8186

3

СОДЕРЖАНИЕ

1.Движение подземных вод к одиночным водозаборным

2.Расчет притока воды к вертикальным водозаборным

4

ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие по гидрогеологическим расчетам водопритока к водозаборным сооружениям, траншеям, котлованам предназначено для студентов направления 21.03.03 «Геодезия и дистанционное зондирование». В данной работе изложена методика гидрогеологических расчетов водопритока подземных вод к водозаборным сооружениям, открытым котлованам и траншеям.

Гидрогеологические расчеты выполняются студентами при выполнении индивидуальных заданий по лабораторным и практическим работам при освоении дисциплины.

5

1. ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД К ОДИНОЧНЫМ ВОДОЗАБОРНЫМ

СООРУЖЕНИЯМ

Водозаборным называется сооружение, с помощью которого осуществляется эксплуатация подземных вод для водоснабжения и других целей (осушение территории, извлечение из недр минеральных,

промышленных, термальных вод и др.).

Подземные воды могут быть вскрыты различными водозаборами, как вертикальными, так и горизонтальными. К вертикальным водозаборам относятся буровые скважины (трубчатые колодцы) и шахтные колодцы, к

горизонтальным - каптажные галереи, дренажные канавы. Среди водозаборных сооружений выделяют одиночные и групповые.

Существуют два типа водозаборных сооружений – совершенные и несовершенные. Совершенные пройдены через водоносный пласт до кровли или врезан в кровлю подстилающего водоупорного слоя. Несовершенные - не доведен до водоупорного слоя.

Коэффициент фильтрации

Коэффициентом фильтрации называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации.

Коэффициент фильтрации - показатель, характеризующий водопроницаемость породы и зависящий от степени ее пористости и трещиностойкости,

выражается в м/сут или см/с. Водопроницаемость - способность пород пропускать воду через имеющиеся в них поры и трещины.

Величина коэффициента фильтрации kф определяется большим или меньшим сопротивлением движению воды через грунт. Само же сопротивление зависит от степени шероховатости стенок канала, по которому движется вода, и

главным образом от размеров канала. С уменьшением сечения трубки сопротивление течению воды по ней возрастает чрезвычайно быстро. Этим объясняется исключительно малая водопроницаемость глин, обладающих исключительно малыми размерами пор. Очевидно, что по той же причине

6

степень водопроницаемости песков будет возрастать с увеличением их

крупности и однородности.

Учет возможного воздействия на величину коэффициента фильтрации большого числа многообразных факторов достоверным образом может быть установлен лишь опытным путем в поле. При определении коэффициента фильтрации в полевых условиях встречаются два случая: коэффициент фильтрации определяется для водоносных грунтов и для грунтов, не насыщенных водой. В первом случае определение коэффициента фильтрации производится откачкой воды из скважин, во втором – наливом водой скважин или шурфов. По величине коэффициента фильтрации породы подразделяются

на три группы (табл. 1).

Таблица 1

Деление пород в зависимости от величины коэффициента фильтрации

7

2. РАСЧЕТ ПРИТОКА ВОДЫ В ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРНЫЕ

СООРУЖЕНИЯ

Вертикальные водозаборы, вскрывающие грунтовые воды, принято называть грунтовыми колодцами, а вертикальные водозаборы, вскрывающие напорные воды, - артезианскими колодцами.

Поступление воды в совершенные колодцы происходит через отверстия в боковых стенках. Поступление воды в несовершенный колодец происходит различными способами: через боковые стенки (трубчатые колодцы), через дно

(шахтные колодцы), через дно и боковые стенки (некоторые шахтные колодцы).

Радиус влияния (радиус депрессии) колодца при опытных и

эксплуатационных откачках из одиночных вертикальных водозаборных

сооружений

При откачке воды из грунтового колодца уровень воды в колодце начинает понижаться, а водоносный пласт около колодца – осушаться. В результате вокруг колодца образуется депрессия (понижение) уровня грунтовых вод,

называемая воронкой депрессии; ось ее совпадает с осью скважины.

Пониженный при откачке уровень грунтовых вод в колодце называется динамическим, а первоначальный уровень – статическим. Воронка депрессии может быть симметричной и асимметричной.

Представление о бассейнах грунтовых вод является некоторой теоретической абстракцией, так как грунтовые воды непрерывно движутся, то есть всегда существует уклон потока, а не горизонтальная его поверхность, как это имеет место в бассейнах. Однако на участках прогиба водоупорного ложа в связи со значительным увеличением сечения потока уклон потока делается настолько малым, что можно говорить о «бассейне» грунтовых вод.

8

Рис.1. Схема движения подземных вод к одиночному вертикальному водозаборному сооружению.

Симметричная воронка депрессии, образующаяся при откачке из бассейна грунтовых вод, имеет в плане форму круга, асимметричная (при откачке из грунтового потока) – форму овала, вытянутого по потоку. Если сделать вертикальный разрез через ось симметричной воронки депрессии, то получим две симметричные кривые депрессии. В непосредственной близости от колодца они имеют крутое падение, а при удалении от него становятся пологими. На некотором расстоянии от колодца кривые депрессии практически сливаются со статическим уровнем грунтовых вод. Расстояние R между осью колодца и точками, в которых кривые депрессии практически сливаются со статическим уровнем грунтовых вод, называется радиусом влияния колодца; в

симметричной воронке депрессии они равны друг другу во всех направлениях от оси колодца. Гидроизогипсы грунтовых вод представлены концентрическими окружностями. Гидроизогипсы - линии, соединяющие точки

9

зеркала подземных вод с одинаковыми отметками (абсолютными или

относительными).

Радиус влияния колодца при опытных и эксплуатационных откачках

Если водоносный пласт получает инфильтрационное питание на участке развития воронки депрессии, то по мере развития последней может наступить равновесие между инфильтрационным питанием и дебитом колодца, после чего увеличение радиуса питания практически прекратится и дебит стабилизируется.

Влияние понижения на радиус влияния отражено в эмпирической формуле И.П. Кусакина:

- для безнапорных вод:

R – радиус влияния, м;

r0 – радиус водоприемной части скважины, м;

S – понижение уровня воды в скважине при откачке, м;

H – мощность водоносного горизонта до откачки, м; kф– коэффициент фильтрации, м/сут.

Недостатком приведенной формулы является несоблюдение размерности и линейная зависимость между R и S. Необходимо отметить, что данная формула справедлива для случаев, когда откачка производится из бассейна грунтовых вод. Примерная величина радиуса влияния, в зависимости от расстояния между скважинами на опытном гидрологическом кусте, представлена в таблице 2.