(до глибини 12-16 км) у рідкому, твердому та пароподібному станах. Основна маса їх утворюється внаслідок просочування з поверхні дощових, талих та річкових вод. Підземні води постійно переміщуються як у вертикальному, і у горизонтальному напрямах. Глибина їхнього залягання, напрямок та інтенсивність руху залежать від водопроникності порід. До водопроникних порід відносять галечники, піски, гравій. До водонепроникних (водостійких), що практично не пропускають воду - глини, щільні без тріщин, мерзлі грунти. Шар гірської породи, в якому міститься вода, називається водоносним.

За умовами залягання підземні води поділяють на три види: , що знаходяться у верхньому, ґрунтовому шарі; , що залягають на першому від поверхні постійному водотривкому шарі; міжпластові, що знаходяться між двома водотривкими пластами. Грунтові води живляться опадами, що просочилися, водами , озер, . Рівень ґрунтових вод коливається по сезонах року і різний у різних зонах. Так, він практично збігається з поверхнею, знаходиться на глибині 60-100 м. Поширені вони майже повсюдно, не володіють натиском, переміщуються повільно (у крупнозернистих пісках, наприклад, зі швидкістю 1,5-2,0 м на добу). Хімічний склад підземних вод неоднаковий і залежить від розчинності прилеглих порід. За хімічним складом розрізняють прісні (до 1 г солей на 1 л води) та мінералізовані (до 50 г солей на 1 л води) підземні води. Природні виходи підземних вод на земну поверхню називають джерелами (джерелами, ключами). Вони утворюються зазвичай, у знижених місцях, де земну поверхню перетинають водоносні . Джерела бувають холодними (з не вище 20 ° С, теплими (від 20 до 37 ° С) і гарячими, або термальними (понад 37 ° С). Періодично гарячі джерела, що фонтанують, називаються гейзерами. Вони знаходяться в областях недавнього або сучасного ( , ). Води джерел містять різноманітні хімічні елементи і можуть бути вуглекислими, лужними, соляними тощо Багато з них мають лікувальне значення.

Підземні води поповнюють колодязі, річки, озера; розчиняють різні речовини в породах та переносять їх; викликають зсуви, . Вони забезпечують рослини вологою та населення питною водою. Джерела дають найчистішу воду. Водяна пара та гаряча вода гейзерів служать для опалення будівель, теплиць та енергетичних установок.

Запаси підземних вод дуже великі — 1,7%, але відновлюються вкрай повільно, і це необхідно враховувати під час їхнього витрачання. Не менш важливою є і охорона підземних вод від забруднень.

» новими видами води. Сьогодні в гостях підземні води. Ми поговоримо про те, що таке підземні води, звідки вони беруться і де подіються. По ходу розвіємо кілька загальнозвичайних помилок на тему підземних вод.

Підземні води - це збірна назва різноманітних покладів води під землею. Вода під землею буває прісна, дуже прісна, солонувата, солона, надсолона (наприклад, у кріопегах, які ми торкнулися статті «Різноманітність води у світі»).

Загальне всім типів підземних вод: вони розташовуються над водонепроникним шаром грунту. Водонепроникний шар ґрунту - це ґрунт, який містить велику кількість глини (не пропускає воду) або ґрунт із суцільної скельної породи з мінімальною кількістю тріщин.

Якщо вийти на вулицю та розстелити на землі листок поліетилену, то вийде не що інше, як модель водонепроникного шару ґрунту. Якщо налити на поліетилен воду, то вона збереться у западини, перетікатиме з більш високо розташованих місць у нижчі. Вийде модель розподілу підземних вод. А якщо в поліетилені зробити кілька дірочок різного розміру, вийде модель проникнення верхніх вод у горизонти, що знаходяться нижче.

Так само запаси підземних вод утворюються там, де водонепроникний шар створює поглиблення. Утворюються підземні річки від високих заглиблень до нижчих. У місцях, де водонепроникний шар уривається, верхні води спускаються на нижній рівень.

У вигляді малюнка це можна так:

Тепер про те, звідки виникають підземні води.

Основне джерело: дощ. Дощ випадає, вбирається у землю. Вода проникає через пухкі верхні пухкі шари ґрунту і накопичується в поглибленнях верхнього водонепроникного шару землі. Цей тип води називається «верховодка». Він залежить від погоди — якщо дощі йдуть часто, вода є. Якщо дощі йдуть рідше, води мало чи ні взагалі. Також це найзабрудненіший шар підземної води, оскільки фільтрація через ґрунт була мінімальною, і вода містить все — і нафтопродукти, і добрива, і отрутохімікати тощо. і т.п. Глибина залягання цього типу води переважно від 2 до 10 метрів.

Далі, у місцях розриву верхнього водонепроникного шару дощова вода потрапляє у нижчі водоносні горизонти. Їхня кількість різна, глибина залягання також дуже відрізняється. Так, верхня межа починається від 30 метрів і може сягати 300 і глибше. До речі, наприклад, в Україні, приватним особам заборонено використовувати воду глибше 300 метрів, оскільки це стратегічний запас країни.

Цікава закономірність - чим глибше розташований водоносний обрій, тим рідше в ньому зустрічаються місця зв'язку з верхніми шарами. Так, наприклад, у пустелі Сахара використовують підземні води, що потрапили під землю у Європі. Інша закономірність - чим вода глибша, тим вона чистіша і тим менша вона залежить від випадання опадів.

Часто вважається, що підземні води розташовані у порожнечах. Це трапляється, але в основному підземні води – це суміш піску, гравію, інших мінералів та великої кількості води.

Було сказано, звідки підземні води беруться, як переміщаються, але було сказано, куди вони подіються. А діваються вони або ще глибше під землю, або виливаються на поверхню як джерел, ключів, гейзерів, джерел та інших подібних явищ. Так, наприклад, Дніпро бере свій початок з-під землі десь у Білорусії. Біля мису Айа (Крим, неподалік Севастополя), є джерело прісної води, що б'є в морі. Я сам не бачив (він тримається в таємниці:), але пірнальник розповідав: пірнаєш з пляшкою, відкриваєш її під водою шийкою вниз, туди набирається прісна вода.

Крім природних типів виходу підземних вод, існують і штучні. Це свердловини. І із свердловинами пов'язане таке цікаве явище, як артезіанські води. Давно, у Франції, в Артезі, пробурили свердловину у пошуках води. А вода почала бити зі свердловини фонтаном. Тобто артезіанські води – це такі води, які піднімаються з-під землі без насосів. Таких випадків небагато, найчастіше трапляються безнапірні свердловини.

Отже, як і все в природі, підземні води мають початок, зміну і кінець - вони потрапляють під землю з дощем, подорожують під землею із шару в шар і зрештою виливаються на поверхню.

Кругообіг підземних вод, так би мовити 🙂

Підземні джерела

Водозабірні споруди

Визначення:

Водозабірні споруди(водозабір) – комплекс гідротехнічних споруд та насосних станцій, що забезпечують забір води з джерела, попереднє очищення та подачу, відповідно до вимог споживачів щодо її безперебійності, витрати та напору.

Водоприймач(водоприймальний пристрій) – споруда, за допомогою якої здійснюються забір води з джерела водопостачання та захист від попадання в потік, що транспортується, об'єктів фауни та флори.

Забір води- процес відбору води із джерела водопостачання.

Глибинний водовідбір- процес відбору води із нижніх шарів джерела водопостачання.

Джерело водопостачання- водотік або водоймище, що використовується для водопостачання.

Місце водовідбору- ділянка джерела водопостачання, в межах якого вода, що забирається водоприймачем, впливає на переміщення наносів, сміття, шугольда, планктону, а також на напрям течій, що збуджуються іншими факторами.

Місцеві умови джерела водопостачання- сукупність топографічних, геологічних, метеорологічних, гідрологічних, гідроморфологічних, гідротермічних, гідробіологічних та інших факторів обраної чи заданої ділянки джерела. Оскільки згадані чинники взаємопов'язані, місцеві умови зазвичай
індивідуальні для кожної обраної ділянки джерела водопостачання.

Щілесна стратифікація- Зміна щільності води по глибині водотоку або водойми. Вона може виникнути за рахунок перепаду температур чи солоності води між поверхневим та придонним шарами, а також за рахунок надходження мас води з підвищеним вмістом наносів.

лекція 1.

Види джерел водопостачання

Поверхневі джерела

Водотоки – річки, канали;

Водойми - озера, моря, океани

Підземні джерела

Підземні води розрізняють: на верховодку, ґрунтові та артезіанські, шахтні води.

Для північних районів країни ці води розрізняють: надмерзлотні, міжмерзлотні та підмерзлотні.

Запаси підземних вод поділяються на природні та експлуатаційні.

Природні запаси- Це обсяги води, укладені в порах і тріщинах гірських порід (статичні і пружні запаси) і витрати вод, що протікають через перетин (створ) водоносного пласта (динамічні запаси).

Експлуатаційні запасивизначають практичні можливості відбору підземних вод та характеризують собою кількість води, яка може бути отримана з пласта раціональними у техніко-економічному відношенні водозабірними спорудами при заданому режимі експлуатації та якості води, що відповідає вимогам споживачів протягом розрахункового терміну водоспоживання

Тема: Умови залягання підземних вод.

Типи водозаборів. Умови їх застосування

Вивченням підземних вод опікується наука гідрогеологія.

За умовами залягання (рис. 1) розрізняють два основні типи підземних вод - безнапірні та напірні. Горизонти безнапірних вод не мають суцільного непроникного покриття. У цих горизонтах встановлюється вільний рівень води, глибина якого відповідає поверхні водоносних порід.

Води першого від поверхні суцільного водоносного горизонту

Називаються ґрунтовими. Лінзоподібні скупчення води на водоупорах або слабопроникних шарах, що мають локальні поширення, утворюють верховодку, яка розташована над ґрунтовими водами.

Ґрунтові води – це, як правило. води безнапірні, хоча на окремих ділянках можуть набувати місцевого натиску; залягають вони зазвичай на невеликій глибині і тому зазнають впливу гідрометеорологічних факторів. Залежно від сезону,

кількості опадів температури змінюються як рівень грунтових вод, так і їх хімічний склад. Живлення ґрунтових вод відбувається за допомогою інфільтрації атмосферних опадів і річкових вод, а в деяких випадках за рахунок надходження напірних вод з горизонтів, що знаходяться нижче. Внаслідок неглибокого залягання та відсутності водостійких покриттів ґрунтові води можуть легко піддаватися забрудненню. Умови

залягання цих вод дуже різноманітні.

Напірні води укладені між водонепроникними шарами. У свердловині, що розкрила напірний водоносний горизонт, вода піднімається вище покрівлі цього горизонту. Якщо напірний (п'єзометричний) рівень розташований над поверхнею землі, свердловина фонтанує. Тому для отримання води, що самовиливає, свердловини необхідно бурити на ділянках зі зниженим рельєфом. Проникний пласт, обмежений двома водоупорами, може бути заповнений водою. При цьому утворюються напівнапірні або безнапірні міжпластові води. Напірні води найчастіше називають артезіанськими, незалежно від того, чи виливаються ці води на

Мал. 1 Схема умов залягання підземних вод

Водоносний горизонт є напірним, якщо він має область живлення, розташовану на вищих відмітках, ніж водостійка покрівля цього горизонту.

При відкачуванні води зі свердловини зі свердловини навколо неї утворюється депресійна вирва. У без напірних водах ця лійка відбиває зниження рівня води навколо свердловини, осушення частини водоносного горизонту. У напірному горизонті утворюється депресія п'єзометричної поверхні – зниження тиску у певній зоні навколо свердловини. Артезіанські води залягають зазвичай більш-менш значної глибині. Від поверхні вони ізольовані водотривкими шарами і тому менш схильні до забруднення, ніж грунтові води. Оцінюючи можливість використання підземних вод, визначають їх природні експлуатаційні запаси. Під природними запасами підземних вод мається на увазі кількість підземних вод, що у водоносних породах, непорушених експлуатацією водозабірних споруд; під експлуатаційними їх витрата, яка може бути отримана на родовищі за допомогою у техніко-економічному співвідношенні водозабірних споруд при заданому режимі експлуатації за якістю води, що задовольняє вимогу споживачів протягом розрахункового часу споживання. . Вони становлять частину природних запасів. Експлуатаційні запаси підземних вод під час проектування водозабірних споруд підраховують за результатами проведених на родовищі детальних гідрогеологічних робіт.

При експлуатації водоносного горизонту порушується природний режим і баланс підземних вод, внаслідок чого в області відбору води виникає зона зниженого тиску, і таким чином створюються сприятливі умови для залучення в цій водоносний горизонт, що експлуатується, додаткових ресурсів: перетік води з суміжних водоносних пластів, розділених слабопроникними шарами, інфільтрація атмосферних опадів, фільтрація з поверхневих водотоків і водойм, штучне регулювання режиму вод та ін.

Типи водозаборів підземних вод. Умови їхнього застосування. Забір води за допомогою свердловин

Вибір типу та схеми розміщення водозабірних споруд ' виробляють виходячи з геологічних, гідрогеологічних та санітарних умов району, а також техніко-економічних міркувань. Водозабори підземних вод складаються як з окремих споруд (каптажних) для отримання підземних вод, так і їх системи

:(водозаборів). Одну каптажну споруду також можна назвати водозабором. Водозабірні свердловини та шахтні колодязі широко застосовуються при експлуатації як безнапірних, так і підземних напірних вод. Шахтні колодязі використовують частіше при невеликих обсягах споживання та глибині залягання підземних вод 20-30 м. Ефективне використання водозабірних свердловин можливе при глибині підошви водоносного шару понад 8-10 м та за його потужності 1-2 м. Ефективність їх використання зростає з глибиною із залягання вод; при поверховому заляганні водоносних горизонтів, коли чи кілька є джерелами водопостачання, свердловини стають незамінними.

Горизонтальні водозабори можуть застосовуватись при неглибокому заляганні водоносного шару невеликої потужності. Найчастіше їх використання дозволяє досягти вищого ефекту в огорожі води, ніж використання вертикальних водозаборів. Горизонтальні водозабори у вигляді дренажних труб і галерей, що застосовуються для захоплення грунтових вод, укладають у вириті канави і розташовують на глибині не більше 5-8 м. Горизонтальні променеві водозабори пробурюють із центральної шахти - камери і частіше застосовують для захоплення ґрунтових вод, а останні час - і для захоплення напірних вод на глибині 20-30 м. Горизонтальні водозабори у вигляді штольон та кярізів влаштовують при глибинах залягання води до 20 м, а іноді більше. Кяризи є стародавній спосіб каптажу підземних вод В даний час вони не споруджуються, але раніше виконані експлуатуються і ремонтуються (Закавказзя та південь Середньої Азії). Каптажні споруди призначені прийому води з висхідних і низхідних джерел (ключів, джерел). Залежно від умов виходу на поверхню землі з водоносного горизонту каптажі можуть мати різну конструкцію: у вигляді дренажних труб зі зборами колодязем до камери, однієї каптажної камери, а іноді у вигляді шахти з відвідною трубою. Такі споруди біля Росії зустрічаються порівняно рідко.

Забір підземних вод за допомогою свердловин є. найбільш поширеним способом у практиці водопостачання, оскільки відрізняється універсальністю та технічною досконалістю. Він використовується у широкому діапазоні глибин залягання підземних вод. Вода з водозаборів по збірним водоводам транспортується до резервуарів або до магістральних водоводів або внутрішньомайданних мереж споживача. Водоводи можуть також поєднуватися з внутрішньомайданною мережею водопроводу; за гідравлічним режимом вони можуть бути напірними, самопливними та самопливно-напірними. У схемах сифонного водозабору використовують водоводи особливого виду - сифонні збірні. Схеми збірних водоводів у плані дуже різноманітні (лінійні, тупикові, кільцеві, парні), оскільки залежить від розміщення водозаборів, збірних резервуарів, категорії надійності цодачі води тощо. Найбільш поширені лінійні схеми водоводів, які проектуються в одну або кілька ниток (рис.2). Можливі кільцеві (рис.3 і паркі схеми рис.4) розташування збірних водоводів.

Мал. .2. Схеми лінійних (тупикових) збірних водоводів

Вибір схеми виробляють виходячи з техноко-економічного порівняння варіантів. При великій довжині збірних водоводів і велику кількість свердловин іноді доцільніше підключати водоводи до кількох збірних резервуарів (залежно від місця розташування споживачів води стосовно створу водозабору).

Схема транспортування води залежить від способу її одержання. Найбільшого поширення набули напірні збірні водоводи, що викликане використанням систем свердловин, обладнаних занурювальними насосами. Самопливні системи збірних водоводів застосовуються при заборі води з каптажів, свердловин, що самовиливаються, а також із свердловин, обладнаних насосними установками або ерліфтами.

Перевага цих систем полягає у можливості використання безнапірних труб. При подачі води з водозбірних споруд у самопливну мережу робота кожної насосної станції не залежить від роботи інших, може бути відрегульована без урахування їх взаємодії.

Мал. .3. Схеми кільцевих збірних водоводів.

Мал. .4. Схеми парних збірних водоводів

Водозабірна свердловина відповідно до вимог буріння та геології (рис. 5) має телескопічну конструкцію. Найнижча частина свердловини є відстійником. Над відстійником знаходиться водоприймальна частина свердловини – фільтр, через який вода з водоносного шару потрапляє до її робочої зони. Вище водоіприємної частини свердловини розташовуються колони експлуатаційних та обсадних труб, які, з одного боку, утримують стінки свердловини від обвалення, а з іншого - служать для розміщення в них водопідйомних труб та насосів. Над експлуатаційною колоною знаходиться кондуктор, який задає напрямок трубі, що проходить через нього при бурінні. Навколо кондуктора влаштовується цементний або глиняний замок, що захищає водоносний обрій від забруднень, що потрапляють з поверхні через затрубний простір обсадних труб. Верхня частина свердловин називається гирлом чи оголовком. Оголовок залежно від заглиблення може розташовуватися як у павільйоні, так і в колодязі, де знаходиться механічне та електричне обладнання. Організація бурових свердловин залежить від виду водоносних горизонтів, глибини їх залягання, виду порід, що пробурюються, їх агресивності, діаметра свердловини і способу буріння.

Мал. .5. Водозабірна свердловина.

У практиці спорудження свердловин на воду набули поширення такі способи буріння:: обертальний з прямим промиванням, обертальний зі зворотним промиванням; обертальний з продуванням повітрям, ударно-канатний, реактивно-турбінний і комбінований.

ударно-канатний спосіб застосовують при бурінні свердловин на глибину до 150 м в пухких і скельних породах і початковому діаметрі свердловини більше 500 мм. Стінки свердловин кріплять трубами безперервно в міру поглиблення вибою.

Обертальне буріння за характером поглиблення поділяється на буріння кільцевими суцільними вибоями. Буріння кільцевим вибоєм називається колонковим, суцільним – роторним. Колонковий спосіб застосовується в скельних породах при діаметрі свердловин до 150-200 мм при глибині буріння до 150 м. Для буріння свердловин великих діаметрів і глибиною понад 500-1000 м рекомендується реактивно-турбінний спосіб.

Комбінований спосіб (ударно-канатний і роторний) використовується для буріння свердловин глибиною понад 150 м при безнапірних і слабонапірних водоносних горизонтах, представлених пухкими відкладеннями. Спосіб промивання залежить від виду ґрунтів, що проходять. Як промивні розчини використовуються вода і глинисті розчини.

При виборі способу буріння враховуються не тільки технологічність методу і швидкість проходки, але забезпечення умов, що гарантують мінімальну деформацію порід при вибійній зоні.

Свердловина повинна забезпечувати довговічність та захищеність експлуатаційного водоносного горизонту від проникнення з поверхні землі та припливу води з водоносних горизонтів, що лежать вище. Найпростіша схема бурової конструкції наведена на рис. 6. Свердловина кріпиться обсадними трубами 1.Труба опускається до верху межі залягання водоносних порід 6. В обсадну трубу опускається труба меншого діаметра 2, яка заглиблюється в підстилаючий водонепроникний шар. Потім трубу 2 за допомогою штанги зі спеціальним замком 4 опускається фільтр 3, після чого труба 2 видаляється, зазор 5 між стінками фільтрової і обсадної труб герметизується. При великій глибині свердловини (залежно від способу буріння) досягти необхідної позначки обсадною трубою одного діаметра не вдається. У цьому випадку в обсадну трубу діаметром D 1 (рис. 7,а), що досягла глибини h 1 опускається інша труба меншого діаметра D 2 , яка заглиблюється на глибину h 2. Заглиблення труби визначають виходячи з опору порід її просування і технологічних міркувань. Шлях, пройдений колоною обсадних труб одного діаметра, називається виходом колони. Подальше поглиблення свердловини досягається за допомогою обсадних труб меншого діаметра D3 і т.д. Різниця між діаметрами попередньої та наступної колон обсадних труб повинна бути не менше 50 мм. Вихід колони залежить від гранулометричного складу породи та способу буріння. При ударно-канатному способі він становить 30-50 м і лише для

Мал. 6. Схема свердловини при малих і великих глибинах

стійких порід може досягти 70-100 м. При роторному бурінні вихід збільшується до 300-500 м, що значно полегшує конструкцію свердловини, скорочує витрату труб і прискорює процес буріння. При телескопічному пристрої свердловини для економії обсадних труб проводиться обрізка внутрішніх колон труб (див. рис. .7,6). Верхній обріз обсадної труби, що залишається в свердловині, повинен знаходитися вище черевика попередньої колони не менше ніж на 3 м. Кільцевий зазор між частиною колони, що залишилася, вирізаних труб і попередньою колоною обсадних труб цементують або. закладають, влаштовуючи сальник.

При проходженні свердловиною двох водоносних горизонтів I верхній, який не експлуатується, необхідно перекрити глухою колоною, при цьому вона повинна бути заглиблена у водоупор. Конструкції свердловин відрізняються великою різноманітністю.

Для кріплення свердловин застосовують обсадні сталеві муфтові та електрозварювальні труби, для свердловин глибиною до 250 мм - іноді азбестоцементні труби високої марки.

Для підйому води із свердловин використовують водопідйомне обладнання різних типів. Насосні установки типу ЕЦВ застосовують для обладнання свердловин завглибшки 10-700 м і більше. Вони можуть працювати у викривлених свердловинах за різноманітних гідрогеологічних умов. Насосні установки з трансмісійним валом застосовують для свердловин завглибшки до 120 м, вони можуть працювати тільки у вертикальних свердловинах. Воду при розрахунковій динамічній шкоді трохи більше 5-б м від землі можна забирати горизонтальними насосами. Для підйому води зі свердловин використовують ерліфти, що дозволяють піднімати воду зі скривлених свердловин, а також воду, що містить механічні домішки у кількостях, що перевищують межі, встановлені для інших типів насосів.

Над гирлом водозабірних свердловин будують павільйони для розміщення оголовка свердловини, електродвигуна, горизонтального відцентрового насоса, приладів пускової та контрольно-вимірювальної апаратури та приладів автоматики. Крім того, в них мають у своєму розпорядженні частини напірного трубопроводу, обладнаного затворами, зворотним клапаном, вантузом, пробовідбірним краном. Кожну свердловину обладнають витратоміром.

Павільйони над свердловинами можуть бути підземного та наземного типу. Підземні павільйони будують зазвичай у сухих ґрунтах. для скорочення будівельних обсягів їх виконують двокамерними у вигляді водопровідних колодязів.

Якщо водозабірні свердловини розташовуються в місцях, що затоплюються повеневими водами заплавних річок, то павільйон будують на підсипці або під захистом гребель обвалування висотою, що перевищує максимальний повеневий горизонт. Фільтри багато в чому визначають надійність роботи водозабірної споруди, оскільки повинні забезпечувати вільний доступ води до свердловини, стійку роботу свердловин протягом тривалого часу, захищати від піскування при мінімальних гідравлічних втратах, а у разі кольматажу його поверхні допускати можливість проведення відновлювальних заходів. Крім того, вони повинні мати стійкість проти хімічної та електрохімічної корозії.

Основні втрати напору у фільтрі припадають на водоприймальну поверхню (каркас) п гравійне обсипання (водовміщувальну породу). Фільтри можна класифікувати так, як показано на рис. 8.

Мал. .8. Класифікація фільтрів водозабірних свердловин

Фільтр складається з робочої (водоприймаючої) частини, надфільтрових труб та відстійника. Довжина надфільтрових труб залежить від конструкції свердловини. Якщо фільтр розташовується на колоні, надфільтрові труби є її продовженням. При меншому діаметрі надфільтрові труби входять всередину експлуатаційної колони не менше ніж на 3 м при глибині свердловини до 50 м і не менше ніж на 5 м при більшій глибині. У зазор, що утворився з-поміж них, встановлюється сальник з гуми, пеньки, цементу та інших. За певних умов роль сальника виконує шар гравію, засипаного між експлуатаційної колоною і фільтром Висота відстійників у фільтрах, зазвичай, приймається рівною 0,5- 2 м.

Найбільшого поширення знайшли фільтри, що містять частинки, які включають фільтри каркаси і фільтри з додатковою водоприймальною поверхнею. У цих конструкціях ефект запобігання піскуванню досягається підбором розміру отвору в корпусі фільтра щодо розміру частинок водоносних порід або гравійної обсипки. Фільтр з відхилячем гравію характеризуються наявністю таких елементів водоприймальної поверхні, у яких виключається пряме накладання водоносних порід чи гравійних частинок фільтр.

У гравітаційних фільтрах влаштовують широкі водоприймальні отвори, в яких ґрунт утримується від винесення під дією сили тяжіння.

Основними елементами фільтра є опорний каркас і водоприймальна поверхня Каркас забезпечує необхідну механічну міцність і служить конструкцією, що підтримує, для фільтруючої поверхні. СНіП «Водопостачання. Зовнішні мережі та споруди» рекомендує такі типи каркасів: стрижневі, трубчасті з круглою та щілинною перфорацією, штамповані зі сталевого листа. Як фільтруючу поверхню застосовують дротяну обмотку, штампований лист, штампований лист з одно- або двошаровим піщано-гравійним обсипанням, сітки квадратного і галунного плетіння. При заборі невеликих кількостей води можуть застосовуватися фільтри з бетону пористого (так звані пористі).

Конструкції фільтрів наведено на рис. .9.

Мал. 9. Основні схеми конструкцій фільтрів водозабірних свердловин

Таблиця 1

Тема: Розрахунок водозабірних свердловин

Водозабірні свердловини використовують для забору як напірних, так і підземних безнапірних вод (рис. 10). Розрізняють свердловини двох типів: досконалі та недосконалі. Під досконалою розуміється така свердловина, яка розкриває водоносний обрій до підстилаючого водотривкого пласта. Якщо свердловина закінчується в товщі водоносного пласта, вона називається недосконалою. Недосконалості розтину бувають двох видів: за ступенем розкриття горизонту, яка залежить від співвідношення довжини фільтра і потужності пласта, і за характером розтину, який залежить від конструкцій фільтрів, що встановлюються в пласті. Основне завдання проектування полягає у виборі оптимального типу та схеми свердловинної системи, тобто. визначення оптимального числа свердловин, відстаней між ними, їх взаємного розташування на місцевості, конструкцій фільтра, діаметрів та трасування трубопроводів, характеристик насосного обладнання з урахуванням можливого зниження рівня води у свердловинах. Зазначені завдання вирішують на основі гідрогеологічних розрахунків щодо визначення дебіту свердловин та зниження рівня води в процесі експлуатації, оцінки взаємного впливу окремих свердловин при спільній їх роботі. Поруч із вирішенням цих питань уточнюють схеми розташування водозабірних свердловин, їх кількість і тип. При проведенні гідрогеологічних розрахунків як вихідну величину приймають дебіт, що відповідає заданому водоспоживання, або

Мал. 10. Типи свердловин

1 – фільтр; 2 - Криниця; 3 - водонепроникний пласт (покрівля); 4 - напірна площина;

5- водоносний пласт; 6- водоупор; 7- депресійна крива; 8 - Статичний рівень води; 9 - рівень води при відкачуванні

максимальний дебіт, який можна отримати. В обох випадках розрахунками встановлюють

розміри водозабірних споруд (глибину, діаметр), число, розташування та дебіт свердловин

при заданій тривалості експлуатації та максимально допустимих пониженнях рівня води.

На підставі варіантних гідрогеологічних розрахунків схем, що розглядаються, вибирають.

оптимальну. У всіх випадках розрахункові зниження рівня порівнюють з допустимими.

При зниженні розрахункового рівня більше допустимого дебіт свердловин може бути забезпечений. У цьому випадку необхідно збільшити кількість свердловин або розподілити їх на невеликій площі. При зниженні рівня менше допустимого дебіту свердловин може бути збільшений. Якщо збільшення дебіту не потрібно, то кількість свердловин має бути скорочено або зменшено

відстань між ними. Варіювати можна і схему прокладання водоводів. Гідрогеологічні

розрахунки водозабірних споруд проводять з урахуванням законів фільтрації. Розглянемо загальні розрахункові залежності визначення витрати води водозабірного споруди. Дебіт свердловин

у водоносних пластах може бути знайдений за такими залежностями:

напірних

Q = 2p k m S доп/R

безнапірних

Q = p kmS доп (2h e - S дод) / R

де k -водопровідність експлуатованого пласта (тут/с - коефіцієнт фільтрації; m-потужність пласта); S доп - максимальне допустиме зниження рівня підземних вод; h е -природна потужність ґрунтового потоку; R= R o + bx - фільтраційний опір, що залежить від гідрогеологічних умов і типу водозабірної споруди (тут R o - гідравлічний опір Rу точці розташування свердловини; x - додатковий опір, що враховує фільтраційну недосконалість свердловини; b = Q o / Q -відношення витрати свердловини Q o до загальної витрати водозабору Q). .

Величини R, R o і x можуть бути визначені тільки при тій чи іншій мірі деталізації

гідрогеологічної обстановки. При побудові розрахункових схем виходять із того, що водоносний

пласт (система, комплекс водоносних пластів) як у природних умовах, так і в умовах

експлуатації водозаборів є єдиною фізичною областю, що має

певні зовнішні межі. Визначенню цих умов присвячено фундаментальні роботи

Ф.М. Бочевера та Н.М. Вериган. Умови включають геологічну будову, структуру і властивості

водоносних пластів, і навіть джерела поповнення запасів підземних вод. Вибір тієї чи іншої схеми здійснюють на підставі гідрогеологічних даних, отриманих в результаті досліджень, або за аналогом свердловин. Відповідно до схеми використовують ту чи іншу розрахункову залежність для обчислення опорів. У табл. 5.2 наведено деякі розрахункові залежності для визначення гідравлічних опорів при роботі водозаборів різного типу поблизу скоєних річок в умовах фільтрації. До досконалих відносяться річки значної ширини без мулистого або кольматованого матеріалу, що перешкоджає фільтрації річкових вод у водоносний пласт. Артезіанські басейни характеризуються поверховою будовою водяних пластів. Добре проникні водоносні відкладення чергуються з водостійкими і слабопроникними шарами. Для цих басейнів розглядаються такі розрахункові схеми: ізольовані необмежені за площею водоносні горизонти та шаруваті водоносні горизонти у розрізі. Ізольовані необмежені пласти характеризуються відсутністю зовнішніх джерел живлення підземних вод. У процесі роботи водозабірних споруд рівень підземних вод безперервно знижується. Експлуатація таких водозаборів супроводжується утворенням вирв депресії, які захоплюють великі площі. У умовах слід враховувати можливий вплив проектованого водозабору на існуючі водозабірні споруди. Основні розрахункові залежності для розподілу гідравлічних опорів R 0під час роботи водозаборів в ізольованих необмежених пластах наведено у табл. .3. Ці залежності включають умовний радіус впливу свердловини. р в = ,де а -до еффициент п'єзопровідності пласта, характеризує швидкість перерозподілу напору підземних вод при неустановившемся русі (тут k – коефіцієнт фільтрації, визначений дослідним шляхом; m – потужність пласта; t- тривалість зниження підземних вод; m - коефіцієнт водовіддачі напірного пласта)

У шаруватих водоносних пластах запаси підземних вод формуються під впливом

перетікання підземних вод в експлуатований горизонт із сусідніх живильних пластів

через слабопроникні роздільні шари у покрівлі чи підошві горизонту. Режим

роботи цих водозаборів у загальному випадку не встановлений. Однак за великих запасів

води в шарах живлення і інтенсивному перетіканні води в експлуатований пласт нижче

рівнів на водозаборі можуть стабілізуватися. Розрахункова залежність визначення

гідравлічного опору R o двошарових пластах наведена в табл. 4. Вона відноситься до випадку, коли верхній шар має дуже слабку проникність (k o< k), содержит воды, имеющие свободную поверхность, и обладает значительной водоотдачей (m>m *). Нижній пласт, що експлуатується складений добре проникними породами. Ця схема характерна для артезіанських водоносних пластів, що залягають на невеликій глибині. Аналогічні залежності існують й інших умов залягання підземних вод.

При розрахунку водозаборів необхідно враховувати додатковий опір фільтрації x , обумовлене ступенем розкриття свердловинної водоносного пласта. Чисельне значення коефіцієнта x залежить від параметрів m/ro і l ф/m,де m-потужність водоносного горизонту; r o - радіус свердловини; l ф –довжина фільтра. Для безнапірних вод m=h e - S o/ 2 . ; l ф =; l фн -S o / 2, тут h e -первинна потужність безнапірного потоку ; S o -зниження рівня води у свердловині; l фн– загальна довжина незатопленого фільтра. Чисельні значення x наведено у таблиці 5. Допустиме зниження води у свердловині S додвизнається за даними досвідчених відкачування. Приблизно допустиме зниження рівня води можна визначити:

безнапірних

S доп = (0,5÷0,7) h e - D h нас - D h ф

напірних

S доп= Н е- [(0,3÷057)]m+ D Н нас - D Н ф

де Н еі h e-напір над підошвою горизонту (в напірних пластах) та першоночальна глибина води до водоупору (в безнапірних горизонтах);

D h нас D Н нас- максимальна глибина занурення насосів (нижньою його кромкою під динамічний рівень);

D h ф, D Н ф- Потре натиску на вході в свердловину, m- Потужність водоносного пласта.

Комплексні розрахунки водозаборів підземних вод

Водозабірні свердловини, об'єднані між собою збірними водоводами, є єдиною гідравлічною системою. При експлуатації таких систем чітко простежується взаємозв'язок між зміною дебіту свердловин (і водозабору загалом) за зміни гідродинамічного режиму підземних вод, а також гідравлічних параметрів окремих споруд. Тому на стадії розробки проекту слід оцінювати працездатність системи. Така оцінка проводиться на основі комплексних розрахунків водозаборів підземних вод. Основним завданням комплексного розрахунку водозаборів підземних вод є визначення справжніх значень витрат свердловин та зниження в них рівня води, а також витрат і втрат напору у збірних водоводах та параметрів роботи водопідйомного обладнання. Тому такі розрахунки слід проводити при різних розрахункових режимах та на різні періоди експлуатації водозаборів (тобто з урахуванням сезонних коливань рівнів та спрацювання запасів підземних вод, кольматажу та виходу свердловин з ладу, відключення окремих ліній збірних водоводів тощо) та з урахуванням цього намічати терміни проведення заходів, вкладених у підтримку стабільної роботи системи. Вихідним матеріалом для виконання розрахунків водозаборів є: а) гідрогеологічна розрахункова схема розташування водозабірних та інфільтраційних споруд; б) розрахункова схема збирання води від свердловин; в) висотна схема подачі води споживачеві.

Графоаналітичні методи гідравлічного розрахунку режимів роботи одиночних свердловин.

При відборі води зі свердловини (рис..11) напір насоса Н витрачається подолання геометричної висоти підйому води z, зниження рівня S і втрат напору у водоводі D h від свердловини до точки подачі води. У цьому випадку насос, встановлений у свердловині, розвиває напір, рівний:

H = (Ñр - Ñст.гор.) + S + D hвÑр

де Н -повна висота підйому води зі свердловини; v р - позначка рівня води в резервуарі; V ст. - Позначка статичного рівня ґрунтових вод; S- зниження рівня в свердловині; D h - втрати напору у водоводі від свердловини до резервуара, включаючи втрати напору у водопідйомних трубах.

Різниця відміток (Ñ р - Ñ ст.гор.) - це геометрична висота підйому води зі свердловини. Якщо ці позначки не змінюються, то (Ñ р - Ñ ст.гор.) = const = z

З іншого боку, насос розвиває напір відповідно до його робочої характеристики H-Q яка в діапазоні оптимальних значень ККД може бути апроксимована рівнянням виду: H = A-BQ 2

де Аі В -параметри характеристики H-Q насоса.

Рнс.11. Схема подачі води від свердловини

1-фільтр; 2 - насос

Мал. 12. Графоаналітичний метод розрахунку системи свердловина-насос-водовід-резервуар»

Підстановка виразу (4) у формулу (3) та облік залежності S = (Q) і D h = (Q) дає вираз

Z + (R+x) + l AQ 2 = A-BQ 2

де k – коефіцієнт фільтрації; т- Потужність вдовмемісних порід ( k m- Коефіцієнт

водопровідності порід); R - фільтраційний опір пласта; x - фільтраційне

опір фільтра свердловини; l- Довжина водопідйомної труби від насоса до точки під'єднання

свердловин до резервуару та А, - питомий опір водоводу.

Що стосується одиночних свердловин рівняння (5) може бути вирішено графічно. Для цього координати H-Q слід розташувати таким чином, щоб точка H = 0 знаходилася на позначці v ст гір. Тоді лінія v = const (на графіку (рис. 12) визначить геометричну висоту підйому води зі свердловини, а лінія 1 - характеристику свердловини SQ (характеристика свердловини може бути побудована як за дослідними даними, так і на основі розрахунків). Нарешті, задаючись ггідравлічним опором, будують властивості водоводу h-Q (крива 2). При додаванні характеристик S-Q і D h -Q на лінії v = const знаходиться суміщена характеристика (крива 3) свердловини водоводу і резервуара, що є графіком залежності повної висоти підйому води від дебіту свердловини.

Мал. 13. Графічний метод розв'язання задачі регулювання дебіту свердловини

На графіку (рис. 12) показано також характеристику ( Н-Q)(крива 4) насоса, який передбачається встановити у свердловині. Перетин її з кривою 3 дає робочу точку насоса з координатами Н р і Q р(де Q р-дійсна подача насоса та Н р -напір, що розвивається насосом за такої подачі води). Одночасно з цим визначені також величини S у свердловині та D h у водоводі. Найчастіше з наявного сортаменту не вдається підібрати насос, робоча точка якого точно відповідала необхідним значенням Q або Hсвердловини. Тому на практиці насоси підбирають із деяким запасом по натиску та здійснюють регулювання їх подачі. Таке регулювання, як правило, здійснюється за допомогою засувок, встановлених на напірній лінії; рідше - зміною числа робочих коліс насоса.

У разі, коли подача насосів регулюється установкою дроселя на напірній лінії приєднання свердловини до водоводу, ККД установки різко знижується і становить

h= h у

тут h- ККД установки, взятий за графіком H-Q при заданому Q насоса; H н - напір насоса, по подачі Q за вирахуванням втрат напору D h у водоводі; z п- Величина дроселювання.

Тому такий спосіб регулювання через неекономіку не може бути рекомендований на тривалий період, особливо в тому випадку, коли величини z пвеликі ( z п> D Н н),де D Н н -напір, який розвивається одним робочим колесом насоса. При z > D Н нподачу насосних установок слід регулювати зміною числа робочих коліс. Число коліс, які необхідно зняти з насоса, визначається виразом n = zта / D Н різ округленням пдо найближчого найменшого цілого значення. В тому випадку якщо z > D Н н,то одночасно із зміною числа робочих коліс для забезпечення заданої подачі насоса встановлюється дросель на напірній лінії. Величина напору, що дроселюється, при цьому становить

Z н > Z н - n D Н н

Нехай за умовою потрібно забезпечити подачу води в резервуар у кількості Qт, причому

Qт< Q . Этому расходу на совмещенном графике рис.12 соответствует точка В с координатами

Qт і Hт. Фактичний напір насоса при подачі води у кількості Qт дорівнює H т1 (H т1 > H т).

Отже, напор, що дроселюється, становить zт = H| - Hт. На перетині перпендикуляра,

відновленого з точки на вісь абсцис, з лініями 1 і 3 лежать шукані значення всіх пер

іменних zн", D h про і 5 т при подачі води в кількості Q т. При зміні будь-якої зі складових

Залежно (.5) відбувається зміщення робочої точки насоса за характеристикою Q-Н. Так, наприклад, спрацювання запасів підземних вод призводить до збільшення геометричної висоти підйому води зі свердловин, тобто. до збільшення напору H насоса і зменшення дебіту свердловини Q. Аналогічна картина спостерігається і при збільшенні гідравлічного опору фільтра свердловин, обумовленого кольматажем. Час Тз, протягом якого не відбувається порушення умов S Від> можна вважати періодом сталої роботи свердловини. Однак на практиці цей час, як правило, виявляється меншим за розрахунковий термін дії свердловин. Припустимо (рис. 13), що характеристика свердловини (лінія)) була визначена на період її спорудження, а в процесі експлуатації свердловини гідравлічний опір фільтра зріс, і характеристика стала визначатися лінією 2. В результаті цих змін робоча точка насоса зміститься з точки В точку В". При цьому (див. рис. 13) зниження рівня води в свердловині складе 5" > 5, а її дебіт зменшиться на величину DQ. На рис. 13 для наочності графічної побудови характеристика H-Q насоса замінена на так звану дросельну характеристику, отриману відніманням з ординат H втрат напору у водоводі D h ст. zн = zн - (S" - S) При цьому (як видно з рис. 13) зниження рівня води в свердловині збільшується. Тому такий спосіб регулювання подачі може застосовуватися лише протягом певного терміну експлуатації, поки зниження в свердловині буде менше, ніж S (або поки величина «;> о). На рис. 5.13 точка Д відповідає умові, коли при () = ф, (гн > 0) , а 5 = 5 оп. установки. Разом з тим, якщо зменшити г"а до значень, при яких подача води від свердловини склала б (), то відбудеться збільшення зниження рівня води I свердловині і 5 перевищить 5. Отже, характеристика свердловини, представлена ​​кривою 2, відповідає умовам, коли фільтр гранично закольматований і подальша експлуатація установки без здійснення комплексу заходів по відновленню дебіту свердловини неможлива.Регенерацією фільтра свердловини вдається домогтися зменшення гідравлічного опору до значень, близьких до початкового. води буде знижуватися і лише при досягненні граничної закольматованості фільтра свердловини виявиться рівною Qт. Введення в дію систем штучного поповнення підземних вод (ІПСШ) викликає підвищення рівня ґрунтових вод, яке, у свою чергу, призводить до збільшення подачі насоса, встановленого в свердловині. Разом з тим, для забезпечення заданого збільшення подачі також необхідно регулювати роботу насоса або проводити його заміну. Припустимо, що установка ІПСШ введена в дію в момент часу t = Тs (коли фільтр свердловини гранично закольматиро-юн) і забезпечила підвищення рівня на величину DS. Тоді, ґрунтуючись на гідрогеологічних розрахунках, можна збільшити забір води з доведенням його до величини Q г, що дорівнює

Qr = Qт + 2pkmDS. /(R+x) (.6)

де k - фільтраційний опір водоносного пласта при дії водозабірної

свердловини; x - додатковий опір на недосконалість | свердловини на момент часу Тs

На рис.14 величина Q є абсцисою точки, що лежить на перетині характеристики свердловини (лінії 2) і лінії а - бвідповідної S доп + DS, де DS = Q б, R б. / 2pkm, R 6 - [фільтраційний опір водоносного пласта при дії

Мал. 14. Розрахунок збільшення дебіту свердловин при штучному поповненні

підземних вод (ІПСШ)

будемо мати

подачі води в кількості з будь-якої n-ї свердловини па заданпiо вiдмiгку складає

Мал. 5.17. Схема приєднання свердловин лінійного ряду до збірного водоводу.

Після цього

Крім цього визначають напори насосів

режв експлуатації. Для цього розрахунки Водозаборів проводять наступного порядку.

Тема. . Шахтні колодязі. Горизонтальні водозабори

Мал. .22. Схема шахтного колодязя

Ріє. .23 Конструкції шахтного колодязя зі збірних з/б кілець

Горизонтальні водозабори

Сучасні горизонтальні водозабори, як правило, є водозбірною траншеєю або водозбірною галереєю, обладнаною відповідними отворами з піщано-гравийпим фільтром для прийому води. Гранулометричний склад окремих верств зворотного фільтра визначається розрахунком. Вода місце розташування нодозабортгих пристроїв відводиться по лотках, розташованим в нижній частині. для огляду, вентиляції та ремонту в процесі експлуатації водозабір обладнується оглядовими колодязями.

При заборі невеликих кількостей води для дрібних споживачів для тимчасового водозвільнення, а також при глибині залягання підземних вод 2-3 м від поверхні землі застосовують траншейні водозабори. Кам'яно-щебеяочвий водозабір (рис. 5. 24,а) виконують у траншеї, укладаючи фільтруючі матеріали, розмір яких збільшується до середини траншеї. Співвідношення діаметрів частинок суміжних шарів обсипання та частинок верхнього шару підбирають для обсипання фільтрів водозаборів свердловин.

Мал. Траншейні водозабори

Мал. .25. Водозабірна галерея овального та прямокутного вигляду

Мал. .26 Водозабірна штольня прямокутної форми

у напірному потоці

іс. 27. Схема до розрахунку горизонтального водозабору

Гідравлічний опір R знаходять за формулою

C= x o / l (х o- відстань від річки до водозабору; 1- половина довжини водозабору).

Додатковий опір x може бути знайдено за формулою.

де r o- Радіус дрони; з -заглиблення дрени під рівень підземних вод.

Для безнапірних потоків потужність напірного пласта m=h ср, де h ср- середня потужність ґрунтового потоку при роботі водозабору ( h ср= 0,7 ¸0,8)

Для прямокутних дрен та каналів r o = 0,5 (b 1+ 0,5 b 2), де b 1- заглиблення дрени під рівень підземних вод; b 2- ширина дрени

У разі досконалої у фільтраційному відношенні річки (рис. 28). гідравлічний опір Rвизначається за формулою

R =ln)