2.5. Типовые расчетные схемы для оценки эксплуатационных запасов подземных вод

В разделе 2.3 понятие "типовой расчетной схемы" было определено как некоторая математическая модель исследуемого объекта, для которой существует готовое решение, позволявшее осуществить расчет водозабора с соблюдением всех вышерассмотренных ограничений и требований.

В настоящее время в литературе можно найти описание большого числа типовых расчетных схем, которые охватывают достаточно большое разнообразие природных ситуаций, с которыми приходится встречаться на практике. Характерной особенностью большинства расчетных схем, используемых для расчетов водозаборов (в отличие от схем, применяемых для обработки опытных откачек) является наличие в них границ. Это обстоятельство объясняется большой длительностью расчетного времени, в течение которого влияние от работы водозабора обычно распространяется на всю область пласта, вплоть до его границ; как бы далеко от водозабора они не находились. Исключение могут составлять водозаборы, работающие в условиях артезианских бассейнов платформенных структур, в которых расстояния до границ оказывается слишком большим.

Типовые расчетные схемы отличаются плановой и вертикальной структурой, а также характером граничных условий, реализуемых на их границах [4]. Пo типу вертикальной структуры выделяются однопластовые и многопластовые типовые схемы. Для многопластовых схем характерным является взаимодействие образующих ее элементов. Однопластовая схема характеризуется полной изолированностью продуктивного пласта от смежных пластов.

Наиболее распространенными видами плановой структуры являются следующие схемы: "неограниченного пласта", "полуограниченного пласта", "пласта - полосы", "пласта - квадранта" и т.д. (понятие "пласт" взято в кавычки для того, чтобы подчеркнуть, что продуктивная толща может быть не только одно-, но многопластовой).

Рассматриваемые нами граничные условия подразделяются на два рода. Граничное условие I рода означает, что на соответствующей границе пласта задан напор Н=f(t); в типовых расчетных схемах принимают, что H=const (границы, на которых задается напор, называют также проницаемыми границами).

Граничное условие II рода означает, что заданным является расход: Q=f(t). B типовых условиях обычно принимают на границе пласта Q=0. Такая граница является непроницаемой.

Граничные условия в схемах с большим числом границ могут быть одинаковых, либо различных родов. Так, в схеме "пласта-квадранта" или "пласта-полосы" обе границы могут быть одноименными (Н₁=сonst, H₂=const и Q=0), либо разноименными (Н=const и Q=0).

Наиболее распространенные виды типовых расчетных схем рассматриваются в главах 6-9, посвященных изложению методики гидродинамических расчетов водозаборов в условиях конкретных типов месторождений подземных вод.

Подробную сводку типовых расчетных схем и соответствующих им формул можно найти в работе [4].

Глава 3. Обоснование схем водозаборных сооружений

3.1. Принципы размещения водозаборных скважин

Водозаборные скважины следует размещать вне пределов населенных мест и промышленных объектов. В то же время, расстояние от водозабора до потребителя не должно быть чрезмерно большим, иначе возрастут затраты на строительство и эксплуатацию трубопроводов. Существующие водозаборы обычно удалены от потребителя на расстояния, измеряемые первыми километрами. Водозабор всегда желательно располагать выше по потоку подземных вод от месторасположения потребителя, что предотвращает появление загрязнений и облегчает организацию зон санитарной охраны в районе водозабора. В связи с необходимостью отчуждения земель под проектируемый водозабор, желательно размещать его на неиспользуемых или неудобных землях.

Расстояния между скважинами должны обеспечить минимальное отчуждение земель и затрат на соединительные трубопроводы. Однако чрезмерно малые расстояния приводят к значительному росту понижений динамического уровня воды и как следствие - повышению затрат на подъем воды на поверхность.

В неоднородных пластах скважины обычно размещают в зонах повышенной проницаемости, в однородных пластах – в виде линейного ряда на равных расстояниях. Вблизи рек и выхода родников линейный ряд скважин следует размещать параллельно урезу реки или контуру разгрузки, при наличии потока подземных вод – перпендикулярно потоку. В напорно-безнапорных пластах ряд скважин следует размещать параллельно границе распространения грунтовых вод на расстоянии нескольких сотен метров от нее. Расстояние до реки или родниковой разгрузки не должно быть большим, чтобы обеспечить привлечение дополнительных запасов и наступление стационарного режима фильтрации. Вместе с тем, чрезмерно малое расстояние скважин от реки исключает возможность естественной очистки поверхностных вод при фильтрации по пласту. Обычно расстояния до реки принимаются равными от 50 до 300 м, до родников – первые сотни метров.

Расстояние между скважинами ориентировочно можно принимать исходя из того, что они должны быть большими в слабопроницаемых отложениях, вблизи закрытых границ, в напорных водах и меньшими – в хорошо проницаемых пластах, вблизи открытых границ, а также в грунтовых водах. Рекомендуемые нами значения расстояний между скважинами приведены в табл.1.

Таблица 1. Расстояния между водозаборными скважинами, м

Гидравлическое состояние пласта	Водообильность и наличие границ
	Т>1000 м2/сут, вблизи конутра питания	Т < 100 м2/сут, вблизи закрытой границы
Грунтовые воды	50	500
Напорные воды	200	2000

При выборе исходного расстояния между скважинами для реальных условий следует принимать промежуточные значения. Например, в неограниченном напорном пласте при Т=500 м²/сут – 500 м.