ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ВОДОЗАБОРА, ЕГО КОМПОНОВКИ И КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ

Стр 1 из 2Следующая ⇒

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

*********************************************************************

Кафедра «Водоснабжение»

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

«ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД»

Для студентов дневного и вечернего отделений

Специальности 270112

Водоснабжение и водоотведение»

ВОДОЗАБОРЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Москва 2008

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время для забора подземных вод применяются скважины, шахтные колодцы, горизонтальные, лучевые и ин-фильтрационные водозаборы (в состав которых входит водозабор из поверхностного источника, вода из которого подается в нагнетательную скважину или инфильтрационный бассейн, а забирается из них водозаборной скважиной или горизонтальным водозабором, соответственно), а также капотажные камеры.

При выборе источника водоснабжения следует иметь в виду, что в ряде районов подземные воды классифицируются как стратегический запас воды, и ее использование строго ограничено. Кроме того, статистика свидетельствует о том, что за счет подземных вод потребности в воде в стране покрываются только на 3-5% от общего количества потребляемой воды. А производительность водозаборов подземных вод значительно меньше производительности водозаборных сооружений поверхностных вод. Так, дебит скважины может достигать 0,035 м³/с, в то время как на водохранилище эксплуатируется водозаборное сооружение производительностью 500 м³/с, а поверхностные водозаборные сооружения производительностью 150 м³/с эксплуатируются на двух десятках водохранилищ.

ДАННЫЕ ДЛЯ ЗАДАНИЯ

Практические работы выполняется по индивидуальным заданиям, содержащим необходимые для проектирования данные.

Общие данные

1. Источник водоснабжения ___________________

2. Расчетный расход воды объекта водоснабжения, м³/сут, и режим ее подачи ____________________________

3. Заданная пьезометрическая отметка воды в конечной точке водоводов, м ______________________________

4. Длина напорных водоводов, м _________________

5. Число напорных водоводов ________________

План участка местности в районе источника водоснабжения с геологическими данными по глубине водозабора дается в приложении к заданию.

Данные для подземных источников

1. Отметка уровня земли, м ___________________

2. Отметка статического горизонта воды, м

3. Подземные воды безнапорные или артезианские (ненужное вычеркивается).

4. Водоносный горизонт сложен из ________________

5. Мощность водоносного горизонта, м _____________

6. Коэффициент фильтрации, м/сут ________________

7. Удельный дебит, л/с на 1 пог. м

8. Коэффициент уровнепроводности, м²/сут ___

9. Коэффициент пьезопроводности, м²/сут ____

10. Дополнительные данные:

Расстояние до водозабора (скважины) до реки, м

Расстояние между скважинами, м _________

Система скважин: линейная, круговая, площадная (ненужное вычеркивается).

ОБЪЕМ И СОСТАВ РАБОТЫ

Отчет по работе состоит из графической части (1 лист формата А1) и пояснительной записки. Графическая часть включает:

1. План участка местности М 1:500 (1:200). На плане должны быть указаны водозаборы (скважины, шахтные колодцы, лучевые водозаборы и другие сооружения), трубопроводы, насосная станция, границы зон санитарной охраны первого пояса.

2. Планы водозабора, на которых должны быть изображены оголовки (шахтные колодцы), водоприемная часть с фильтром и насосом на разных отметках (М 1:100, 1:200).

3. Продольные и поперечные разрезы по сооружениям. На разрезах должны быть указаны статические и динамические горизонты воды, породы и водоносный пласт, конструкция оголовка, кондуктора, ствола, фильтра, отстойника, дрен (М 1:100, 1:200).

4. Детали фильтра или дрены (М 1:100, 1:50).

5. Разрезы, на которых должны быть отмечены все взаимодействующие сооружения с уровнями воды, депрессионными кривыми и т.п. (М 1:500, 1:200).

Пояснительная записка включает следующие разделы:

1. Обоснование выбора типа водозабора, его компоновки и конструктивных форм.

2. Гидравлические расчеты, определяющие дебит сооружения, понижения уровня подземных вод, общие размеры сооружения и его конструктивных частей (фильтра, отстойника, оголовка, подземной части и надземных сооружений).

3. Графики совместной работы насосов первого подъема и водоводов.

4. Методы ведения работ по строительству водозабора (кратко).

5. Описание основных положений по эксплуатации водозабора.

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ВОДОЗАБОРА, ЕГО КОМПОНОВКИ И КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ

Тип водозабора определяется на основании его расчетной производительности, гидрогеологических данных и мощности водоносного горизонта. Если на основании исходных данных можно запроектировать несколько различных типов водозаборов, то проводится краткое технико-экономическое сравнение предполагаемых типов водозаборов, и на его основании выбирается оптимальный вариант водозабора.

Справочные данные о фильтрационных свойствах пород, необходимые для проектирования, приведены в прил. 1, 2, 3.

Компоновка водозаборного узла зависит от типа выбранного водозабора и необходимых сооружений для очистки, обеззараживания воды и подачи ее потребителю, а также размера зоны санитарной охраны первого пояса. Во всех случаях предпочтение должно отдаваться расположению водозабора вблизи реки, озера, водохранилища или в районе обильного подземного водопритока к сооружениям. Конструктивные формы водозабора определяются в соответствии со способом производства работ, глубиной заложения подземных вод, геологическими условиями, гранулометрическим составом водоносного горизонта, дебитом и режимом эксплуатации.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

На основании гидравлических расчетов определяются дебит сооружения, понижение уровня подземных вод, общие размеры сооружения и его конструктивных частей.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СКВАЖИН

В расчетах обычно решается одна из двух задач: определение дебита сооружения при постоянном понижении уровня подземных вод или расчет понижения уровня при постоянном дебите сооружения. При этом учитывается тип подземных вод и совершенство или несовершенство водозабора.

РАСЧЕТЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН

Понижение уровня подземных вод S рассчитывается для напорных пластов по формуле

S= QR/2pkm,

где Q - суммарный дебит водозабора;

R - гидравлическое сопротивление;

k - коэффициент фильтрации;

m - мощность водоносного горизонта.

Для безнапорных пластов

S= h_e - (I)

где h_e - естественная мощность грунтовых потоков.

R. = R_o + bx (2)

здесь R_o - гидравлическое сопротивление в точке расположения скважины;

b - отношение расхода рассматриваемой скважины к общему расходу водозабора , b =Q_o / Q;

x - дополнительное сопротивление, учитывающее несовершенство скважины.

Расчетное понижение уровня S сравнивается с допустимым S_Д:

S<S_Д, (3)
где для напорных вод

S_Д = Н_е - (0,5т + _DН_н+ _DН_Ф); (4)

для безнапорных вод

8 =0,7 h_е - (_Dh _н - _Dh_ф). (5)

При этом в формулах (4) и (5):

Н_е и h_е - расстояние от водоупора до статического горизонта воды;

_DН_н и _Dh _н - глубина погружения насоса под динамический уровень воды;

_DН_Ф и _Dh_ф - потери напора на входе в скважину;

m - мощность водоносного горизонта (для напорных вод).

Расход (дебит) водозабора рассчитывается по формуле:

• для напорных вод

• для безнапорных вод

(6)

Радиус влияния скважины R_в определяется по формуле

R_в = 1,5 , (7)
где а_п - коэффициент пьезопроводности (для напорных пластов);

а_п =

а_у - коэффициент уровнепроводности (для безнапорных вод);

а_у =

здесь m- коэффициент водоотдачи;

h = 0,8 h_е, (8)

t- расчетный срок эксплуатации водозабора, сут.

Для скважин, расположенных в речной долине, расчет гидравлических сопротивлений R и R_о производится следующим образом.

Одиночная скважина

Расстояние от реки по горизонтальной оси X обозначаем Х_о(рис. 1).

Расстояние от реки по оси X до точки М, расположенной от скважины на расстоянии r , обозначим через х. Координату по оси Y точки М обозначим через у.

Тогда R=ln ; R₀=ln

где r_o - радиус скважины.

r= ,

Линейный ряд скважин

Для линейного ряда скважин

R= , (9)

R_o = (10)

где n – число скважин.

Суммарное выражение в центральной напорной скважине

S_c = (11)

Суммарное выражение в центральной безнапорной скважине

S_c = h_e (12)

Количество резервных скважин следует принимать по табл.1.

Количество рабочих скважин на водозаборе	Категории систем водоснабжения
	Количество резервных скважин			Количество резервных насосов на складе
	1	2	3	1	2	3
от 1 до 4	1	1	-	1	1	1
от 5 до 12	2	1	-	1	1	1
от 13 и более	20%	10%	-	10%	10%	10%

Расчет параметров фильтра

Фильтры водяных скважин должны обеспечивать приток расчетного количества воды со скоростями, не превышающими допустимые, задерживать глинистые, пылеватые и песчаные частицы из водоносного горизонта, не коррозировать и не ухудшать качество воды за счет увеличения содержания железа или других компонентов разрушения материала фильтра.

Водозахватывающая способность фильтра f, л/с, не должна быть меньше расчетного дебита скважины Q, л/с: f ³ Q, в свою очередь

f =V_фF_ф,

где V_ф – допустимая скорость фильтрации, м/с; V_ф = 65 ;

F_ф, - площадь фильтрующей поверхности фильтра, м² ;

F_ф,=pD_фl_ф,

где D_ф- наружный диаметр фильтра;

l_ф, - длина рабочей части фильтра.

Скорость V_ф надо сопоставить с допустимой скоростью отбора воды, представленной в табл. 2.

Таблица 2

Песок крупностью , мм	V_{ф доп}, м/с
60%- до 1	0.005
40%- до 0,5	0.0025
40%- до 0,25	0.001

Диаметр рабочее части фильтра должен удовлетворять соотношению

D_ф= ,

где р_с – коэффициент скважности фильтра.

Скважность перфорированных фильтров С, определяется по формуле

С_n = ,

где d - диаметр отверстий, мм;

n - число отверстий на 1 пог. м фильтра.

Скважность щелевых фильтров С_щ определяется по формуле

С_n = ,

где а - ширина щели, мм;

b - длина щели, мм;

n - число отверстий в фильтре.

Площадь одного отверстия в каркасе трубы:

Площадь всех отверстий в каркасе трубы:

Fо = 3140р_сD_ф.

Длина фильтра

l_ф =

где а – коэффициент, зависящий от гранулометрического состава грунта, определяется по табл. 3.

Таблица. 3

Порода	а
Песок мелкий с k= 2-5 м/сут	90
Песок средний с k= 6-15 м/сут	60
Песок крупный с k= 16-30 м/сут	50
Гравий с k= 30-70 м/сут	30

Влияние диаметра фильтра на дебит скважины незначительно и приблизительно пропорционально логарифму последнего. Это оценивается по формуле

где r – радиус скважины.

ЗОНЫ САНИТАРНОИ ОХРАНЫ

Зона санитарной охраны первого пояса определяется по требованиям СНиП 02.04-84 «Водоснабжение. Наружные сета и сооружения».

Границы второго пояса зоны санитарной охраны определяются с помощью гидрогеологических расчетов. В качестве критериев для их определения принимают положение разделительных линий в области питания скважины и время продвижения возможного загрязнения от места попадания в водоносный пласт до скважины.

Рис. 2. Границы зоны санитарной охраны:

- - - - - нейтральная линия тока;

_______________ ------- ____ - расчетная граница зоны санитарной охраны;

- возможная граница попадания загрязнения в воду;

- места возможного попадания загрязнений

Аналитические расчеты размеров зоны санитарной охраны второго пояса

одиночной скважины приведены в табл. 4, которую иллюстрирует рис. 2.

Таблица 4

Угол между осями X и Y	Расстояние по осям
X=Y	Y=0,375Q/q
X=0,5Y	Y=0,323Q/q
X=0	Y=0,25Q/q
X=- 0,5 Y	Y=0,1768Q/q
X=- Y	Y=0,125Q/q
X=- 2 Y	Y=0,0737Q/q
Y =-0	Y=-0,159Q/q

Примечание: q – удельный расход водоносного пласта на 1 пог. М ширины потока.

РАСЧЕТ ШАХТНОГО КОЛОДЦА

Расчет шахтных колодцев производится по формулам (1)-(3); (5), (6-8), (9-12)Численные значения коэффициента x приведены в табл. 5.

Таблица 5

l _ф /m	x при m\|r_o_,равном
l _ф /m	3	10	30	100	200	500	1000	2000
0,05	1,2	6,3	17,8	40	47	63	74,5	84,5
0,1	1	5,2	12,2	21,8	27,4	35,1	40,9	46,8
0,3	0,65	2,4	4,6	7,2	8,8	10,9	12,4	14,1
0,5	0,33	1Д	2,1	3,2	3,9	4,8	5,5	6,2
0,7	0,12	0,44	0,84	1,3	1,6	2	2,3	2,6
0,9	0,01	0,06	0,15	0,27	0,34	0,43	0,5	0,58

РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОДОЗАБОРОВ

Рис. 3 Рис.4.

Дебит горизонтального водозабора Q (рис. 3 и 4) расположенного параллельно руслу реки, в напорных водах рассчитывается по формуле

Q = ,

где S_о – понижение уровня подземных вод на водозаборе;

R_г – гидравлическое сопротивление водозабора:

x_г – показатель несовершенства водозабора.

В безнапорный водах

R = ln (1- x_o²)-x²_o ln (1+ +4x_oarctgx_o

где х_o = , здесь х - расстояние от реки до водозабора;

l _г - половина длины водозабора;

x_г = ln

где С_г - заглубление дрены под уровень подземных вод;

г_o - радиус дрены.

Дебит подруслового горизонтального водозабора рассчитывается по формуле

где Н - превышение горизонта воды в реке над дном водозабора;

R_гс - гидравлическое сопротивление совершенного водозабора;

R_гс = ln [tg

РАСЧЕТ ЛУЧЕВЫХ ВОДОЗАБОРОВ

Схема лучевого водозабора дана на рис. 5.

Дебит лучевого водозабора рассчитывается по формуле

Q=2pkmS ( )

где R_б и R_п - фильтрационные сопротивления береговых и подрусловых лучей;

m - расстояние от водоупора до дна реки;

S - понижение уровня воды в водосборном колодце;

S ⁼ Н_е - Н_о,

здесь Н_е - напор воды в водоносном пласте;

Н_o - уровень воды в водосборном колодце.

Рис.5 Схемы лучевого и подруслового водозоборов

Дебит лучевого водозабора рассчитывается по формуле

R_б = (lnV_г + 2hlnV_т) ;

здесь V_г= ; V_т = ; V= ,

где N_б – число лучей береговой части;

r_o –радиус луча;

L – расстояние от водозабора до реки;

l – длина луча;

k_н – коэффициент взаимодействия лучей;

h - коэффициент.

Значения k_н и h принимаются по таблице 6.

R= (U_o+U_п) ,

где N_п – число лучей под руслом реки;

U_o= ln ,

где С – заглубление лучей под дно реки.

U_п= ,

где q - угол между лучами.

Таблица 6

N₆		l/m
		2 2		4		6	8	10
Коэффициент k_н
3 4 6 8	0,63 0,48 0,33 0,28		0,67 0,52 0,38 0,33		0,70 0,57 0,40 0,36		0,71 0,60 0,45 0,42		0,72 0,63 0,47 0,45
Коэффициент h
50 25 10	4,5 4,2 2,8		5,0 4,5 3,5		6,2 5,5 4,0		7,0 6,2 4,5		8,0 7,0 5,0

РАСЧЕТ ВОДОЗАБОРОВ С ИСКУССТВЕННЫМ ПОПОЛНЕНИЕМ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Для водоснабжения используются водозаборы с открытыми и закрытыми инфильтрационными сооружениями. Пополнение запасов подземных вод в открытых сооружениях производится с помощью инфильтрационных бассейнов, в закрытых сооружениях - с помощью нагнетательных скважин.

Инфильтрационные бассейны работают в режимах: пополнения бассейна; фильтрации при постоянном уровне воды в бассейне; работы после прекращения подачи воды.

Оценка производительности инфильтрационных бассейнов и закрытых инфильтрационных сооружений достаточно громоздка и трудоёмка. Поэтому в ограниченном объеме данных методических указаний не приведены расчетные зависимости. Расчеты этих сооружений даны в специальной литературе и нормативных документах.

КАПТАЖНЫЕ КАМЕРЫ

Каптажные камеры применяются для отбора ключевых вод.

Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 44; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!