ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84) часть 2 - Расчеты водозаборов в артезианских бассейнах (неограниченные пласты)

Расчеты водозаборов в артезианских бассейнах (неограниченные пласты)

5.5. Для артезианских бассейнов характерно этажное строение водоносной толщи Хорошо проницаемые водоносные отложения чередуются здесь с водоупорными или слабопроницаемыми раздельными слоями. В соответствии с этим можно выделить следующие расчетные схемы изолированные, не ограниченные по площади водоносные горизонты; слоистые водоносные горизонты

5.6. Изолированные неограниченные пласты характеризуются отсутствием внешних источников питания подземных вод. Дебиты водозаборов обеспечивают притоком воды за счет осушения водоносных пород и сработай напоров подземных вод. В связи с этим при эксплуатации водозаборных сооружений даже в течение весьма длительного времени имеет место неустановившаяся фильтрация, т е. уровни подземных вод при работе водозаборов непрерывно снижаются.

Эксплуатация водозаборов в изолированных неограниченных пластах сопровождается обычно образованием обширных воронок депрессии, захватывающих площади в десятки и даже сотни квадратных километров. При проектировании водозаборов здесь необходимо учитывав возможное влияние намечаемого водоотбора на существующие водозаборные сооружения.

Основные расчетные зависимости для определения гидравлических сопротивлений R и R_0, при работе водозаборов в изолированных неограниченных пластах приведены в табл. 23.

Обозначения, используемые в табл. 23, даны на соответствующих схемах. Кроме того, используются следующие обозначения: t - время, на которое рассчитывайся понижение уровня подземных вод; а - коэффициент пьезопроводности пласта, a = km/; - водоотдача пород; r_вл = 1,5; f() - функция, численные значения которой даны в табл. 22.

Таблица 23

5.7. Все приведенные в табл. 21-24 расчетные зависимости справедливы при постоянном расходе водозаборных сооружений. В случае если дебит водозабора изменяется во времени, следует представить действительный график изменения расхода водозабора ступенчатой линией. Тогда понижения уровня подземных вод находятся по формулам, указанным в таблицах, в которых величина Q принимается равной начальному значению дебита водозабора q₁, а вместо гидравлического сопротивления подставляется величина R, равная:

(32)

где R(t-t_j) - гидравлическое сопротивление при постоянном расходе (см. табл. 23), которое определяется на момент времени (t-t_j); t_j - время начала действия j-й ступени; j - номер ступени с постоянным средним значением расхода водозабора:

; ,

k - количество выделенных ступеней изменения дебита водозабора.

5.8. Расчет понижений уровня в пласте при заданном постоянном уровне на водозаборе при достаточно большом времени (at/r >500; r₀ - размеры водозабора в плане) приближенно может быть проведен по следующим формулам:

; (33)

Здесь R - гидравлическое сопротивление водозабора при постоянном расходе; Rо - значение этого сопротивления в точке расположения водозабора; Q(t) - изменяющийся во времени расход водозабора; So - заданное понижение уровня на водозаборе.

Понижения уровня при действии нескольких водозаборов находятся по рекомендациям, изложенным в п. 5.4, формулы (22) и (23).

5.9. В слоистых водоносных пластах формирование запасов подземных вод происходит под влиянием перетекания подземных вод в эксплуатируемый горизонт из соседних питающих пластов через слабопроницаемые раздельные слои в кровле или подошве горизонта. Режим работы водозабора в общем случае неустановившийся, но при больших запасах воды в питающих пластах и интенсивном перетекании понижения уровней на водозаборе могут стабилизироваться.

Основные расчетные зависимости для определения гидравлических сопротивлений R и Ry приведены в табл. 24. Формулы (34) и (35) табл., 24 относятся к случаю, когда верхний слой имеет весьма слабую проницаемость (k_o<<k), содержит воды со свободной поверхностью и обладает значительной водоотдачей (>>*). Нижний эксплуатируемый пласт сложен хорошо проницаемыми породами. Такая схема характерна для неглубоко залегающих артезианских водоносных пластов.

В схеме трехслойной толщи эксплуатируемый пласт гидравлически связан с соседним питающим водоносным горизонтом с параметрами (km)_п и _п. Эта связь осуществляется путем перетекания подземных вод из питающего пласта в эксплуатируемый через раздельный слой с параметрами k₀m₀. Если при этом понижения уровня воды в питающем водоносном горизонте невелики (S0), то по истечении некоторого времени фильтрация подземных вод к водозабору приобретает установившийся характер, формулы (37) и (39) табл. 24. Численные значения функции K_o(z) даны а табл. 25.

Расчетные зависимости, приведенные в табл. 24, характеризуют работу одиночной скважины. При расчете системы взаимодействующих скважин следует использовать рекомендации, данные в п. 5.4, формулы (22) и (23).

Пример расчета. Напорный водоносный горизонт (коэффициент фильтрации k = 20 м/сут, мощность m = 50 м, упругая водоотдача * = l0^-4) перекрыт сверху слоем суглинка мощностью m_o = 10 м с коэффициентом фильтрации k_o = 0,1 м/сут и водоотдачей = 0,08. В суглинках развит безнапорный водоносный горизонт, гидравлически связанный с нижележащим напорным горизонтом. Требуется найти понижение уровня воды в совершенной скважине (r_о = 0,2 м) при отборе Q = 4 тыс. м³/сут в течение 25 лет 10⁴ сут.

Для расчета используем формулу (35) табл. 24.

Обобщенный коэффициент пьезопроводности в данном случае равен:

м³/сут.

Следовательно,

r_вл = 1,51 = 1,68^.10⁴ м.

Тогда

R₀ = = 11,3,

а понижение уровня по формуле (6)

S = = 72 м.

Таблица 24

Таблица 25