ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ВОДОЗАБОРА, ЕГО КОМПОНОВКИ И КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ
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= he - (I)
где he - естественная мощность грунтовых потоков.
R. = Ro + bx (2)
здесь Ro - гидравлическое сопротивление в точке расположения скважины;
b - отношение расхода рассматриваемой скважины к общему расходу водозабора , b =Qo / Q;
x - дополнительное сопротивление, учитывающее несовершенство скважины.
Расчетное понижение уровня S сравнивается с допустимым SД:
S<SД, (3)
где для напорных вод
SД = Не - (0,5т + DНн + DНФ); (4)
для безнапорных вод
8 =0,7 hе - (Dh н - Dhф). (5)
При этом в формулах (4) и (5):
Не и hе - расстояние от водоупора до статического горизонта воды;
DНн и Dh н - глубина погружения насоса под динамический уровень воды;
DНФ и Dhф - потери напора на входе в скважину;
m - мощность водоносного горизонта (для напорных вод).
Расход (дебит) водозабора рассчитывается по формуле:
• для напорных вод
Q=
• для безнапорных вод
(6) |
Q=
Радиус влияния скважины Rв определяется по формуле
|
Rв = 1,5 , (7)
где ап - коэффициент пьезопроводности (для напорных пластов);
ап =
ау - коэффициент уровнепроводности (для безнапорных вод);
ау =
здесь m- коэффициент водоотдачи;
h = 0,8 hе, (8)
t- расчетный срок эксплуатации водозабора, сут.
Для скважин, расположенных в речной долине, расчет гидравлических сопротивлений R и Rо производится следующим образом.
Одиночная скважина
Расстояние от реки по горизонтальной оси X обозначаем Хо (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 ro - радиус скважины.
r= ,
r= ,
Линейный ряд скважин
Для линейного ряда скважин
R= , (9)
Ro = (10)
где n – число скважин.
Суммарное выражение в центральной напорной скважине
Sc = (11)
Суммарное выражение в центральной безнапорной скважине
Sc = he (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 =Vф Fф,
где Vф – допустимая скорость фильтрации, м/с; Vф = 65 ;
Fф, - площадь фильтрующей поверхности фильтра, м2 ;
Fф,=pDфlф,
где Dф- наружный диаметр фильтра;
lф, - длина рабочей части фильтра.
Скорость Vф надо сопоставить с допустимой скоростью отбора воды, представленной в табл. 2.
Таблица 2
Песок крупностью , мм | Vф 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
Dф = ,
где рс – коэффициент скважности фильтра.
Скважность перфорированных фильтров С, определяется по формуле
Сn = ,
где d - диаметр отверстий, мм;
n - число отверстий на 1 пог. м фильтра.
Скважность щелевых фильтров Сщ определяется по формуле
Сn = ,
где а - ширина щели, мм;
b - длина щели, мм;
n - число отверстий в фильтре.
Площадь одного отверстия в каркасе трубы:
f=
Площадь всех отверстий в каркасе трубы:
Fо = 3140рсDф.
Длина фильтра
lф =
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
Q=
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|ro, равном | |||||||
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 Sо – понижение уровня подземных вод на водозаборе;
Rг – гидравлическое сопротивление водозабора:
xг – показатель несовершенства водозабора.
В безнапорный водах
Q=
R = ln (1- xo2)-x2o ln (1+ +4xoarctgxo
где хo = , здесь х - расстояние от реки до водозабора;
l г - половина длины водозабора;
xг = ln
где Сг - заглубление дрены под уровень подземных вод;
гo - радиус дрены.
Дебит подруслового горизонтального водозабора рассчитывается по формуле
Q=
где Н - превышение горизонта воды в реке над дном водозабора;
Rгс - гидравлическое сопротивление совершенного водозабора;
Rгс = ln [tg
РАСЧЕТ ЛУЧЕВЫХ ВОДОЗАБОРОВ
Схема лучевого водозабора дана на рис. 5.
Дебит лучевого водозабора рассчитывается по формуле
Q=2pkmS ( )
где Rб и Rп - фильтрационные сопротивления береговых и подрусловых лучей;
m - расстояние от водоупора до дна реки;
S - понижение уровня воды в водосборном колодце;
S = Не - Но,
здесь Не - напор воды в водоносном пласте;
Нo - уровень воды в водосборном колодце.
Рис.5 Схемы лучевого и подруслового водозоборов
Дебит лучевого водозабора рассчитывается по формуле
Rб = (lnVг + 2hlnVт) ;
здесь Vг= ; Vт = ; V= ,
где Nб – число лучей береговой части;
ro –радиус луча;
L – расстояние от водозабора до реки;
l – длина луча;
kн – коэффициент взаимодействия лучей;
h - коэффициент.
Значения kн и h принимаются по таблице 6.
R= (Uo+Uп) ,
где Nп – число лучей под руслом реки;
Uo= ln ,
где С – заглубление лучей под дно реки.
Uп= ,
где q - угол между лучами.
Таблица 6
N6
| l/m
| ||||||||
2 2
| 4
| 6 | 8 | 10
| |||||
Коэффициент kн | |||||||||
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! |
Мы поможем в написании ваших работ!