28. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ СКВАЖИН

Целями гидрогеологических расчётов скважин является определение:

дебита скважин (qp),

понижения уровня воды при расчетном расходе(Sp),

числа скважин(N) ,

расстояния между скважинами(Lp).

При этом должно быть выполнено условие

.

В практике проектирования используются две методики расчетов.

Аналитическая методика. Эта методика изложена в "Пособии по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84)". Здесь связь между дебитом и понижением рассчитывается в зависимости от следующих факторов:

коэффициента фильтрации, определяемого составом пород водоносного слоя - Кф,

мощности водоносного слоя - m,

радиуса влияния - RВ,

радиуса скважин - r,

схемы питания скважин и других факторов.

В практике проектирования скважин для нахождения радиуса влияния в рыхлых грунтах ориентировочно можно пользоваться эмпирическими формулами: для безнапорных вод при значении понижений  не выше 40-50 м – формулу И.П. Кусакина:

,                                                          (28.1)

для напорных вод – формулу Зихардта:

.                                                           (28.2)

При недостаточном питании водоносного пласта движение в нем неустановившееся – дебит и понижение уменьшаются во времени. Для учета этого обстоятельства принимают зависимость радиуса влияния от времени –

,                                                       (28.3)

где t – срок эксплуатации скважин, сут. Обычно принимают  срок эксплуатации равным 25 годам.

а – коэффициент пьезопроводности, м3/сут., характеризующий скорость перераспределения подземных вод при откачке определяется выражением

,                                                                (28.4)

где  - показатель упругой водоотдачи напорного пласта, равный (2¸5)×10-6 для скальных трещиноватых пород и 20-2¸10-4 – для песков и рыхлых песчаников.

Расчётное понижение уровня S сравнивается с допустимым понижением. Если  Sрасч>Sдоп, то проектируемый дебит водозабора не может считаться обеспеченным. В этом случае необходимо увеличить число скважин (колодцев) либо распределить их на большей площади (при этом снижается взаимное влияние скважин, но увеличивается общая стоимость водозабора). При Sрасч<Sдоп дебит водозабора может быть увеличен или при сохранении дебита должно быть сокращено количество скважин или колодцев и уменьшено расстояние между ними.

Приближённо величина допустимого понижения уровня может быть определена по формулам (схема - рис. 28.1):

- в безнапорном пласте –

, м,                       (28.5)

- в напорном пласте –

, м,                  (28.6)

где hе и Hе – соответственно первоначальная глубина воды до водоупора (в безнапорных горизонтах) и напор над подошвой горизонта (в напорных пластах);

Dhнас и DHнас - максимальная глубина погружения насоса (нижней его кромки) под динамический уровень в скважине, принимается равной 1-2 м;

Dhф и DHф - потери напора на входе в скважину (сопротивление фильтра и породы в прискважинной зоне, принимается равной 1-2 м;


m - мощность водоносного пласта.

Из всего многообразия залегания подземных вод наиболее характерны схемы водоносных пластов:

в долинах рек;

артезианские бассейны - неограниченные по площади водоносные горизонты.

Понижение уровня подземных вод в любой скважине, размещаемой в водоносном пласте (независимо от его схемы) может быть определено по формулам:

- для напорных пластов -

                                           (28.7)

- для безнапорных пластов –

,                          (28.8)

где Qр – суммарный дебит водозабора;

кm - величина водопроводимости эксплуатируемого пласта (к - коэффициент фильтрации, m - мощность пласта);

hе – естественная мощность грунтового потока;

R - гидравлическое сопротивление, зависящее от гидрологических условий.

При определении понижения уровня подземных вод непосредственно в скважине  или шахтном колодце в формулах (28.7) и (28.8) следует принимать:

,                                                      (28.9)

где  - значение гидравлического сопротивления  в точке расположения скважины (колодца);

 - дополнительное сопротивление, учитывающее фильтрационное несовершенство скважины или колодца;

 - отношение расхода рассматриваемой скважины  к общему расходу водозабора .

Расход водозаборного сооружения может быть найден по следующей зависимости для несовершенных колодцев:

- для напорных пластов

,                              (28.10)

- для безнапорных пластов

.                                            (28.11)

Здесь Sдоп – максимально допустимое понижение уровня подземных вод.

Следует иметь в виду, что величины , и  в формулах (28.10) и (28.11) должны определяться для скважин (колодцев), работающих на наиболее нагруженном участке водозабора, где ожидается наибольшее понижение уровня подземных вод.

Расчёт водозаборов в долинах рек

Характерной особенностью, определяющей условия эксплуатации береговых водозаборов, является наличие постоянных поверхностных водотоков, с которыми гидравлически связаны водоносные горизонты. Благодаря этому производительность водозаборов в долинах рек обеспечиваетсяв основном за счёт фильтрации поверхностных вод.

Расчётная схема водозабора в долине реки приведена на рис. 27.2. Для наиболее полного захвата воды скважины располагают вдоль русла реки перпендикулярно направлению потока подземных вод. Задачей расчёта является определение понижения уровня воды в центральной скважине. Расчёт выполняется в следующей последовательности:

1. Задавшись расстоянием между скважинами l0 (м), определяют расстояние от крайней до центральной скважины ряда по формуле -

,                                           (28.12)

где n -число скважин в ряде (определяется при расчёте фильтров скважин).

2. Определяется параметр G=x0/L

3. Вычисляется величина сопротивления R:

- при L> 4x0 -              ,                                     (28.13)

- при L< 4x0 - ,   (28.14)

где r0 - радиус фильтра скважины (определяется при расчёте фильтров скважин).

4. Полученное значение R подставляется в формулу (28.7) для напорных пластов и (28.8) для безнапорных пластов, по которым определяется снижение уровня S в центральной скважине.

5. Полученное значение S сравнивается с Sдоп. При этом, если S>Sдоп, необходимо увеличить расстояние между скважинами и повторять расчёт до тех пор, пока S не будет меньше Sдоп примерно на 5-10%. При S<Sдоп можно уменьшить расстояние между скважинами и повторять расчёт до тех пор, пока S не будет меньше  Sдоп примерно на 5-10%.

Расчёт водозаборов в неограниченном артезианском бассейне

Характерной особенностью, залегания подземных вод в артезианских бассейнах, является отсутствие внешних источников питания. Дебит водозаборов обеспечивается притоком воды за счёт осушения водоносных пород. Поэтому при эксплуатации водозаборов фильтрация неустановившаяся, т. е. уровень подземных вод при работе водозабора непрерывно снижается.

Скважины могут быть расположены в линейный ряд, либо распределены на определённой площади. Расчётная схема водозабора в неограниченном артезианском бассейне при расположении скважин в ряд приведена на рис. 28.3. Задачей расчёта является определение понижения уровня воды в центральной скважине. Расчёт выполняется в следующей последовательности:

1. Задавшись расстоянием между скважинами l0, определяют расстояние от крайней до центральной скважины ряда по формуле (28.12)

2. Определяется условный радиус влияния водозабора по формуле (28.3)

3. Вычисляется величина сопротивления:

.                            (28.15)

Описанные методики гидрогеологических расчетов могут быть использованы при хорошо изученных водоносных бассейнах.

Эмпирические методы

Если водоносный слой изучен недостаточно, более надежным является расчет скважин на основе опытных откачек. В районе предполагаемого водозабора бурят разведочные скважины, и производят опытные откачки при различных производительностях насоса. Откачку производят до тех пор, пока расход не установится (при каждом значении расхода), затем замеряют расход и понижение при  3-5 значениях расхода.

Результаты откачек обрабатывают по одной из экспериментальных формул, приведенных в таблице. (Обратить внимание на масштаб и координаты, в которых происходит спрямление). Получив зависимость Q-S, можно определить производительность каждой скважины, задавшись понижением в пределах допустимых границ интерполяции. Следует отметить, что приведенные формулы не учитывают взаимного влияния скважин – это влияние необходимо учитывать дополнительно. Число рабочих скважин равно: ,            (28.16)

где Qрасч – производительность всего водозабора; Q1 – дебит одной скважины (с учетом взаимного влияния).

Помимо рабочих, предусматривают установку резервных скважин. Число резервных скважин устанавливается в зависимости от категории водозабора по надежности и числа рабочих скважин.

Порядок гидравлического расчета:

1. Определяют вид зависимости Q-S (формулы – 1- 4 в таблице).

2. Находят коэффициенты этой зависимости.

3. Определяют (приближенно) дебит скважины Q1, при максимально допустимом понижении.

4. Определяют число рабочих скважин по формуле 28.16 и округляют Nр до целого.

5. Уточняют дебит скважины .

6. Находят понижение, соответствующее Q2 по принятой зависимости и проверяют условие .

Определение коэффициентов в эмпирических зависимостях дебита от понижения

Контрольные вопросы

Гидрогеологические расчеты скважин, задачи, методики.

Основные положения аналитических метод расчета скважин.

Порядок гидравлического расчета скважин на основе опытных откачек.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я