книги из ГПНТБ / Ахмедов, Х. А. Осушительные мелиорации учебник для гидромелиоративных факультетов технических и сельскохозяйственных вузов
.pdfределения величины капитальных вложений по скважинам по Ьсему рассматриваемому варианту:
К = A f a-nu |
(6.23) |
где tix — общее число построенных скважин;
А— капитальные вложения на строительство водохрани лища объемом We млн. м3 составляют Ал We млн. руб.;
/— глубина скважины;
а«=0,47 (для приближенных расчетов можно принимать
0,5).
Себестоимость продукции С, складывается из ежегодных затрат на содержание обслуживающего персонала Рш, капи тальный Рк и текущий ремонты, издержек на электроэнергию PN, отчислений на полное восстановление Ра.
С учетом вышеизложенного получено развернутое выра жение для определения показателя экономической эффектив ности вариантов откачки:
|
пг (Рш + |
РА f ‘) + |
+ (Р1ш+ РгА, We) = F, |
(6.24) |
где |
Qx — дебит одной скважины, м&/сек\ |
капти |
||
tip — расчетная сработка пьезометрического уровня |
||||
|
руемого пласта; |
|
||
|
п — количество скважин, работающих на данный момент; |
|||
|
7 — объемный вес откачиваемой воды, кг/м3-, |
|
||
|
о — стоимость электроэнергии, руб/квт-ч; |
|
||
|
■>) — КПД насосной установки; |
|
||
|
Г — время работы |
насосной установки в году, часы.-, |
||
|
Р — % амортизационных отчислений с учетом срока оку |
|||
|
паемости. |
|
|
|
Для условий Чуйской долины установлены: |
|
|||
х |
— яДбОО + 977/° '47) |
.. . затраты на строительство |
и экс |
|
плуатацию скважин; |
|
|
||
у |
QH0 та Т |
|
|
|
= — |
— . . . затраты на электроэнергию; |
|
||
Z = 10+ 13,1 W e . . . суммарные затраты (капитальные вло жения, отчисления на амортизацию и т. д.) на строительство
иэксплуатацию водохранилища (когда оно требуется). Учитывая, что при осушении затраты на строительство и
обслуживание водохранилищ могут отсутствовать, выражение (6. 24) в этом случае принимает вид:
пх (500 + 977/ ° ’47) + |
= F. |
Наиболее приемлемый вариант в технико-экономическом отношении для различных значений Sonm, Т, п н других пара метров дает наименьшее значение показателя экономической эффективности F (6. 23, 6. 24).
150
Чтобы облегчить расчеты при определении |
параметра F, |
|
А. В. Юдин |
предложил номограмму (рис. 62), |
которая поз |
воляет вычислять по отдельности величины х, |
у, z (ключ к |
|
пользованию |
номограммой показан на ней стрелками). |
|
|
• |
п.шт, |
Рис. 62. Номограмма А. В. Юдина для определения наивыгоднейших пара метров скважины.
Оптимальная глубина понижения уровня грунтовых вод S onm
Вопросом понижения уровня грунтовых вод на глубину, отвечающую технико-экономическим требованиям; занимались многие исследователи (Смрекер, Б. А. Пышкин, И. В. Ми наев, М. А. Сабитов и др.). Обобщив ряд формул, А. В. Юдин предложил определять оптимальное понижение уровня грун товых вод Sо п т по следующей уточненной формуле:
т -И |
|
|
( 4: h e m |
|
1р) +/>„)• 102т 10» |
|
s “ |
= |
[Р К |
+ |
(6. 25) |
||
|
|
m qT ( 1 |
+ 6 ) < J f |
|||
где К — стоимость |
1 |
пог. м |
оборудованной скважины, руб.; |
|||
hcm — глубина от поверхности земли до статического уровня |
||||||
воды в скважине, м\ |
глухой части |
фильтровой |
||||
1ф — длина |
фильтра с учетом |
|||||
колонны, |
м\ |
|
|
|
|
|
10 — длина |
отстойника, м\ |
|
|
|||
т — коэффициент, равный 1 —2; |
|
|||||
151
q — удельный дебит, л/сек на 1 пог. м\ 0 — коэффициент потерь напора.
Остальные обозначения даны к формуле (6.24).
Чтобы облегчить расчеты с помощью формулы (6. 25), Л. В. Юдин разработал две номограммы. При составлении
этих |
номограмм в расчет приняты параметры: q = 1 |
— 100л/с/м; |
||||||
m = |
1 - 2 ; |
РК + Рш= Ю 000 - |
100 000; |
Т = 6 мес. |
(4390 |
час) |
||
и 11 |
месяцев, |
из |
расчета один |
месяц |
в году — ремонт |
(8010 |
||
час.); |
0 = |
0,2; |
7 = |
1000 /сг/жа; а = 0,01 |
руб квтп-ч/, ч\ = 0,6. Но |
|||
мограммы |
представляют собой три группы прямых линий, |
|||||||
позволяющие |
при известных величинах q, т, k, Т последова- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
m+ 1 |
|
|
тельно определять величину qm (группа 1), S т (группа II) и, наконец, величину оптимального понижения уровня грунтовых вод S (группа III). Порядок пользования номограммами пока зан стрелками (рис. 63).
Рис. 63. Номограмма А. В. Юдина для определения оптимального пониже ния уровня грунтовых вод в скважине.
Т - |
Пример 1. З а д а н о : |
q = 10 л/с/ж; РК + Рш = |
20000 |
руб.; |
т = 1 — 2; |
4390 час. Р е ш е н и е : |
по номограмме Sonm = |
27 м. |
руб.; |
m — 1—2; |
|
Т = |
Пример 2. З а д а н о : |
q = 10 л/с/ж; РК + Рш = |
20000 |
||
8010 час. Р е ш е нн^е? пр номограмме Sonm = |
19,5 м. |
|
|
||
152
Оптимальное расстояние между скважинами 1дпт
Используя формулы ряда авторов (С. Ф. Аверьянова, М. С. Хантуша и др.), А. В. Юдин предлагает определять оп
тимальное расстояние |
между |
скважинами |
при напорном ха |
|||
рактере движения подземных вод по формулам: |
|
|||||
L • 2,73 К ФМ 11пт - 0,43 Q Jonm+ |
1,36 |
QCB = 0 |
(6. 26) |
|||
L-2КФМ Вопт - |
0,315 Qc lonm + QeB = 0, |
(6. 27) |
||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
/ |
p' ' kl |
■ |
|
|
|
|
P K + |
A Q C T |
’ |
|
|
|
|
A — g |
+ |
0) r . |
|
|
|
|
|
102 -q |
|
|
|
|
П(1 + 0'fO
102 Vj 3600 •
В этих формулах:
В — расстояние от скважин до контура питания, м\ Qc — дебит скважины, м31,сек\
M = H - S \
/— глубина скважины, м\
—удельная стоимость 1 пог. м ороситейьной сети. Остальные буквенные значения даны в пояснениях к пре
дыдущим формулам.
|
Пример. Определить оптимальное расстояние |
между скважинами при |
|||||||||
исходных данных: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Qc = 0,080 м3\сек; Р = 0,227; В = 5000 м; К — 375 руб1м; |
||||||||||
|
/ = |
Т = 7900 |
час.; М = 30 м\ |
|
а = 0,01 руб!квт-ч. |
м[сек\ |
|||||
|
100 ж, |
|
= 20 pyffjM', |
Кф = |
25 M j c y m к |
2,9-10_ | |
|||||
|
0 = |
0,2; |
у = |
1000 а:г/м3; •»; = 0,6; |
Рх= |
0,170. |
|
||||
|
Решение: |
. |
|
( 1 + 0,2) - 1000-0,01 |
|
Л „ |
|
|
|
||
|
А - |
|
102-0,6 |
|
_ и ’А |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
0,17-20 |
|
|
|
0,016. |
|
|
|
|
|
1 ~ |
|
0,227-375 + 0,2-0,08-7900 |
~ |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
По формуле (6.25) получаем: |
|
|
|
|
|
|
||||
- |
0,016 X 2;73 X 2,9х 10~* X 30 120пт - |
0,43 X 0,08 1 опт + 1,36 X 0,08 X |
|||||||||
|
|
|
|
|
X 5000 = 0. 10пт = |
1150 м . |
|
|
|||
|
По формуле (6.27) также получаем: |
|
|
|
|
|
|||||
- |
0,016 X 2,9 X Ю- l |
X зо ilnm - |
0,315 X 0,08 1опт + |
0,08 X 5000 = 0. |
|||||||
|
|
|
|
|
^опт ~ |
И 5 0 |
М. |
|
|
|
|
|
Для рассматриваемого случая, когда движение подземных |
||||||||||
вод — напорное, 10пт рекомендуют |
|
определять по |
уравнению: |
||||||||
|
|
|
а с |
_ |
ОДЗ Qc ■ |
— 1,36 |
м |
|
(6. 28) |
||
|
|
|
dl |
______l o n m |
___________ |
\_. |
|
||||
|
|
|
~ |
2,73КфМ |
|
|
|
||||
153
Для получения уравнения в условиях безнапорного дви жения . подземных вод величину 2,73 КфМ заменяют на 1,36 Кф(2Н — S); тогда уравнение (6.28) примет вид:
|
0,43 |
Qc j |
1 |
|
в |
dS _ |
1,30 Qc |
rt |
|||
|
lonm________ |
1 |
опт |
||
dl ~ |
|
1,36 Кф (2/y - S) |
|
|
|
Расчет притока воды к группе скважин дренажа
(6. 29)
вертикального
Б. П. Курбанов (1967), анализируя работы ряда, исследо вателей (Дарси, Дюпюи, Маскета, В. Н. Щелкачева и др.), пришел к выводу, что для батареи совершенных (артезиан ских) скважин, расположенных кустом, отбирающих воду из напорного слоя, можно пользоваться зависимостью:
Qc = |
2 кт% |
(6- 30) |
1п< = ч г ‘ |
|
|
где Qc — расход каждой скважины, м3[сек; |
|
|
т — мощность водоносного пласта, м\ |
|
|
К — средневзвешенный |
коэффициент |
фильтрации, |
М;сутки-, |
|
вод, м\ |
S — глубина понижения уровня грунтовых |
||
R — радиус зоны влияния группы скважин, м\ |
||
п — количество скважин |
в кусте; |
|
гк— радиус куста, м\ г0 — радиус скважины, м.
Преобразовав зависимость (6.29), можно определить глуби
ну понижения уровня грунтовых вод: |
|
S = 0,366 ^ l g i + ° . 3 6 6 & lg ^ . |
(6.31) |
Первый член определяет потери напора при работе одного колодца с радиусом гк. Они и принимаются равными потерям
на подтекание |
всего расхода воды |
в группе |
скважин |
к ок |
|||
ружности |
куста |
скважин. |
|
притока Qc каждой |
|||
Второй |
член — потери напора общего |
||||||
скважины |
на участке депрессионных воронок отдельных сква |
||||||
жин, расчетный радиус влияния которых Rc = |
^ . В больший- |
||||||
стве случаев |
отношение —■ близко |
к 7в |
расстояния |
между |
|||
скважинами, |
поэтому рекомендуют |
принимать: |
|
|
|||
|
|
|
Rc = - ^ a a гк. |
|
|
(6.32) |
|
154
где ап— сторона |
вписанного |
правильного |
многоугольника, в |
|||
вершинах которого |
расположены |
скважины |
при ра |
|||
диусе окружности, равном 1. |
снижает точность |
|||||
Такое упрощение (по Б. П. Курбанову) |
||||||
расчета в сравнении с зависимостью (6.29): при га — 2 |
до 5%, |
|||||
при /1 = 3 |
до 2%, |
при га = 4 до |
0,5%, а при га > 4 до |
0,1 %. |
||
При производственных расчетах, связанных с размещением |
||||||
скважин, |
значительно удобнее |
находить |
кривые напоров по |
|||
полосам в предположении отбора воды из напорного слоя со вершенной дреной, проходящей нормально к оси полосы через скважину, а местное понижение напорного уровня у скважин определять отдельно.
Дебит совершенных и несовершенных колодцев точнее можно вычислять по кривой, вычерченной на основе опытных откачек. С этой целью откачивают воду из колодца, измеряют объем откаченной воды W и фиксируют продолжительность откачки t.
Откачка снижает горизонт воды в колодце. Отмечают, за какой промежуток времени tx восстанавливается прежний го ризонт воды. Если объем откаченной воды разделить на про должительность откачки t плюс время, через которое горизонт
воды в колодце вернулся к прежнему |
положению, |
то полу |
||
чится секундный расход в колодце |
|
|
|
|
|
Q c e K — t ^ + T i |
|
|
^ |
Для определения часового расхода (дебита) |
колодца полу- . |
|||
ченный |
результат делят на 3600, а для |
определения суточного |
||
притока |
воды в колодец —на 86 400. Этот способ дает только |
|||
приближенное значение дебита. Более |
точно |
приток воды в |
||
колодец млжно определять тремя пробными |
откачками при |
|||
трех положениях уровня воды. |
|
|
|
|
Построив кривую (рис. 64) зависимости Q = f ( S ) , по ней |
||||
можно найти дебит колодца при любом |
положении |
горизонта |
||
воды в нем в пределах наблюдаемых горизонтов. |
|
|||
Пример 1. Определить приток воды в колодец пробной откачкой при однократном понижении горизонта воды по приближенному способу. Время начала откачки воды из колодца 8 час. Время окончания откачки — 10 час. Понижение уровня воды при пробной откачке S = 2 м. Время возвраще ния горизонтов воды к прежнему уровню (статическому горизонту) 12 час. Объем выкаченной при пробной откачке воды W = 3 м3.
Р е ше н и е : |
1) определим время t, затраченное на откачку, и время 6, |
||
аатраченное на возвращение горизонтов воды к прежнему уровню: |
|||
|
/ = |
10 — 8 = 2 часа «= 7200 сек.; |
|
|
/] = |
12 — 1 0 =2 |
часа= 7200 сек.; |
2) определим секундный приток воды в колодец |
|||
|
Г |
3-1000 |
3000 |
Q* ~ |
+ t ^ |
7200 + 7200 |
~~ 14400 ~ 0,21 Л'еек’ |
155
|
3) определим суточный приток воды в колодец: |
|
||||
|
Qcym = 0,21 X 86400 = 18,14 м31сут. |
|
||||
|
Пример 2. При откачке воды |
из |
колодца с понижением уровня воды |
|||
Si = 2 м был получен дебит |
= 24 м?1сут. |
Мощность |
водоносного слоя |
|||
Н = |
10 м. Определить дебит колодца |
Q3 при |
понижении |
горизонта воды |
||
S-г= |
4 м и радиус влияния R |
при |
средних песчаных породах, где К =» |
|||
= 5 |
M j c y m . |
|
|
|
|
|
Р е ше н и е : 1) Существует зависимость между дебитом колодца и по нижением в нем горизонта воды:
( 2 H - S 3)S3 |
^ |
& “ (2И — Si) St ' |
Подставляя в формулу (6.34) заданные величины, получим:
('2-10 — 4)-4 |
“ |
Q3 == 24 р 10 2 ) 2 |
M zj c y m .
2) Приближенный радиус влияния определяют по формуле П. П. Кусакина:
R = 2 S / ~ H K ; |
(6.35), |
« = 2 4 / ¥ 5 = 57 я .
Расположение скважин вертикального дренажа в плане в увязке с оросительной сетью
Существует три варианта расположения скважин в плане:
произвольное, линейное, равномерное.
Произвольное расположение скважин при неодинаковых де битах, понижениях и радиусах водоприемной части применяется при большом разнообразии условий питания водоносного гори зонта, гидрогеологических условий и в том числе фильтра
156
ционных свойств водоносных пород. Линейная (заградительная) схема, при которой скважины располагаются в один-два ряда по периферии массива применяется при защите территории от подтопления ее потоком грунтовых вод, идущим с вышерасположенных участков. При равномерном расположении скважин на осушаемой территории с целью снижения уровня грун товых под на определенной площади скважины могут быть размещены в вершинах равностороннего треугольника или квадрата.
На выбор схемы расположения скважин влияют следующие факторы: 1) назначение скважин (для орошения, осушения, рассоления); 2) гидрогеологические и мелиоративные условия; 3) экономические условия (стоимость бурения, источники энер госнабжения и т. д.); 4) конструкция скважин; 5) требуемый режим откачки; 6) наличие или отсутствие регулирующей емкости (на поверхности).
Число скважин при площадном размещении:
J V = ~ ; |
(6.36) |
|
при линейном (заградительном) размещении: |
||
|
N = |
(6.37) |
где S — осушаемая площадь, га\ |
м; |
|
R — радиус действия |
скважины, |
|
Ь — длина периметра |
массива, |
защищаемого от подтоп |
ления. |
|
|
Если причиной заболачивания территории является под земный приток воды со стороны, то дренажные колодцы, как уже отмечалось, располагают вдоль границы защищаемого массива в один-два ряда с учетом радиуса влияния каждого колодца.
Если подъем уровня грунтовых вод происходит в резуль тате местного (территориального) характера питания, то дре нажные колодцы размещают равномерно по всей осушаемой территории либо по вершинам равностороннего треугольника, либо по вершинам квадрата.
При расположении дренажных скважин кустами изменяет ся мощность и размещение силовой станции, снабжающей насосы электрической энергией.
|
Насосы и двигатели для вертикального дренажа |
|
Успешная работа дренажных колодцев в |
значительной |
|
мере |
зависит от правильного подбора насосов |
и двигателей. |
Вертикальные колодцы для откачки грунтовых |
вод оборуду |
|
ются |
глубинными высокопроизводительными насосами, кото- |
|
157
Рис. 65. Погружной насос 12-НА про- |
Рис. 66. Схема устройства |
изводительностыо 42 л!сек, напор до |
насоса АТН-14Р. |
88 м. |
|
158
рые в состоянии откачивать воду с глубины 100 м и ниже с расхо дом не менее 50—100 л/сек.
Вшахтных колодцах насос по мещается в колодце, а двигатель на поверхности земли. Более удо бен вертикальный центробежный насос, погруженный под воду в ко лодце. Иногда насос и двигатель находятся в шахте колодца.
Втрубчатых колодцах поршне вые и глубинные вертикальные (турбинные) центробежные насосы опускают в трубу колодца. Диа метр труб 30 — 75 см, производи
тельность 40 — 400 M3j4.ac, напор до 120 м (рис. 65).
Дренажные колодцы могут обо рудоваться насосами и двигателями так, как изображено на рис. 66. Конструкция глубинных насосов показана на рис. 67.
Техническая характеристика артезианских насосов приводится в Баводских инструкциях и специаль ных каталогах.
К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы
1.Расскажите о конструкции и дейст вии вертикальных дрен.
2.Назовите условия и районы приме
нения вертикального дренажа.
3.В чем достоинства и недостатки вертикального дренажа?
4.Как производится расчет фильтров вертикальных дрен?
5.В чем сущность графо-аналитиче ского метода расчета вертикальных дрен?
6.Как определяют оптимальное рас стояние между скважинами, оптимальную глубину откачки?
7.Как определяют дебит скважин при
одиночном и групповом расположении их? 8. Какие вы знаете варианты распо ложения скважин вертикального дренажа?
Рис. 67. Конструкция глубин ных насосов.
15S