28. Русловые вс

Русловой тип водозаборов применяют обычно при относительно пологом береге, когда необходимые глубины находятся на значительном расстоянии от берега (Рис. 2.1). При этом всасывающие линии устраивают самотечными. Водоприемники сооружают из железобетона. Они бывают: постоянно затопленными, затопляемыми высокими водами, незатопляемыми. Незатопляемые водоприемные оголовки называют крибами. Затопляемые трудно эксплуатировать, но они используются на судоходных и лесосплавных реках. Затопленные водоприемные оголовки могут служить только для защиты самотечных линий или образовывать водоприемную камеру, к которой присоединяют концы самотечных линий.

Самотечные водоводы сооружают из стальных, железобетонных или пластмассовых труб. Их нужно проверять на всплывание и изоляцию. В русловой части их следует защищать от истирания наносами и повреждения якорями путем заглубления под дно не менее чем на 0,5 метра и крепления русла от размыва.

Затопленные водоприемные оголовки необходимо защищать от подмыва обтекающим потоком. Для этого устраивают соответствующее основание и укрепляют дно вокруг. Места их расположения ограждают бакенами для для защиты от повреждения судами, плотами, якорями и т.п.

В теплое время водозаборы могут интенсивно обрастать различными моллюсками: мидиями, дрейсеной, балянусом, которые затрудняют их работу. Рекомендуется обработка хлором или медным купоросом при температуре воздуха более 10 ⁰С. Обработка производится в течение одного часа с периодичностью через два двое суток.

Основные типы водоприемных оголовков приведены на Рис. 2.2. Оголовки, изображенные на Рис. 2.2 а и б – это простейшие оголовки, применяемые на водозаборах малой производительности; Рис. 2.2 г, д, е – на водозаборах небольшой и средней производительности, они фильтрующего типа, е – со съемными кассетами, применяют для рыбозащиты; Рис. 2.2 ж – и - средней и большой производительности, ж – обтекаемое сооружение с двусторонним приемом воды, з – с камерами вихревого типа, и – ряжевого типа с фильтрующей засыпкой. Все рассмотренные оголовки могут промываться обратным током воды.

29. Способы бурения

В настоящее время применяется несколько способов бурения скважин. Наиболее старый – ударно-канатный – когда грунт выбирается для образования скважины желонкой - рабочим органом в виде цилиндра с дном, действующим как обратный клапан, и заостренными нижними краями. Вначале устанавливается кондуктор, - направляющая труба, которая постепенно, по мере выработки грунта внутри ее, погружается в грунт. Желонка с помощью специальной вышкы высотой 12…15 метров поднимается вверх и бросается вниз по кондуктору. При удареона заполняется грунтом через открывающееся дно. При подъеме дно захлопывается, а попавший внутрь грунт удаляется из желонки на поверхности. Ударно-канатный способ применяется для устройства скважин глубиной до 150 метров во всех видах грунтов. При попадании на валуны, камни и другие прочные породы желонку временно заменяют на долото или клин, которым разбивают встретившееся препятствие, а желонкой удаляют его осколки. Одновременно или с опережением опускают колону обсадных труб для крепления стенок скважины. В песчаниках, известняках, доломитах, сланцах и других прочных породах проходка скважин может осуществляться открытым забоем без крепления стенок.

В последнее время буровые установки реализуют в основном вращательный способ бурения с прямой и обратной промывкой забоя, бурение с помощью погружных пневмоударников или колонковое бурение с отбором керна. Последнее наиболее часто используется для проходки разведочных скважин. В качестве рабочего органа используют шнеки (для неглубоких скважин в рыхлых грунтах), шарошки, долота, ударники и т.п. для разрушения горной породы на забое, т.е. на дне проходимой скважины.

Для удаления разрушенной породы, подъема ее на поверхность используют промывочные жидкости из бентонитовой или специальной глины, которая обеспечивает необходимую вязкость при вдвое меньшем расходе. За рубежом применяют специальное органическое вещество «реверт». Промывочная жидкость из него отличается тем, что через 90 часов под действием развивающихся в нем биологических процессов она теряет вязкость. Сроки существования могут изменяться в широких пределах с помощью химических добавок.

Кроме глинистых растворов для промывки используют воду, аэрированную жидкость, пену . а также продувку воздухом.

Вращательным способом с обратной промывкой проходят скважины глубиной до 200 метров, а более глубокие (до 600 метров) с прямой промывкой.

Буровые установки глубокого бурения монтируют на прицепах. В качестве привода используют двигатель автомобиля или собственный. Установка их на месте бурения осуществляется четырьмя мощными гидродомкратами, а подъем и опускание мачты – с помощью гидроцилиндров, что упрощает монтаж – демонтаж установки.

В буровых установках некоторых фирм подвижный вращатель оснащают вибромолотом, что позволяет бурить скважины вибро-ударно-вращательным способом.

Большинство буровых установок оснащено компрессором, размещенном непосредственно на платформе. Рабочее давление их от 0,7 до до 2,5 МПа, а подача воздуха от 16 до 30 м³/мин.

При бурении в неустойчивых сыпучих грунтах, где требуется крепление пробуренных участков колонной обсадных труб используют специальный расширитель, увеличивающий диаметр скважины ниже башмака обсадных труб.

В условиях Полесья, где торфяники подстилаются песками и, неглубокие скважины (до 20 метров) могут проходиться методом гидроподмыва.

Конструкция водозаборной скважины определяется глубиной залегания водоносных пластов, характером проходимых горных пород, требуемым дебитом. При ее устройстве первую колону обсадных труб опускают на глубину 10…12 метров. Она должна обеспечивать вертикальность скважины. Затем опускают трубы меньшего диаметра (приблизительно на 50 мм) и доводят до нижней границы водоносного слоя и несколько заглубляют в водоупор. После чего устанавливают фильтр.

При большой глубине залегания водоносных пластов. Когда из-за большого сопротивления трения обсадной трубы о грунт не удается достичь необходимых глубин, переходят на трубы меньшего диаметра и таким образом конструкция скважины приобретает телескопический вид.

Таким образом в конструкции скважины можно выделить основные части:

- водоприемная (фильтр);

- крепление стенок (обсадные трубы);

- устье (оголовок) – выходная часть скважины.

Устье скважины располагают в наземном павильоне, высотой более 2,4 метра или в подземной камере. Диаметр эксплуатационной колоны труб принимают в зависимости от типа применяемых погружных насосов – не меньше номинального диаметра насоса.

Верхняя часть колоны обсадных труб должна выступать над полом павильона или подземной камеры не менее чем на 0,5 метра. Оголовок должен быть герметичным, исключающим проникновение в затрубное и межтрубное пространство загрязнений и поверхностных вод.

30. Возрастающий отбор подземных вод приводит к истощению их запасов, снижению уровня безнапорных и напорных вод. Одним из путей предотвращения истощения запасов подземных вод является их искусственное пополнение, обогащение путем перевода поверхностных вод в подземные водоносные горизонты.

Искусственное восполнение запасов подземных вод широко используется :

- для создания сезонных запасов подземных вод;

- для увеличения производительности и надежности эксплуатации

действующих водозаборов подземных вод;

- для защиты пресноводных горизонтов от проникновения

высокоминерализованных подземных вод;

- улучшения качества инфильтруемых и отбираемых подземных вод.

При этом под обогащением подземных вод понимают инженерно-технические мероприятия, обеспечивающие дополнительное их питание и формирование новых запасов за счет поверхностных и дочищенных сточных вод.

31. Для централизованных систем водоснабжения применяют групповые водозаборы из нескольких скважин, обеспечивающих доставку больших объемов воды. В таких водозаборах скважины обычно влияют друг на друга поскольку расстояния между ними меньше двух радиусов влияния. При близком расположении скважин уменьшается строительная стоимость водозабора, но увеличиваются срезки уровней из-за их взаимовлияния, т.е. увеличиваются эксплуатационные затраты. Таким образом, расстояния между скважинами следует определять технико-экономическими расчетами по минимуму приведенных затрат. Оптимальным может быть расстояние от 20 до 300 метров.

Дебит взаимодействующих скважин может быть вычислен по формулам (3.3 и 3.4), если вместо понижения (S) подставить его значение с учетом воздействия других скважин водозабора: S^” = S_{i +=}+ ΔS_ij, где S_i – понижение уровней воды в скважине без учета действия других скважин; ΔS_ij - срезка уровней воды в рассматриваемой i-ой скважине от действия j-ой скважины.

При произвольном расположении скважин в неограниченном напорном пласте срезку определяют по формуле Форхгеймера

, (3.21)

где n – число воздействующих скважин;

Q_i – дебит воздействующей скважины;

R_i - радиус влияния воздействующей скважины;

Ρ_ij – расстояние между рассматриваемой и воздействующей скважинами.

Приток воды к скважинам при групповом их расположении определяют по формулам

(3.22)

(3.23)

где Ф_с – безразмерное фильтрационное сопротивление скважины, зависящее от особенностей водоносного пласта, расположения в нем скважин продолжительности эксплуатации водозабора.

Для линейного ряда скважин, расположенного перпендикулярно основному потоку в неограниченном пласте

(3.24)

где l_c – расстояние между скважинами.

При расположении линейного ряда скважин вдоль уреза реки или водоема, на расстоянии L от него, то расчет ведется по формуле

(3.25)

Если линейный ряд скважин расположен в междуречье, т.е. в пласте-полосе В, то

шириной (3.26)

При расположении скважин по кольцу в неограниченном пласте

(3.27)

где r_k – радиус кольца, по которому расположены скважины;

n - количество скважин в кольцевом ряду.

В случае расположения кольцевой системы скважин на острове, в формуле (3,27) вместо R подставляется значение радиуса линии уреза воды острова.

В зависимостях (3.25), (3.26) и (3.27) значения L, L₁, L₂, B и R увеличивают на дополнительное сопротивление поверхности дна и берегов водоема на величину

ΔL = 0,44h_ср,

где h_ср – средняя мощность фильтрационного потока в районе сооружений.

Число рабочих скважин (n) в групповом водозаборе должно быть

где Q_в – требуемая производительность водозабора;

Q_c – рас(четная производительность скважины.

Кроме рабочих в водозаборах предусматривают резервные скважины. На водозаборах первой, второй и третьей категории надежности подача воды с числом рабочих скважин до четырех предусматривают сооружение по одной резервной скважине. На водозаборах первой и второй категории при числе работающих скважин 5…12 должно быть две и одна резервных скважины соответственно. На водозаборах третьей категории в этом случае нет необходимости в резервных скважинах. При числе рабочих скважин 13 и более на водозаборах первой и второй категории число резервных скважин должно быть 20 и 10% от общего их количества.

Из формул (3.25) и (3.26) следует, что Ф_с минимально при наименьших значениях L, т.е. при расположении скважин наиболее близком к урезу воды. Однако из условия незатопляемости их оголовков рекомендуется располагать скважины не ближе 50 метров т уреза воды для водозаборов хозяйственно-питьевого водоснабжения и на удалении 5…10 метров – для производственного назначения.

Определение параметров скважин водозаборов выполняют вследующей последовательности:

- на оснований рекомендаций и материалов изысканий намечают для данного пласта или водоносного комплекса предположительную производительность скважин;

- определяют требуемое количество скважин в водозаборе;

- выбирают для них тип фильтра и назначают глубину понижения уровня воды,

расстояние между скважинами, диаметр и длину фильтра;

- выбирают рациональную схему водозабора, место расп оложения его в пласте и находят соответствующие значения Ф_с, ς_{1 и} ς₂ ;

- по найденным значениям S, l, d, Ф_с и ς определяют расчетный дебит скважины и, при его совпадении расчет заканчивают. Если нет, то его принимают за исходный и повторяют до совпадения.

Такие расчеты выполняют для нескольких вариантов расположения скважин.

Для установления глубины уровней воды в пласте в районе водозабора используют воды в любой j-той точке пласта

Z_i = Z_cквi – ΣS_ij,

где Z_сквi – отметка статического уровня воды в i-ой точке;

ΣS_i - понижение уровней воды в этой точке от действия j-ых скважин;

S_ij - понижение уровней воды в i-ой точке от действия j- ой скважины.

Например, для водозаборов из неограниченных пластов при любой схеме расположения скважин S_ij можно определять по формуле Форхгеймера (3.21).

При этом в точках расположения самих скважин должно учитываться понижение уровней воды в них, которое для напорных и безнапорных пластов определяется по формулам, полученным из выражений (3.22 и 3.23)