 |
III водозаборы подземных вод. 3. 1 гидрогеологические расчеты при проектировании водозаборов. 3. 1. 1 Задачи и методы гидрогеологических расчетов
|
|
|
|
III ВОДОЗАБОРЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
3. 1 Гидрогеологические расчеты при проектировании водозаборов
3. 1. 1 Задачи и методы гидрогеологических расчетов
Задачей гидрогеологических расчетов при заборе подземных вод аналогично гидрологических расчетов при заборе поверхностных вод является в первую очередь оценка возможностей источника, т. е. сколько без существенного ущерба для окружающей среды или других пользователей можно забрать воды для системы водоснабжения.
Подземные воды забирают из водоносных пластов или комплексов. При этом под водоносным пластом понимается ограниченная область геологических образований, представленная обводненными пористыми ил трещиноватыми породами. Водоносный комплекс – это система гидравлически связанных водоносных пластов данной области гидрогеологических образований
Водоносные пласты характеризуются формой и размером в плане, мощностью пласта, физическими параметрами водовмещающих пород, запасами находящейся в них воды и т. п.
Одной из важнейших количественных характеристик пласта является запас (ресурс) воды в нем. Различают естественные статические и динамические запасы воды подземных источников водоснабжения. Статические запасы – это объем воды, накопившейся в порах пласта, динамические запасы – это расход грунтового потока в естественном состоянии пласта. Для полной оценки ресурсов пласта введено понятие эксплуатационных запасов воды. Это средний за расчетный период расход воды Qэ, получаемой из пласта с помощью водозаборных сооружений:
где Qст - расход воды, получаемой из пласта, при сработке его статических
|
|
|
запасов Vст за расчетное время Т;
Qдин – динамические запасы воды в пласте;
Qдоп – дополнительный расход воды, обусловленный изменением
граничных условий пласта при его эксплуатации.
Динамические запасы воды в пласте в зависимости от типа и особенностей питания пласта можно определять по выражениям (3. 1, 3. 2, и 3. 3)
Qдин = kmbJ, (3. 1)
где k – коэффициент фильтрации пласта;
m – мощность пласта;
b - ширина пласта;
J - гидравлический уклон подземного потока.
Qдин = qсΩ (3. 2)
где qс – модуль грунтового стока данного района;
Ω – водосборная площадь пласта выше водозаборного сооружения.
Qдин = (qгр + qатм) Ω (3. 3)
где qгр – модуль грунтового стока данного района;
qатм – модуль атмосферного питания рассматриваемого пласта.
При длительной эксплуатации пласта с относительно постоянным водоотбором эксплуатационные запасы (ресурсы) воды необходимо принимать не выше естественных динамических.
Дальнейшие гидрогеологические расчеты сводятся к:
- определению дебита скважин и понижения уровней подземных вод (УПВ) в процессе эксплуатации водозабора;
- оценке влияния планируемого водозабора на существующие или намечаемые к строительству;
- определению размеров второго и третьего поясов ЗСО водозабора.
При этом принимается дебит, соответствующий проектируемому водопотреблению или устанавливается максимальный дебит, который может быть получен на рассматриваемом участке водоносного пласта или на всей площади его распространения.
В обоих случаях должны устанавливаться:
- размеры водозаборного сооружения;
- количество, расположение и дебиты скважин при заданном времени эксплуатации и максимально допустимых понижениях уровня воды.
|
|
|
Во всех вариантах расположения водозаборного сооружения (ВЗС) расчетные понижения следует сопоставлять с допустимыми.
При расчетном понижении большем допустимого проектируемый дебит не может быть обеспечен. Следует увеличить количество скважин и распределить их на большей площади.
При расчетном понижении меньшем допустимого может быть увеличен дебит или сокращено количество эксплуатируемых скважин.
3. 1. 2 Схематизация гидрогеологических условий
Водоносные пласты естественного залегания имеют сложную конфигурацию во всех трех направлениях и для проведения фильтрационных расчетов их надо схематизировать, т. е. принять за расчетную схему такую форму пласта, при расчете по которой полученные результаты будут наиболее близкими к фактическим.
По распространению в плане пласты могут быть неограниченными, полуограниченными и ограниченными.
За неограниченный пласт считают такой пласт, в котором возможная воронка депрессии не выходит за его контуры; полуограниченный – это пласт, контуры которого пересекаются или совпадают с контурами возможной воронки депрессии с какой-нибудь стороны; ограниченный – у которого контуры воронки пересекаются или окаймляются контурами самого пласта.
Если водоносный пласт ограничен сверху водоупором и давление в нем превышает нижнюю границу водоупора, то он называется напорным. В случае отсутствия водоупора сверху и на верхнем уровне воды давление равно атмосферному, то рассматриваемый пласт называют безнапорным. Однако и в напорном пласте могут иметься контуры без водоупоров, г. н. «окна», где пласт сообщается с атмосферой.
Любой пласт имеет область питания, транзитную часть и область разгрузки. Областью питания чаще всего являются участки территории, на которых происходит инфильтрация осадков в грунт: леса, поля, верховые болота, переходные болота и каналы на водоразделе. Область разгрузки составляют выходы грунтовых вод на поверхность в виде родников, рек, озер, морей.
Так, Республика Беларусь находится на водоразделе бассейнов рек, впадающих в Балтийское и Черное море и подземные воды, соответственно разгружаются на северном склоне общего потока или на южном.
|
|
|
Пористость водовмещающих пород пластов характеризуется отношением объема пор к общему объему пласта.
Водопроницаемость пород пласта определяется коэффициентом фильтрации, т. е. скоростью перемещения воды в пласте при гидравлическом градиенте равном единице.
Коэффициент водоотдачи (μ ) определяется отношением объема воды, вытекающей из полностью насыщенного образца породы под действием сил гравитации, к объему образца.
Коэффициент пьезопроводности пласта а=mk/μ отражает скорость распространения в пласте возмущения, вызванного изменениями в нем уровней воды и имеет размерность м2/с.
Таким образом, для составления проектов ВЗС из подземных источников следует использовать данные о запасах подземных вод категорий А1, А2. В и С1 и данные, характеризующие водоносный пласт или пласты: область простирания в плане, глубина залегания пласта и его мощность, коэффициент фильтрации и пьезопроводности, вид водовмещающей породы, показатели качества воды.
|
|
|
