ЛЕКЦИЯ № 3

ТЕМА: «СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Общие сведения о сооружениях для забора подземных вод

1.1. ТИПЫ, СОСТАВ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

1.1.1. Типы водозаборных сооружений

1.1.2. Состав сооружений водозаборов

1.1.3. Схемы систем водоснабжения из подземных вод

1.2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ, СХЕМЫ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

1.2.1. Условия применения водозаборов

Рекомендуемые материалы

1.2.2. Схемы размещения водозаборов на местности

1.2.3. Требования, предъявляемые к водозаборам

2. ВОДОЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ  И ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ

2.1. ВОДОЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ

2.1.1. Конструкции водозаборных скважин

2.1.2. Проектирование водозаборных скважин

2.1.3. Способы бурения водозаборных скважин

2.1.4. Крепления стенок скважин

2.1.5. Типы и конструкции фильтров водозаборных скважин

2.1.6. Способы освоения скважин

2.1.7. Ликвидация скважин

2.2. ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ

2.2.1. Конструкция шахтных колодцев

2.2.2. Проходка шахтных колодцев

3. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОДОЗАБОРОВ И ИХ КОНСТРУКЦИИ

3.1.1. Условия применения горизонтальных водозаборов

3.1.2. Состав горизонтального водозабора и виды водоприемных устройств

3.2. КОНСТРУКЦИИ И СПОСОБЫ УСТРОЙСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОДОЗАБОРОВ

3.2.1. Каменно-щебеночные и трубчатые горизонтальные водозаборы

3.2.2. Водосборные галереи и штольни

3.2.3. Комбинированные водозаборы

3.2.4. Смотровые колодцы и водосборные камеры

4. ЛУЧЕВЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

4.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ТИПЫ И СОСТАВ ЛУЧЕВЫХ ВОДОЗАБОРОВ

4.1.1. Условия применения, типы и состав лучевых водозаборов

4.1.2. Типы и состав лучевых водозаборов

4.2. ПРОХОДКА И ОБОРУДОВАНИЕ ЛУЧЕВЫХ ВОДОЗАБОРОВ

4.2.1. Проходка горизонтальных скважин

4.2.2. Оборудование лучевых водозаборов

5. КАПТАЖ ИСТОЧНИКОВ (РОДНИКОВ)

5.1. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ КОПТАЖЕЙ И ИХ ТИПЫ

5.1.1. Условия применения каптажей

 5.1.2. Типы каптажей

5.2. КОНСТРУКЦИИ КАПТАЖЕЙ

5.2.1. Конструкция железобетонных камер каптажных сооружений

5.2.2. Конструкция кирпичных камер каптажных сооружений

5.2.3. Конструкция глиняно-каменной камеры каптажных сооружений

6. РАСЧЕТЫ СооружениЙ для забора поДЗЕМНЫХ вод

6.1. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН И ШАХТНЫХ КОЛОДЦЕВ

6.1.1. Общие положения

6.1.2. Расчеты береговых водозаборов (в долинах рек)

6.1.3. Расчет нескольких взаимодействующих водозаборов

6.1.4. Расчеты водозаборов в артезианских бассейнах (неограниченные пласты)

6.1.5. Подбор и расчет фильтров водозаборных скважин

6.1.6. Учет фильтрационного несовершенства водозаборных скважин и колодцев

6.2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОДОЗАБОРОВ

6.2.1.Задача фильтрационных расчетов горизонтальных водозаборов

6.2.2. Расчеты горизонтальных водозаборов

6.2.3. Расчеты обратных фильтров горизонтальных водозаборов

6.3. РАСЧЕТЫ ЛУЧЕВЫХ ВОДОЗАБОРОВ

6.3.1. Расчеты производительности лучевых водозаборов

6.3.2. Фильтрационные расчеты лучевых водозаборов

6.4. РАСЧЕТЫ КАПТАЖЕЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение

Водоприемное устройство (водоприемник) является одним из основных и наиболее ответственных элементов водозаборного сооружения.

Выбор места расположения, типа и конструктивной схемы водоприемника в каждом конкретном случае должен определяться в первую очередь местными условиями источника. Для решения этих вопросов в лекции приведены классификация, категории надежности забора воды и требования, предъявляемые к водозаборным сооружениям. Даны рекомендации по выбору места расположения, типов, конструктивных схем водозаборных сооружений из подземных источников.

В лекции отражен современный научно-технический уровень использования подземных вод для целей водоснабжения.

1. Общие сведения о СооружениЯх для забора поДЗЕМНЫХ вод

1.1. ТИПЫ, СОСТАВ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

1.1.1. Типы водозаборных сооружений

Для отбора подземных вод из водоносного пласта применяются (рис 1.1):

водозаборные скважины (трубчатые колодцы);

шахтные колодцы;

горизонтальные водозаборы (горизонтальные линейные открытые или закрытые дрены, галереи, штольни);

лучевые водозаборы (горизонтальные скважины-лучи);

каптаж источников (родников);

комбинированные водозаборы (горизонтальные дрены, галереи, штольни, шахтные колодцы с вертикальными скважинами, проходимыми со дна этих сооружений в расчете на самоизлив воды из напорного водоносного горизонта).

1.1.2. Состав сооружений водозаборов

Водозаборные скважины (трубчатые колодцы) представляют собой смонтированные на пройденной скважине водозахватные сооружения с насосной станцией первого подъема.

В состав сооружений горизонтального водозабора входят:

линейная вытянутая в плане, проложенная под некоторым уклоном к водосборному колодцу дрена (или несколько дрен) и смотровые колодцы над ней;

водосборный колодец;

насосная станция, обычно совмещенная с водосборным колодцем.

Лучевые водозаборы состоят из следующих сооружений:

водонепроницаемого шахтного колодца;

горизонтальных скважин-лучей, выводимых из колодца в водоносный пласт веерообразно в одной горизонтальной плоскости на одном или двух уровнях;

насосной станции, монтируемой в шахтном колодце.

Каптажи-камеры или колодцы, работающие дном (на восходящих источниках) или стенкой (на нисходящих источниках) сооружаются для приема естественных выходов на дневную поверхность подземных вод в виде источников (родников). Каптажи нескольких источников на одном участке соединяются трубами, по которым вода самотеком поступает в одну общую камеру-колодец.

1.1.3. Схемы систем водоснабжения из подземных вод

В зависимости от типа водозаборных устройств определяется общий состав сооружений водозабора и схема их размещения на местности.

В общем случае внеплощадочная система водоснабжения из подземных вод состоит из следующих сооружений (рис. 1.2):

а) водоприемные сооружения (скважины) - для приема воды из источника (водоносного пласта);

б) насосные станции первого подъема воды из скважин;

в) сооружения по подготовке и улучшению качества воды;

д) насосные станции второго подъема и магистральные водоводы для транспортирования воды к потребителю;

е) сооружения, регулирующие напор и расход воды перед подачей ее во внутриплощадочную сеть.

Эта система водоснабжения относится к наиболее часто встречающемуся в практике водозаборов подземных вод составу сооружений, когда в качестве водоприемных устройств применяются скважины или шахтные колодцы и когда извлекаемая из водоносного пласта вода нуждается в улучшении качества.

Показанная на рис. 1.2 схема водопроводных сооружений и взаимное расположение отдельных ее элементов могут существенно меняться в зависимости от природных и других местных условий (глубины залегания подземных вод, качества воды, мощности водозабора, удаленности источника водоснабжения от потребителя, количества водопотребителей и др.).

Так, при отсутствии необходимости в улучшении качества воды и ее подготовки отпадает надобность в соответствующих сооружениях (рис. 1.3), а при необходимости более глубокой обработки воды, например, обезжелезивания и фторирования, комплекс этих сооружений расширяется.

При сифонном способе отбора воды скважинами, шахтными колодцами насосные станции первого и второго подъема обычно совмещаются в одном здании.

При значительном удалении водопотребителей от источника водоснабжения и относительно большом перепаде высот в рельефе разделяющей их местности на линии магистральных водоводов после насосной станции второго подъема сооружаются насосные станции третьего, четвертого подъема и т. д.

При искусственном пополнении запасов подземных вод к указанному выше составу сооружений водозабора (с водозахватными устройствами из скважин, шахтных колодцев, горизонтальных или лучевых водозаборов) добавляются сооружения для забора воды из источника восполнения запасов, предварительной подготовки воды (освобождение от взвешенных веществ) и инфильтрационные сооружения (открытые или закрытые для перевода подготовленной воды в эксплуатируемый водоносный пласт.

1.2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ, СХЕМЫ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

1.2.1. Условия применения водозаборов

Выбор типа водозахватных сооружений определяется геологическими и гидрогеологическими условиями, заданной производительностью водозабора и величиной приведенных затрат на их строительство и эксплуатацию.

Водозаборные скважины, являющиеся наиболее распространенным типом водозахватных устройств, применяются для добычи подземных вод в самых разнообразных гидрогеологических условиях из водоносных пластов, залегающих на глубинах 10-1000 м и более. Водозаборные скважины можно применять и при залегании водоносного пласта на глубине менее 10 м, если его мощность не менее 5-6 м.

Шахтные колодцы можно применять для добычи воды из водоносных пластов, залегающих на глубинах до 30 м:

из первых от поверхности земли безнапорных водоносных горизонтов мощностью до 5 м, сложенных рыхлыми (от песков до крупных галечников с валунами) водообильными отложениями - для водоснабжения крупных, средних и мелких водопотребителей;

из безнапорных водоносных горизонтов мощностью более 5 м с низкой водоотдачей (тонкозернистых пылеватых песков, плывунов, супесей, суглинков), когда потребность в воде может быть удовлетворена лишь путем создания в самих колодцах некоторого запаса воды с периодическим ее отбором - для водоснабжения мелких водопотребителей: небольших населенных пунктов, полевых станов, отгонных пастбищ, а также насосных станций и жилых поселков при них на магистральных нефте- и газопроводах, подстанций линий электропередачи, постов железных дорог и др., если в районах размещения таких потребителей отсутствуют иные источники воды, пригодные для хозяйственно-питьевого водоснабжения;

из напорных водоносных пластов мощностью до 5 м и более с низкой водоотдачей - для водоснабжения мелких водопотребителей.

Горизонтальные водозаборы применяются:

трубчатые с укладкой в открытой траншее - для получения подземных вод из первого от дневной поверхности безнапорного водоносного горизонта, имеющего подошву на глубине до 8 м;

галерейные или в виде штольни - для получения воды из водоносных горизонтов, залегающих на любой глубине при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Лучевые водозаборы целесообразно применять для добычи воды из водоносных пластов мощностью 3-20 м, залегающих как непосредственно вблизи поверхности земли или под дном водотока (водоема), так и на глубине до 15-20 м, от дневной поверхности. Лучевые водозаборы устраиваются в песчано-галечниковых отложениях, не содержащих валунов (или содержащих их менее 10 %), имеющих в своем составе менее 60 % фракций размером 70 мм и более, в гидрохимической среде, исключающей возможность интенсивной кольматации пород водоносного пласта в прифильтровой зоне и самих фильтров солями различного состава.

Каптажи источников (родников) могут быть применены для использования естественных выходов подземных вод на дневную поверхность из различных пород.

1.2.2. Схемы размещения водозаборов на местности

Наряду с выбором типа водозабора важной частью проекта является определение схемы размещения водозахватных сооружений на местности, наиболее эффективной в гидрогеологическом отношении и экономичной по протяженности коммуникаций.

При размещении скважин или шахтных колодцев для отбора воды из водоносных горизонтов, имеющих региональное распространение, характеризующихся в естественных условиях малыми уклонами поверхности подземных вод (водоносные пласты крупных артезианских бассейнов, обширных междуречных массивов, древних речных террас шириной в десятки километров), учет направления потока подземных вод принципиального значения не имеет. Схема размещения может быть линейной или дискретной, но, насколько это позволяют гидрогеологические условия, наиболее компактной.

На месторождениях с выраженной фильтрационной неоднородностью водоносных пластов группы любым образом расположенных скважин или ряды скважин следует размещать в местах, где эти пласты имеют наибольшую водопроводимость (например, большую мощность, водопроницаемость, наибольшую закарстованность, трещиноватость пород, например вдоль линий их тектонических нарушений, на крыльях синклиналей, на сводовых частях антиклиналей и т. д).

На конусах выноса предгорных равнин скважины следует располагать в виде линейных или дугообразных рядов нормально к направлению потока подземных вод Наилучшим по гидрогеологическим условиям и условиям эксплуатации (высота подъема воды) местом размещения скважин на конусе выноса является линия выше начала области разгрузки подземных вод.

В долинах рек с постоянным поверхностным стоком при прямой связи реки с водоносным горизонтом, в расчете на питание водозабора из реки, скважины располагаются вдоль ее берега. Расстояние от уреза воды в реке до ряда скважин принимается в зависимости от многих факторов. Следует учитывать мощность водоносного горизонта, качество речной воды (с оценкой, при необходимости, ее очищения на пути фильтрации из русла реки к скважинам), размываемость берегов, изменения уровня воды в реке, уровень, соответствующий расходу реки - 95 % обеспеченности, промерзание донных и береговых участков русла, степень закольматированности русла и возможность увеличения кольматации русловых отложений при эксплуатации водозабора.

В долинах рек с непостоянным поверхностным стоком, когда в расчете водозабора учитывается периодическая сработка естественных запасов подземных вод и их восполнение, скважины следует располагать на участках с наибольшей емкостью водовмещающих пород и наличием благоприятных естественных условий восполнения запасов в паводок.

На линзах пресных вод скважины должны быть удалены от границ соленых вод на максимально возможное расстояние. В общем случае схема размещения скважин в плане определяется расчетом времени подтягивания соленых вод к водозабору при его эксплуатации.

Горизонтальные водозаборы в долинах рек следует размещать параллельно линии уреза воды в реке; вне долин рек перпендикулярно к направлению потока подземных вод, а в отдельных случаях по потоку, если это целесообразно по условиям производства работ.

Лучевые водозаборы в долинах рек размещаются вблизи уреза воды в реке; лучи-скважины располагаются только на берегу, только под руслом реки или на берегу и под руслом, что определяется гидрогеологическими условиями места расположения водозабора и расчетом получения заданной производительности водозабора.

На участках с искусственным пополнением запасов подземных вод водозахватные сооружения любого типа (скважины, шахтные колодцы, горизонтальные, лучевые водозаборы) следует располагать по отношению к инфильтрационным устройствам так, как и в долинах рек с постоянным поверхностным стоком.

1.2.3. Требования, предъявляемые к водозаборам

При размещении водозахватных сооружений водозабора на местности необходимо учитывать существующие требования в отношении расположения этих сооружений от магистральных газо- и нефтепроводов, от автомобильных дорог общегосударственного и республиканского значения, и от линий электропередачи, а также расположение заповедных и заказных зон (табл. 1.1 табл. 1.3.

Таблица 1.2

Расстояние до водозаборных скважин от магистральных газо- и нефтепроводов

Таблица 1.1

Расстояние до водозаборных скважин от автодорог

Таблица 1.3

Расстояние от водозаборных скважин до линий электропередачи