методичка гидрогеология
..pdf
|
|
kф Н n |
2 |
(51) |
|
ay |
|
, м /сут |
|||
|
|||||
|
|
|
|
μ – коэффициент водоотдачи трещиноватых известняков, равный 0,05
Строим график зависимости St = f(t)
St ,м
St = f(t)
Sэф
tтреб |
t, сут |
На графике зависимости St = f(t) находим St = Sэф и соответствующее время, необходимое для его достижения.
Часть ІІІ. Опытно-фильтрационные расчеты
Для выполнения опытно-фильтрационных расчетов заложен куст скважин, состоящий из центральной скважины, из которой производится откачка воды, и трех наблюдательных скважин, в которых производятся замеры уровня воды в процессе откачки. В качестве центральной условно используется скважина №5, предназначенная для водоснабжения. Откачка производится для совершенного грунтового и артезианского колодца, при условии ламинарного движения подземных вод. Наблюдательные скважины расположены вдоль одного луча на расстоянии х1 – х2 – х3 от центральной скважины. Откачка выполнялась при трех понижениях уровня воды в центральной скважине.
Необходимо выполнить следующие задания:
1. Определить коэффициент фильтрации и радиус депрессионной воронки при каждом понижении уровня воды в центральной скважине, используя данные опытнофильтрационных работ, приведенных в таблицах 15 и 16. Построить график зависимости дебита от понижения уровня воды в центральной скважине Q = f(S), а также разрез депрессионной воронки при трех понижениях уровня воды в центральной и наблюдательных скважинах.
2. Составить проектный геолого-технический разрез гидрогеологической скважины №5 и обосновать выбор ее конструкции.
1. Определение коэффициента фильтрации методом кустовой откачки
А. Грунтовый водоносный горизонт.
а) Выполнить расчет коэффициента фильтрации при трех понижениях уровня грунтовых вод, используя замеры уровня в двух наблюдательных скважинах. Расчет выполняется по преобразованной формуле Дюпюи:
kфп |
|
0,73Qn |
(lg x2 |
lg x1 ) |
, м/сут |
(52) |
|||
(2H S1 |
S2 )(S1 |
S |
2 ) |
||||||
|
|
|
|
||||||
31
kфп – коэффициент фильтрации при каждом водопонижении, м/сут;
Qn – дебит скважины при соответствующем понижении уровня воды, м3/сут; Н – мощность водоносного горизонта, м;
х1 и х2 – соответствующее расстояние наблюдательных скважин от центральной скважины, м;
S1 – S2 – соответствующее понижение уровня в наблюдательных скважинах, м.
Средний коэффициент фильтрации определяется по формуле:
kфср |
|
kф1 kф2 |
kф3 |
, м/сут |
(53) |
|
|
||||
|
3 |
|
|
|
|
kфср – средний коэффициент фильтрации, м/сут.
б) Для каждого водопонижения определяем радиус депрессионной воронки, используя формулу Кусакина для безнапорного водоносного горизонта:
Rn 2Sn |
kфср Н |
(54) |
Rn – радиус депрессионной воронки, соответствующий каждому водопонижению, м;
Sn – величина водопонижения в центральной скважине, м; kфср – средний коэффициент фильтрации, м/сут;
Н – мощность грунтового водоносного горизонта, м.
в) Строим график зависимости дебита от понижения уровня воды в центральной скважине Q = f(S).
Q, |
|
м3/сут |
Q = f(S) |
S, м
г) Строим разрез депрессионной воронки при трех понижениях статического уровня воды в центральной и трех наблюдательных скважинах и расчетных радиусах депрессионной воронки с учетом зависимости R = f(S).
Пример построения разреза приведен в приложении 4.
Разрез и график выполняются в масштабе.
Исходные данные для выполнения опытно-фильтрационных расчетов.
Грунтовый водоносный горизонт.
32
|
|
|
|
|
|
Таблица 16 |
|
№№ |
№№ |
Центральная скважина |
Наблюдательные скважины |
||||
варианта |
откачки |
|
|
(расстояние х, понижение S) |
|||
|
|
Дебит |
Понижение, м |
Скв. 1 |
Скв. 2 |
|
Скв. 3 |
|
|
м3/сут |
|
(х1=10м) |
(х2=50м) |
|
(х3=85м) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
1, 9, 17, 25 |
1 |
432 |
6,40 |
0,90 |
0,40 |
|
0,10 |
|
2 |
600 |
9,40 |
1,60 |
0,80 |
|
0,35 |
|
3 |
840 |
13,90 |
2,75 |
1,70 |
|
0,90 |
2, 10, 18, 26 |
1 |
480 |
7,20 |
1,10 |
0,50 |
|
0,15 |
|
2 |
720 |
11,60 |
2,10 |
1,20 |
|
0,60 |
|
3 |
960 |
16,35 |
3,40 |
2,20 |
|
1,30 |
3, 11, 19, 27 |
1 |
576 |
9,00 |
1,45 |
0,70 |
|
0,30 |
|
2 |
912 |
15,25 |
3,20 |
2,10 |
|
1,35 |
|
3 |
1080 |
18,60 |
4,20 |
2,80 |
|
1,83 |
4, 12, 20, 28 |
1 |
504 |
7,65 |
1,20 |
0,60 |
|
0,25 |
|
2 |
936 |
15,70 |
3,30 |
2,00 |
|
1,20 |
|
3 |
1080 |
18,60 |
4,20 |
2,85 |
|
1,85 |
5, 13, 21, 29 |
1 |
456 |
6,85 |
1,00 |
0,40 |
|
0,12 |
|
2 |
720 |
11,50 |
2,10 |
1,20 |
|
0,60 |
|
3 |
1200 |
21,10 |
5,10 |
3,40 |
|
2,25 |
6, 14, 22, 30 |
1 |
576 |
9,00 |
1,45 |
0,70 |
|
0,30 |
|
2 |
816 |
13,50 |
2,65 |
1,60 |
|
0,90 |
|
3 |
1176 |
20,60 |
5,00 |
3,30 |
|
2,20 |
7, 15,23, 31 |
1 |
528 |
8,10 |
1,30 |
0,60 |
|
0,20 |
|
2 |
912 |
15,25 |
3,20 |
2,10 |
|
1,35 |
|
3 |
1248 |
22,00 |
5,50 |
3,70 |
|
2,46 |
8, 16, 24, 32 |
1 |
672 |
10,70 |
1,90 |
1,05 |
|
0,50 |
|
2 |
888 |
14,80 |
3,00 |
2,00 |
|
1,40 |
|
3 |
1128 |
19,60 |
4,60 |
3,00 |
|
2,00 |
Примечание: Для вариантов 1-16 расчет выполняется по данным наблюдательных скважин №№1 и 2. Для вариантов 17-32 расчет выполняется по данным наблюдательных скважин №№1 и 3. При этом в расчетных формулах величины S2 и х2 необходимо заменить на показания скважины №3, соответственно S3 и х3.
Б. Напорный водоносный горизонт.
а) Выполнить расчет коэффициента фильтрации при трех понижениях уровня напорных вод в центральной скважине, используя замеры уровня воды в двух наблюдательных скважинах. Расчет выполняется по преобразованной формуле Дюпюи:
kфn |
|
0,366Qn (lg x2 lg x1 ) |
, м/сут |
(55) |
|
M (S1 S2 ) |
|||||
|
|
|
|
kф – коэффициент фильтрации при каждом водопонижении, м/сут; Qn – дебит скважины при соответствующем водопонижении, м3/сут; М – мощность напорного водоносного горизонта, м;
х1 и х2 – соответствующее расстояние наблюдательных скважин от центральной скважины, м;
S1 – S2 – соответствующее понижение пьезометрического уровня в наблюдательных скважинах, м.
33
На основании полученных расчетов определяем средний коэффициент фильтрации (формула 53).
kфср kф1 kф2 kф3 , м/сут
3
kфср – средний коэффициент фильтрации, м/сут.
б) Для каждого понижения пьезометрического уровня воды определяем радиус депрессионной воронки, используя формулу Кусакина для напорного водоносного горизонта:
|
|
|
|
Rn 2Sn |
kфср Н n , м |
(56) |
|
Rn – радиус депрессионной воронки при каждом понижении пьезометрического уровня, м;
Sn – величина водопонижения в центральной скважине, м; kфср – средний коэффициент фильтрации, м/сут;
Нn – величина пьезометрического напора, м.
в) Строим график зависимости дебита от понижения пьезометрического уровня в центральной скважине Q=f(S).
Q, |
|
м3/сут |
Q = f(S) |
S, м
г) Строим разрез депрессионной воронки при трех понижениях пьезометрического уровня в центральной и трех наблюдательных скважинах, а также расчетных радиусах депрессионной воронки с учетом зависимости R = f(S).
Пример построения разреза приведен в приложении 4.
Разрез и график выполняются в масштабе.
34
Исходные данные для выполнения опытно-фильтрационных расчетов.
Напорный водоносный горизонт.
|
|
|
|
|
|
Таблица 17 |
|
№№ |
№№ |
Центральная скважина |
Наблюдательные скважины |
||||
варианта |
откачки |
|
|
(расстояние х, понижение S) |
|||
|
|
Дебит |
Понижение, |
Скв. 1 |
Скв. 2 |
|
Скв. 3 |
|
|
м3/сут |
м |
(х1=20м) |
(х2=70м) |
|
(х3=140м) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
1, 9, 17, 25 |
1 |
96 |
3,20 |
2,25 |
2,10 |
|
2,00 |
|
2 |
216 |
7,20 |
5,10 |
4,80 |
|
4,60 |
|
3 |
360 |
12,00 |
8,45 |
8,00 |
|
7,80 |
2, 10, 18, 26 |
1 |
120 |
4,00 |
2,80 |
2,65 |
|
2,55 |
|
2 |
240 |
8,00 |
5,65 |
5,33 |
|
5,17 |
|
3 |
360 |
12,00 |
8,45 |
8,00 |
|
7,75 |
3, 11, 19, 27 |
1 |
144 |
4,80 |
3,40 |
3,20 |
|
3,10 |
|
2 |
264 |
8,80 |
6,20 |
5,90 |
|
5,70 |
|
3 |
384 |
12,80 |
9,00 |
8,60 |
|
8,30 |
4, 12, 20, 28 |
1 |
168 |
5,60 |
3,95 |
3,70 |
|
3,60 |
|
2 |
240 |
8,00 |
5,65 |
5,30 |
|
5,20 |
|
3 |
432 |
14,60 |
10,15 |
9,60 |
|
9,30 |
5, 13, 21, 29 |
1 |
144 |
5,20 |
3,60 |
3,50 |
|
3,30 |
|
2 |
240 |
8,00 |
5,60 |
5,30 |
|
5,20 |
|
3 |
456 |
15,20 |
10,70 |
10,10 |
|
9,80 |
6, 14, 22, 30 |
1 |
168 |
5,60 |
3,90 |
3,70 |
|
3,60 |
|
2 |
288 |
9,60 |
6,80 |
6,40 |
|
6,20 |
|
3 |
480 |
16,00 |
11,30 |
10,70 |
|
10,40 |
7, 15,23, 31 |
1 |
192 |
6,40 |
4,50 |
4,40 |
|
4,10 |
|
2 |
336 |
11,20 |
7,90 |
7,50 |
|
7,30 |
|
3 |
504 |
16,80 |
11,80 |
11,20 |
|
10,90 |
8, 16, 24, 32 |
1 |
192 |
6,00 |
4,20 |
4,00 |
|
3,90 |
|
2 |
312 |
10,00 |
7,10 |
6,70 |
|
6,50 |
|
3 |
432 |
13,00 |
9,60 |
8,80 |
|
7,90 |
Примечание: Для вариантов 1-16 расчет выполняется по данным наблюдательных скважин №№1 и 2. Для вариантов 17-32 расчет выполняется по данным наблюдательных скважин №№1 и 3. При этом в расчетных формулах величины S2 и х2 необходимо заменить на показания скважины №3, соответственно S3 и х3.
2. Обоснование выбора конструкции гидрогеологической скважины
(Самостоятельная работа).
Строим проектный геолого-технический разрез гидрогеологической скважины №5. Пример построения разреза приведен в приложении 5.
На основании геологического строения, гидрогеологических условий, заданной величины водопонижения и произвольно выбранного водоподъемного оборудования принимаем конструкцию скважины и даем ее обоснование.
Исходные данные для выбора конструкции гидрогеологической скважины приведены в приложениях 6-8.
35
Контрольные вопросы.
1)Что такое статический уровень, динамический уровень и пьезометрический уровень подземных вод?
2)В каких случаях применяются термины «депрессионная воронка» и «полоса осушения»? Что между ними общего?
3)В чем заключается основной смысл понятия «метод большого колодца»? В каких случаях он применяется?
4)Назовите методы определения коэффициента фильтрации грунтов. В каких случаях эти методы применяются?
5)Назовите типы и виды откачек?
6)Что такое кустовая откачка? В чем ее преимущество?
7) Какие основные условия необходимо учитывать |
при выборе конструкции |
гидрогеологической скважины? |
|
36
37
Условные обозначения:
Q |
|
|
Суглинок |
200 |
|
|
|||
|
|
190 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Песок |
180 |
||
N |
|
|
||
|
|
|
крупнозернистый |
170 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
P |
|
|
Глина (водоупор) 160 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
C |
|
|
Известняк |
|
|
|
|
трещиноватый |
140 |
|
|
|
||
C |
|
Аргиллит |
130 |
|
|
||||
|
|
|
||
|
|
|
(водоупор) |
120 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12,0 |
Глубина УГВ |
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Глубина УНВ |
100 |
|
|
|
||
|
|
30,0 |
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
Гидрогеологический разрез |
Приложение 2 |
||
|
|
|||
Масштаб: |
горизонтальный |
1:5000 |
|
|
вертикальный |
1:1000 |
|
||
|
|
|
||
З |
|
|
|
B |
10,0 |
|
12,0 I водоносн. горизонт |
|
|
|
|
18,0 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22,0 |
30,0 |
|
II водоносн. горизонт |
|
|
|
|
|
|
|
№№ cкв./ абс. отм. |
Расстояние между |
1 |
/ 200,0 |
300 |
2 |
2 |
300 |
3 3 |
30 |
300 |
4 |
устья |
скважинами |
|
30 |
|
30 |
|
|
|
|||
I водоносн. горизонт |
Абс. отм. УГВ / мощн. Н, м |
190,0 / Н = 50 м |
|
188,0 / Н = 48 м |
|
182,0 / Н = 42 м |
|
178,0 / Н = 38 м |
|||
|
Абс. отм. УНВ / напор Нп, м |
170,0 / Нп = 70 м, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II водоносн. горизонт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
мощность слоя M, м |
|
M = 30 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приложение 3
Гидрогеологические схемы водопонижения
1. Гидрогеологическая схема горизонтальной дренажной системы
Масштаб: Горизонтальный 1:1000
Вертикальный 1:1000
Н-мощность водоносного горизонта, м Sэф-эффективное водопонижение, м
Умах-максимальная высота столба воды между дренами, м В-расстояние между дренами, м
h-высота столба воды в дрене, м
(при больших мощностях водоносного горизонта допускается принимать h=0) у-высота столба воды на расстоянии х от дрены, м
2. Гидрогеологическая схема вертикальной водопонизительной установки
Горизонтальный 1:1000 Масштаб: Вертикальный 1:2000
Нп – величина напора, м М – мощность напорного водоносного горизонта, м
Sэф – эффективное водопонижение, м
у0 – высота столба воды в шахтном стволе, м
R – радиус депрессионной воронки водопонизительной скважины, м r – радиус шахтного ствола, м
г0 – радиус водопонизительной установки, м
40