2.4. Інтенсифікація роботи діючих споруд для

забирання води з поверхневих джерел

Загальні вимоги, що пред’являються до елементів систем водопостачання (див. р.2.1 даного конспекту) стосовно до конструкцій споруд для забирання води з поверхневих джерел можуть мати більш конкретну інтерпретацію. Конструкція цих споруд повинна:

• забезпечувати у будь-яку пору року забір з водного джерела розрахункової кількості води і подачу її на споруди СВ або споживачам під потрібним напором;

• захищати СВ від потрапляння у неї небажаних домішок у воді (наноси і сміття, шуга, гідробіонти);

• захищати дорослу рибу і рибну молодь від потрапляння її у споруди СВ;

• бути міцною і стійкою проти негативної дії природних і господарських факторів водного джерела (хвилі, донні наноси, поверхневий та внутрішньоводний лід, затоплені предмети, якоря суден та плотів тощо).

При втраті під час експлуатації ВЗС належних кондицій (або невідповідності їх новим вимогам) їх робота підлягає інтенсифікації за умовними напрямками:

• збільшення продуктивності;

• підвищення надійності (безперебійності) роботи;

• підвищення захисту від небажаних домішок у воді;

• підвищення ступеня рибозахисту;

• підвищення стійкості і захисту від негативної дії факторів джерела;

• зниження собівартості забирання води.

При можливості поновлення втрачених кондицій (або досягненні нових) без капітальної реконструкції водозабору вдаються до експлуатаційних та ремонтно-модернізаційних заходів. Так встановленням на ВЗС різноманітних додаткових пристроїв та конструкцій (запаней, сіток, протипланктонних екранів тощо), що розглядаються в дисципліні «Водозабірні споруди» і в лекції 4 даного конспекту, можна підвищувати ступінь рибозахисту та захисту водозабору від домішок у воді.

Продуктивність ВЗС при загальних сприятливих умовах може бути збільшена профілактичними заходами (розчищенням русла, заглибленням перекатів, шугозахистом тощо). При відповідній пропускній спроможності всіх комунікацій у деяких випадках продуктивність ВЗС можна збільшити заміною насосно-силового обладнання без суттєвої реконструкції НС-I.

Надійність (стійкість) роботи НС-I (безперебійна подача води всмоктувальною лінією у насос) може бути підвищена влаштуванням переключень між комунікаціями і встановленням додаткового обладнання (рис. 2.7).

Влаштування привареної сталевої діафрагми 3 або плаваючого щита на вертикальній частині всмоктувальної лінії (рис. 2.7, а,б) запобігає утворенню воронки при мінімальному рівні води у всмоктувальному відділенні, а включення в схему лінії 4 гідроелеватора підсилює всмоктувальну дію лінії 5.

Підключенням 5 всмоктувальної лінії до самопливної (рис. 2.7, б) крім всього можна збільшити продуктивність ВЗС, але таке підключення допускається тільки при високій якості води в джерелі (наприклад під час стійкого льодоставу).

Вакуум-насос і вакуум-котел 6 , підключені до довгих всмоктувальних та сифонних ліній (рис. 2.7, в), забезпечують видалення повітря з цих ліній і запобігають зриву вакууму у них. Для ВЗС, що проектуються, встановлення вакуум-котла забезпечує зменшення заглиблення сифонної лінії.

Вакуумування при дії вакуум-насоса 9 всмоктувального відділення 2 у береговому водоприймально-сітковому колодязі (рис. 2.7, г) і підвищення таким чином мінімального рівня у цьому відділенні є можливим при надійній герметизації перекриття 8.

Наведені приклади дозволяють відмовитись від суттєвої реконструкції водозабору із заглибленням НС-I.

а) б)

в) г)

Рис. 2.7. Підвищення стійкості роботи НС-I влаштуванням переключень між комунікаціями і встановленням додаткового обладнання: а) підключенням гідроелеватора; б) з’єднанням самопливної ї всмоктувальної ліній; в) підключенням вакуум-котла; г) вакуумуванням БВСК

Контрольні питання:

1. Основні причини і ознаки зниження дебіту свердловин

2. Методи діагностики свердловин

3. Методи підвищення дебіту свердловин

4. Інтенсифікація роботи діючих споруд для забирання води з поверхневих джерел

Лекція 3. ОСНОВНІ ЗАДАЧІ РЕКОНСТРУКЦІЇ

ВОДОЗАБІРНИХ ВУЗЛІВ

Зміст лекції:

1.Питання, що вирішуються при реконструкції водозабірних вузлів із свердловин

2.Сумісна робота поодинокої свердловини з насосним обладнанням і водоводом

3.Сумісна робота взаємодіючих свердловин з насосним обладнанням і водоводами

4.Підвищення продуктивності і надійності роботи поверхневих водозаборів при їх реконструкції

3.1. Питання, що вирішуються при реконструкції

водозабірних вузлів із свердловин

При неможливості покрити дефіцит дебіту діючих свердловин шляхом інтенсифікації їх роботи шляхом здійснення експлуатаційних та нескладних ремонтно-модернізаційних заходів проводять реконструкцію водозабору з його розширенням (влаштуванням додаткових свердловин). При такій реконструкції необхідно вирішити наступні питання:

• вибрати місце розташування нових свердловин і експлуатаційний водоносний пласт (ЕВП) для них;

• визначити необхідну кількість додаткових свердловин;

• встановити оптимальні відстані між новими і старими свердловинами;

• вибрати оптимальну схему підключення нових свердловин до діючої системи;

• підібрати насоси для експлуатації свердловин;

• підібрати і розрахувати фільтри, що встановлюються у свердловинах;

• розробити конструкції свердловин;

• відкоригувати розміри зони санітарної охорони (ЗСО) водозабірного вузла з врахуванням розміщення додаткових свердловин.

Вибір майданчика (умовно обмежується розмірами I поясу ЗСО) для розташування додаткових свердловин проводять з врахуванням розмірів і форми майданчика існуючих свердловин та природних і господарських умов місцевості, що оточує його. При виборі майданчика враховують топографічні, геологічні, гідрогеологічні, санітарно-технічні та техніко-економічні фактори. Ділянка місцевості під майданчик повинна:

• мати рівний рельєф без зсувних явищ;

• бути приуроченою до місця найкращого живлення ЕВП;

• забезпечувати можливість створення ЗСО;

• бути якомога ближчою до об’єкту водопостачання;

• мати якомога меншу площу і допускати можливість її розширення на перспективу.

При виборі ЕВП враховують його водність, якість води в ньому, глибину статичного рівня, механічний склад ґрунту і глибину залягання. При розширенні водозабору слід в першу чергу розглядати можливість забирання води з водоносного пласта, що експлуатується існуючими свердловинами.

Необхідна кількість додаткових свердловин визначається за формулою

, (3.1)

де Q_в.дод – витрата, яку необхідно отримати при експлуатації додаткових свердловин, м³/доб; Q_св – дебіт однієї додаткової свердловини, м³/доб, який при забиранні води свердловиною з напірного та безнапірного водоносного пласта визначається відповідно за формулами, м³/доб

, (3.2)

, (3.3)

де k_ф – коефіцієнт фільтрації ґрунту ЕВП, м/доб; m - потужність ЕВП, м; H_в - висота стовпа води у свердловині, м; S _доп - допустиме пониження рівня води у свердловині, м; R - радіус впливу свердловини, м; r - радіус свердловини, м; ξ₁ - коефіцієнт, який враховує недосконалість свердловини.

Величини k_ф і R приймають за довідниковими даними залежно від виду ґрунту водоносного пласта, а значення m , H_в , r - орієнтовно за даними існуючих свердловин. Коефіцієнт ξ₁ приймається за довідником залежно від співвідношень l_ф/m та m/r ( l_ф - довжина водоприймальної частини свердловини).

Допустиме пониження рівня води у свердловині при експлуатації напірних і безнапірних водоносних пластів визначається відповідно за формулами, м

, (3.4)

, (3.5)

де ∆h_н - максимальне заглиблення низу насоса під динамічний

рівень у свердловині, м; ∆h_ф - втрати напору у фільтрі, які визначаються за формулою, м

, (3.6)

де ξ₂ - коефіцієнт, який приймається за довідником залежно від типу фільтра.

Кількість резервних свердловин при реконструкції має забезпечувати надійність роботи водозабору відповідно до його категорії (при реконструкції вона може підвищуватись). Ця кількість визначається за таблицею 3.1, де враховується загально кількість робочих свердловин на водозаборі та категорія водозабору за надійністю подачі води споживачам.

Таблиця 3.1. Кількість резервних свердловин

Кількість робочих свердловин	К а т е г о р і я в о д о з а б о р у
	I	II	III
1…4	1	1	1
5…12	2	1	-
> 12	20 %	10 %	-

Відстань між додатковими свердловинами а також між ними та існуючими свердловинами приймається за техніко-економічними розрахунками (ТЕР) або орієнтовно за рекомендаціями, наведеними у таблиці 3.2, де менше значення відстані рекомендується для свердловин, які забирають воду з напірних водоносних пластів.

Таблиця 3.2.Орієнтовна відстань між сусідніми свердловинами

Водоносний ґрунт	Д е б і т с в е р д л о в и н и , м3/год
	< 20	20…100	> 100
Пісок д/з	50	50…70	70…100
Пісок с/з	70…100	100…120	120…150
Пісок к/з	100…120	120…150	150…200
Гравій, щебінь, скельний ґрунт	120…150	150…200	200…250

Визначення місця розташування свердловин, їх кількості, відстані між ними, схеми підключення до системи та підбір насосів у них рекомендується проводити на підставі к о м п л е к с н и х розрахунків свердловин, у яких враховується їх взаємодія між собою та з іншими спорудами (насосними станціями та водоводами).

Підбір і розрахунок фільтрів для додаткових свердловин, розробка їх конструкції та корегування розмірів ЗСО водозабірного вузла проводиться за тими самими правилами, що і при проектуванні свердловин.

3.2. Сумісна робота поодинокої свердловини з насосним

обладнанням і водоводом

При розрахунку такої сумісної роботи визначається фактична подача води від свердловини до збірного вузла (резервуара) Q і фактичне пониження рівня у свердловині S та підбирається для неї експлуатаційний насос.

Висотна схема подачі води від поодинокої свердловини у резервуар (водонапірну башту) наведена на рис. 3.1.

1 – НС-I;

2 – експлуатаційна

колона

свердловини;

3 – насос;

4 – сальник;

5 – фільтр;

6 – водовід;

7 - ВБ

Рис. 3.1. Висотна схема подачі води від свердловини у ВБ

Аналітичний метод підбору насоса у свердловину передбачає використання формули для визначення напору насоса, м

, (3.7)

де Н_г - геометрична висота підняття води, м; S – пониження рівня води у свердловині ( S = Q/q; Q – дебіт свердловини, л/с; q – питомий дебіт свердловини, л/с∙м ), м; ∑h – сумарні втрати напору у свердловині, насосі, водопідйомних трубах, водоводі ( ∑h=S_вQ²+S_кQ² ; S_в, S_к – гідравлічні опори відповідно водоводу і свердловинної насосної установки, (с/л)²∙м; Q – дебіт свердловини, л/с), м.

Гідравлічний опір водоводу визначається як добуток питомого опору трубопроводу і його довжини. Гідравлічний опір свердловинної насосної установки визначається за формулою, (с/л)²∙м

, (3.8)

де h_к – втрати напору у свердловині, насосі, водопідйомних трубах, м;

При наявності трубопроводу підключення свердловини до збірного водоводу у формулу (3.8) додається гідравлічний опір цього трубопроводу (1,1А_трl, де А_тр – питомий опір трубопроводу, (с/л)², l – довжина трубопроводу, м).

Графічний метод підбору насосу в свердловину ґрунтується на побудовах при суміщенні графіків характеристик насосу і водоводу (рис. 3.2).

Рівняння, що характеризує подачу води від поодинокої свердловини до резервуару випливає з порівняння правих частин рівняння (3.7) та аналітичної характеристики (3.9), визначеної шляхом апроксимації характеристики Q-H насосу в її оптимальній області, м

, (3.9)

де H_ф, S_ф – параметри аналітичної характеристики (м, (с/л)²∙м), визначені за формулами

, (3.10)

, (3.11)

де Н₁,Н₂,Q₁,Q₂ – координати граничних точок оптимальної області характеристики Q-H насосу (рис.3.3).

1- характеристика Q-H

заглибного насосу;

2- та ж характеристика

при пониженні рівня

S у свердловині;

3- характеристика Q-h

водоводу (шляху

руху води від ЕВП

до резервуару)

Рис. 3.2. Суміщені графіки характеристик насосу і водоводу

Рис. 3.3. Характеристика Q-H насосу

Подача води від поодинокої свердловини до резервуару із врахуванням взаємодії свердловини з насосним обладнанням і водоводом визначається за формулою, л/с

, (3.12)

де всі складові частини є відомими з попереднього матеріалу.