ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84) часть 4 - Расчет систем подачи воды от скважин. подбор и регулирование режимов работы водоподъемного оборудования

Содержание материала

   

Расчет систем подачи воды от скважин. Подбор и регулирование режимов работы водоподъемного оборудования

18.9. На рис. 105 показана простейшая схема водозабора в виде линейного ряда скважин, работающих на один сборный водовод.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 105. Схема подсоединения скважин линейного ряда к сборному водоводу

В схеме рис. 105 напор, требуемый для подачи воды в количестве Qn из любой n-й скважины на заданную отметку, составляет

Нп = z+Sn+ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2,

где Sn - понижение уровня воды в любой п-й скважине, определяемое с учетом действия остальных скважин; ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 - потери напора в водоводе от n-й скважины до точки сбора воды.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2. (217)

В скважинах могут быть установлены насосы разных марок. Поэтому исходная система уравнений для расчета N неизвестных величин Qn принимает вид

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 (218)

для n = 1, 2, 3, .... N.

Решение нелинейной системы уравнений (218) отыскивается методом последовательных приближений.

В качестве первого приближения можно принять Qn = Q/N (где Q - проектная производительность водозабора) и, подставив эти значения в уравнение (218), найти значения ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2n (где ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2n - невязки потерь напора по каждому из N уравнений, возникающие из-за того, что принятые значения Qn не удовлетворяют системе уравнений). Если условие

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2, (219)

не выполняется, то значение Qn следует изменить на величину ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2. Величина поправочного расхода ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 для каждого п-го уравнения может быть приближенно рассчитана по формуле

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 (220)

и принимается со знаком (+) или (-), соответствующим знаку невязки ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2n.

Система уравнений (218) считается разрешенной, когда в процессе последовательных приближений найдены такие значения Qn, при которых выполняются условия (219). После этого производится вычисление Sn:

Sn = ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2, (221)

где индекс ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 указывает на то, что из суммы исключен член j = n. Помимо этого определяются величины напоров насосов

Hп = z+Sn+ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2, (222)

а также расчетные значения расходов и потерь напора в линиях сети.

18.10. Найденные в результате проверочного расчета значения Qj, и Sj могут не удовлетворить ограничениям вида:

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2; ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2; ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2, (223)

где Qmin, Qmax - соответственно минимальный и максимальный расходы установленных в скважинах насосов.

В этом случае необходимо либо произвести замену насосов по скважинам, где не выполняются второе или третье условие (23), либо отрегулировать их работу на требуемый режим эксплуатации.

18.11. Для этого расчеты водозаборов проводятся в следующем порядке.

Сначала выполняются гидрогеологические расчеты водозаборных сооружений. При этом в зависимости от того, какая ставится задача (обеспечить максимальную или заданную производительность водозабора), такие расчеты проводятся:

а) при действии водозаборных скважин в режиме ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2;

б) при действии водозаборных скважин в режиме Qj = const и соблюдении условия ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2;

в) при комбинированном использовании условий по подпунктам а, б, когда требуется по ряду скважин обеспечить выполнение условия ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2, а по остальным Qj = const.

В результате гидрогеологических расчетов определяются величины Qj по скважинам, действующим в режиме ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2, и Sj, в скважинах, которые действуют в режиме Qj = const.

По завершении гидрогеологических расчетов проводится гидравлический расчет системы сбора воды от скважин, в результате которого устанавливаются расходы и потери напора в линиях сети, а также свободные напоры в точках присоединения скважин к сборным водоводам.

По известным значениям понижений уровня воды в скважинах и свободных напоров рассчитываются требуемые напоры и производится подбор насосов (а при необходимости осуществляется и их регулирование на заданную подачу воды из каждой скважины).

При выполнении расчетов в такой последовательности производительность водоподъемного оборудования будет в точности соответствовать намеченному режиму работы скважин.

При решении подобных задач следует ориентироваться на использование ЭВМ (см. п. 18.2).

Пример расчета. Водозабор размещается в пойме реки и представлен шестью водозаборными скважинами (рис. 106) и инфильтрационным бассейном.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 106. Расчетная схема сбора и подачи воды от скважин

Скважины отбирают подземные воды из однородных песков четвертичного возраста. Мощность обводненной толщи песков m = 20 м. В основании водоносного горизонта залегают глины, служащие водоупором. Сверху пласт перекрыт песчано-суглинистым слоем 2,5-3 м. Коэффициент фильтрации пород водоносного горизонта k = 20 м/сут. Подземные воды залегают на глубине 2 м от поверхности земли. По своему химическому составу они относятся к гидрокарбонатнокальциевому типу с повышенным содержанием железа до 0,5-1 мг/л и являются склонными к осадкообразованию.

Скважины располагаются вдоль берега реки на расстоянии 25 м от уреза воды в реке. Расстояние между скважинами в ряду также равно 25 м. Все скважины имеют одинаковую конструкцию; радиус бурения rc = 0,4 м; радиус фильтра r0 = 0,2 м; длина фильтра lф = 20 м; коэффициент фильтрации пород призабойной зоны kф = 4,069 м/сут.

Инфильтрационный бассейн размещается в центре водозабора на расстоянии 40 м от уреза воды в реке. Длина инфильтрационного бассейна составляет 125 м, а производительность принята равной Qб = 0,052 м3/с.

Предусмотрено, что вода от скважин должна подаваться в резервуар, расположенный за пределами водозабора. Расчетная отметка наполнения воды в резервуаре находится на 70 м выше статического горизонта.

Рассматриваемая система водоснабжения должна обеспечить подачу воды потребителю Q не менее 100 м3/ч (2400 м3/сут), при этом понижения уровня воды в скважинах не должны в течение расчетного срока ее эксплуатации превысить заданной величины Sдоп = 5 м.

Требуется на основе комплексных расчетов проанализировать режим эксплуатации водозабора с учетом возможного кольматажа скважин (определить период устойчивой их работы, т. е. время Тs) и осуществить подбор водоподъемного оборудования с его регулировкой на заданную подачу воды.

Сопротивление ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2к, обусловленное кольматажем водозаборных скважин, рассчитывается по формуле

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 (224)

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2, (225)

где N0/n0 - безразмерный параметр (No - предельная емкость фильтра и по - его начальная пористость); ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2- параметр характеризующий интенсивность кольматажа скважин (Со - концентрация в откачиваемой воде кольматирующих соединений и ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 - константа скорости выпадения кольматанта из воды и осаждения его на фильтре скважин).

Для выявления закономерностей изменения производительности отдельных скважин и водозабора в целом гидрогеологические расчеты следует проводить с заданием на скважинах условия ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2. В этом случае найденные значения Qj скважин соответствуют их максимальной производительности. При выполнении таких расчетов с учетом роста ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2к производительность снижается и может оказаться, что к некоторому моменту времени она станет равной или даже меньшей, чем Qs требуемая.

Для определения периода устойчивой работы скважин гидрогеологические расчеты должны проводиться на различные моменты времени с определением на каждом шаге по времени значений Qs скважин и проверкой выполнения условия ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2. Результаты таких расчетов по 1(6), 2(5) и 3(4) скважинам представлены на рис. 107.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 107. Расчетные графики изменения во времени ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2(t), Qj (t) и ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 при действии скважин в режиме Sj = const

Там же приведены графики изменения ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2к(t) и ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2. Расчеты выполнялись при условии Sj = 5 м; (N0/n0)j = 1 и оПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2)j = 0,0368 мес-1.

Из данных рис. 107 видно, что период устойчивой работы системы скважин Ts составляет 18 мес. При t>TS суммарная подача воды от скважин оказывается меньше требуемой (Q = 100 м3/ч) и, следовательно, производительность водозабора не обеспечивается.

Согласно п. 18.11, следующим этапом комплексных расчетов являются проведение гидравлических расчетов системы сбора воды от скважин и выбор соответствующего водоподъемного оборудования. Такие расчеты следует проводить с использованием в качестве исходных данных вычисленных значений qj и Sj по скважинам на момент времени t = Ts.

Результаты гидравлических расчетов сборных водоводов представлены на рис. 108, а данные по выбранному водоподъемному оборудованию сведены в табл. 47.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 108. Результаты гидравлического расчета сборных водоводов на момент времени j = Ts

Таблица 47

№. скважины

Q, м/ч

S, м

Полная высота подъема воды, м

Марка насоса

Напор насоса, м

Дросселируемый напор, м

1

16,79

5

81,09

1ЭЦВ-25-100

110,81

29,72

2

16,38

6

81,06

1ЭЦВ-25-100

111,22

30,16

3

16,23

5

80,66

1ЭЦВ-25-100

111,34

30,68

4

16,23

5

80,66

1ЭЦВ-25-100

111,34

30,68

5

16,38

5

81,06

1ЭЦВ-25-100

111,22

30,16

6

16,79

5

81,09

1ЭЦВ-25-100

110,81

29,72

Теперь необходимо проанализировать, насколько правильно подобраны погружные скважинные насосы и установлена степень их регулирования (т. е. в состоянии ли обеспечить эти насосы стабильную работу водозабора в течение времени ТS). Для этого следует выполнить проверочные расчеты системы сбора и подачи воды от скважин.

Результаты проверочных расчетов при использовании данных табл. 47 представлены на рис. 109.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 109. Расчетные значения изменения Sj(t), Qj (t) и ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 при насосной эксплуатации скважин

Из данных рис. 109 видно, что вначале производительность скважин (и их суммарная подача) несколько выше требуемой, а понижения уровней меньше, чем Sдоп. С ростом ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2к(t) производительность скважин Qj, снижается, a Sj возрастает, и к моменту времени t = TS во всех скважинах Sj, оказываются равными Sдоп и ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2 = Qs.