Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водозаборы подземных вод. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.М. Гальперин
ВОДОЗАБОРЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Учебное пособие
Самара 2008
УДК 628.152
Водозаборы подземных вод: учебное пособие / Е.М. Гальперин; Са-
марск. гос. арх.-строит. ун-т. – Самара
, 2008. – 64 с.
ISBN-978-5-9585-0299-8
Учебное пособие содержит лекционный курс для студентов специальности 290800. В нем приведены сведения о типах и устройствах сооружений
по добыче подземных вод. Предназначено для подготовки к экзаменам студентов 4-го курса (8-
й семестр) по дисциплине «Водоснабжение» по разделу
«Водозаборы».
Табл. 3. Ил. 42. Библиогр.: 4 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета университета
Учебное издание
Редактор Г.Ф. Коноплина
Технический редактор А.И. Непогодина
Корректор Е.М. Исаева
Подписано в печать 21.10.08. Формат 60×84 1/16.
Бумага офсетная. Печать оперативная. Усл. печ. л. 3,9.
Уч.-изд. л. 3,6 . Тираж 100 экз. Заказ № 14415
ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет»
443001 Самара, ул. Молодогвардейская, 194.
Отпечатано в типографии ООО Издательство «СамЛюксПринт»
443030 Самара, ул. Чернореченская, 33.
Тел.: (846) 336-13-22, 267-58-73.
ISBN-978-5-9585-0299-8 © ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-
строительный университет», 2008
1 Подземные воды, условия залегания и качество
Для целей водоснабжения, кроме вод поверхностных источников, используются подземные воды.
Подземные воды применяются в народном хозяйстве для хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, орошения и обводнения, энергетических целей и теплофикации, лечебных
целей, в качестве лечебных минеральных вод и как сырье для извлечения ценных компонентов.
Под подземными подразумеваются воды
, которые заполня-
ют поры и трещины горных пород ниже поверхности земли. По
условиям залегания (рисунок 1) различают два основных типа подземных вод – безнапорные (грунтовые) и напорные. Горизонты
безнапорных вод не имеют сплошной непроницаемой кровли, и водонасыщенные породы сообщаются с атмосферой. В таких горизонтах устанавливается свободный уровень воды, максимальная
глу-
бина которой соответствует мощности водоносных пород. Воды
первого от поверхности сплошного водоносного горизонта называются грунтовыми (рисунок 1, Б, скв. 1). Скопления воды на водоупорных или слабопроницаемых слоях, имеющих локальное распространение, образуют верховодку (рисунок 1, А, скв. 2), расположенную над грунтовыми водами; верховодка часто возникает в дождливые периоды
года и исчезает в сухое время.
Грунтовые воды, как правило, безнапорные, но на отдельных
участках могут находиться под местными напорами; залегают они
на небольшой глубине и поэтому подвергаются воздействию гидрометеорологических факторов. Уровень грунтовых вод и их хими-
ческий состав изменяются в зависимости от сезона, количества
осадков, температуры. В периоды дождей
и снеготаяния уровень
воды поднимается, а минерализация уменьшается.
Питание грунтовых вод происходит в результате инфильтра-
ции атмосферных осадков и речных вод и, в некоторых случаях, в
результате поступления напорных вод из нижележащих горизонтов.
Вследствие неглубокого залегания и отсутствия водоупорных покрытий грунтовые воды легко подвергаются загрязнению. Условия
залегания грунтовых вод
очень разнообразны.
3
скв.1
1
А
Б
В
Г
скв.2
4
скв.3
скв.4
2
3
5
Рисунок 1
– водопроницаемые породы; – водоупорные породы
1 – пьезометрическая линия грунтовых вод; 2 – пьезометрическая линия
напорных вод; 3 – родник, место выхода на поверхность земли пьезометрической линии грунтовых вод; 4 – пьезометрическая линия верховодки;
5 – пьезометрическая линия безнапорных вод
Напорные воды (рисунок 1, Г, скв. 4) заключены между во-
донепроницаемыми слоями. В буровой скважине (скв. 4), вскрыв-
шей напорный пласт, вода поднимается выше кровли этого горизонта. Если напорный (пьезометрическая линия 2 на рисунке 1) уровень выше поверхности земли, скважина фонтанирует, поэтому
для получения самоизливающейся воды скважины стараются бурить на
участках с пониженным рельефом. Проницаемый пласт, ог-
раниченный двумя водоупорами, может быть не заполнен водой;
при этом образуются полунапорные или безнапорные межпластовые воды (рисунок 1, В, скв. 3). Напорные воды зачастую называют
артезианскими, независимо от того, изливаются эти воды на поверхность или нет.
Водоносный горизонт является напорным, если его область
питания расположена на отметках более высоких, чем отметки водоупорной
кровли этого горизонта. Напорные воды залегают на более или менее
значительной глубине, изолированы от поверхности водоупорными
слоями и поэтому менее подвержены загрязнению, чем грунтовые воды.
Основное количество пресных и слабосоленых поземных вод
используется для водоснабжения. Большинство городов и поселков с
4
небольшой и средней численностью населения (с водопотреблением
3
до 10 тыс. м
/сут) в нашей стране полностью обеспечивается водой
из подземных источников.
Основными официальными документами, регламентирующими
использование и охрану подземных вод, являются «Основы водного
законодательства Союза ССР и союзных республик», принятые Верховным Советом СССР 10.12.1970 г. и введенные в действие с
1.09.1971 г. «Водные кодексы союзных республик» и «Классификация эксплуатационных запасов подземных
вод».
Использование подземных вод питьевого качества для нужд, не
связанных с питьевым и бытовым водоснабжением, как правило, не
допускается.
Наибольший интерес для водоснабжения представляют воды
напорных водоносных пластов, перекрытых сверху водонепроницаемыми породами, предохраняющими подземные воды от поступления в них загрязнений с поверхности земли. Однако для целей
водоснабжения используются
также безнапорные подземные воды
со свободной поверхностью, не имеющие водонепроницаемой
кровли, а также подземные воды, выходящие на поверхность, –
ключевые воды.
По качественному составу глубинные подземные воды отвечают санитарным требованиям на питьевую воду, отличаются от воды
поверхностных источников повышенным солевым составом и особенно карбонатной жесткостью (14 мг-экв/л и более
).
Использование подземных вод для целей водоснабжения подлежит согласованию с органами санитарно-эпидемиологической
службы и органами по регулированию использования и охране вод.
Строительство и переоборудование подземных водозаборных сооружений должно производиться с разрешения органов геологии или
территориальных геологических управлений.
5
2 Классификация подземных вод по запасам и степени
изученности. Разведочные и эксплуатационные скважины
Скважины на воду, как и другие устройства, применяемые для
эксплуатации подземных вод, являются дорогостоящими инженерными сооружениями. Поэтому их строительство осуществляется, как
правило, только при наличии достаточных запасов подземных
вод, обеспечивающих возможность длительной эксплуатации
водозаборных сооружений и получения необходимого количества подземных вод питьевого качества. Запасы (ресурсы) подзем-
ных вод подразделяются
на естественные и эксплуатационные
(рисунок 2).
естественные
статические
упругие
динамические
дополнительные
Рисунок 2
А В С
эксплуатационные
балансовые забалансовые
1
С
2
Под естественными запасами понимают количество подземных вод, содержащихся в водоносных пластах (системах водоносных
пластов, водоносных комплексов) в естественном состоянии, не нарушенном эксплуатацией водозаборных сооружений. В естественные запасы включают то количество подземных вод, которое на-
ходится в порах и трещинах водоносных пород (статические и
упругие запасы), а также
постоянно возобновляемое количество
подземных вод в пласте (динамические запасы).
Статические запасы извлекаются при осушении пласта, а упругие – при снижении уровня подземных вод и изменении в связи с
этим напряжений в пласте, которые вызывают деформацию воды
(при откачках и снижении давления вода расширяется) и самих водоносных пород (
6
при откачках породы уплотняются, вследствие че-
го вода из них отжимается).
Динамические запасы, представляющие собой расход потока
подземных вод в рассматриваемом сечении (створе), извлекаются одновременно со статическими и упругими запасами при снижении уровня.
Эксплуатационные запасы подземных вод – это количество
3
подземных вод, м
/сут, которое может быть получено рациональ-
ными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и качестве воды,
удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.
Эксплуатационные запасы не ограничиваются статическими,
упругими и динамическими запасами подземных вод эксплуатируемого водоносного пласта. При интенсивной откачке подземных вод
к
образовавшейся вокруг водозаборного сооружения зоне пониженных
давлений (воронке депрессии) начинается усиленный приток, способствующий привлечению в водоносный горизонт дополнительных запасов подземных вод. Такие запасы могут формироваться за
счет поступления воды из соседних бассейнов, фильтрации из поверхностных водотоков и водоемов, инфильтрации атмосферных
осадков, перетеканий из соседних водоносных горизонтов, привле
-
чения поверхностного родникового стока и искусственного питания
водоносного горизонта.
Эксплуатационные запасы подземных вод по народнохозяй-
ственному значению разделяются на две группы:
1) балансовые запасы, использование которых экономически целе-
сообразно и которые должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к качеству воды данного назначения, и заданным условиям режима эксплуатации;
2) забалансовые запасы,
использование которых в настоящее время
экономически нецелесообразно вследствие малого количества,
несоответствия качества воды заданному назначению и из-за особо сложных условий эксплуатации, но которые могут рассматриваться как объект использования в будущем.
В зависимости от степени разведанности, изученности каче-
ства воды и условий эксплуатации эксплуатационные запасы под-
земных вод разделяются
на четыре категории: А, В, С1 и С2 [см.
«Инструкцию по применению классификации эксплуатационных за-
7
пасов подземных вод к месторождениям пресных вод». (М., 1976)].
Эксплуатационные запасы подземных вод категории А уста-
навливаются по данным эксплуатации водозаборных сооружений с
указанием качества воды. Они используются при планировании
эксплуатации и расширении водозаборов. Эксплуатационные за-
пасы категории А (объем, качество воды) определяются на основании детальных разведочных работ, опытных откачек и
специальных
исследований на участке водозабора с наблюдениями продолжительностью не менее одного года. Эти данные используются при
обосновании технических проектов и капиталовложений в
строительство сооружений.
Запасы категории В устанавливаются на основании результа-
тов предварительных гидрогеологических разведок и общих гидрогеологических исследований с производством некоторых опытных
откачек и кратковременных наблюдений за
режимом подземных вод
и источников в районе намечаемого водозабора. Данные о запасах
воды этой категории используются для обоснования проектного
задания на строительство водозаборов с конкретным выбором
участков расположения водозаборов и капитальных устройств.
Запасы категории С
устанавливаются на основании гидрогеоло-
1
гических исследований естественных выходов подземных вод, существующих водозаборов и одиночных разведочных выработок, по данным опробования дебита и качества подземных вод в отдельных точках пласта (для сложных гидрогеологических условий и пластов, примыкающих к районам с разведанными запасами воды более высокой
категории). Используются для
перспективного планирования подземных вод, а также для выбора участка детальной гидрогеологической разведки и обоснования бурения разведочных скважин.
Запасы категории С
определяются на основании общих геоло-
2
гических и гидрогеологических данных. Используются только для
планирования гидрогеологических исследований и обоснования
бурения разведочных скважин.
В зависимости от степени изученности гидрогеологических условий скважины подразделяются на разведочные, разведочноэксплуатационные и эксплуатационные.
Разведочные скважины бурят в малоисследованных районах
для определения геологического разреза, водоносности и фильтра-
8
ционной способности породы, качества воды и основных параметров
водоносных горизонтов. Их бурят минимальными диаметрами (75–
100 мм) и, как правило, после выполнения своего назначения ликвидируют. Однако в отдельных случаях (при вскрытии самоизолирующихся водоносных горизонтов, ценных минеральных вод) разведочные скважины могут быть оставлены для эксплуатации.
Разведочно-эксплуатационные скважины проектируют и
сооружают в районах слабой гидрогеологической изученности либо в
районах с невыдержанными гидрогеологическими и гидрохимическими условиями. Характерной особенностью таких скважин является разрешенная проектом возможность изменения (в зависимости
от получаемых в результате бурения условий) элементов конструкции (глубины посадки обсадных колонн и глубины установки
фильтра). Выполняя все функции разведочных, эти
скважины при
получении обусловленного проектом качества и количества воды
передают в эксплуатацию. Это определяет необходимость бурения
разведочно-эксплуатационных скважин диаметрами, позволяющими устанавливать водоподъемное оборудование.
Эксплуатационные скважины проектируются в районах рас-
положения разведанных и эксплуатируемых водозаборов, а также в
районах с высокой степенью гидрогеологической изученности и
вблизи существующих скважин для
их замены. Сооружают их с це-
лью эксплуатации подземных вод.
3 Виды сооружений для забора подземных вод
Для забора подземных вод используются следующие виды со-
оружений:
• водяные скважины или трубчатые колодцы;
• шахтные колодцы;
• горизонтальные водозаборы;
• комбинированные водозаборы;
• лучевые водозаборы;
• каптажи источников (родников).
Выбор того или иного типа и схемы водозабора определяется
гидрогеологическими условиями, намечаемой производительностью
9
водозабора и технико-экономическими соображениями.
Водяные скважины – наиболее распространенный тип водоза-
бора и применяется для добычи подземных вод в самых разнообразных гидрогеологических условиях.
Глубина скважины определяется глубиной залегания и мощностью эксплуатационного водоносного горизонта и может измениться
в широком диапазоне – от 15–40 до 1000 и более метров.
Шахтные колодцы – применяются для
забора воды из безна-
порных водоносных пластов, залегающих на глубине до 40 м и
мощностью водоносного пласта не более 10 м.
Горизонтальные водозаборы – дрены, галереи, штольни используются в безнапорных пластах при глубине залегания водоносного пласта до 8 м.
Комбинированные водозаборы состоят из дрен с системой
соединенных с ними вертикальных скважин. Целесообразно
с безнапорным водоносным пластом основного горизонта использовать и
более глубокие напорные воды.
Лучевые водозаборы – шахтный колодец с расходящимися из
него горизонтальными лучами дренажных стальных труб. Целесообразно применять в галечных водоносных породах при глубине 15–20
м и мощности пласта не более 20 м.
Каптажи источников – используют при наличии выхода под-
земных вод на земную поверхность.
4 Конструкция трубчатого колодца, ее элементы и назначение
Скважиной называется вертикальная или наклонная горная выра-
ботка, производимая с поверхности без доступа рабочей силы к забою.
При проектировании водозаборных скважин должны быть оп-
ределены:
а) их размер и конструкция – глубина, начальный и конечный
диаметры, крепление стенок обсадными трубами, интервал смены
труб различного диаметра (или выход колонн труб), места и способы
изоляции неиспользуемых водоносных горизонтов;
б) тип, размеры и конструкция водоприемной части (фильтра);
в) тип водоподъемника и поверхностного устройства (оголовка)
скважины.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]