Расчет берегового водозабора

Гидрогеологические расчеты водозаборных скважин

Основными задачами гидрогеологических расчетов водозаборных скважин являются:

1. Определение дебита скважин и понижения уровня подземных вод в процессе эксплуатации водозаборного сооружения.

2. Оценка возможного влияния данного водозабора на существующие или намечаемые к строительству водозаборы на других участках.

3. Оценка влияния проектируемого водозабора на окружающую природную среду.

Одновременно с решением этих задач на основе гидрогеологических расчетов уточняют схему расположения водозаборных скважин, их количество и размеры (глубину и диаметр).

При гидрогеологических расчетах водозаборов обычно в качестве исходной величины принимается дебит Q, соответствующий проектируемому водопотреблению. Довольно часто, однако, приходится определять максимальный дебит Q_max, который может быть получен на рассматриваемом участке водоносного пласта или на всей площади его распространения. В обоих случаях расчетами устанавливаются размеры водозаборного сооружения, количество, расположение и дебиты скважин при заданном времени эксплуатации и максимально допустимых понижениях уровня S_доп.

Гидрогеологические расчеты выполняются обычно для нескольких вариантов расположения водозаборов, по которым производятся технико-экономическое сопоставление и выбор оптимальной схемы водозабора.

Во всех вариантах расчетные понижения уровня сопоставляются с допустимыми понижениями.

При S_расч > S_доп проектируемый дебит водозабора не может считаться обеспеченным. В этом случае необходимо увеличить число скважин, уменьшив их дебит каждой из них, или распределить их на большей площади.

При S_расч < S_доп дебит водозабора может быть увеличен, а если в этом нет необходимости, то может быть сокращено количество скважин и уменьшено расстояние между ними.

Приближенно величина допустимого понижения уровня может быть определена следующим образом

Ø для безнапорных вод S_доп ( 0.5 0.7 ) h_e - h_нас - h_ф. (1)

Ø для напорных вод S_доп H_e - [( 0.3 0.5 ) m - H_нас - H_ф. (2)

Ø где

Ø h_e и H_e соответственно первоначальная глубина воды до водоупора (в безнапорных пластах) и напор над подошвой горизонта (в напорных пластах);

Ø h_нас и H_нас - максимальная глубина погружения насоса (нижней его кромки) под динамический уровень воды в скважине;

Ø h_ф и H_ф - потери напора на входе в скважину;

Ø m - мощность напорного пласта.

Общая расчетная зависимость для определения понижений уровней подземных вод в любой точке водоносного горизонта может быть определена:

Ø для безнапорных водоносных горизонтов - S = h_e - (3)

Ø для напорных водоносных горизонтов - S = (4)

Ø Здесь

Ø Q - суммарный дебит водозабора;

Ø k - коэффициент фильтрации водовмещающих пород;

Ø m - мощность водоносного горизонта;

Ø km - проводимость водоносного горизонта;

Ø h_e - естественная (до начала откачки) мощность грунтового потока;

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

Причем

R = ln , (5)

R₀ = ln , (6)

r = , (7)

= . (8)

Приведенные формулы (3-8) можно использовать для расчета нескольких взаимодействующих водозаборов при различном их расположении. В этом случае суммарное понижение уровня можно найти по формулам:

- для безнапорных водоносных горизонтов

S_сум = h_e - (9)

- для напорных водоносных горизонтов

S_сум = (10)

где S_i - понижение, обусловленное действием i-го водозабора (i = 1,2,...,n), n - общее количество водозаборов.

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Водозабор состоит из трех скважин, расположение которых показано на рисунке.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине №2. Дебиты скважин одинаковы и равны Q = 2 тыс.м³/сут. Величина водопроводимости напорного водоносного горизонта равна km = 500 м²/сут. Радиус скважины №2 r₀ = 0.2 м, скважина совершенная.

Общее понижение уровня в скважине №2 найдем по формуле (10)

S_сум = S₁ + S₂ + S₃,

где S₁, и S₃ понижение уровня на скважине №2 от скважины №1 и №3; S₂ - понижение уровня, обусловленное действием скважины №2.

Найдем соответствующие гидравлические сопротивления для скважин 1 и 3 по формуле (5, 7, 8)

R₁ = = 2.05;

R₃ = = 1.28;

Для скважины №2 - по формуле (6)

R₂ = ln = 7.82

Отсюда по формуле (4)

S₁ = = 1.31 м;

S₂ = = 4.98 м;

S₃ = = 0.82 м.

Следовательно S_сум = 1.31 + 4.98 + 0.82 = 7.11 м

Задания

Для всех заданий считать границу водохранилища прямолинейной в плане.

ЗАДАНИЕ № 1

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 5000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 50 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-47
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 2

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 10000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 48 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-46
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 3

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 5000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 46 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-45
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 4

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 10000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 44 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-44.5
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 5

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 10000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 42 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-46.5
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4- 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 6

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 5000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 40 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-51
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 7

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 5000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 43 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-47.5
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 8

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 10000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 55 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-48.6
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 9

Водозабор состоит из 11 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 5000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 52 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-49
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.

ЗАДАНИЕ № 10

Водозабор состоит из 10 скважин, расположение которых указано на рисунке М 1: 10000. Вверху над скважиной указан ее номер, а слева - дебит в м³/час. Коэффициент фильтрации безнапорного водоносного горизонта 49 м/сут. Для системы водозабора характерен следующий разрез:

Номер слоя	Литология	Интервал залегания от поверхности в м
	Покровные суглинки	0-0.4
	Пески мелкозернистые	0.4-8
	Пески среднезернистые , в основании крупнозернистые, водоносные	8-47.2
	Глина плотная	47-48.5

Эксплуатируемый водоносный горизонт - слой номер 3.

Требуется найти понижение уровня воды в скважине № 4. Радиус скважины № 4 - 0.2 м, скважина совершенная.