 |
Расчет дебета шахтного колодца и объема водоснабжения
|
|
|
|
Цель занятия: закрепление знаний по расчету шахтных колодцев.
Материальное обеспечение занятий: микрокалькуляторы, методические разработки.
Водоснабжение проводят с целью доставки необходимого количества высококачественной воды потребителям.
Для водоснабжения используют открытые источники — реки, ручьи, водохранилища и грунтовые воды. Желательно использовать для водоснабжения грунтовые воды, обладающие лучшими бактерицидными качествами. Однако использование поверхностных источников часто оказывается предпочтительнее, поскольку в большинстве случаев позволяет доставлять потребителям больше воды. Требования к качеству воды определяется стандартами.
При использовании для водоснабжения открытых источников необходимо заключение органов здравоохранения о пригодности воды для потребления. Внешне чистая вода не всегда пригодна для водоснабжения, особенно в качестве питьевой воды. Водозаборы необходимо располагать выше населенного пункта. В местах отбора воды выделяют санитарную зону и запрещают всякую хозяйственную деятельность. В прибрежной полосе проводят облесение. В реки, ручьи, водохранилища, используемые для водоснабжения, запрещается сброс сточных вод промышленных предприятий, жилых домов, животноводческих комплексов. Сброс неочищенных сточных вод в реки, ручьи, водохранилища запрещен вообще. В местах водозаборов глубина воды в водном источнике должна быть не менее 2.5 м. Берега в местах отбора воды должны быть устойчивыми, с удобными подъездами. Отбор воды целесообразно проводить с помощью металлических водозаборных труб. Трубу укладывают на 1.0 — 1.5 м ниже горизонта бытовых вод. Для задержания крупных предметов место расположения водозаборной трубы ограждают металлической решеткой. Для задержания мелких предметов и мусора на оголовок трубы устанавливают сетку. По трубе вода подается в помещение насосной станции.
|
|
|
При водоснабжении небольших населенных пунктов, усадеб, лесхозов и лесничеств забор воды из открытых источников можно проводить с помощью колодцев-фильтров (рис. 4) Колодец - фильтр устраивают в виде шахты в коренном берегу на удалении от уреза воды за пределами затоплений водами половодий и паводков. Колодец-фильтр состоит из ствола (верхняя часть) и водоприемной камеры с фильтром. Стенки колодца крепят железобетонными кольцами толщиной 8 — 10 см, диаметром 100 см в стволовой и 130 — 140 см в водоприемной части. Глубина водоприемной части 2.0 — 2.5 м. В нижней части водоприемника ставят фильтр, состоящий внизу из слоев гальки и крупного гравия мощностью по 20 см, выше располагают слои мелкого песка мощностью до 1 м. Вода в колодец поступает из открытого водного источника по трубе. Оголовок трубы в водном источнике располагают на 1.0 — 1.5 м ниже горизонта бытовых вод. Труба входит в колодец-фильтр на 0.5 — 0.7 м выше фильтрующей засыпки (фильтра). Труба, отводящая воду к водозаборному сооружению или водопроводу, отходит от нижней части фильтра, начинаясь в слое из гальки. Шахтную часть глубиной 1.5 — 2 м приподнимают над уровнем земли на 0.7 — 1.0 м, ставят настил из досок внутри колодца на уровне земли и накрывают крышкой.
При использовании для водоснабжения в сельских районах грунтовых вод забор воды из подземных источников производится с помощью колодцев (шахтных или трубчатых) или каптажных сооружений.
Рисунок 4 - Колодец-фильтр
1 — источник водоснабжения; 2 — самотечная труба; 3 — настил из досок; 4 — мелкий песок; 5 — крупный песок; 6 — мелкий гравий; 7 — крупный гравий; 8 — крупная галька; 9 — труба к водозаборному сооружению или водопроводу
|
|
|
Рисунок 5 - Шахтный колодец
1 — слой гравия и гальки; 2 — водоприемные отверстия; 3 — железобетонные кольца; 4 — глиняный замок; 5 — оголовок; 6 — крышка; 7 — вентиляционная труба; 8 — каменная отмостка
Шахтные колодцы (рис.5) устраивают при заборе воды с глубины не более 10 — 20, реже 30 м. Шахтный колодец состоит из трех частей: оголовка, шахты или ствола, водоприемника. Основной частью колодца является шахта, которая должна иметь квадратное сечение размером примерно 1.5х1.5 (2.0х2.0) м. Стенки шахты крепят деревянным срубом, а также железобетонными кольцами толщиной 8 см, диаметром 0.9 — 2 м. При прокладке неглубоких (до 10 м) колодцев в легких грунтах шахту строят ручным способом. В этом случае на выбранном месте выравнивают площадку и на ней устанавливают железобетонное кольцо. Внутри кольца и под его стенками вынимают грунт. Кольцо под действием собственной тяжести опускается. После погружения кольца на него устанавливают новое, и так постепенно колодец погружается на нужную глубину.
Глубокие колодцы (до 30 — 40 м) с диаметром шахты до 1300 мм устраивают специальными копателями КШК-30А и КШС-40.
Водоприемную часть колодца заглубляют в водоносный слой. По глубине заглубления колодцев в водоносный слой они подразделяются на совершенные (полные) и несовершенные (неполные).
Совершенным является колодец, прорезающий весь водоносный слой до водоупора. Если колодец прорезает только верхнюю часть водоносного горизонта, его называют несовершенным. В стенках водоприемной части колодца делают отверстия для поступления воды. Для защиты от заполнения грунтом из водоносного горизонта дно колодца засыпают крупнозернистым песком, а сверху гравием и мелким камнем слоем 0.3 — 0.4 м. Иногда на дно колодца укладывают сборную железобетонную решетку. Для защиты от проникновения в колодец поверхностных вод вокруг верхней части шахты прокладывают траншеи глубиной 1.5 м и шириной 1 м, заполняя их грунтом из хорошо утрамбованной жирной глины. Верхнюю часть шахты закрывают оголовком, выступающим над поверхностью земли, закрываемым крышкой. Поверхность грунта вокруг колодца покрывают бетоном или асфальтом с уклоном 0.1 в сторону от колодца, обеспечивающим отток воды от оголовка колодца. Один колодец рассчитан на обеспечение водой не более 100 — 250 человек при доставке воды от колодца не далее 100 м.
|
|
|
Трубчатые колодцы (рис.6) устраивают, как правило, при заборе воды с глубины 50 — 100 м и более. Такие колодцы состоят из трех основных частей: эксплуатационной скважины диаметром 100 — 250 мм, водоприемной части, устья с оголовком.
Колодцы располагают за пределами территорий, затопляемых водами половодий. Бурение неглубоких (до 8 — 10 м) скважин диаметром до 100 мм производят без применения буровых вышек. Для бурения глубоких скважин применяют самоходные буровые установки УРБ-3АМ, УРБ-2А и БА-15В (последняя наиболее совершенна).
Рисунок 6 - Трубчатый колодец
1 — шахта и обсадная труба; 2 — устье; 3 — эксплуатационная скважина;
4 — надфильтровая труба; 5 — фильтр; 6 — отстойник
Ствол скважины закрепляют стальными обсадными трубами (при глубине скважин до 10 — 15 м можно использовать асбоцементные трубы). При неглубоком залегании водоносного слоя используют обсадную трубу одного диаметра на всю глубину. При глубоком залегании водоносного горизонта при бурении до глубины 10 — 15 м опускают обсадную трубу большего диаметра. Дальше опускают вторую обсадную трубу меньшего диаметра, при необходимости третью трубу и т.д. до заглубления нижней трубы в водоносный горизонт. Затем поднимают нижнюю трубу и на ее место опускают фильтр с надфильтровой трубой и отстойником, образующими водоприемную часть колодца. Все соединения в трубах уплотняют сальниками. Вода в трубчатый колодец поступает через сетчатый фильтр, представляющий собой спирально намотанную на стержневой или трубчатый каркас проволоку с шагом намотки 5 — 10 м. Проволока покрыта латунной сеткой или сеткой из нержавеющей стали. Для сопряжения фильтра с обсадной трубой служит надфильтровая труба. Ниже рабочей части фильтра располагают отстойник, выполненный в виде отрезка трубы длиной 1 — 10 м, предназначенный для осаждения песка и ила. Фильтр и отстойник по мере необходимости извлекают из колодца для очистки и ремонта. В верхней части колодца возводят шахту круглого или квадратного сечения с оголовком. Стенки и дно шахты бетонируют, предохраняя колодец от притока верховодки. В шахте монтируют водоподъемное оборудование. Шахту утепляют, предохраняя воду при ее подъеме от замерзания.
|
|
|
Разновидностью трубчатого колодца являются забивные, или абиссинские, колодцы. Диаметр такого колодца 25 — 100 мм (чаще 30 мм). Колодец устраивают путем забивки не менее чем на глубину 3м заостренной трубы. Максимальная глубина забивки 10 — 15 м, конец трубы оборудуют фильтром. Насос монтируют в верхней части трубы. Для обеспечения усадьбы, лесхоза, лесничества водой достаточно одного забивного колодца.
При отборе воды из колодцев уровень грунтовых вод вокруг него понижается и образуется депрессионная воронка. Чем больше разность между зеркалом грунтовых вод (статический уровень) и уровнем воды в колодце (динамический уровень), тем больше приток воды в колодец. В совершенном колодце при безнапорном водоносном горизонте приток воды (дебет колодца) определяют по формуле:
, (5.1)
где Q — приток воды к колодцу, м3/с; К — коэффициент фильтрации водоносного слоя, м/с; Н — мощность водоносного слоя, м; h — глубина пониженного уровня воды у стенок колодца, приближенно равна глубине воды в колодце; R — радиус воронки понижения от центра колодца, м; r — радиус внешней окружности трубы колодца, м.
Радиус воронки понижения (радиус действия) (рис. 7) можно определить по формуле:
, (5.2)
Для приближенных расчетов величину радиуса действия на 1 м понижения (откачки) воды в колодце можно изменять: для мелкозернистых песков 50 — 100 м, крупнозернистых 300 — 400 м, гравелистых песков 400 — 600 м.
Приток воды к несовершенным колодцам определяют по формуле:
, (5.3)
где Т — расстояние от уровня воды в колодце до подстилающего водоупорного слоя, м; остальные обозначения те же, что в формуле (5.1).
Рисунок 7 - Схема притока воды к колодцу
1 — кривые депрессии, характеризующие депрессионные воронки;
Н — мощность водоносного пласта; h — глубина пониженного уровня воды в водоносном пласте; R — радиус депрессионной воронки;
r — радиус внешней окружности колодца
При большой мощности водоносного слоя поступление воды ограничено верхней (активной) зоной, равной приближенно (по Паркеру) 4/3 глубины воды в неполном колодце до откачки воды. В этом случае Н и Т следует определять от нижней границы активной зоны.
Дебет колодца можно увеличить созданием вакуума внутри колодца. Для этого колодец герметически перекрывают и через перекрытие пропускают трубу насоса. При откачке в колодце возникает вакуум. При вакууме приток воды к колодцу увеличивается в 2 — 3 раза. На этом принципе основано действие ручного штангового насоса (рис. 8).
|
|
|
Рисунок 8 - Ручной штанговый насос
1 — колонка; 2 — сливной патрубок; 3 — водоподъемная труба; 4 — шток;
5 — поршень с клапаном; 6 — цилиндр; 7 — фильтр; 8 — обсадная труба
Задача. Определить дебет совершенного колодца. Коэффициент фильтрации водоносного слоя (суглинки) – 0,0005 м/с, мощность водоносного слоя – 6 м, глубина пониженного уровня воды у стенок колодца – 3 м, радиус внешней окружности трубы колодца – 1,5 м.
ЛИТЕРАТУРА
- Бабиков, Б.В. Гидротехнические мелиорации лесных земель: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / Б.В. Бабиков. – СПб.: ЛТА, 2002. – 294 с.
- Владимиров, А.М. Гидрологические расчеты / А.М. Владимиров. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990. — 365 с.
- Гольдин, А.Л., Рассказов, Л.Н. Проектирование грунтовых плотин / А.Л. Гольдин, Л.Н. Рассказов. – М.: АСВ, 2001. – 374 с.
- Гонченко, Е.Д., Гушля, А.В. Гидрология с основами мелиорации Е.Д. Гонченко, А.В. Гушля. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 303 с.
- Маслов, Б.С., Минаев, И.В., Губер, К.В. Справочник по мелиорации / Б.С. Маслов, И.В. Минаев, К.В. Губер. — М.: Росагропромиздат, 1989. — 384c.
- Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984. — с.148.
- СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов /Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. — 32 с.
- СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 80 с.
Шошин Владимир Иванович
Прутской Алексей Владимирович
Методические указания к выполнению практических занятий
для студентов очного и заочного обучения по направлению
656200 – «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»
Часть III. «Орошение и водоснабжение»
Лицензия НД № 14185 от 6.03.2005
Формат 60х84 1/16 Объем 1,9 п.л. Т. 50 экз.
Бесплатно
Брянская государственная инженерно-технологическая академия
241037, г. Брянск, пр. Станке Димитрова, 3
Редакционно-издательский отдел
Подразделение оперативной печати
Подготовлено к печати _____________________ 2011 г.
|
|
|
