Расчеты горизонтальных водозаборов

Вид расчетных формул зависит от гидрогеологических условий, в которых работает водозабор, и характера питания подземных вод. Расчет горизонтальных водозаборов производится для условий установившейся фильтрации, так как только этот случай в силу сравнительно малой мощности водоносных пород и длительной работы водозаборов представляет практический интерес.

В случае однослойного водоносного пласта, ограниченного с одной стороны прямолинейным контуром питания, например рекой (рис. 3.3.2.1), приток воды в водозабор рассчитывается по формуле (59)

Рис. 6.7. Схема к расчету горизонтального водозабора в однослойном полуограниченном водоносном пласте

Здесь Q - полный приток в горизонтальный водозабор длиной l, k - коэффициент фильтрации водоносных пород; Н1 - мощность грунтовых вод на урезе воды в реке; Но - то же, на линии водозабора; L - расстояние от реки до водозабора; Ф - фильтрационное сопротивление, обусловленное гидродинамическим несовершенством водозабора; L - сопротивление, учитывающее несовершенство прямолинейного контура питания, т. е. неполную врезку реки в водоносный горизонт.

Фильтрационное сопротивление Ф, учитывающее несовершенство дренажа, определяется выражением

(60)

где d - приведенный диаметр водоприемной части горизонтального водозабора; m -расстояние от приемной части водозабора до водоупора.

Приведенный диаметр водозабора рассчитывается по формуле

d = 0,56P,

где Р - периметр смоченной части водоприемного элемента водозабора.

Сопротивление на несовершенство границы области питания зависит от степени заиленности дна водоема. В случае незаиленного дна определение L производится по формуле

L = 0,44mp. (61)

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Расчет стоимости Гарантии Отзывы

Здесь mp - расстояние от дна реки до водоупора.

При наличии на дне реки (водоема) заиленного (слабопроницаемого) слоя мощностью mp и коэффициентом фильтрации ko используется выражение

. (62)

В водоносных пластах двухслойного строения (рис. 3.3.2.2) следует различать два случая: проницаемость верхнего слоя k1 больше, чем нижнего k2, т.е. k2>k1 и наоборот. В первом случае двухслойный пласт приводится к однородному с коэффициентом фильтрации k = k1 и мощностью, равной мощности верхнего слоя, увеличенной на величину k2m2/ k1. Водозабор в этом случае наиболее целесообразно располагать в пределах верхнего слоя.

Рис. 6.8. Схема к расчету горизонтального водозабора в двухслойном полуограниченном водоносном пласте

Во втором случае (k2>k1) водозабор должен быть заглублен в нижний слой, так как только тогда он окажется эффективным. Пряток воды в водозабор, расположенный у контура питания в двухслойном пласте, рассчитывается по формуле

. (63)

Здесь т1 и m2 - мощности верхнего и нижнего слоев, Ф1 - фильтрационное сопротивление на несовершенство водозабора, остальные обозначения прежние.

Для рассматриваемого случая

(64)

Сопротивление на несовершенство контура питания L при тp>т2 принимается в виде

. (65)

При тp < т2 для определения DL следует использовать формулу (61), а при наличии заиленного слоя на дне водоема - формулу (62).

В полосообразном однослойном водоносном пласте, ограниченном двумя прямолинейными контурами питания (рис. 6.9), приток воды в горизонтальный водозабор рассчитывается по формуле

(66)

Здесь H1, H2, L1 и L2 - приведены на рис. 6.9, остальные обозначения прежние.

В формуле (66) предполагается, что вдоль контуров питания водоемы прорезают водоносный горизонт на всю мощность.

Рис. 6.9. Схема к расчету горизонтального водозабора в однослойном водоносном пласте в междуречном массиве

Сопротивление на несовершенство границ области фильтрации учитывается введением в формулу (66) вместо действительных расстояний от границ питания L1 и L2 величин L1+, L2+, где и определяются по формулам (61) или (62).

В случае двухслойного полосообразного водоносного пласта с параллельными контурами питания (рис. 6.10) приток воды в горизонтальный водозабор может быть рассчитан по формуле

. (67)

Обозначения соответствуют предыдущим расчетным схемам.

Рис. 6.10. Схема к расчету горизонтального водозабора в двухслойном водоносном пласте в междуречном массиве

Сопротивление, учитывающее несовершенство границ области фильтрации, можно отразить введением в формулу (67) вместо действительных расстояний от границ питания L1 и L2 величин L1+, L2+, где и определяются по формулам (65), (61) и (62) в зависимости от характера врезки рек в водоносный горизонт.

Приведенные расчетные формулы справедливы при условии (l/L)>3-5, в этих случаях можно пренебречь влиянием концевых участков водозабора на картину фильтрации. При значениях (l/L) <3-5 остаются в силе эти же формулы, однако в них вместо L (или L1 и L2) необходимо подставить приведенное расстояние L* (или L1* и L2*), вычисляемое по зависимости

. (68)

Методика определения (или и ) остается прежней.

При наличии естественного бытового потока грунтовых вод с единичным расходом qo (рис. 6.11) приток воды в горизонтальный водозабор рассчитывается по формуле

. (69)

Здесь сохранены прежние обозначения.

Рис. 6.11. Схема к расчету горизонтального берегового водозабора в однослойном водоносном пласте при наличии бытового потока грунтовых вод

Приток воды в подрусловой водозабор (рис. 6.12) находится по формуле

. (70)

Рис. 6.12. Схема к расчету подруслового водозабора в однослойном водоносном пласте

Гидравлическое сопротивление R в случае совершенной в фильтрационном отношении реки (т. е. при отсутствии на дне заиленного слоя) определяется следующим образом:

, (71)

где m1 - мощность водоносного горизонта от дна водоема до водоупора; d - приведенный диаметр водозабора; т - расстояние от низа дрены до водоупора.

При значительной кольматированности и заиленности русла реки его фильтрационное несовершенство можно учесть, вводя в приведенные расчетные зависимости вместо m величину m +L., где L - дополнительное сопротивление, равное:

. (72)

При определении длины горизонтального водозабора lтр для обеспечения требуемого расхода Qтр можно использовать зависимость (при (l/L)>35)

(73)

где lтр - длина водозабора; обеспечивающего требуемый расход Qтр; l - длина водозабора, обеспечивающего расход Q.

При определении расстояния Lтр от реки до водозабора для обеспечения требуемого расхода Qтр можно использовать зависимость (для схем, ограниченных одним прямолинейным контуром питания)

. (74)

Здесь сохранены прежние обозначения.

Пример расчета. Горизонтальный водозабор с приведенным диаметром d = 0,8 м, длиной l = 1200 м располагается в однослойном пласте параллельно реке на расстоянии L = 50 м от нее (см. рис. 6.7). Мощность водоносного горизонта he = H1 = 8 м, коэффициент фильтрации водоносных пород составляет k = 20 м/сут. Водоприемный элемент закладывается на высоте от m = 4 м от водоупора. Расстояние от дна реки до водоупора тр = 5 м. Мощность слабопроницаемого слоя (экрана) на дне реки то = 1,5 м, его коэффициент фильтрации k0 = 0,1 м/сут.

Решение:

1. Найдем приток воды в водозабор.

Поскольку l/L = 24>5, то расход определяется по формуле (59). Величину Н0 примем равной Н0 = m + d/2 = 4 + 0,4 = 4,4 м. Найдем фильтрационное сопротивление по формуле (60).