Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Проект эксплуатационной водозаборной скважины или разведочно-экс — плуатационной состоит из пояснительной записки с проектным геолого­техническим разрезом. В пояснительной записке выделяются общая и спе­циальная части.

В общей части приводятся данные о географическом и административ­ном положении участка размещения скважины, расчет водопотребления, сообщаются краткие сведения по гидрогеологическим и санитарным усло­виям района работ.

Потребное количество воды определяют по числу водопотребителей и нормам водопотребления. Число часов работы водозабора в течение су­ток принимают в зависимости от ожидаемой водоотдачи и условий экс­плуатации, допустимого понижения уровня при откачке и характеристики проектируемого к установке насоса. Нормальная продолжительность ра­боты водозабора составляет 16-22 ч в сутки. Для потребителей, не допус­кающих перерыва в подаче воды, или при наличии резервных скважин про­должительность непрерывной работы принимается равной 24 ч. Произво­дительность водозабора определяется в зависимости от системы водоснаб­жения [4].

1. При системе хозяйственно-питьевого водопровода с одним подъе­мом воды и водонапорной башней:

« = Й/Г, (2)

где производительность водозабора, м3/ч; б-максимальный суточный расход воды, м3/сут; Г-принятое число часов работы водозабора в течение суток.

2. При системе водопровода с одним подъемом без водонапорной баш­ни производительность водозабора должна обеспечивать подачу макси­мального часового расхода на хозяйственно-питьевые нужды:

Ч — (3)

где ^тах — максимальный расход воды, м3/ч.

Для водопроводов малой производительности (до 1000 м3/сут) макси­мальный часовой расход (</тах) на хозяйственно-питьевые нужды опреде­ляется по формуле

Ятах = 6/24К2 , (4)

где К2-коэффициент часовой неравномерности (принимается по [4] в за­висимости от благоустройства зданий, режима работы предприятий, числа жителей в населенных пунктах).

3. При системе хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснаб-

жения с одним подъемом воды производительность водозабора должна обеспечивать подачу наибольшего часового расхода на хозяйственно-пить — евые нужды одновременно с потребным расходом на пожаротушение:

(5)

где — норма расхода воды на пожаротушение, л/сут (согласно [16] рас­четный расход воды на наружное пожаротушение для населенных пунктов с числом жителей от 50 до 500 человек принимается 5 л/с, до 10 тыс. чело­век-10 л/с при продолжительности пожара 3 ч независимо от степени ог­нестойкости зданий).

4.

(6)

Когда запас воды на случай пожаротушения предполагается хранить в подземных резервуарах при станции второго подъема или в других за­пасных емкостях, потребная производительность водозабора с учетом по­полнения пожарного запаса воды определяется как:

^е/24+И^з/Т,

где И^пз — объем неприкосновенного противопожарного запаса воды, м3; Г-продолжительность пополнения пожарного запаса (согласно [16] для насосных пунктов и на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям А, Б, В, принимается 24 ч, для категорий Г и Д-Збч).

С целью правильной и квалифицированной проверки специальной ча­сти пояснительной записки, в которой обосновываются расчетные пара­метры водозаборной скважины, целесообразно привести типовую методи­ку расчета элементов конструкции скважины и ее взаимодействия с близлежащими действующими скважинами.

Конструкция скважины определяется рядом факторов: глубиной залега­ния кровли водоносного горизонта, намеченного к эксплуатации, и его мощностью, расчетными величинами дебита и динамического уровня и др.

Эксплуатационный диаметр скважины принимается в зависимости от типа водоподъемного оборудования и глубины его погружения.

Длину рабочей части фильтра в напорных водоносных горизонтах мощностью до 10 м следует принимать равной мощности пласта, в безна­порных горизонтах-мощности пласта за вычетом эксплуатационного по­нижения уровня воды в скважине (фильтр должен быть затоплен).

В водоносных горизонтах мощностью более 10 м длину рабочей части фильтра для уменьшения гидравлических потерь за счет несовершенства скважин следует принимать равной 0,7-0,8 мощности пласта [16].

Для оценки правильности выбранной длины рабочей части фильтра не­обходимо провести расчет пропускной способности фильтра (0ф, м3/ч)

(7)

бф ~

где /0- принятая длина рабочей части фильтра, м; (I — наружный диаметр фильтра, мм; а-эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометри­ческого состава породы водоносного горизонта и определяемый по табл. 7.

Таблица 7 Порода к, м/сут а Песок: мелкий 2-5 90 средний 6-15 60 крупный 16-30 50 Г равий 31-70 30

Примечание. Значения коэффициента а получены исходя из средних ве­личин коэффициентов фильтрации, характеризующих соответствующие по­роды, и допустимой входной скорости, определенной по эмпирической формуле V = 65 /к, где к-коэффициент фильтрации водоносного пласта. При других значениях к величина коэффициента а определяется интерпо­ляцией:

б = ЗбООтЫ/^Зг, (8)

где ^-диаметр фильтра, м; /-длина рабочей части фильтра, м; ^-коэффи­циент скважности фильтровой сетки (0,3-0,4); V-допускаемые скорости, м/с, входа воды в скважину со значениями диаметра 60% зерен пород соот­ветственно, мм: < 1 — 0,002, < 0,5 — 0,001, < 0,25 — 0,0005.

Типы фильтров определяются составом и состоянием водовмещающих пород.

Для определения обеспеченности водозабора подземными водами и возможности отбора воды с расчетной производительностью в поясни­тельной записке проекта рассчитывается величина понижения уровня (5) воды в скважинах, которая должна быть меньше допустимой: (5Д0П :Я) <

^ ^доп•

Для безнапорных вод

^доп = (0,5 —0,7) И2 — Д^нас • (9)

Для напорных вод

5доп = н2 — [(0,3 ^0,5) т + ДАнас ], (10)

где И2 и Н2 — соответственно первоначальная глубина залегания воды до водоупора (в безнапорных пластах) и напор (в напорных пластах) в пункте расположения скважины, м; ААгнас и АЯнас-максимальная глубина погру­жения насоса под динамический уровень в скважине для безнапорных и на­порных скважин; т-мощность напорного пласта, м.

Для безнапорных и напорных вод укрупненно можно принять:

^доп = 0,4А2; ^

^ДОП = •

Расчет величины понижения уровня воды 5 производится по ряду фор­мул в зависимости от принятых условий.

1. В районе заложения проектируемой скважины имеется одна скважи­на, принимаемая за опорную, с известными параметрами откачки. Для безнапорных вод по формуле Дюпюи

S = S, Ц/Ц!, (12)

где Sj — понижение уровня в существующей скважине при дебите Q, м; Q-проектируемый дебит, м3/ч; Q, -дебит существующей скважины, м3/ч. Для напорных вод по формуле Альтовского

1ё 5 = е«/р, (13)

где а и Р~ параметры, определяемые на данных опытных откачках при двух понижениях уровня:

62-61 1ё^2 — 1ё^1

(Х = е1-Р1ё51. (15)

Здесь Ql, б2-дебиты скважины по данным откачки при первом и втором понижениях уровня, м3/ч; 51; 52-первое и второе понижения уровня воды при откачке, м.

Формула Альтовского применима при условии, что удельный дебит q1 при 5! больше удельного дебита q2 при 52, а также 5! /52 < 2,5.

2. В районе заложения проектируемой скважины имеется несколько су­ществующих скважин с известными параметрами откачек.

Исходя из данных опытных откачек, определяются среднеарифметиче­ские значения водопроводимости (кт) и коэффициента фильтрации водо­носного горизонта по упрощенной формуле Дюпюи по всем скважинам:

кт = 46/5, (16)

где к — коэффициент фильтрации, м/сут; т — мощность водоносного гори­зонта, м; ^-коэффициент, равный при кратковременных откачках для напорных вод 1,3-1,5; для безнапорных-0,9-1,2; 2-дебит существующей скважины, м3/ч; 5-понижение уровня воды при дебите 2, м.

Для неограниченного в плане напорного водоносного горизонта

6 К

5 = Т^Г1п-’ (17>

2пкт гс

где б-проектируемый дебит, м3/сут; гс — радиус скважины, м; К-радиус влияния скважины, м:

(18)

R = 1,5 j/цt,

Таблица 8 Безнапорные пласты со Напорные пласты Порода свободной поверхностью кт а кт а

Суглинки	0,2-10	4-200		0,1-10	20-800
Пески пылеватые,	2-20	20-200		2-20	100-1000
супеси					(0,25 — 1,25) х 104
Пески мелкозернистые	20-100	(0,2 — 1) х	ю3;	20-100
Пески средне — и круп­	100-600	(0,5 — 3) х 10	100-600	(0,15 — 1) х 105
нозернистые, граве­
листые
Г алечники и граве­	2000-4000	(1 — 2) х	ю4	2000-4000	О О X 1 сГ
литы
Известняки	400-1000	(0,4-1) х	1°4	400-1000	(3,8) х 107 .
Песчаники	200-400	(0,4-1) х	1°4	200-400	(2,5 — 5) х 10′
Изверженные породы	20-100	(0,2-1) х	10	20-100	(0,8-4) х 10

где а-коэффициент пьезопроводности водоносного горизонта, м2/сут; (-амортизационный срок действия водозабора, сут.

Пределы изменения проводимости (кт) и коэффициента пьезопроводно­сти (а) приведены в табл. 8.

Таким образом, значения коэффициента пьезопроводности в безна­порных пластах изменяются от и • 102 до п • 104, а в напорных-от п • 103 до п • 107 м2/сут.

Для неограниченного в плане безнапорного горизонта

(19)

Б = Н0-

/Н2

пк гг

где Н0 — мощность потока грунтовых вод, м, Н2 — уровень залегания гори­зонта воды в скважине.

Для полуограниченного в плане напорного водоносного горизонта

О 21

(20)

5 = ^-1п~- 2л кт гс

где /-расстояние от скважины до контура питания.

(21)

Б = Нп

■, 6,2/ Ні~^к П7Г’

Для полуограниченного в плане безнапорного водоносного горизонта

Расчет взаимодействия скважин

В условиях установившегося движения подземных вод взаимодействие скважин проявляется при расположении их на расстояниях, меньших, чем радиус влияния. При этом вследствие наложения полей сниженных напо­ров от действия отдельных скважин происходит более существенное, чем при отсутствии взаимодействия, снижение уровня подземных вод, либо в условиях равного снижения напора подземных вод уменьшается сум­марный дебит взаимодействующих скважин.

Для определения необходимости производства расчета взаимодействия скважин, по М. Е. Альтовскому, величину радиуса влияния скважин можно ориентировочно определить по табл. 9.

Расчеты взаимодействующих скважин выполняются на основе метода наложения течений (суперпозиции), согласно которому результирующее поле определяется простым алгебраическим сложением независимо от рас­сматриваемых полей отдельно действующих скважин. Применительно к определению величин понижения уровня к одной из взаимодействующих скважин решение, основанное на принципе суперпозиции, можно записать в общем виде

Я = Яд + (А51 + АБ2 + • • • + А5„), (22)

где 50- понижение уровня вод в рассматриваемой скважине от ее действия (как одиночной), м; А$!, А52, …, Д5„- понижение уровня вод на стенке рассматриваемой скважины от действия всех остальных взаимодействую­щих скважин, м.

Решения для каждого конкретного случая получают с учетом схемы расположения скважин и характера граничных условий.

Таблица 9 Порода К м/сут Расстояние наблюдательных скважин от центральной, м Радиус влияния скважин, м 1-я 2-я 3-я Скальные сильнотрещиноватые > 60-70 15-20 3(М0 60-80 > 500 10-15 20-30 40-60 Скальные трещиноватые 60-20 6-8 10-15 20-30 150-200 5-7 8-12 15-20 Гравийно-галечниковые, чистые, без > 60-70 8-10 15-20 30 40 200-300 примеси мелких частиц: крупно — и 4-6 10-15 20-25 среднезернистые однородные пески Гравийно-галечниковые со значи­ 60-20 5-7 8-12 15-20 100-200 тельной примесью мелких частиц 3-5 6-8 10-15 Неоднородные разно — и мелкозер­ 20-5 3-5 6-8 10-15 80-150 нистые пески 2-3 4-6 8-12 Примечание. В числителе-значения параметров для напорных горизонтов, в знамена- теле-для грунтовых.

* = (#01- + (ноп-

Нду —1п —) + | Я, ПК гс

02

1

21

Р п

611п — + б2 1п—— + … + б„1п

Я = —

2л кт

61 1 ^1 62 , ^2 , , 0- л, ——— 1п—- 1- ——— 1п———— 1-… + —;— 1п—— 2пкт гс 2пкт г„_, 2пкт г„_

(23)

5 =

где Q^, 2г> 0,п~дебиты взаимодействующих скважин, м3/сут; Л1, Л2, …, Я„- радиусы влияния взаимодействующих скважин, м; гс — радиус сква­жины, в которой определяется понижение уровня вод, м; га_1, …, Гп_! — расстояния от скважины, в которой определяется понижение, до всех взаимодействующих скважин, м. Для неограниченного в плане безнапорного водоносного горизонта

1. Расчет системы произвольно расположенных взаимодействующих скважин. Для неограниченного в плане напорного водоносного горизонта
я,
+ … +
(24)
пк
где Я01, Н02, Я0„-мощности грунтового потока по соответствующим скважинам, м. Для полуограниченного в плане напорного водоносного горизонта
(25)
где /-расстояние от скважины, в которой определяется понижение уровня вод до реки, м; р1; …, р„-расстояние от зеркально отображенных скважин до скважины, в которой определяется понижения уровня вод, м. Для полуограниченного в плане безнапорного водоносного горизонта
5=(Я01- + (иоп
+… +
(26)
пк г„_,
2. Расчет площадной системы скважин в неограниченном пласте. В этом случае скважина заменяется «большим колодцем» радиусом Я0 :
$ — + 5С,	(27)

где 5ВН — внутреннее понижение уровня вод в центре «большого колодца», м; 5С — понижение в скважине, м;

(28)

где бсут-суммарный дебит скважин, м3/сут; К Пр — приведенный радиус влияния скважины, м; Кпр=1,5|/о{; Я0- радиус «большого колодца», м: Ко = 0,1Р (Р — периметр расположения скважин, м);

где б-дебит скважины, в которой определяется понижение уровня грун­товых вод, м3/сут; г„-радиус влияния скважины в условиях взаимодей­ствия, м; гс-радиус скважины, м.

В случае площадного размещения скважин

(30)

где F0- площадь области, ограниченной линиями, проходящими между со­седними скважинами, м2.

В пояснительной записке к проекту приводятся рекомендации по режи­мам бурения, цементированию скважины, освоению водоносного пласта и безопасным методам производства работ.

Особое значение уделяется вопросам выбора и расчета зоны санитар­ной охраны вокруг устья скважины.

Зона санитарной охраны представляет собой специально выделенную территорию, в пределах которой создается особый режим, исключающий возможность загрязнения, а также ухудшения качества воды источника и воды, подаваемой водопроводными сооружениями.

Зона санитарной охраны подземного источника водоснабжения делится на два пояса: первый-зона строгого режима, второй-зона ограничений.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны для подземного ис­точника водоснабжения должны устанавливаться в зависимости от степени защищенности водоносных горизонтов с поверхности от загрязнения и гидрогеологических условий на расстоянии от водозабора [16]: для на­дежно защищенных горизонтов-не менее 30 м; для незащищенных, недо­статочно защищенных горизонтов и инфильтрационных водозаборов-не менее 50 м.

При использовании в качестве источника водоснабжения инфильтра­ционных вод в границы первого пояса зоны санитарной охраны необходи­мо включать прибрежную территорию между водозабором и водоемом.

Для одиночных подземных водозаборов, располагаемых на территории объекта, исключающего возможность загрязнения почвы, расстояние от них до ограждения допускается уменьшить от 25 до 15 м.

Границы второго пояса зоны санитарной охраны необходимо устана­вливать исходя из санитарных и гидрогеологических условий и определять расчетами. При этом должны быть учтены условия питания водоносного горизонта, а также возможность и условия загрязнения используемого во­доносного горизонта вследствие связи его с поверхностными водами или другими водоносными горизонтами.

В случае наличия гидравлической связи водоносного горизонта с от­крытыми водоемами (река, озеро и т. д.) участок водоема, питающий этот горизонт, должен быть включен во второй пояс зоны санитарной охраны.

При условии, когда действительная скорость воды (м/сут) в естествен­ном неограниченном и однородном подземном потоке, питающем водоза­борную скважину, невелика (V = Ы <0,01, где к — коэффициент фильтрации, м/сут; I-уклон естественного потока), величина радиуса зоны ограничений определяется по формуле [4]:

(31)

где б-дебит водозабора, м3/сут; Г-заданное время, на которое рассчиты­вается зона санитарной охраны, сут; т — мощность водоносного горизонта, м; ц-коэффициент водоотдачи пород, определяемый по табл. 10.

При проектировании зоны санитарной охраны для групповых или оди­ночных водозаборов, если не соблюдается условие V < 0,01 м/сут, границы второго пояса зоны санитарной охраны определяются с помощью графи­ческих построений по методике, изложенной в [17].

Приближенные средние коэффициенты фильтрации и водоотдачи при­ведены в табл. 10.

Таблица 10

Породы

Пределы изменения коэффициентов

фильтрации, м/сут	водоотдачи Ц

Галька и гравий Песок:

0,25-0,35

Рыхлые осадочные породы 100-1000

10-100 1-10 0,1-1 0,1-1

крупнозернистый

среднезернистый

мелкозернистый Торф Супесь Суглинок Глина

0,01-0,1 0,0001-0,01 0,0001

Скальные трещиноватые породы

Известняк трещиноватый Г нейсы Граниты Порфириты Песчаники иа глинистом цементе

10 10 10 10

0,01-0,001

	0,25-0,35 0,20-0,25 0,15-0,20
0,10-0,15
0,008-0,10 0,003-0,024 0,0002-0,019 0,0033-0,067 0,02-0,03

Комментарии запрещены.