1.6. Движение грунтовых вод

Движение воды в пористых средах называют фильтрацией. Естественная фильтрация, или поток грунтовых вод, образуется в результате инфильтрации в грунт атмосферных осадков.

Искусственный фильтрационный поток создается при откачке воды из котлованов, осушении болот, фильтрации через земляные плотины и др.

Грунтовые воды могут подвижными и неподвижными.

Неподвижные грунтовые воды образуются при скоплении воды в котлованах. Подвижные грунтовые воды образуются при инфильтрации атмосферных осадков и наличии падения рельефа подстилающих и водоносных пластов.

Грунтовый поток будет напорным, если водопроницаемый слой заключен между двумя водонепроницаемыми слоями и безнапорным, если водопроницаемый слой только подстилается водопроницаемым слоем грунта.

Скорость фильтрации жидкости через пористую среду описывается формулой Дарси:

 = К_фJ, (1.71)

где  - скорость фильтрации;

К_ф – коэффициент фильтрации, определяется экспериментально;

J – гидравлический градиент грунтового потока.

Расход фильтрационного потока описывается зависимостью:

Q = К_фJ, (1.72)

где  - площадь живого сечения, нормального к потоку.

Рис. 1.14 – Схема притока грунтовых вод к колодцу

На рис. 1.14 представлена схема цилиндрического колодца (скважины), доведенной до водоупора. На схеме принято:

Н – глубина водоносного пласта;

r₀ – радиус колодца;

h – глубина воды в колодце;

S – глубина откачки;

R – радиус влияния колодца;

УГВ – уровень грунтовых вод.

При откачке воды из колодца, уровень воды в колодце и водоносном пласте будет снижаться, причем движение воды по направлению к колодцу будет происходить с образованием так называемой депрессионной воронки.

Уравнение дебита совершенного колодца представляется в следующем виде:

или. (1.73)

Для определения радиуса R предложены ряд зависимостей, одна из них имеет вид:

. (1.74)

Коэффициент фильтрации определяется по формуле:

. (1.75)

Здесь r₀ и Н известны, величины Q, h и R определяются опытной откачкой.

Часть II

2. Водоснабжение

2.1. Системы водоснабжения

Системы водоснабжения представляют собой комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источников водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи потребителю.

Системы водоснабжения классифицируются: по виду обслуживаемых объектов (населенные пункты, промпредприятия, сельхозпредприятия и др.); по назначению (хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные); способу подачи воды (самотечные, насосные); по виду используемых источников (реки, озера, водохранилища, артезианские скважины и др.).

На основе технико-экономических расчетов возможно объединение систем водоснабжения: хозяйственно-противопожарная, производственно-противопожарная и т.д.

Системы водоснабжения могут обслуживать как один объект, так и группу объектов. В первом случае они называются местными, во втором – групповыми.

2.2. Схемы водоснабжения населенных пунктов и

промышленных предприятий

Схемы водоснабжения во многом зависят от источника водоснабжения. При заборе воды из открытых (поверхностных) источников - реки, озера, водохранилища, вода поступает в водозаборные сооружения и насосами станции I подъема подается на очистные сооружения, а затем в резервуары чистой воды. Из резервуаров чистой воды насосами станции II подъема вода подается в распределительную водопроводную сеть. Резервуары чистой воды служат для хранения и аккумулирования запасов воды. При необходимости создания дополнительных напора и запаса воды на обслуживаемой территории населенного пункта или промпредприятии (группы предприятий) или того и другого, строят водонапорную башню. Водонапорная башня позволяет в часы пикового расхода обеспечить бесперебойное водоснабжение, а в другое время – дополнительное аккумулирование запасов воды.

Вместо водонапорной башни возможно сооружение на возвышенности дополнительного наземного резервуара чистой воды.

При заборе воды из закрытых (подземных) источников схема водоснабжения значительно упрощается. Объясняется это тем, что подземные воды, как правило, не требуют очистки. Кроме того, при использовании погружных насосов не требуется возведения станции I подъема.

В ряде случаев, когда требуются большие расходы воды при одновременном требовании сохранения ее питьевых качеств, используется комбинированная схема забора из открытых и закрытых источников.

Промпредприятия отличаются разнообразными технологическими процессами и используют для их проведения воду неодинакового качества и под различным напором, что требует сложной системы водоснабжения, состоящей из нескольких самостоятельных подсистем.

Водоснабжение промпредприятий может быть: прямоточным, оборотным и последовательным.

При прямоточной схеме вода подается раздельно для хозяйственно-противопожарных нужд и для производственных целей. Использованную воду удаляют в канализационную сеть и после очистки сбрасывают в водоем, расположенный ниже объекта водоснабжения.

Оборотная схема применяется на промпредприятиях, где вода используется для целей охлаждения (НПЗ, ГПС, НПС, ТЭЦ и др.) и практически не загрязняется. После охлаждения в бассейнах или градирнях вода используется повторно. Потери на испарение составляют 3…5 % и компенсируется добавлением «свежей» воды. Качество оборотной воды должно соответствовать СНиП 204.02-84.

Последовательная схема использования воды применяется на промпредприятиях в тех случаях, когда возможно воду, использованную для проведения одного технологического процесса повторно использовать во втором, третьем технологических процессах. Воду, использованную в нескольких циклах, затем удаляют в канализационную сеть.