупорные. Это глины или любые нерастрескавшиеся твердые породы.

Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своем пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 143). Вода в них течет вниз по наклоненной поверхности водоупорного слоя.

Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоев. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоев различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 143).

Рис. 143. Подземные воды

Воды верхнего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, называются грунтовыми. Межпластовые воды располагаются между двумя водоупорными слоями. Сюда вода с поверхности попадает только через те места, где водоносные слои выходят на поверхность.

Глубина и толщина слоя грунтовых вод зависят от геологического строения территории, рельефа и климата. На равнинах с холодным и влажным климатом грунтовые воды могут подходить к самой поверхности, способствуя образованию болот. Если климат жаркий и сухой, грунтовые воды располагаются на большой глубине. Глубина слоя грунтовых вод может меняться по сезонам года. В России весной грунтовые воды располагаются ближе к поверхности, а летом - дальше от нее.

В пористых породах недр величайшей пустыни мира Сахары имеются огромные запасы подземных пресных вод. Их так много, что они могут обеспечить потребности всех стран, расположенных на территории пустыни. Однако эти воды залегают на глубине 150-200 м от поверхности.

Грунтовые воды часто выходят на поверхность, образуя источники (родники, ключи) в понижениях рельефа: речных долинах, оврагах. Межпластовые воды добывают с помощью специально пробуренных скважин. Иногда вода бьет через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 144).

Рис. 144. Артезианские воды

Артезианские воды образуются в вогнутых слоях горных пород. Вода оказывается здесь под большим давлением, поэтому она фонтанирует при вскрытии скважины.

Не все подземные воды пресные. Некоторые из них содержат много растворенных веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся теплыми и даже горячими.

Если толщи земной коры сложены легко растворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 145). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.

Рис. 145. Формы карста

Вода не просто создает карстовые пещеры. Она украшает их живописными каменными «скульптурами». Из капель, просачивающихся с потолка пещер, как сосульки, нарастают вниз сталактиты. Из капель, падающих на пол пещеры, снизу постепенно растут столбики - сталагмиты. Эти формы иногда срастаются друг с другом в единые колонны.

Вопросы и задания

  1. Откуда вода попадает в толщу земной коры?
  2. Назовите виды подземных вод.
  3. Что такое источник? Где он образуется?
  4. Где образуются карстовые пещеры?

» новыми видами воды. Сегодня в гостях — подземные воды . Мы поговорим про то, что такое подземные воды, откуда они берутся и куда деваются. По ходу развеем парочку общеобычных заблуждений на тему подземных вод.

Подземные воды — это собирательное название разнообразных залежей воды под землёй. Вода под землёй бывает пресная, очень пресная, солоноватая, солёная, сверхсолёная (например, в криопегах, которые мы затронули в статье «Разнообразие воды в мире «).

Общее для всех типов подземных вод: они располагаются над водонепроницаемым слоем почвы. Водонепроницаемый слой почвы — это грунт, который содержит большое количество глины (не пропускает воду) или грунт из сплошной скальной породы с минимальным количеством трещин.

Если выйти на улицу и расстелить на земле лист полиэтилена, то получится не что иное, как модель водонепроницаемого слоя почвы. Если налить на полиэтилен воду, то она соберётся во впадины, будет перетекать из более высоко расположенных мест в более низкие. Получится модель распределения подземных вод. А если в полиэтилене сделать несколько дырочек разного размера, получится модель проникновения верхних вод в нижележащие горизонты.

Точно так же запасы подземных вод образуются там, где водонепроницаемый слой создаёт углубления. Образуются подземные реки от более высоких углублений к более низким. В местах, где водонепроницаемый слой прерывается, верхние воды спускаются на нижний уровень.

В виде рисунка это можно представить так:

Теперь о том, откуда появляются подземные воды.

Основной источник: дождь. Дождь выпадает, впитывается в землю. Вода проникает через рыхлые верхние рыхлые слои почвы и скапливается в углублениях верхнего водонепроницаемого слоя земли. Этот тип воды называется «верховодка». Он сильно зависит от погоды — если дожди идут часто, вода есть. Если дожди идут реже, воды мало или нет вообще. Также это самый загрязнённый слой подземной воды, поскольку фильтрация через грунт была минимальной, и вода содержит всё — и нефтепродукты, и удобрения, и ядохимикаты и т.д. и т.п. Глубина залегания этого типа воды в основном от 2 до 10 метров.

Далее, в местах разрыва верхнего водонепроницаемого слоя дождевая вода попадает в более низкие водоносные горизонты. Их количество различно, глубина залегания также очень отличается. Так, верхняя граница начинается от 30 метров и может достигать 300 и глубже. Кстати, например, на Украине, частным лицам запрещено использовать воду глубже 300 метров, так как это — стратегический запас страны.

Интересная закономерность — чем глубже расположен водоносный горизонт, тем реже в нём встречаются места связи с более верхними слоями. Так, например, в пустыне Сахара используют подземные воды, которые попали под землю в Европе. Другая закономерность — чем вода глубже, тем она чище и тем менее она зависит от выпадения осадков.

Часто считается, что подземные воды расположены в пустотах. Это случается, но в основном подземные воды — это смесь песка, гравия, других минералов и большого количества воды.

Было сказано, откуда подземные воды берутся, как перемещаются, но не было сказано, куда они деваются. А деваются они либо ещё глубже под землю, либо изливаются на поверхность в виде родников, ключей, гейзеров, источников и прочих подобных явлений. Так, например, Днепр берёт своё начало из-под земли где-то в Белоруссии. Возле мыса Айа (Крым, недалеко от Севастополя), есть источник пресной воды, бьющий в море. Я сам не видел (он держится в тайне:), но ныряльщик рассказывал: ныряешь с бутылкой, открываешь её под водой горлышком вниз, туда набирается пресная вода.

Помимо естественных типов выхода подземных вод существуют и искусственные. Это скважины. И со скважинами связано такое интересное явление, как артезианские воды. Давно, во Франции, в Артезе, пробурили скважину в поисках воды. А вода стала бить из скважины фонтаном. То есть, артезианские воды — это такие воды, которые поднимаются из-под земли без помощи насосов. Таких случаев немного, чаще всего попадаются безнапорные скважины.

Итак, как и всё в природе, подземные воды имеют начало, изменение и конец — они попадают под землю с дождём, путешествуют под землёй из слоя в слой и в конце концов изливаются на поверхность.

Круговорот подземных вод, так сказать 🙂

Водную оболочку Земли — гидросферу — формируют подземные воды, атмосферная влага, ледники и поверхностные водоемы, в том числе океаны, моря, озера, реки, болота. Все воды гидросферы взаимосвязаны между собой и находятся в беспрерывном круговороте.

Основной состав гидросферы — соленые воды. На пресную воду приходится менее 3% всего объема. Цифры условны, так как в расчетах учтены только разведанные запасы. Между тем, по предположениям гидрогеологов, в глубинных слоях Земли находятся колоссальные хранилища подземных вод, месторождения которых еще предстоит открыть.

Подземные воды как часть водных ресурсов планеты

Подземные воды — воды, содержащиеся в водовмещающих осадочных породах, слагающих верхний слой земной коры. В зависимости от окружающих условий, таких как температура, давление, виды горных пород, воды находятся в твердом, жидком или парообразном состоянии. Классификация подземных вод прямым образом зависит от грунтов, слагающих земную кору, их влагоемкости и глубины залегания. Слои водонасыщенных пород носят название «водоносные горизонты».

Водоносные горизонты с пресной водой считаются одним из важнейших стратегических ресурсов.

Характеристики и свойства подземных вод

Различают безнапорные водоносные горизонты, ограниченные пластом водонепроницаемых пород снизу и называемые грунтовыми водами, и напорные, расположенные между двумя водоупорными пластами. Классификация подземных вод по типу водонасыщенных грунтов:

  • поровые, залегающие в песках;
  • трещинные, наполняющие пустоты твердых скальных пород;
  • карстовые, находящиеся в известняках, гипсах и подобных им водорастворимых породах.

Вода, универсальный растворитель, активно поглощает вещества, входящие в состав пород, и насыщается солями и минералами. В зависимости от концентрации растворенных в воде веществ различают пресную, солоноватую, соленую воду и рассолы.

Виды воды в подземной гидросфере

Вода под землей находится в свободном или связанном состоянии. К свободным подземным водам относятся напорные и безнапорные воды, способные перемещаться под действием гравитационных сил. В числе связанных вод:

  • кристаллизационная вода, химически входящая в кристаллическую структуру минералов;
  • гигроскопическая и пленочная вода, физически связанная с поверхностью частичек минералов;
  • вода, находящаяся в твердом состоянии.

Запасы подземных вод

На подземные воды приходится около 2 % от объема всей гидросферы планеты. Под термином «запасы подземных вод» подразумевается:

  • Количество воды, содержащееся в водонасыщенном слое грунта — естественные запасы. Пополнение водоносных горизонтов происходит за счет рек, атмосферных осадков, перетока воды из других водонасыщенных пластов. При оценке запасов подземных вод учитывается среднегодовой объем подземного стока.
  • Объем воды, который может быть использован при вскрытии водоносного горизонта — упругие запасы.

Еще один термин — «ресурсы» — обозначает эксплуатационные запасы подземных вод или объем воды заданного качества, который возможно добыть из водоносного горизонта в единицу времени.

Загрязнение подземных вод

Эксперты классифицируют состав и вид загрязнения подземных вод следующим образом:

Химические загрязнения

Неочищенные жидкие стоки и твердые отходы предприятий индустрии и сельского хозяйства содержат различные органические и неорганические вещества, в том числе тяжелые металлы, нефтепродукты, токсичные ядохимикаты, почвенные удобрения, дорожные реагенты. Химические вещества проникают в водоносные горизонты через грунтовые воды и неправильно изолированные от смежных водонасыщенных пластов скважины. Химические загрязнения подземных вод отличаются широким распространением.

Биологические загрязнения

Неочищенные хозяйственно-бытовые стоки, неисправные канализационные магистрали и поля фильтрации, расположенные вблизи водозаборных скважин, могут стать источниками заражения водоносных горизонтов болезнетворными микроорганизмами. Чем выше фильтрационная способность грунтов, тем медленнее распространяется биологического загрязнение подземных вод.

Решение проблемы загрязнения подземных вод

Учитывая, что причины загрязнения подземных вод носят антропогенный характер, мероприятия по охране подземных водных ресурсов от загрязнения должны включать мониторинг бытовых и промышленных стоков, модернизацию систем очистки и утилизации сточных вод, ограничение сбросов стоков в поверхностные водоемы, создание водоохранных зон, усовершенствование технологий производства.

(до глубины 12-16 км) в жидком, твердом и парообразном состояниях. Основная масса их образуется вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод. Подземные воды постоянно перемещаются как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Глубина их залегания, направление и интенсивность движения зависят от водопроницаемости пород. К водопроницаемым породам относят галечники, пески, гравий. К водонепроницаемым (водоупорным), практически не пропускающим воду — глины, плотные без трещин , мерзлые грунты. Слой горной породы, в котором заключена вода, называется водоносным.

По условиям залегания подземные воды подразделяют на три вида: , находящиеся в самом верхнем, почвенном слое; , залегающие на первом от поверхности постоянном водоупорном слое; межпластовые, находящиеся между двумя водоупорными пластами. Грунтовые воды питаются просочившимися осадками, водами , озер, . Уровень грунтовых вод колеблется по сезонам года и различен в разных зонах. Так, в он практически совпадает с поверхностью, находится на глубине 60-100 м. Распространены они почти повсеместно, не обладают напором, перемещаются медленно (в крупнозернистых песках, например, со скоростью 1,5-2,0 м в сутки). Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. По химическому составу различают пресные (до 1 г солей на 1 л воды) и минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды) подземные воды. Естественные выходы подземных вод на земную поверхность называется источниками (родниками, ключами). Они образуются обычно в пониженных местах, где земную поверхность пересекают водоносные . Источники бывают холодными (с не выше 20°С, теплыми (от 20 до 37°С) и горячими, или термальными (свыше 37°С). Периодически фонтанирующие горячие источники называются гейзерами. Они находятся в областях недавнего или современного ( , ). Воды источников содержат разнообразные химические элементы и могут быть углекислыми, щелочными, соляными и т.д. Многие из них имеют лечебное значение.

Подземные воды пополняют колодцы, реки, озера, ; растворяют различные вещества в породах и переносят их; вызывают оползни, . Они обеспечивают растения влагой и население питьевой водой. Источники дают наиболее чистую воду. Водяной пар и горячая вода гейзеров служат для отопления зданий, теплиц и энергетических установок.

Запасы подземных вод очень велики — 1,7%, но возобновляются крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.

Подземные источники

Водозаборные сооружения

Определения:

Водозаборные сооружения (водозабор) – комплекс гидротехнических сооружений и насосных станций, обеспечивающих забор воды из источника, предварительную очистку и подачу, в соответствии с требованиями потребителей по ее бесперебойности, расходу и напору.

Водоприемник (водоприемное устройство) – сооружение, с помощью которого осуществляются забор воды из источника водоснабжения и защита от попадания в транспортируемый поток объектов фауны и флоры.

Забор воды - процесс отбора воды из источника водоснабжения.

Глубинный водоотбор - процесс отбора воды из нижних слоев источника водоснабжения.

Источник водоснабжения - водоток или водоем, используемый для водоснабжения.

Место водоотбора - участок источника водоснабжения, в пределах которого забираемая водоприемником вода оказывает влияние на перемещение наносов, мусора, шугольда, планктона, а также на направление течений, возбуждаемых другими факторами.

Местные условия источника водоснабжения - совокупность топографических, геологических, метеорологических, гидрологических, гидроморфологических, гидротермических, гидробиологических и других факторов избранного или заданного участка источника. Поскольку упомянутые факторы взаимосвязаны, то местные условия обычно
индивидуальны для каждого избранного участка источника водоснабжения.

Плотностная стратификация - изменение плотности воды по глубине водотока или водоема. Она может возникнуть за счет перепада температур или солености воды между поверхностным и придонным слоями, а также за счет поступления масс воды с повышенным содержанием наносов.

Лекция 1.

Виды источников водоснабжения

Поверхностные источники

Водотоки – реки, каналы;

Водоемы – озера, моря, океаны

Подземные источники

Подземные воды различают : на верховодку, грунтовые и артезианские, шахтные воды.

Для северных районов страны эти воды различают: надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные.

Запасы подземных вод подразделяются на естественные и эксплуатационные.

Естественные запасы – это объемы воды, заключенные в порах и трещинах горных пород (статические и упругие запасы) и расходы вод, протекающих через рассматриваемое сечение (створ) водоносного пласта (динамические запасы).

Эксплуатационные запасы определяют практические возможности отбора подземных вод и характеризуют собой количество воды, которое может быть получено из пласта рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и качестве воды, удовлетворяющем требованиям потребителей в течение расчетного срока водопотребления

Тема: Условия залегания подземных вод.

Типы водозаборов. Условия их применения

Изучением подземных вод занимается наука гидрогеология.

По условиям залегания (рис. 1) различают два основных типа подзем вод - безнапорные и напорные. Горизонты безнапорных вод не имеют сплошного непроницаемого покрытая. В таких горизонтах устанавливается свободный уровень воды, глубина которого соответствует поверхности водоносных пород.

Воды первого от поверхности сплошного водоносного горизонта

Называются грунтовыми. Линзообразные скопления воды на водоупорах или слабопроницаемых слоях имеющие локальные распространение, образуют верховодку, которая расположена над грунтовыми водами.

Грунтовые воды - это, как правило. воды безнапорные, хотя на отдельных участках могут приобретать местный напор; залегают они обычно на небольшой глубине и поэтому подвергаются воздействию гидрометеорологических факторов. В зависимости от сезона,

количества осадков а температуры изменяются как уровень грунтовых вод, так а их химический состав. Питание грунтовых вод происходит посредством инфильтрации атмосферных осадков и речных вод, а в некоторых случаях за счет поступления напорных вод из нижележащих горизонтов. Вследствие неглубокого залегания и отсутствия водоупорных покрытий грунтовые воды могут легко подвергаться загрязнению. Условия

залегания этих вод очень разнообразны.

Напорные воды заключены между водонепроницаемыми слоями. В буровой скважине, вскрывшей напорный водоносный горизонт, вода поднимается выше кровли этого горизонта. Если напорный (пьезометрический) уровень расположен над поверхностью земли, то скважина фонтанирует. Поэтому для получения самоизливающей воды скважины необходимо бурить на участках с пониженным рельефом. Проницаемый пласт, ограниченный двумя водоупорами, может не быть заполнен водой. При этом образуются полунапорные или безнапорные межпластовые воды. Напорные воды зачастую называют артезианскими, независимо от того, изливаются эти воды на

Рис. 1 Схема условий залегания подземных вод

Водоносный горизонт является напорным, если он имеет область питания, расположенную на более высоких отметках, чем водоупорная кровля этого горизонта.

При откачке воды из скважины из скважины вокруг ее образуется депрессионная воронка. В без напорных водах эта воронка отражает понижение уровня воды вокруг скважины, осушение части водоносного горизонта. В напорном горизонте образуется депрессия пьезометрической поверхности - снижение давления в определенной зоне вокруг скважины. Артезианские воды залегают обычно на более или менее значительной глубине. От поверхности они изолированы водоупорными слоями и поэтому менее подвержены загрязнению, чем грунтовые воды. Оценивая возможность использования подземных вод, определяют их естественные эксплуатационные запасы. Под естественными запасами подземных вод подразумевается количество подземных вод, находящихся в водоносных породах, ненарушенных эксплуатацией водозаборных сооружений; под эксплуатационными их расход, который может быть получен на месторождении с помощью в технико-экономическом соотношении водозаборных сооружений при заданном режиме эксплуатации при качестве воды, удовлетворяющем требование потребителей в течение расчетного времени потребления. . Они составляют часть естественных запасов. Эксплуатационные запасы подземных вод при проектировании водозаборных сооружений подсчитывают по результатам проведенных на месторождении детальных гидрогеологических работ.

При эксплуатации водоносного горизонта нарушается естественный режим и баланс подземных вод, вследствие чего в области отбора воды возникает зона пониженного давления, и таким образом создаются благоприятные условия для вовлечения в данной эксплуатируемый водоносный горизонт дополнительных ресурсов: переток воды из смежных водоносных пластов, разделенных слабопроницаемыми слоями, инфильтрация атмосферных осадков, фильтрация из поверхностных водотоков и водоемов, искусственное регулирование режима вод и др. В зависимости от степени разведанности эксплуатационных запасов, сложности гидрогеологических и гидрохимических условий однородность фильтрационных свойств водовмещающих пород устанавливают категорию подземных вод.



Тема: Типы водозаборов подземных вод. Условия их применения. Забор воды с помощью скважин

Выбор типа и схемы размещения водозаборных сооружений ’ производят исходя из геологических, гидрогеологических и санитарных условий района, а также технико-экономических соображений. Водозаборы подземных вод состоят как из отдельных сооружений (каптажных) для получения подземных вод, так и из их системы

:(водозаборов). Одно каптажное сооружение также можно назвать водозабором. Водозаборные скважины и шахтные колодцы широко применяются при эксплуатации как безнапорных, так и напорных подземных вод. Шахтные колодцы используют чаще при небольших объемах потребления и глубине залегания подземных вод 20-30 м. Эффективное использование водозаборных скважин возможно при глубине подошвы водоносного слоя более 8-10 м и при его мощности 1-2 м. Эффективность их использования возрастает с глубиной из залегания вод; при этажном залегании водоносных горизонтов, когда один или несколько из них являются источниками водоснабжения, скважины становятся незаменимыми.

Горизонтальные водозаборы могут применяться при неглубоком залегании водоносного пласта небольшой мощности. Зачастую их использование позволяет добиться более высокого эффекта в заборе воды, чем использование вертикальных водозаборов. Горизонтальные водозаборы в виде дренажных труб и галерей, применяемые для захвата грунтовых вод, укладывают в вырытые канавы и располагают на глубине не более 5-8 м. Горизонтальные лучевые водозаборы пробуривают из центральной шахты - камеры и чаще применяют для захвата грунтовых вод, а в последнее время – и для захвата напорных вод на глубине 20-30 м. Горизонтальные водозаборы в виде штолен и кяризов устраивают при глубинах залегания воды до 20 м, а иногда к больше. Кяризы представляют собой древний способ каптажа подземных вод В настоящее время они не сооружаются, но ранее выполненные эксплуатируются и ремонтируются (Закавказье и юг Средней Азия). Каптажные сооружения предназначены для приема воды из восходящих и нисходящих источников (ключей, родников). В зависимости от условий выхода на поверхность земли из водоносного горизонта каптажи могут иметь различную конструкцию: в виде дренажных труб со сборами колодцем к камерой, одной каптажной камеры, а иногда в виде шахты с отводной трубой. Такие сооружения на территории России встречаются сравнительно редко.

Забор подземных вод с помощью буровых скважин является. наиболее распространенным способом в практике водоснабжения, так как отличается универсальностью и техническим совершенством. Он используется в широком диапазоне глубин залегания подземных вод. Вода из водозаборов по сборным водоводам транспортируется до резервуаров либо до магистральных водоводов или до внутриплощадочных сетей потребителя. Водоводы могут также объединяться с внутриплощадочной сетью водопровода; по гидравлическому режиму они могут быть напорными, самотечными и самотечно-напорными. В схемах сифонного водозабора используются водоводы особого вида - сифонные сборные. Схемы сборных водоводов в плане весьма разнообразны (линейные, тупиковые, кольцевые, парные), так как зависят от размещения водозаборов, сборных резервуаров, категории надежности цодачи воды и т.п. Нааболее распространены линейные схемы водоводов, которые проектируются в одну или несколько ниток (рис.2). Возможны кольцевые (рис.3. и паркые схемы рис. .4) расположения сборных водоводов.

Рис. .2. Схемы линейных (тупиковых) сборных водоводов

Выбор схемы производят на основании техноко-экономического сравнения вариантов. При большой длине сборных водоводов и большом числе скважин иногда целесообразнее подключать водоводы к нескольким сборным резервуарам (в зависимости от места расположения потребителей воды по отношению к створу водозабора).

Схема транспортирования воды зависит от способа ее получения. Наибольшее распространение получили напорные сборные водоводы, что вызвано использованием скважинных систем, оборудованных погружными насосами. Самотечные системы сборных водоводов применяются при заборе воды из каптажей, самоизливающихся скважин, а также из скважин, оборудованных насосными установками или эрлифтами.

Преимущество этих систем заключается в возможности использования безнапорных труб. При подаче воды из водосборных сооружений в самотечную сеть работа каждой насосной станции не зависит от работы других может быть отрегулирована без учета их взаимодействия.

Рис. .3. Схемы кольцевых сборных водоводов.

Рис. .4. Схемы парных сборных водоводов

Водозаборная скважина в соответствии с требованиями бурения и геологии (рис. 5) имеет телескопическую конструкцию. Самая нижняя часть скважины служит отстойником. Над отстойником находится водоприемная часть скважины – фильтр, через который вода из водоносного пласта попадает в ее рабочую зону. Выше водоiприемной части скважины располагаются колонны эксплуатационных и обсадных труб, которые, с одной стороны, удерживают стенки скважины от обрушения, а с другой - служат для размещения в них водоподъемных труб и насосов. Над эксплуатационной колонной находится кондуктор, который задает направление проходящей через него трубе при бурении. Вокруг кондуктора устраивается цементный или глиняный замок, защищающий водоносный горизонт от загрязнений, попадающих с поверхности через затрубное пространство обсадных труб. Верхняя часть скважин называется устьем или оголовком. Оголовок в зависимости от заглубления может располагаться как в павильоне, так и в колодце, где: находится механическое и электрическое оборудование. Организация буровых скважин зависит от вида водоносных горизонтов, глубины их залегания, вида пробуриваемых пород, их агрессивности, диаметра скважины и способа бурения.

Рис. .5. Водозаборная скважина.

В практике сооружения скважин па воду получили распространения следующие способы бурения:: вращательный с прямой промывкой, вращательный с обратной промывкой вращательный с продувкой воздухом, ударно-канатный, реактивно-турбинный и комбинированный.

ударно-канатный способ применяют при бурении скважин па глубину до 150 м в рыхлых и скальных породах и начальном диаметре скважины более 500 мм. Стенки скважин крепят трубами непрерывно по мере углубления забоя.

Вращательное бурение по характеру углубления подразделяется на бурение кольцевымии сплошными забоями. Бурение кольцевым забоем называется колонковым, сплошным - роторным. Колонковый способ применяется в скальных породах при диаметре скважин до 150-200 мм при глубине бурения до 150 м. Для бурения скважин больших диаметров и глубиной более 500- 1000 м рекомендуется реактивно–турбинный способ.

Комбинированный способ (ударно- канатный и роторный) используется для бурения скважин глубиной более 150 м при безнапорных и слабонапорных водоносных горизонтах, представленных рыхлыми отложениями. Способ промывки зависит от вида проходимых грунтов. В качестве промывных растворов используются вода и глинистые растворы.

При выборе способа бурения учитываются не только технологичность метода и скорость проходки, но в обеспечение условий, гарантирующих минимальную деформацию пород при забойной зоне.

Скважина должна обеспечивать долговечность и защищенность эксплуатационного водоносного горизонта от проникновения с поверхности земли и притока воды из вышележащих водоносных горизонтов. Простейшая схема конструкции буровой приведена на рис. 6. Скважина крепится обсадными трубами 1.Труба опускается до верха границы залегания водоносных пород 6. В обсадную трубу опускается труба меньшего диаметра 2, которая заглубляется в подстилающий водонепроницаемый слой. Затем в трубу 2 при помощи штанги со специальным замком 4 опускается фильтр 3, после чего труба 2 удаляется, зазор 5 между стенками фильтровой и обсадной труб герметизируется. При большой глубине скважины (в зависимости от способа бурения) достичь требуемой отметки обсадной трубой одного диаметра не удается. В этом случае в обсадную трубу диаметром D 1 (рис. 7,а), достигшую глубины h 1 , опускается другая труба меньшего диаметра D 2 , которая заглубляется па глубину h 2. Заглубление трубы определяют исходя из сопротивления пород ее продвижению и технологических соображений. Путь, пройденный колонной обсадных труб одного диаметра, называется выходом колонны. Дальнейшее углубление скважины достигается с помощью обсадных труб меньшего диаметра D 3 и т.д. Разница между диаметрами предыдущей и последующей колонн обсадных труб должна быть не менее 50 мм. Выход колонны зависит от гранулометрического состава породы и способа бурения. При ударно-канатном способе он составляет 30-50 м и лишь для

Рис. 6. Схема буровой скважины при малых и больших глубинах

устойчивых пород может достичь 70- 100 м. При роторном бурении выход увеличивается до 300-500 м, что значительно упрощает конструкцию скважины, сокращает расход труб и ускоряет процесс бурения. При телескопическом устройстве скважины с целью экономии обсадных труб производится обрезка внутренних колонн труб (см. рис. .7,6). Верхний обрез обсадной трубы, остающейся в скважине, должен находиться выше башмака предыдущей колонны не менее чем на З м. Кольцевой зазор между оставшейся частью колонны вырезанных труб и предыдущей колонной обсадных труб цементируют либо.заделывают, устраивая сальник.

При прохождении скважиной двух водоносных горизонтов I верхний, который не эксплуатируется, необходимо перекрыть глухой колонной, при этом она должна быть заглублена в водоупор. Конструкции скважин отличаются большим разнообразием.

Для крепления скважин применяют обсадные стальные муфтовые и электросварные трубы, для скважин глубиной до 250 мм - иногда асбестоцементные трубы высокой марки.

Для подъема воды из скважин используют водоподъемное оборудование различных типов. Насосные установки типа ЭЦВ применяют для оборудования скважин глубиной 10-700 м и более. Они могут работать в искривленных скважинах при разнообразных гидрогеологических условиях. Насосные установки с трансмиссионным валом применяют для скважин глубиной до 120 м, они могут работать только в вертикальных скважинах. Воду при расчетном динамическом уроне не более 5-б м от поверхности земли можно забирать горизонтальными насосами. Для подъема воды из скважин используют эрлифты, позволяющие поднимать воду из искривленных скважин, а также воду, содержащую механические примеси в количествах, превышающих пределы, установленные для насосов других типов.

Над устьем водозаборных скважин строят павильоны для размещения оголовка скважины, электродвигателя, горизонтального центробежного насоса, приборов пусковой и контрольно-измерительной аппаратуры и приборов автоматики. Кроме того, в них располагают части напорного трубопровода, оборудованного затворами, обратным клапаном, вантузом, пробоотборным краном. Каждую скважину оборудуют расходомером.

Павильоны над скважинами могут быть подземного и наземного типа. Подземные павильоны строят обычно в сухих грунтах. для сокращения строительных объемов их выполняют двухкамерными в виде водопроводных колодцев.

Если водозаборные скважины располагаются в местах, затапливаемых паводковыми водами пойменных рек, то павильон строят на подсыпке или под защитой дамб обвалования высотой, превышающей максимальный паводковый горизонт. Фильтры во многом определяют надежность работы водозаборного сооружения, так как должны обеспечивать свободный доступ воды в скважину, устойчивую работу скважин в течение длительного времени, защищать от пескования при минимальных гидравлических потерях, а в случае кольматажа его поверхности допускать возможность проведения восстановительных мероприятий. Кроме того, они должны обладать устойчивостью против химической и электрохимической коррозии.

Основные потери напора в фильтре приходятся на водоприемную поверхность (каркас) п гравийную обсыпку (водовмещающую породу). Фильтры можно классифицировать так, как показано на рис. 8.

Рис. .8. Классификация фильтров водозаборных скважин

Фильтр состоит из рабочей (водоприемной) части, надфильтровых труб и отстойника. Длина надфильтровых труб зависит от конструкции скважины. Если фильтр располагается на колонне, то надфильтровые трубы являются ее продолжением. При меньшем диаметре надфильтровые трубы входят внутрь эксплуатационной колонны не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем на 5 м при большей глубине. В зазор, образовавшийся между ними, устанавливается сальник из резины, пеньки, цемента и др. При определенных условиях роль сальника выполняет слой гравия, засыпанного между эксплуатационной колонной и фильтром Высота отстойников в фильтрах, как правило, принимается равной 0,5- 2 м.

Наибольшее распространение нашли частицесодержащие фильтры, которые включают фильтры каркасы и фильтры с дополнительной водоприемной поверхностью. В этих конструкциях эффект предотвращения пескования достигается подбором размера отверстия в корпусе фильтра отностельно размера частиц водоносных пород или гравийной обсыпки. Фильтр с отклонителем гравия характеризуются наличием таких элементов водоприемной поверхности, при которых исключается прямое наложение водоносных пород или гравийных частиц на фильтр.

В гравитационных фильтрах устраивают широкие водоприемные отверстия, в которых грунт удерживается от выноса под действием силы тяжести.

Основными элементами фильтра являются опорный каркас и водоприемная поверхность Каркас обеспечивает необходимую механическую прочность и служит поддерживающей конструкцией для фильтрующей поверхности. СНиП «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» рекомендует следующие типы каркасов: стержневые, трубчатые с круглой и щелевой перфорацией, штампованные из стального листа. В качестве фильтрующей поверхности применяют проволочную обмотку, штампованный лист, штампованный лист с одно- или двухслойной песчано-гравийной обсыпкой, сетки квадратного и галунного плетения. При заборе небольших количеств воды могут применяться фильтры из пористого бетона (так называемые пористые).

Конструкции фильтров приведены на рис. .9.

Рис. 9. Основные схемы конструкций фильтров водозаборных скважин

Таблица.1

Тема: Расчет водозаборных скважин

Водозаборные скважины используют для забора как напорных, так и безнапорных подземных вод (рис. 10). Различают скважины двух типов: совершенные и несовершенные. Под совершенной понимается такая скважина, которая вскрывает водоносный горизонт до подстилающего водоупорного пласта. Если скважина заканчивается в толще водоносного пласта, то она называется несовершенной. Несовершенства вскрытия бывают двух видов: по степени вскрытия горизонта, которая зависит от соотношения длины фильтра и мощности пласта, и по характеру вскрытия, который зависит от устанавливаемых в пласте конструкций фильтров. Основная задача проектирования состоит в выборе рационального типа и схемы скважинной системы, т.е. определении оптимального числа скважин, расстояний между ними, их взаимного расположения на местности, конструкций фильтра, диаметров и трассировки трубопроводов, характеристик насосного оборудования с учетом возможного понижения уровня воды в скважинах. Указанные задачи решают на основе гидрогеологических расчетов по определению дебита скважин и понижения уровня воды в процессе эксплуатации, оценке взаимного влияния отдельных скважин при совместной их работе. Одновременно с решением этих вопросов уточняют схемы расположения водозаборных скважин, их число и тип. При проведении гидрогеологических расчетов в качестве исходной величины принимают дебит, соответствующий заданному водопотреблению, или

Рис. 10. Типы скважин

1 - фильтр; 2 - колодец; 3 - водонепроницаемый пласт (кровля); 4 - напорная плоскость;

5- водоносный пласт; 6- водоупор; 7- депрессионная кривая; 8 - статический уровень воды; 9 - уровень воды при откачке

максимальный дебит, который может быть получен. В обоих случаях расчетами устанавливают

размеры водозаборных сооружений (глубину, диаметр), число, расположение и дебит скважин

при заданной длительности эксплуатации и максимально допустимых понижениях уровня воды.

На основании вариантных гидрогеологических расчетов рассматриваемых схем выбирают

оптимальную. Во всех вариантах расчетные понижения уровня сопоставляют с допустимыми.

При понижении расчетного уровня больше допустимого дебит скважин не может быть обеспечён. В этом случае необходимо увеличить число скважин или распределить их на небольшой площади. При понижении уровня меньшее допустимого дебит скважин может быть увеличен. Если увеличения дебита не требуется, то число скважин должно быть сокращено или уменьшению

расстояние между ними. Варьировать можно и схему прокладки водоводов. Гидрогеологические

расчеты водозаборных сооружений проводят на основе законов фильтрации. Рассмотрим общие расчетные зависимости для определения расхода воды водозаборного сооружения. Дебит скважин

в водоносных пластах может быть найден по следующим зависимостям:

напорных

Q = 2p k m S доп / R

безнапорных

Q = p kmS доп (2h e - S доп) / R

где k - водопроводимость эксплуатируемого пласта (здесь/с - коэффициент фильтрации; m- мощность пласта); S доп - максимальное допустимое понижение уровня подземных вод; h е - естественная мощность грунтового потока; R = R o + bx - фильтрационное сопротивление, зависящее от гидрогеологических условий и типа водозаборного сооружения (здесь R o - гидравлическое сопротивление R в точке расположения скважины; x - дополнительное сопротивление, учитывающеё фильтрационное несовершенство скважины; b = Q o /Q -отношение расхода рассматриваемой скважины Q o к общему расходу водозабора Q). .

Величины R , R o и x могут быть определены только при той или иной степени детализации

гидрогеологической обстановки. При построении расчетных схем исходят из того, что водоносный

пласт (система, комплекс водоносных пластов) как в естественных условиях, так и в условиях

эксплуатации водозаборов представляет собой единую физическую область, имеющую

определенные внешние границы. Определению этих условий посвящены фундаментальные работы

Ф.М. Бочевера и Н.Н. Веригана. Условия включают в себя геологическое строение, структуру и свойства

водоносных пластов, а также источники пополнения запасов подземных вод. Выбор той или иной схемы осуществляют на основании гидрогеологических данных, полученных в результате изысканий, или по аналогу близрасположенных скважин. В соответствии со схемой используют ту ли иную расчетную зависимость для вычисления сопротивлений. В табл. 5.2 приведены некоторые расчетные зависимости для определения гидравлических сопротивлений при работе водозаборов различного типа вблизи совершенных рек в условиях установившейся фильтрации. К совершенным относятся реки значительной ширины без илистого или кольматированного материала, препятствующего фильтрации речных вод в водоносный пласт. Артезианские бассейны характеризуются этажным строением водяных пластов. Хорошо проницаемые водоносные отложения чередуются с водоупорными и слабопроницаемыми слоями. Для этих бассейнов рассматриваются следующие расчетные схемы: изолированные неограниченные по площади водоносные горизонты и слоистые водоносные горизонты в разрезе. Изолированные неограниченные пласты характеризуются отсутствием внешних источников питания подземных вод. В процессе работы водозаборных сооружений уровень подземных вод непрерывно снижается. Эксплуатация таких водозаборов сопровождается образованием воронок депрессии, которые захватывают обширные площади. В этих условиях следует учитывать возможное влияние проектируемого водозабора на существующие водозаборные сооружения. Основные расчетные зависимости для распределения гидравлических сопротивлений R 0 при работе водозаборов в изолированных неограниченных пластах приведены в табл. .3. Эти зависимости включают условный радиус влияния скважины г в = , где а - коэ ффициент пьезопроводности пласта, характеризующий скорость перераспределения напора подземных вод при неустановившемся движении (здесь k – коэффициент фильтрации, определенный опытным путем; m – мощность пласта; t- продолжительность понижения подземных вод; m - коэффициент водоотдачи напорного пласта)

В слоистых водоносных пластах запасы подземных вод формируются под влиянием

перетекания подземных вод в эксплуатируемый горизонт из соседних питающих пластов

через слабопроницаемые раздельные слои в кровле или подошве горизонта. Режим

работы этих водозаборов в общем случае неустановившийся. Однако при больших запасах

воды в питающих пластах и интенсивном перетекании воды в эксплуатируемый пласт пониже

уровней на водозаборе может стабилизироваться. Расчетная зависимость для определения

гидравлического сопротивления R o в двухслойных пластах приведена в табл. 4. Она относится к случаю, когда верхний слой имеет весьма слабую проницаемость (k o < k), содержит воды, имеющие свободную поверхность, и обладает значительной водоотдачей (m>m *). Нижний эксплуатируемый пласт сложен хорошо проницаемыми породами. Эта схема характерна для артезианских водоносных пластов, залегающих на небольшой глубине. Аналогичные зависимости существуют и для других условий залегания подземных вод.

При расчете водозаборов необходимо учитывать дополнительное фильтрационное сопротивление x , обусловленное степенью вскрытия скважинной водоносного пласта. Численное значение коэффициента x зависит от параметров m/r o и l ф / m, где m- мощность водоносного горизонта; r o - радиус скважины; l ф – длина фильтра. Для безнапорных вод m=h e - S o / 2 . ; l ф = ; l фн -S o / 2, здесь h e - первоночальная мощностьбезнапорного потока; S o – понижение уровня воды в скважине; l фн – общая длина незатопленного фильтра. Численные значения x приведены в таблице 5. Допустимое понижение воды в скважине S доп опреджеляется по данным опытных откачек. Приближенно допустимое понижение уровня воды можно определить:

безнапорных

S доп= (0,5÷0,7) h e - D h нас - D h ф

напорных

S доп= Н е - [(0,3÷057) ] m+ D Н нас - D Н ф

где Н е и h e -напор над подошвой горизонта (в напорных пластах) и первоночальная глубина воды до водоупора (в безнапорных горизонтах);

D h нас D Н нас - максимальная глубина погружения насосов (нижней его кромкой под динамический уровень);

D h ф, D Н ф – потре напора на входе в скважину, m – мощность водоносного пласта.

КОМПЛЕКСНЫЕ РАСЧЕТЫ ВОДОЗАБОРОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Водозаборные скважины, объединенные между собой сборными водоводами, представляют единую гидравлическую систему. При эксплуатации таких систем четко прослеживается взаимосвязь между изменением дебита скважин (и водозабора в целом) при изменении гидродинамического режима подземных вод, а также гидравлических параметров отдельных сооружений. Поэтому уже на стадии разработки проекта следует оценивать работоспособность системы. Такая оценка производится на основе комплексных расчетов водозаборов подземных вод Основной задачей комплексного расчета водозаборов подземных вод является определение истинных значений расходов скважин и понижений в них уровня воды, а также расходов и потерь напора в сборных водоводах и параметров работы водоподъемного оборудования. Поэтому такие расчеты следует проводить при различных расчетные режимах и на различные периоды эксплуатации водозаборов (т.е. с учетом сезонных колебаний уровней и сработки запасов подземных вод, кольматажа и выхода скважин из строя, отключения отдельных линий сборных водоводов и т.п.) и на основе этого намечать сроки проведения мероприятий, направленных на поддержание стабильной работы системы. Исходным материалом для выполнения расчетов водозаборов являются: а) гидрогеологическая расчетная схема расположения водозаборных и инфильтрационных сооружений; б) расчетная схема сбора воды от скважин; в) высотная схема подачи воды потребителю.

Графоаналитические методы гидравлического расчета режимов работы одиночных скважин.

При отборе воды из скважины (рис..11) напор насоса Н затрачивается на преодоление геометрической высоты подъема воды z, понижения уровня S и потерь напора в водоводе D h от скважины до точки подачи воды. В этом случае насос, установленный в скважине, развивает напор, равный:

H = (Ñр - Ñст.гор.) +S+ D hвÑр

где Н - полная высота подъема воды из скважины; v р, - отметка уровня воды в резервуаре; V ст.гор. - отметка статического уровня грунтовых вод; S- понижение уровня в скважине; D h в - потери напора в водоводе от скважины до резервуара, включая потери напора в водоподъемных трубах.

Разность отметок (Ñ р - Ñ ст.гор.) - это геометрическая высота подъема воды из скважины. Если эти отметки не изменяются, то (Ñ р - Ñ ст.гор.) = const= z

С другой стороны, насос развивает напор в соответствии с его рабочей характеристикой H-Qкоторая в диапазоне оптимальных значений КПД может быть аппроксимирована уравнением вида: H =A-BQ 2

где А и В - параметры характеристики H-Qнасоса.

Рнс.11. Схема подачи воды от скважины

1- фильтр; 2 - насос

Рис. 12. Графоаналитический метод расчета системы скважина-насос-водовод-резервуар»

Подстановка выражения (4) в формулу (3) и учет зависимости S = ¦(Q) и D h= ¦(Q) дает выражение

Z + (R+x) +l AQ 2 = A-BQ 2

где k - коэффициент фильтрации; т - мощность вдовмещоющих пород (k m - коэффициент

водопроводимости пород); R - фильтрационной сопротивление пласта; x - фильтрационное

сопротивление фильтра скважины; l - длина водоподъемной трубы от насоса до точки подсоединения

скважин к резервуару и А, - удельное сопротивление водовода.

Применительно к одиночным скважинам уравнение (5) может быть решено графически. Для этого координаты H-Q следует расположить таким образом, чтобы точка H = 0 находилась па отметке v ст гор. Тогда линия v = const(на графике (рис..12) определит геометрическую высоту подъема воды из скважины, а линяя 1 - характеристику скважины SQ (характеристика скважины может быть построена как по опытным данным, так и на основе расчетов). Наконец, задаваясь ггидравлическим сопротивлением, строят характеристики водовода h-Q (кривая 2). При сложении характеристик S-Q и D h -Q на линии v = const находится совмещенная характеристика (кривая 3) скважины водовода и резервуара, представляющая собой график зависимости полной высоты подъема воды от дебита скважины.

Рис. 13. Графический метод решения задачи регулирования дебита скважины

На графике (рис. 12) показана также характеристика (Н-Q) (кривая 4) насоса, который предполагается установить в скважине. Пересечение ее с кривой 3 дает рабочую точку насоса с координатами Н р и Q р (где Q р -действительная подача насоса и Н р - напор, развиваемый насосом при такой подаче воды). Одновременно с этим определены также величины S в скважине и D h в водоводе. Зачастую из имеющегося сортамента не удается подобрать насос, рабочая точка которого точно бы соответствовала требуемым значениям Q или H скважины. Поэтому на практике насосы подбирают с некоторым запасом по напору и производят регулирование их подачи. Такое регулирование, как правило, осуществляется с помощью задвижек, установленных на напорной линии; реже - изменением числа рабочих колёс насоса.

В том случае, когда подача насосов регулируется установкой дросселя на напорной линии присоединения скважины к водоводу, КПД установки резко снижается и составляет

h= h у

здесь h- КПД установки, взятый по графику H-Q при заданном Q насоса; H н - напор насоса, по подаче Q за вычетом потерь напора D h в водоводе; z п - величина дросселирования.

Поэтому такой способ регулирования из-за неэкономичиости не может быть рекомендован на длительный период, особенно в том случае, когда величины z п велики (z п > D Н н), где D Н н - напор, развиваемый одним рабочим колесом насоса. При z > D Н н подачу насосных установок следует регулировать изменением числа рабочих колес. Число колес, которые необходимо снять с насоса, определяется выражением n = z и / D Н р с округлением п до ближайшего наименьшего целого значения. В том случае, если z > D Н н, то одновременно с изменением числа рабочих колес для обеспечения заданной подачи насоса устанавливается дроссель на напорной линии. Величина дросселируемого напора при этом составляет

Z н > Z н - n D Н н

Пусть по условию требуется обеспечить подачу воды в резервуар в количестве Qт, при этом

Qт < Q . Этому расходу на совмещенном графике рис.12 соответствует точка В с координатами

Qт и Hт. Фактический напор насоса при подаче воды в количестве Qт равен H т1 (H т1 > H т) .

Следовательно, дросселируемый напор составляет zт = H| - Hт. На пересечении перпендикуляра,

восстановленного из точки В на ось абсцисс, с линиями 1 и 3 лежат искомые значения всех пер

еменных zн", D h о и 5 т при подаче воды в количестве Q т. При изменении какой-либо из составляющих

зависимости (.5) происходит смещение рабочей точки насоса по характеристике Q- Н. Так, например, сработка запасов подземных вод приводит к увеличению геометрической высоты подъема воды из скважин, т.е. к увеличению напора H насоса и соответственно уменьшению дебита скважины Q. Аналогичная картина наблюдается и при увеличении гидравлического сопротивления фильтра скважин, обусловленного кольматажем. Время Тз, в течение которого не происходит нарушения условий S От> можно считать периодом устойчивой работы скважины. Однако на практике это время, как правило, оказывается меньше расчетного срока действия скважин. Допустим (рис. 13), что характеристика скважины (линия]) была определена на период ее сооружения, а в процессе эксплуатации скважины гидравлическое сопротивление фильтра возросло, и характеристика стала определяться линией 2. В результате этих изменений рабочая точка насоса сместится из точки В в точку В". При этом (см. рис. 13) понижение уровня воды в скважине составит 5" > 5, а ее дебит уменьшится на величину DQ. На рис. 13 для наглядности графического построения характеристика H-Q насоса заменена на так называемую дроссельную характеристику, полученную вычитанием из ординат H потерь напора в водоводе D h в.Для обеспечения требуемой подачи насосной установки в количестве Qт следует уменьшить потери напора на дросселе на величину zн и они должны составить zн = zн - (S" - S). При этом (как видно из рис. 13) понижение уровня воды в скважине увеличивается. Поэтому такой способ регулирования подачи может применяться лишь в течение определенного срока эксплуатации, пока понижение в скважине будет меньшее, чем S (или пока величина «;>о). На рис. 5.13 точка Д соответствует условию, когда при () = ф, (гн > 0) , а 5 = 5 оп. При неизменном г"п дальнейший рост сопротивления вызовет снижение подачи установки. Вместе с тем, если уменьшить г"а до значений, при которых подача воды от скважины составила бы () , то произойдет увеличение понижения уровня воды I скважине и 5 превысит 5 . Следовательно, характеристика скважины, представленная кривой 2, соответствует условиям, когда фильтр предельно закольматирован и дальнейшая эксплуатация установки без осуществления комплекса мероприятий по восстановлению дебита скважины невозможна. Регенерацией фильтра скважины удается добиться уменьшения гидравлического сопротивления до значений, близких к начальному. Тогда при дросселируемом напоре zн" подача установки составит Qн > Qт, а по мере роста сопротивления подача воды будет снижаться и лишь при достижении предельной закольматированности фильтра скважины окажется равной Qт. Введение в действие систем искусственного пополнения подземных вод (ИППВ) вызывает повышение уровня грунтовых вод, а его, в свою очередь, приводит к увеличению подачи насоса, установленного в скважине. Вместе с тем для обеспечения заданного увеличения подачи также необходимо регулировать работу насоса или производить его замену. Допустим, что установка ИППВ введена в действие в момент времени t = Тs (когда фильтр скважины предельно закольматиро-юн) и обеспечила повышение уровня на величину DS. Тогда, основываясь на гидрогеологических расчетах, можно увеличить забор воды с доведением его до величины Q г, равной

Qr= Qт+2pkmDS. /(R+x) (.6)

где k - фильтрационное сопротивление водоносного пласта при действии водозаборной

скважины; x - дополнительное сопротивление на несовершенство |скважины в момент времени Тs

На рис.14 величина Q является абсциссой точки С, лежащей на пересечении характеристики скважины (линии 2) и линии а - б оответствующей S доп + DS, где DS = Q б,R б./ 2pkm , R 6 - [фильтрационное сопротивление водоносного пласта при действии


Рис. 14. Расчет увеличения дебита скважин при искусственном пополнении

подземных вод (ИППВ)

будем иметь

подачи воды в количестве из любой n-й скважины па заданпiо отмегку составляет

Рис. 5.17. Схема подсоединения скважин линейного ряда к сборному водоводу.

После этого

Помимо этого определяют напоры насосов

режв эксплуатации. Для этого расчеты Водозаборов проводят ти следующем порядке.

Тема. . Шахтные колодцы. Горизонтальные водозаборы

Рис. .22. Схема шахтного колодца

Рие. .23 Конструкции шахтного колодца изсборных ж/б колец

Горизонтальные водозаборы

Современные горизонтальные водозаборы, как правило, представляют собой водосборную траншею или водосборную галерею, оборудованную соответствующими отверстиями с песчано-гра.вийпым фильтром для приема воды. Гранулометрический состав отдельных слоев обратного фильтра определяется расчетом. Вода а месту расположения нодозабортгых устройств отводится по лоткам, расположенным в нижней части. для осмотра, вентиляции и ремонта в процессе эксплуатации водозабор оборудуется смотровыми колодцами.

При заборе небольших количеств воды для мелких потребителей для временного водосвабжения, а также при глубине залегания подземных вод 2-3 м от поверхности земли првменяют траншейные водозаборы. Каменно-щебеяочвый водозабор (рис. 5. 24,а) выполняют в траншее, укладывая фильтрующие материалы, размер которых увеличивается к середине траншеи. Соотношение диаметров частиц смежных слоев обсыпки и частиц верхнего слоя подбирают для обсыпки фильтров скважинных водозаборов.

Рис. Траншейные водозаборы

Рис. .25. Водозаборная галерея овального и прямоугольного вида

Рис. .26 Водозаборная штольня прямоугольной формы

в напорном потоке

ис. 27. Схема к расчету горизонтального водозабора

Гидравлическое сопротивление R находят по формуле

C=x o / l (х o - расстояние от реки до водозабора; 1- половина длины водозабора).

Дополнительное сопротивление x может бытъ найдено по формуле.

где r o - радиус дрены; с - заглубление дрены под уровень подземных вод.

Для безнапорных потоков мощность напорного пласта m = h ср , где h ср - средняя мощность грунтового потока при работе водозабора (h ср = 0,7 ¸0,8)

Для прямоугольных дрен и каналов r o = 0,5 (b 1 + 0,5 b 2 ), где b 1 - заглубление дрены под уровень подземных вод; b 2 - ширина дрены

В случае совершенной в фильтрационном отношении реки (рис. .28). гидравлическое сопротивление R определяется по формуле

R = ln}

Рекомендуем также

Loading...Loading...