54

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

Геолого-географічний факультет

Кафедра гідрогеології

Ф.В. ЧОМКО, Д.Ф. ЧОМКО

ДИНАМІКА ПІДЗЕМНИХ ВОД

Методичний посібник по складанню курсової роботи

Харків-2012

УДК 552(07); 551.49(07)

Динаміка підземних вод. Методичний посібник по складанню курсової роботи. – Харків: ХНУ ім. В.Н. Каразіна, 2012. – 41 с.

Склали: Чомко Ф.В., Чомко Д.Ф.

Друкується за рішенням Вченої ради геолого-географічного факультету

ХНУ імені В.Н. Каразіна (протокол № 8 від 20 квітня 2012 р.).

Рецензенти: доктор геолого-мінералогічних наук, професор Лур`є А.Й.

кандидат технічних наук, доцент Удалов І.В.

У методичному посібнику по складанню курсової роботи розглянуті основні методи розрахунку системи взаємодіючих свердловин для зниження рівня підземних вод в різних гідрогеологічних умовах на ділянках будівництва інженерних споруд, підземні частини яких будуть повністю або частково знаходитися нище рівня підземних вод. Даються рекомендації по складанню курсової роботи.

Розраховано для студентів спеціальності «Гідрогеологія» (6.04010302) для всіх форм навчання.

 Ф.В. Чомко, Д.Ф. Чомко. 2012

 Харківський національний університет

імені В.Н. Каразіна, 2012

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………………………………...……5

1. Теоретичні основи і приклади розрахунку взаємодіючих свердловин водознижуючої споруди………….. ………………………………………6

   1. Розрахунок взаємодіючих свердловин у необмежених водоносних горизонтах……………………………………………...………………..…..6

   2. Розрахунок взаємодіючих свердловин у напівобмежених водоносних горизонтах……………..………………………………..….....9

   3. Розрахунок взаємодіючих свердловин в обмеженому пласті-смузі…3

   4. Розрахунок взаємодіючих свердловин в обмеженому пласті-куті……………17

   5. Розрахунок взаємодіючих свердловин в водоносному горизонті пласт-коло…………………………………....................................20

   6. Розрахунок взаємодіючих свердловин у неоднорідних шаруватих пластах…23

2. Завдання для курсової роботи………………………………………………………....26

   1. Взаємодіючі свердловини у необмежених водоносних горизонтах…………26

   2. Взаємодіючі свердловини у напівобмежений водоносних горизонтах…… . 27

   3. Взаємодіючі свердловини у обмеженому пласті-смузі…………… …27

   4. Взаємодіючі свердловини у обмеженому пласті-куті……………...28

   5. Взаємодіючі свердловини в водоносному горизонті пласт-коло………….29

   6. Взаємодіючі свердловини у неоднорідному шаруватому пласті…..29

3. Структура і зміст курсової роботи…………………………………….....31

Висновки…………………………………………………………..…………………34

Література………………………………………………………………………….35

Графічні і текстові додатки……………………………………………………….....37

ВСТУП

Методичний посібник по складанню курсової роботи по курсу «Динаміка підземних вод» написаний згідно до учбового плану і програми для спеціальності «Гідрогеологія» (6.04010302). Він узагальнює досвід накоплений в процесі викладання цього курсу на кафедрі гідрогеології Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. В методичному посібнику викладені структура курсової роботи і короткий зміст кожного розділу, дана характеристика різних схем розрахунку взаємодіючих дренажних свердловин. Ділянки будівництва характеризуються неоднорідною геологічною будовою та гідрогеологічними умовами, складними контурами меж областей фільтрації і різноманітною взаємодією водоносних горизонтів із навколишнім середовищем. Успішне вирішення практичної задачі по зниженню рівня підземних вод в таких умовах залежить від того, наскільки правильно виконана схематизація гідрогеологічних умов і вибраний спосіб її вирішення.

Метою курсової роботи є розрахунок системи взаємодіючих дренажних свердловин в різних гідрогеологічних умовах для зниження рівня води на ділянках будівництва інженерних споруд, підземні частини яких будуть повністю або частково знаходитися нище рівня підземних вод.

Складання курсової роботи сприятиме більш поглибленому самостійному вивченню студентами цієї навчальної дисципліни, закріплює теоретичні знання отримані під час аудиторних занять та в той же час є однією з форм перевірки їх знань.

Упорядники з вдячністю приймуть всі зауваження і побажання, які будуть спрямовані на послідуюче покращання цього посібника. Зауваження просимо надсилати на адресу: 61077, м. Харків, площа Свободи, 4, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, геолого-географічний факультет, кафедра гідрогеології.

1. Теоретичні основи і приклади розрахунку взаємодіючих свердловин водознижуючої споруди

Під водознижуючою спорудою розуміється система свердловин (вертикальний дренаж), каналів і канав (горизонтальний дренаж), за допомогою яких знижується рівень або напір підземних вод. Зниження рівня підземних вод найчастіше проводиться за допомогою свердловин для осушення масивів грунтів під будівництво в них інженерних споруд (тунелі різного призначення, станції метрополітенів, підземні підприємства, паркінги і склади, тощо), які повністю або частково будуть знаходитися нижче їх рівня.

Розрахунок взаємодіючих водознижуючих свердловин базується на використані аналітичних залежностей, які отримані при розв`язанні диференціальних рівнянь фільтрації. Для простих гідрогеологічних умов рішення цих рівнянь реалізуються у вигляді аналітичних розрахунків. У більш загальному випадку (у тому числі в складних умовах) розв`язання диференційних рівнянь здійснюється методом математичного моделювання [9].

Аналітичні розрахунки використовуються в усіх випадках, коли існує можливість представити гідрогеологічну обстановку у вигляді розрахункової фільтраційної схеми.

Гідродинамічні схеми пластів. У природних умовах водоносні горизонти обмежені з усіх сторін. Однак на роботу водознижуючої системи свердловин можуть впливати лише окремі межі, а іноді цей вплив зовсім відсутній. У залежності від кількості і форм меж, що впливають на роботу цих систем, виділяють такі основні типові схеми пластів: необмежені (безмежні), напівобмежені і обмежені. Серед обмежених пластів розрізняють: смугоподібний (пласт-смуга), кутовий (пласт-кут), круговий (пласт-коло).

1. Розрахунок взаємодіючих свердловин у необмежених водоносних горизонтах

Якщо природні межі водоносного горизонту знаходяться так далеко від ділянки, де потрібно понизити рівень підземних вод, що за весь час експлуатації t_е водознижуючої системи свердловин воронка депресії їх не досягне, розрахункова гідродинамічна схема називається “необмеженим пластом” [8, 9]. В умовах однорідного напірного необмеженого пласта зниження рівня (S) при постійному дебіті (Q₀) розраховується за формулою Тейса, яка для квазіусталеного режиму фільтрації має вигляд:

(1.1)

де: Q₀ – дебіт досконалої свердловини; km – коефіцієнт водопровідності пласта; a – коефіцієнт п`єзопровідності пласта; t – термін роботи свердловини; S – зниження рівня води в будь-якій точці пласта, розташованій на відстані r від свердловини.

Розрахунок групи взаємодіючих свердловин проводиться з використанням методу накладання течій (суперпозиції). Метод полягає в тому, що зниження рівня води в кожній із взаємодіючих свердловин дорівнює алгебраїчній сумі зрізок рівня води в цій свердловині від роботи всіх інших свердловин, які працюють як одиночні.

(1.2)

д е: S_р – прогнозне зниження рівня води в розрахунковій свердловині; S₀ – зниження рівня води в цій свердловині при її роботі як одиночної, тобто, без врахування взаємодії; – сума знижень рівня води (зрізок рівня), що викликані роботою кожної іншої свердловини водознижуючої споруди (і = 1,2,...,п), при їх роботі теж як одиночних (рис. 1.1).

Рис.1.1. Схема до розрахунку взаємодіючих свердловин

П р и к л а д о б ч и с л е н н я

У м ов и:

Визначити зниження рівня води за рахунок відкачки підземних вод із трьох свердловин, сумарний дебіт яких складає 3000 м³/доб. Схема розташування свердловин наведена на рис.1.2 [9].

Товщина водоносного горизонту (m) становить 18 м, а напір над покрівлею пласта (H’) – 43 м. Водопровідність, яка встановлена за даними відкачування із св. 1, дорівнює 80, із св. 2 – 120, а із св. 3 – 200 м²/доб. Середнє значення п`єзопровідності (a) становить 4х10⁵ м²/доб. Водоносний горизонт в плані може бути схематизований у вигляді необмеженого пласта. Св. 2 обладнана фільтром довжиною (l_ф ) 6,0 м, який розташований у верхній частині пласта. Інші свердловини – досконалі. Розрахунковий час роботи водознижуючої споруди становить 10⁴ діб.

Р о з в `я з о к.

Виходячи з умови рівномірного навантаження на свердловини, визначається їх дебіт (Q_с):

Q_с = Q_сум : п , (1.3)

де: Q_сум – сумарний дебіт свердловин; п – кількість свердловин.

Q_с = 3000 : 3 = 1000 м³/доб.

Рис. 1.2. Схема розташування взаємодіючих свердловин.

Необхідне зниження приймаємо рівним величині напору над покрівлею, тобто S_доп = H‘ = 43 м.

Розрахункові значення водопровідності визначаються як середньоарифметичні для пари взаємодіючих свердловин:

km_1-2 = (80+120) : 2 = 100 м²/доб;

km_1-3 = (80+200) : 2 = 140 м²/доб;

km_2-3 = (120+200) : 2 = 160 м²/доб.

Згідно з (1.1) та (1.2), формула для розрахунку зниження рівня в досконалих свердловинах буде мати вигляд:

(1.4)

де: km₀ – водопровідність у зоні розрахункової свердловини; km_i – середнє значення водопровідності між розрахунковою свердловиною та свердловиною, що впливає на неї; r_c – радіус свердловини; r_i – відстань від свердловини розрахункової до інших свердловин.

П ідставивши необхідні значення у формулу (1.4), отримаємо розрахункові зниження у свердловинах № 1 та № 3 за схемою (рис. 1.3)

Рис. 1.3. Схема розрахунку взаємодіючих свердловин

Розрахункове зниження рівня в 2-й недосконалій свердловині визначається за залежністю:

(1.5)

де - гідравлічний опір, що обумовлений недосконалістю свердловини за ступенем розкриття водоносного горизонту; визначається за графіком (дод. 1) у залежності від співвідношення l_ф /m та m/r_c :

l_ф /m = 6 : 18 = 0,33 ; m/r_c = 18 : 0,2 = 90.

За графіком визначаємо, що = 8

Розрахункове зниження у свердловині № 2 дорівнює:

В и с н о в о к

Як свідчать розрахунки, сумарне зниження води у св. № 1становить 42,4 м, у св. №2 – 22,4 м, а у св. №3 – 35,1.