11.5. Поглощающий колодец

Поглощающие колодцы предназначаются для закачки воды в пласт грунта. Закачиваемая вода отводится в водоносный пласт в результате фильтрования из колодца. В данном случае имеет место обратная картина по отношению к обычному трубчатому колодцу. Кривая депрессии при фильтрации воды из колодца будет также иметь обратную форму. Применяя ту же самую методику для определения дебита колодца (рис. 11.8), поглощающая его способность в дифференциальной форме имеет вид

. (11.40)

Знак минус в дифференциальном выражении расхода показывает, что фильтрация жидкости проходит от колодца и глубина Н уменьшается по оси х.

После интегрирования и соблюдения граничных условий (х: и R; у: Н и ) получим

, (11.41)

где — глубина в колодце при закачке воды.

Рис. 11.8. Схема поглощающего трубчатого колодца

Уравнение кривой свободной поверхности выражается зависимостью

(11.42)

11.6. Приток к несовершенным трубчатым колодцам и галереям

Для определения притока воды к несовершенным колодцам, галереям и дренам используются различные методы. Неполное вскрытие водоносного пласта колодцем влияет на характер движения фильтрационного потока непосредственно в зоне вблизи колодца.

Несовершенные колодцы

Для вычисления притока к несовершенному колодцу применяются формулы для совершенных колодцев с использованием коэффициента , учитывающего степень их несовершенства.

Для безнапорной и напорной фильтрации к несовершенному колодцу могут быть применены следующие формулы при определении коэффициента несовершенства (рис. 11.9, 11.10).

Рис. 11.9. Приток воды к несовершенному трубчатому колодцу

Рис. 11.10. Приток воды к несовершенному трубчатому колодцу при напорной фильтрации

Формула Ф. Форгеймера при , :

. (11.43)

Формула С. Аверьянова для напорной фильтрации к колодцу (рис. 11.10):

. (11.44)

Формулу рекомендуется применять при .

Для безнапорной фильтрации приток воды к колодцу может быть вычислен по формуле У. Козени:

. (11.45)

где - глубина погружения колодца относительно уровня воды в водоносном пласте грунта; t - глубина воды в колодце, отсчитываемая от его дна.

Для напорной фильтрации приток воды к колодцу может быть определен по формуле У. Козени (рис. 11.10):

, (11.46)

где - заглубление колодца; - глубина воды в колодце относительно его дна; - заглубление колодца относительно водоупора.

Для определения влияния несовершенства трубчатых колодцев на приток воды нашел применение метод фильтрационных сопротивлений. Фильтрационное сопротивление относится к какому-либо элементу фильтрационного потока.

Фильтрационное сопротивление характеризуется проницаемостью фрагмента пористой среды, размерами и его формой, а также динамикой движения потока на проходящих границах этого фрагмента. Полное сопротивление фильтрационного потока состоит из сопротивлений отдельных его частей аналогично определению гидравлических потерь при движении жидкости в трубопроводах. Применительно к несовершенному колодцу местные фильтрационные сопротивления имеют место непосредственно вблизи колодца в связи с изменением структуры движения потока. Структура потока, удаленного от колодца в границах области питания, не оказывает влияния на движение воды непосредственно у колодца.

Согласно этому методу в формуле расхода к колодцу вводится фильтрационное сопротивление С.

Для осесимметричной фильтрации воды к несовершенному колодцу при безнапорном движении расход определяется по формуле

. (11.47)

При напорной фильтрации

. (11.48)

где С - дополнительные фильтрационные сопротивления.

Для водозаборных скважин, оснащенных фильтрующим элементом (рис. 11.11), т.е. фильтром, учитывается сопротивление фильтра С_ф.

Рис. 11.11. Приток к несовершенному колодцу с фильтром длиной

Сопротивление фильтра зависит от его конструкции и скважности.

Скважность фильтра представляет собой отношение суммарной площади его щелей и отверстий к общей площади фильтра.

Дополнительные сопротивления в таком случае состоят из суммы двух сопротивлений:

, (11.49)

где - дополнительное сопротивление на несовершенство скважины, связанное только с условиями нахождения ее в водоносном напорном или безнапорном пласте грунта.

Дополнительное сопротивление при напорной фильтрации к несовершенному колодцу согласно теоретическому решению М. Маскета - М. Чарного определяется по формуле

(11.50)

где - длина фильтра, скважины (колодца) примыкающего к подошве водоупора; - функциональная зависимость от .

Функция приведена на рис. 11.12 и представляет логарифмическую зависимость гамма-функции .

Рис. 11.12. График функции

Функциональная зависимость:

. (11.51)

Формула (11.50) может быть использована также и для безнапорной фильтрации к несовершенной скважине (см. рис. 11.9) некоторыми допущениями:

; .(11.52)

Несовершенные галереи

На рис. 11.13 изображена несовершенная галерея в безнапорном водоносном пласте грунта. При определении притока воды к галерее учитывается расход воды, поступающей через ее дно шириной b.

Рис. 11.13. Приток к несовершенной водосборной галерее

Приток воды к галерее разделяется на два фрагмента, первый находится выше плоскости 0-0, проходящей по дну галереи, второй - ниже этой плоскости. В первом фрагменте приток воды будет проходить через боковые стенки галереи при безнапорной фильтрации. Во втором фрагменте приток будет осуществляться через дно, как в случае напорной фильтрации. Общий приток будет представлять собой сумму притоков к фрагментам:

. (11.53)

Расход через стенки определяется по формуле (11.33):

,

где - заглубление дна галереи в безнапорный пласт грунта; - Уровень воды в галерее относительно дна.

Приток воды ко дну галереи можно найти по формуле С. Аверьянова при , T>2b:

. (11.54)

Суммарный приток к галерее

. (11.55)

Приток ко дну может быть вычислен по формуле, полученной Б. Ухиным в результате исследования установившейся фильтрации к несовершенной галерее с использованием метода гидродинамических аналогий, при соблюдении граничных условий , и :

. (11.56)

♦ Пример 11.3

Артезианская скважина диаметром d=0,2м не доведена до водоупора в напорном пласте глинистого песка мощностью Т = 40 м. Заглубление скважины t=8м. Напор в пласте H₀ = 100 м.

Глубина воды в скважине h₀ = 14 м. Радиус влияния R = 180 м. Определить дебит скважины (см. рис. 11.10).

Для несовершенного колодца при напорной фильтрации дебит (приток) его определяем по формуле Козена (11.46):

,

где - заглубление скважины (см. рис. 11.10).

м.

Коэффициент фильтрации глинистого песка м/с (по табл. 11.1).

м³/c м³/ч.