Учебное пособие 2074

А. В. Бахметьев

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Учебное пособие

Воронеж 2020

УДК 628.113(07) ББК 38.774я73 Б303

Рецензенты:

кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии ВГУ (зав. кафедрой д-р геол.-минерал. наук, проф. В. Л. Бочаров); С. И. Корышев, главный технолог ООО «РВК-Воронеж»

Бахметьев, А. В.

Водозаборные сооружения из подземных источников: учебное Б303 пособие / А. В. Бахметьев; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный

технический университет». – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2020. – 108 с.

ISBN 978-5-7731-0858-0

В учебном пособии даны краткая характеристика подземных водоносных горизонтов, состав и конструкция сооружений, предназначенных для забора воды из подземных источников. Рассмотрены основы гидрологических принципов и гидравлических расчетов водозаборных сооружений. Приведены примеры проектирования комплекса водозаборных сооружений с гидрологическими расчетами группы взаимодействующих скважин, гидравлическими расчетами трубопроводов и резервуаров чистой воды, с подбором насосного и другого оборудования скважин, а также с зонами санитарной охраны.

Предназначено для студентов направления 08.03.01 «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотведение») и может быть использовано инженерными работниками при проектировании водозаборных сооружений.

Ил. 30. Табл. 29. Библиогр.: 14 назв.

УДК 628.113(07) ББК 38.774я73

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

ВВЕДЕНИЕ

Из всех видов полезных ископаемых подземные воды относятся, пожалуй, к самым уникальным.

В современных условиях российского производства, когда на смену крупным предприятиям с установившейся технологией производства и сложившимся режимом контроля за качеством атмосферных и водных сбросов пришли новые мелкие хозяйства, которые зачастую сбрасывают вообще неочищенные стоки, загрязняя окружающую среду и, следовательно, поверхностные источники водоснабжения, все более актуальным является использование подземных вод.

Подземные воды защищены от загрязнений, вносимых хозяйственнобытовыми и промышленными сточными водами, а также водами атмосферных осадков, в которых растворяются вредные выбросы с производств.

Добыча подземных вод осуществляется на основании предоставленного права пользования участка недр, которое оформляется государственным разрешением или лицензией.

На территории Российской Федерации воды подземного бассейна являются собственностью государства, а их использование регламентируется водным кодексом страны.

Для получения разрешения на разработку подземных вод необходимо согласие государственного санитарного надзора и уполномоченных ведомств по контролю использования и охране водных ресурсов.

Добыча подземных вод может производиться как одиночными или малыми автономными водозаборами, так и крупными групповыми водозаборами, приуроченными к разведанным для этих целей месторождениям подземных вод.

Геологическое изучение участков недр и добыча подземных вод сопровождаются оценкой их эксплуатационных запасов. Важными вопросами при этом являются вопросы создания зон санитарной охраны и защиты подземных вод от загрязнения.

3

1.КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Внастоящее время гидрогеологи подразделяют все имеющиеся запасы подземных вод на естественные и эксплуатационные.

Естественные запасы – это воды, содержащиеся в водоносных горизон-

тах в естественном состоянии, не нарушенном работой сооружений по их добыче. Воды, находящиеся в порах и трещинах водоносных пород (так называемые статические и упругие запасы), а также постоянно возобновляемые в пласте воды (динамические запасы).

Эксплуатационные запасы – это воды, которые могут быть получены правильно спроектированными и построенными водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и сохранении кондиционного качества воды в течение всего периода их эксплуатации. При интенсивной откачке происходят изменения в естественном режиме и балансе подземных вод. В процессе работы водозаборных сооружений появляются как бы дополнительные запасы, не учитываемые при рассмотрении только естественных условий. Эксплуатационные запасы включают в себя, кроме указанных естественных, еще и дополнительные запасы [11, 12].

Общее уравнение водного баланса водозабора может быть представлено в виде

Qэ = Qст + Qупр + Qдин + Qдоп ,

где Qэ – эксплуатационные запасы (дебит водозабора); Qст и Qупр – используемые статические и упругие запасы данного пласта; Qдин – используемые динамические запасы (часть естественного расхода, захватываемая водозабором); Qдоп – дополнительные запасы, привлекаемые в процессе эксплуатации водозабора.

Дополнительные запасы появляются:

•при поступлении воды из соседних бассейнов,

•при фильтрации из поверхностных водотоков и водоемов,

•при инфильтрации атмосферных осадков,

•при перетекании из соседних водоносных горизонтов,

•в результате привлечения поверхностного родникового стока,

•в результате искусственного питания водоносных горизонтов.

Из условий залегания и формирования водоносных пластов подземные воды бывают грунтовые (залегающие на глубине до 30 м в аллювиальных отложениях) и артезианские (залегающие на значительной глубине и надежно перекрытые водонепроницаемыми кровлями). По гидравлическим характеристикам различают также напорные и безнапорные подземные воды. Напорные – это подземные воды, статический уровень которых в пробуренной скважине поднимается выше кровли водоносного пласта. Безнапорные – это воды, статический уровень которых снижается ниже границы кровли водоносного горизонта или остается неизменным.

4

2. СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Состав сооружений для забора подземных вод и схема их размещения на местности зависят в основном от типа водозахватных устройств [2].

Как правило, подземные водозаборные сооружения состоят из:

1)устройств для забора воды из источника (водоприемных устройств);

2)насосных станций первого подъема воды из водоприемных устройств;

3)сборных водоводов, транспортирующих воду от каптажных устройств до резервуаров чистой воды или (в случае необходимости) сооружений водоподготовки;

4)резервуаров для приема воды и последующей ее перекачки и для хранения необходимого противопожарного запаса воды.

В состав комплекса водозаборных сооружений также могут входить: очистные сооружения (если качество воды источника не удовлетворяет требованиям), насосные станции второго подъема. Для регулирования расхода воды

вводопроводных сетях, в состав водозаборных сооружений иногда входит водонапорная башня.

3.ТИПЫ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

ИОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Тип сооружений для добычи подземных вод выбирается в зависимости от условий их залегания, мощности водоносных пластов и показателя их водоотдачи. Все сооружения, применяемые в водоснабжении для забора подземных вод, подразделяются на трубчатые колодцы (скважины), шахтные колодцы, горизонтальные водосборы, лучевые водозаборы, каптажные камеры

(табл. 3.1) [1, 2].

Таблица 3.1

Краткая характеристика и примерная область применения водозаборных сооружений из подземных источников

6

3.1.Скважины

Внастоящее время самым распространенным видом сооружения для приема подземных вод является трубчатый колодец или скважина. Скважины строят при глубоком залегании водоносного горизонта (более 15 м) и большой (более 5-6 м) его мощности.

3.1.1.Устройство трубчатых колодцев

Устройство типового трубчатого колодца приведено на рис. 3.1. Верхняя часть скважины (устье) устраивается в виде шахтового направления и кондуктора (1), состоящего из одной или нескольких труб. Далее сооружается ствол трубчатого колодца, представляющий собой телескопическую систему труб и состоящий из колонны обсадных (защитных) труб (2) и эксплуатационной колонны труб (3). В районе водоносного пласта располагается фильтр (4), нижняя часть которого заканчивается отстойником с пробкой (5), а в верхней части находится надфильтровая труба (6). Над устьем скважины сооружается подземный колодец или наземный павильон. Конструкция, состоящая из павильона и устья, называется оголовком. Оголовок – предохраняет подземный водоносный горизонт от загрязнения с поверхности земли, а также размещает в себе все необходимое для эксплуатации скважины контрольно-измерительное и запорно-регулиру- ющее оборудование (рис. 3.2) [6, 7].

Рекомендации по выбору способа бурения скважин даны в табл. 3.2. Вспомогательные материалы (глина и вода), используемые при бурении, должны удовлетворять санитарным требованиям.

7

Рис. 3.2. Схемы оборудования скважин:

а – артезианскими насосами с электродвигателем над скважиной и надземным павильоном; б – артезианскими насосами с электродвигателем в скважине и подземными павильонами; в – водоструйной установкой;

1 – устье скважины; 2 – электродвигатель; 3 – вантуз с задвижкой; 4 – задвижка; 5 – дифманометр; 6 – трубопровод с задвижкой для сброса промывной воды; 7 – эксплуатационная колонна; 8 – устройство для смачивания подшипников насоса; 9 – насос; 10 – всасывающий патрубок с сеткой; 11 – кран; 12 – трубопровод с вентилем для заливки насоса; 13 – обратный клапан; 14 – скобы ходовые; 15 – битумная изоляция; 16 – манометр; 17 – электрокабель; 18 – щит управления; 19 – люк-лаз; 20 – водоструйный аппарат; 21 – всасывающий трубопровод; 22 – напорный трубопровод дренажного насоса

8

Таблица 3.2

Рекомендации по выбору способа бурения скважин

Типы станков для бурения трубчатых колодцев на воду, а также некоторые их технические показатели приведены в табл. 3.3. В табл. 3.4 приведены минимальные размеры земли, необходимые для осуществления бурения трубчатых колодцев.

9