Гидрогеологические и гидравлические расчеты водозаборных скважин

В основу гидрогеологических и гидравлических методов расчета положены основных закономерности движения грунтовых вод с учетом принятой схемы расположении скважин, гидрологических характеристик водоносного пласта и условий водозабора.

В качестве исходной величины принимают необходимый расчетный суточный расход насосом первого подъема, назначаемый с учетом расхода воды на собственные нужды водозабора и очистной станции по совмещенному графику работы очистной станции (если таковая имеется) или почасовому графику водопотребления объекта водоснабжения и проектируемому графику работы скважинных насосов в течение суток.

Дебит (расход) одной скважины во многом зависит от принимаемой величины допустимого понижения статического уровня воды в ней. Допустимое понижение уровни подземных вод S в любой точке водоносного горизонта в сложных гидрогеологических условиях (неоднородность водовмещающих пород, особые условия подпитки, возможное истощение и т.д.) должно определяться моделированием. Для безнапорных водоносных горизонтов

S_б.г. = M - √M₂ - Qφ/πK_ф , м,

где М- мощность естественная безнапорного водоносного горизонта, м; Q - суммарный дебит водозабора, м³/сут; K_ф - коэффициент фильтрации водоносных пород, м/сут; φ - гидравлическое сопротивление, зависящее от условия залегания подземных вод и взаимовлияния скважин (их месторасположения по отношению друг к другу).

Для напорных водоносных горизонтов величина понижения уровня подземных вод м любой точке водоносного горизонта рассчитывается по формуле

S_н.г. = Qφ/2πK_фm , м,

где m - мощность напорного водоносного горизонта, м, а величина K_ф - коэффициент водопроводимости грунта.

Для строительства и надежной последующей эксплуатации подземных водозабо­ров с помощью скважин в процессе проектирования определяют: водозахватную способность скважин Q_c в конкретных гидрогеологических условиях, в местах расположении водозабора; величину понижения статического уровня S, исходя из технико-экономических соображений и рационального режима эксплуатации водоносного горизонта; тип фильтра, его конструкцию и размеры; подбирают марку насоса; конструируют скважину, оголовок; компонуют водозаборный узел, предварительно определив число скважин, их расстояние друг от друга и метод транспортировки воды по общему водоводу в сеть или на очистную станцию.

Приток воды к скважинам зависит от гидродинамической и гидрогеологической характеристики водоносного пласта, радиуса скважин r и принятого понижения уровня воды в них при откачке S.

Расчетные схемы совершенных трубчатых колодцев при наборе воды из водоносного пласта

а - напорный пласт; б - безнапорный пласт

При установившемся движении напорного потока и совершенной скважине (вскрывающей водоносный пласт на полную его мощность) приток воды к ней опреде­ляют по формуле Дюпюи

Q_c = 2,73K_фmS / lg(R/r) , м³/сут,

где K_ф - коэффициент фильтрации, м/сут, водоносного пласта ; m - мощность водоносного пласта, м; r и R - соответственно радиус скважины и радиус влияния депрессионной воронки, м; S - понижение уровня воды в скважине при откачке, м.

Коэффициент фильтрации K_ф , радиусы влияния и коэффициенты водоотдачи μ для безнапорных водоносных пластов

Водоносные породы	Диаметр частиц, мм	Кф, м/сут	R, м	μ
Глинистые грунты, суглинки		0,01-0,1		0,01 0,05
Пески пылеватые, супеси	0,01-0,05	0,1-1,0		0,1-0.15
Пески:
тонкозернистые	0,05-0,25	0,1-10,0	25-100	0,15-0,20
средней крупности	0,25-0,5	10-25	100-300	0,20-0,25
крупные	0,5-1,0	25-75	300-400	0,25-0,3
гравелистые	1-2	50-100	400-500	0,3-0,35
Гравий:
мелкий	2-3	75-100	400-600	0,3 0.15
средний	3-5	100-200	600-1500	0,3 Oj35
крупный	5-10	200-300	1500-3000	0,3-0,35
Известняки	-	20-50	150-400	0,05-0,1
Песчаники	-	10-20	100-300	0,001-0,01