2. Горизонтальные водозаборы. Их виды и расчеты.

Горизонтальные водозаборы, точнее водосборы, используют для отбора воды из безнапорных пластов глубиной до 8 метров и их небольшой мощности. Располагают их перпендикулярно потоку подземных вод. Подразделяются они на три группы:

- траншейные с каменно-щебеночным дренажем;

- трубчатые;

- водосборные галереи (штольни).

Могут быть и комбинированные – галереи со скважинами – усилителями.

Горизонтальные водосборы – это обычно система горизонтальных водоприемных устройств в виде заполненных фильтрующим материалом траншей, трубчатых дрен или водосборных галерей, объединенных водосборным колодцем. Вода из пласта через водоприемные отверстия поступает в колодец самотеком, а оттуда насосами перекачивается потребителю.

Каменно€-щебеночные водозаборы рекомендуется применять при глубине уровней воды до 3…4 метров для временного и нецентрализованного водоснабжения. Для этого в траншее устраивают каменно-щебеночную призму с двуслойным обратным фильтром. Траншея должна иметь уклон 0,01…0,05 в сторону водосборного колодца.

Трубчатые горизонтальные водосборы устраивают из керамических, пластмассовых или железобетонных труб диаметром более 150 мм с круглыми или щелевыми отверстиями. Скорость воды в них должна быть незаиляющей. Поэтому рекомендуют укладывать их с уклоном 0,001…0,007.

Водосборные галереи применяют для централизованных систем водоснабжения. При глубине заложения до 8 метров их устраивают открытым способом, а при большей – подземным (тоннельным). Такие галереи называются штольнями. В стенках галерей устраивают водоприемные окна, а на дне – лоток для отвода воды в сборный колодец. Выполняют галереи из сборного железобетона на бетонном основании для предотвращения осадки.

Для наблюдения за работой горизонтальных водосборов, их вентиляции, профилактической прочистки и ремонта устраивают смотровые колодцы, которые располагают:

- на трубчатых водозаборах диаметром 150…500 мм через 50 метров;

- то же, диаметром более 500 мм – через 75 метров;

- на галерейных водозаборах – через 100…150 метров.

Кроме того. колодцы устанавливают в местах изменения направления водоприемной части в плане или в качестве перепада. Колодцы выполняют диаметром не менее одного метра с выходом над поверхностью земли не менее 0,2 метра. делают отмостку шириной не менее одного метра и глиняный замок. В колодцах устанавливают вентиляционные трубы высотой более двух метров над землей. Насосные станции обычно совмещают с водосборным колодцем.

Расчет водосборных колодцев производится для условий установившейся фильтрации. При этом следует определять :

- приток воды к водозабору;

- длину горизонтального водозабора, обеспечивающую требуемый расход;

- диаметр труб, галерей и т.п.

При одностороннем притоке воды к совершенной водосборной дрене или галерее из безнапорного пласта расположенной перпендикулярно потоку и перехватывающей его, расход определяют по формуле

где k – коэффициент фильтрации пласта;

l - длина галереи или дрены;

H - мощность пласта;

h - слой воды в галерее;

R - радиус кривой депрессии.

При двустороннем притоке расход удваивают.

Для несовершенных водосборов при симметричном притоке используют формулу

где Т – расстояние от уровня во ды в галерее до водоупора;

S – понижение статического уровня воды относительно уровня воды в галерее;

b - ширина галереи (диаметр трубы).

Если водозаборная дрена расположена вдоль берега реки на расстоянии L от уреза, то ее дебит определяют по формуле

где L^/ - расчетное расстояние от оси дрены до уреза воды, т.е. приведенная длина дополнительного пути фильтрации потока со стороны поверхностного источника, обусловленная дополнительным фильтрационным сопротивлением его берегов и дна;

L^/ = L + 0,44h_ср, h_ср – средняя мощность фильтрационного потока в районе расположения дрены .

Для учета влияния фильтра рекомендуют увеличивать на 5…10% значения R и l.

Расчетная отметка уровня воды в сборном резервуаре определяется из выражения

Z_k = Z_ст – S – h,

где Z_ст – отметка статического уровня воды в расчетной (на расстоянии R) самой

высокой точке пласта;

S - принятое понижение уровня воды;

h - потери напора на пути от расчетной точки пласта до сборного колодца по примыкающей к расчетной точке дрене или коллектору;

i_{k -} гидравлический уклон в дрене и коллекторе на участке длиной l_k;

n – число таких участков;

,

d – диаметр дрены, коллектора, м.

2.Для откачки больших объемов воды используют водозаборные скважины большего диаметра или их системы, т.е. несколько скважин, объединенных общим трубопроводом, подающим воду в одну систему водоснабжения. Для этих целей может использоваться и специальный тип сооружений – горизонтальный в виде подрусловых и лучевых водозаборов. В особых случаях может производить ся каптаж (перехват) родников.

Горизонтальные ВЗС применяют при небольшой мощности пласта (3…5 м) и неглубоком его залегании (5…8 м). Это система горизонтальных дрен из перофорированных труб, уложенных в траншеи и засыпанных фильтрующим материалом. Вода из дрен поступает самотеком в сборный колодец, из которого откачивается насосами.

Горизонтальные водозаборы относят к подрусловому типу, когда на поверхности имеется слой воды, фильтрующий к горизонтальным дренам (напрмер, при искусственном восполнении запасов подземных вод).

Лучевые водозаборы используются при глубине залегания пласта 15…20 метров и представляют собой систему горизонтальных лучей – дрен, входящих в один сборный колодец, откуда вода подается потребителям.

В современной практике водоснабжения наиболее распространены водозаборы в виде системы вертикальных скважин для получения большого объема воды из глубоких (более 20 метров) пластов мощностью не менее пяти метров. Их объединяют сборным водоводом, по которому вода подается в сборно-регулирующий резервуар или на водоподготовительные сооружения.

Расход воды, притекающей к скважине, можно записать

Q = vω ; площадь, через которую происходит фильтрации воды, ω = 2πrm; скорость фильтрации v = kJ. Градиент напора

,

Тогда . Разделив переменные получаем

(3.5) После интегрирования

(3.6)

Подставив пределы интегрирования, получили

(3.7)

где S = H – h_c

Таким образом, получена формула определения дебита скважины при установившейся осесимметричной фильтрации к одиночной скважине в напорном пласте. При заданных расходах можно построить кривые депрессии согласно формулы

,

где r – текущая координата точки в рассматриваемой области фильтрации.

Для совершенной скважины в безнапорном пласте картина несколько иная (Рис. 3.2)

Q = ωv

После интегрирования

Подставив пределы интегрирования

(3.12) Тогда

Уравнение кривой депрессии

Анализ уравнений кривой депрессии для первого и второго случаев показывает, что в случае напорного пласта кривая депрессии более крутая, чем в безнапорном пласте.

Уравнение расхода можно представить и в другой форме