Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водозаборы подземных вод. Учебное пособие
.pdf
ченная область применения шахтных колодцев приводит к редкому
R
R
упор
использованию их в водозаборах подземных вод, особенно для
крупного и среднего водопотребителя.
Такой по составу сооружений водозабор подземных вод часто
встречается на практике, когда в качестве водоприемных устройств
применяются скважины или шахтные колодцы и извлекаемая из водоносного пласта вода нуждается в улучшении
качества.
При проектировании водозаборов из нескольких скважин должен быть решен вопрос о назначении расстояний между скважинами
и их взаимном расположении. Желательно их располагать на таком
расстоянии, чтобы взаимное влияние в наименьшей степени сказывалось на их работу, т.е. чтобы при расчетном расходе общее понижение уровня было не
более 10%. Радиус R и положение линий
кривой депрессионной воронки определяют графически по данным
измерений уровня в наблюдательных скважинах. Наименьшее расстояние, допускаемое между соседними скважинами, по некоторым
литературным данным приведено в таблице 3.
10
водо
А–А
скв.2
12
11
скв.3
R
поверхность
земли
10
11
1
скв.1
2
скв.2
2
скв.3
1
1
А
А
2
2
направление движения
3
4
подземного потока
5
направление движения
подземного потока
6
9
скв.1
12
8
7
11
1
Рисунок 31
1 – скважина с насосной станцией I подъема; 2 – трубопровод от насосной
станции I подъема к сборному водоводу; 3 – сборный водовод; 4 – сооружения очистки воды; 5 – резервуары чистой воды; 6 – насосная станция II подъема; 7 – водонапорная башня; 8 – водопроводная сеть; 9 – водоводы;
10 – статический уровень воды; 11 – динамический уровень воды;
12 – депрессионная кривая с радиусом депрессионной воронки R
41
Таблица 3
Производительность водяной скважины, м
3
/ч
Наименование породы
Трещиноватые 200–300 100–150 50
Песчаные 150–250 50–100 50
100–500 15–100 до 15
Расстояние, м
Чем меньше расстояние между скважинами, тем меньше потребуется труб для сооружения водозабора и, следовательно, затрат на
их укладку. Однако в результате взаимодействия скважин может
быть существенно понижен дебит каждой скважины, что потребует
увеличения их общего числа. Решение по выбору оптимального количества скважин, расстояния между ними и их взаимному
расположению определяется на основе гидрогеологических изысканий по
критерию минимума приведенных затрат.
Показанная на рисунке 31 схема водопроводных сооружений и
взаимное расположение отдельных элементов могут существенно
меняться в зависимости от природных и других местных условий
(глубины залегания подземных вод, качества воды, мощность водозабора). Так при сифонном способе отбора воды скважинами
или
шахтными колодцами насосные станции I и II подъема обычно совмещаются в одном здании; при отсутствии необходимости в улучшении качества воды и ее подготовки отпадает надобность в соответствующих сооружениях, а при необходимости более глубокой
обработки воды, например, обезжелезивания и фторирования, комплекс этих сооружений расширяется.
Проектирование скважин для добычи воды
следует выполнять
руководствуясь гидрогеологическим заключением и содержащимися
в нем рекомендациями. Существующие в литературе формулы для
определения расчетных расходов воды из скважины основываются
на идеальных условиях, когда водоносный горизонт однородный,
литологический состав водоносной породы повсеместно одинаковый, коэффициент фильтрации всегда один и тот же и т.д. Реальные
условия, как правило,
сильно отличаются от предполагаемых при
выводе формул, они должны содержаться в гидрогеологическом заключении, составленном специалистами-гидрогеологами.
42
,
13 Горизонтальные водозаборы,
их основные типы, конструкции
Горизонтальные водозаборы применяются при малой глубине
залегания водоносного пласта (до 8 м) и относительно небольшой
его мощности. Горизонтальный водозабор представляет собой дренаж разных типов или водозаборные галереи и штольни, укладываемые в пределах водоносного пласта. Водосборное устройство располагают по линии, перпендикулярной направлению движения грунтового потока при одностороннем притоке воды
и параллельно – при
двустороннем.
Все конструкции горизонтальных водозаборов разделяются на
три группы:
1. Траншейные водосборы с засыпкой камнем или щебнем.
2. Трубчатые водосборы.
3. Водосборные галереи и штольни.
13.1 Траншейный водосбор
Траншейные водосборы открытого типа (открытая траншея)
применяются для снабжения непитьевой водой.
Водозаборы траншейные закрытого
5
типа в виде каменно-щебеночной
устраиваются при захвате подземных вод
4
на глубине 3–4 м от поверхности земли,
1
преимущественно для водоснабжения
S
мелких водопотребителей, а также при
дрены
временном водоснабжении.
3
2
0,5
5
0
щебеночной дреной состоит (рисунок 32):
1) из траншеи, которая разрабатывается до
Траншейный водозабор с каменно-
подстилающего водоупорного слоя;
Рисунок 32
щебеночная призма размером 30×30 или 50×50 см, уложенная
2) водоприемной части – каменно-
на
дно траншеи;
3) обратного фильтра, который окружает каменно-щебеночную
призму. Толщина отдельных слоев обратного фильтра должна
быть не менее 15 см;
43
4) слоя из утрамбованной глины, создаваемого в хоз-питьевых сис-
темах водоснабжения над горизонтальным водозабором во избежание попадания с поверхности земли в водоносный пласт дождевых и талых вод;
5) планировки земли над участком расположения горизонтального
водозабора для обеспечения стока дождевых и талых вод за его
пределы.
Каменно-щебеночная дрена
укладывается с уклоном 0,01–0,05 в
сторону водосборного колодца. Засыпка траншеи горизонтального
водозабора любого типа после укладки фильтра может производиться вынутым ранее, но незагрязненным грунтом.
13.2 Трубчатые горизонтальные водозаборы
Трубчатые дрены надлежит проектировать при глубине залега-
ния водоносного горизонта до 5–8 м.
5
2
1
i
3
1
4
Рисунок 33
Горизонтальный трубчатый водозабор состоит из водоприемной
части 1 (рисунок 33), забирающей воду из водоносного горизонта, отводящей части для отвода забранной воды в водосборный колодец, водосборного колодца 3; смотровых колодцев 2 и насосной станции 4.
Водоприемная часть из трубчатых дрен выполняется из керамических, асбоцементных, чугунных, пластмассовых труб с круглыми или щелевыми отверстиями (
рисунок 34).
44
а
б
а – разрез поперек дрены;
б – разрез вдоль дрены
Рисунок 34
Отверстия делаются с боков и в верхней части трубы. Нижняя
часть трубы (не более 1/3 по высоте), по которой стекает вода, остается без отверстий.
Минимальный диаметр труб принимается 150 мм. Вокруг водоприемной трубы в траншее следует предусматривать устройство обратного фильтра. Механический состав обратного фильтра и соотношения
между средними
диаметрами зерен смежных слоев фильтра устанавли-
ваются такие же как для фильтра шахтных колодцев.
Толщина отдельных слоев должна быть не менее 15 см. Определение диаметров трубопроводов горизонтальных водозаборов следует производить для периода низкого состояния уровня грунтовых
вод при расчетном наполнении 0,5 диаметра труб.
Уклоны труб в сторону водосборного колодца должны быть
не
менее:
при диаметре 150 мм – 0,007;
при диаметре 200 мм – 0,005;
при диаметре 250 мм – 0,004;
при диаметре 300 мм – 0,003;
при диаметре 400 мм – 0,002;
при диаметре 500 мм – 0,001.
Скорость течения воды в трубах должна обеспечивать перемещение частиц пород из водоприемных труб в водосборный колодец
и составлять не менее 0,7 м/с. Горизонтальный трубчатый водозабор
должен быть защищен от
попадания в них поверхностных вод путем
устройства отводных канав, водонепроницаемого перекрытия, планировки.
45
Для наблюдения за работой трубчатого водозабора, его вентиляции и ремонта необходимо предусматривать устройство смотровых колодцев 2 (рисунок 33), расстояние между которыми должно быть 50 м
для трубчатых водозаборов диаметром от 150 до 600 мм и 75 м – при
диаметре более 600 м. Смотровые колодцы следует предусматривать
также в местах изменения направления в плане и вертикальной плоско
-
сти водоприемной части и при изменении диаметров труб.
Смотровые колодцы устраиваются круглого сечения с внутренним диаметром 1 м. Верх колодцев должен возвышаться не менее
чем на 0,5 м над поверхностью земли, и вокруг колодцев должны
быть сделаны водонепроницаемые отмостки шириной не менее 1 м
и глиняный замок.
Смотровые колодцы должны быть снабжены
крышками и вентиляционными трубами. Возвышение вентиляционной трубы над
поверхностью земли должно быть не менее чем на 2 м (см. рисунок
33, поз. 5). Отверстие в трубе должно оборудоваться металлическим
колпаком, предохраняющим водозабор от загрязнения.
Водосборный колодец 3 может располагаться в конце или на
линии горизонтального водозабора.
Насосные станции горизонтальных водозаборов в зависимости
от
их производительности и типа насосного оборудования устраиваются совмещенными с водосборным колодцем или как отдельные
сооружения.
Количество воды, поступающей из безнапорного водоносного
пласта в совершенный горизонтальный водозабор, может быть определено по уравнению Дюпюи:
• для одностороннего притока воды к водосбору (см. рисунок 35):
22
hH
kQ
−
⋅⋅= l
, (13.1)
L2
l – длина водосбора, м;
где
k – коэффициент фильтрации, м/ч;
Н – мощность водоносного пласта, м;
h – высота стояния воды в водосборе, м;
L – зона влияния водозабора, м;
• при двухстороннем питании:
46
22
hH
−
kQ
⋅⋅= l
. (13.2)
L
Определение площади
поперечного сечения труб-
L
чатого водозабора по заданным притокам воды в зави-
Н
симости от их продольного
h
уклона производится методами, применяемыми при
Рисунок 35
расчете самотечных линий
канализации и водостоков.
13.3 Галерейные водозаборы и штольни
В особо ответственных системах водоснабжения и при глубине
залегания водоносного горизонта на глубине более 8 м
проектируются штольни и галерейные горизонтальные водозаборы. В отличие
от трубчатых водозаборов в них вместо труб прокладывается галерея
или сооружаются штольни.
В скальных породах горизонтальные водозаборы в виде штольни могут устраиваться (тоннельным способом) при любой глубине
залегания водоносных пластов при соответствующем техникоэкономическом обосновании. Штольни выполняются прямоугольной, овальной или круглой в сечении конфигурации.
Водоприемные галереи и штольни проектируются шириной
0,8–1,0 м и высотой 1,2–2,0 м с учетом требований производства
работ и условий эксплуатации.
Водоприемные галереи и штольни выполняются из сборного
железобетона с щелочными отверстиями или окнами-нишами, перекрытыми пористым материалом.
Железобетонные звенья галереи устанавливаются на специально подготовленное основание, исключающее
осадку их относительно друг друга. С боков галереи и штольни в пределах их водоприемной части предусматриваются устройства обратного фильтра или
окна-ниши со вставками из пористого бетона. По дну галереи и штолен устраиваются лотки, обеспечивающие движение воды к сборному колодцу со скоростью, исключающей выпадение в лотке
вынесенных водой мелких частиц грунта. Глубина лотка, как правило,
должна быть не более 0,5 м, ширина 0,2–0,4 м. Для прохода эксплуатационного персонала в галереях и штольнях предусматривается устройство мостика или полки.
47
14 Лучевые водозаборы, их конструкция
Лучевые водозаборы представляют собой вертикальный колодец
или шахту (рисунок 36) диаметром 1,5–6,0 м, из которой в водоносный пласт прокладывают горизонтальные или наклонные скважины.
Этот тип водозабора устраивают как в маломощных пластах (до 5 м),
так и в пластах мощностью до 20 м, кровля которых находится на
глубине не более 10 м от поверхности земли.
Рисунок 36
1 – шахтный колодец лучевого водозабора; 2 – напорные водоводы
В зависимости от условий расположения лучевые водозаборы
бывают различных типов:
• подрусловой – с горизонтальными скважинами под дном реки и
шахтой, расположенной на берегу (рисунок 37а) или в русле (рисунок 37а′);
• береговой – при расположении лучевого водозабора на берегу не-
далеко от реки (от берега реки до водоприемного колодца 25–100
м, рисунок 37б);
• комбинированный – когда водоприемный колодец находится на
берегу реки, а горизонтальные лучи размещаются в береговой зоне и под руслом (рисунок 37в);
• водораздельный – при расположении лучевого водозабора на зна-
чительном удалении от источников питания (рисунок 37г).
48
а
река
2
1
а′
2
1
река
б в г
подрусловые
лучи
река
река
2
береговые
лучи
1
2
Рисунок 37
Приемный колодец лучевого водозабора (см. рисунок 38), расположенный в центральной части водозабора, предназначен не только для приема воды и установки соответствующего насосного оборудования, но и для проведения работ по устройству лучей-скважин.
Обычно колодец устраивается опускным способом, в особо тяжелых
условиях – кессонным способом. Его высота зависит от условий
эксплуатации водозабора. Лучи-скважины могут быть с затопленными
устьями или со свободным изливом воды из них в колодец. Верх колодца должен иметь более высокую отметку, чем отметка максимального уровня воды в источнике.
Рисунок 38
1 – железобетонный шахтный колодец;
2 – напорный трубопровод; 3 – электродвигатель;
4 – подсыпка из грунта; 5 – насос
49
Горизонтальные или наклонные скважины-лучи могут соору-
жаться различными способами:
• продавливанием, для чего в водоприемном колодце размещают
домкраты;
• бурением из водоприемного колодца. При этом в обсадную трубу
могут помещать скважины с оборудованным фильтром, после чего
обсадная труба удаляется;
• с размывом грунта водонасыщенного пласта.
При длине скважины-луча свыше 60 м он может выполняться
телескопического вида. В неоднородных или мощных однородных
водоносных пластах устраиваются многоярусные скважины-лучи на
разных отметках.
Водоприемные скважины-лучи выполняются из стальных перфорированных или щелевых труб d = 50–500 мм со скважинностью
не более 20%. В водоприемном колодце на скважинах
-лучах преду-
сматривается установка задвижки.
При расчетах лучевых водозаборов учитывается взаимное расположение лучей относительно русла реки, заиливание русла реки,
совместная работа лучей, что приводит к снижению расхода и т.д.
Учитывая методы производства работ по прокладке скважинлучей, нельзя рекомендовать их сооружение в водоносных пластах, в
которых встречаются крупный
галечник или значительные вкрапле-
ния валунов.
15 Каптажные водозаборные сооружения
Каптажные водозаборные сооружения предназначены для захва-
та подземных вод, выходящих на поверхность земли, т.е. родников.
При сосредоточенном выходе подземных вод каптажное сооружение устраивается в виде камеры-колодца, расположенного над выходом
восходящего источника или перед выходом нисходящего источника.
При рассредоточенном выходе подземных вод на поверхность
земли в виде отдельных
источников, отстоящих один от другого на
расстоянии более 5 м, каптаж их осуществляется раздельно со сбором воды в общую водосборную камеру. Такой камерой может быть
камера на основном (наибольшем по дебиту) выходе подземных вод.
Каптаж источников подземных вод во избежание загрязнения
осуществляется до выхода на земную поверхность с захватом, исключающим
50
выход вод в обход каптажа.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]