6. Розрахунок взаємодіючих свердловин у неоднорідних шаруватих пластах

У природних умовах водоносні товщі гірських порід у ряді випадків є суттєво неоднорідними в розрізі. Якщо має місце різка відмінність у водопроникності проникних і слабо- проникних шарів, то такі гідрогеологічні системи називають неоднорідними шаруватими. [8, 9] Такі системи дуже характерні для артезіанських басейнів, де напірні водоносні горизонти відокремлені один від одного слабопроникними шарами. У відповідності з різницею напорів у сусідніх водоносних горизонтах відбувається перетікання води через роздільні слабопроникні шари.

Питання про формування депресійних воронок у напірних пластах з урахуванням перетікання для стаціонарних умов розроблені А.Н. Мятієвим і Н.К. Гіринським [1, 4, 8, 9]. Ґрунтуючись на положеннях їх теорії, були розроблені рішення для неусталеного потоку М. Хантушем, Ч. Джекобом, Ф.М. Бочевером [9]. Отримані рішення є приблизними, оскільки при цьому прийняті такі припущення: 1) до початку відкачування рівні гідравлічно пов”язаних водоносних горизонтів є однакові; 2) під час відкачування з основного водоносного горизонту, рівні у живлячих горизонтах залишаються постійними; 3) напрямок руху води в водоносних пластах горизонтальний, а у роздільних слабопроникних – вертикальний.

Слід додати, що аналітичні рішення розроблені для умов необмеженого пласта.

При дотриманні вищезазначених передумов, а також постійності витрати свердловин, відсутності впливу водовіддачі слабопроникних шарів, для розрахунку дренажних споруд у неоднорідних шаруватих пластах використовується залежність Джейкоба-Хантуша [9]:

(1.36) де: Q – дебіт свердловини; T - водопровідність основного водоносного горизонту; W(r²/4at; r/B ) – функція Хантуша, значення якої наведені в дод. 2; В – параметр перетікання, який для умов тришарового пласта (рис. 1.13) визначається за формулою:

(1.37) де: m₀ i k₀ – відповідно, товщина та коефіцієнт фільтрації роздільного слабопроникного шару.

При збільшенні часу t функція Хантуша прагне до постійної величини 2K₀ (r/B), де: К₀ – функція Бесселя другого роду від уявного аргументу нульового порядку.

Тому розрахунки водознижуючих споруд на тривалий час роботи доцільно проводити, виходячи з положень усталеної фільтрації за формулою:

(1.38)

Значення функції К₀ наведені в дод.3.

При r_i /B < 0,4 з точністю до 10%

(1.39)

Рис. 1.13. Схема до розрахунку свердловини в тришаровому пласті.

Тому для визначення усталеного зниження рівня S₀ безпосередньо в самій свердловині з радіусом r_c можна користуватися формулою:

(1.40)

Згідно з методом накладання течій, розрахункове зниження рівня в і-тій свердловині системи взаємодіючих дренажних свердловин буде дорівнювати:

(1.41)

де: Q₀ – дебіт розрахункової свердловини; Q_i – дебіт і-тої свердловини, яка взаємодіє з розрахунковою і розташована від неї на відстані r_i.

П р и к л а д р о з р а х у н к у

У м о в и:

Визначити можливість рівня підземних вод 48 м. Ділянка, де проводиться зниження рівня води, розташована в центральній частині артезіанського бассейну [9]. Товщина основного водоносного горизонту т=20 м (рис. 1.13). Водовмісні крупнозернисті піски мають коефіцієнт фільтрації k_ф=6 м/доб. Напір над покрівлею горизонту Н’=48 м. Товщина слабопроникного шару глин у покрівлі горизонту т₀=18 м, коефіцієнт фільтрації k₀=2*10^-4 м/доб. Знизу водоносний горизонт підстилається глинистими відкладами товщиною понад 100 м.

Водоносний горизонт, що залягає зверху над основним грунтовий, має з ним однаковий рівень і тісно пов`язаний з річкою, витрата якої 2,1 м³/с.

Наявне насосне обладнання дозволяє проектувати свердловини з дебітом 900 м³/доб.

Р о з в`я з о к.

Гідрогеологічні умови можуть бути схематизовані у вигляді неоднорідної шаруватої системи, що складається з двох водоносних горизонтів, розділених слабопроникним шаром, і необмеженої в плані.

Виходячи з потужності насосного обладнання, дебіт експлуатаційних свердловин з радіусом r_c = 0,2 м приймаємо Q_i = 900 м³/доб, кількість водознижуючих свердловин 2 з відстанню між ними r_i = 200 м.

Проектне зниження рівня у свердловинах приймаємо таким, що дорівнює напору над покрівлею водоносного горизонту:

S_пр= H’= 48 м.

Розрахуємо зниження рівня у свердловинах за формулою (1.41), обчисливши попередньо параметр перетікання В за залежністю:

В = = 3,3х10³. (1.42)

Зниження рівня води в свердловині за формулою буде дорівнювати:

м.

У зв`язку з тим, що розрахункове зниження значно менше проектного, замінимо досконалі свердловини недосконалими з фільтрами у верхній частині водоносного пласта. Це може зменшити витрати на їх буріння та обладнання.

Розрахунок проведемо за залежністю:

(1.43)

де: – коефіцієнт недосконалості свердловини, який визначається підбором до виконання умови У нашому випадку може дорівнювати 26. Тоді:

м.

Довжина фільтра в залежності від величини визначається аналогічно прикладу в розд.4.1 і дорівнює 2 м.

В и с н о в о к. Необхідна зниження рівня підземних вод бути забезпечена двома недосконалими свердловинами з фільтрами довжиною 2 м у верхній частині водоносного горизонтаі розташованими на відстані 200 м одна від одної.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Курсова робота передбачає розрахунок зниження рівня води на ділянках будівництва інженерних споруд, підземні частини яких будуть повністю або частково знаходитися нище рівня підземних вод.

На першому практичному занятті кожен студент отримує свій варіант розрахунку, список рекомендованої літератури.

В процесі роботи над курсовою роботою кожен студент повинен самостійно розрахувати систему взаємодіючих дренажних свердловин для осушення масиву ґрунта під будівництво станції метро і визначити кількість і місце положення взаємодіючих досконалих і недосконалих свердловин, за допомогою яких можна знизити рівень підземних вод на 0,5 м глибше нижньої частини станції.

Всі станції мають такі розміри: довжина становить 125 м, ширина – 30 м, а висота – 10 м.

Недосконалі свердловини повинні обладнуватися фільтром довжиною (l_ф), який розташовується у верхній частині водоносного горизонту. Взаємодіючі свердловини необхідно розміщувати не ближче 20 м від контуру станції.

Вихідні дані для розрахунку системи взаємодіючих свердловин для осушення масиву грунта під будівництво станцій метро отримані під час гідрогеологічних досліджень (буріння свердловин, дослідні відкачки, режимні спостереження та інш.).