Гідрогеоекологія - Мелітополь

Оренбург. Методи захисту водогосподарських об'єктів

Рішення гідрогеологічних задач

Вихідні дані для розрахунку припливу води до гірничих виробок і водозаборів.

Необхідно вміти використовувати відомості про коефіцієнт фільтрації при розрахунку припливу води до гірничих виробок і водозаборів. Коефіцієнт фільтрації при цьому є найважливішим показником проникності різних порід і істотно змінюється від однієї породи до іншої.
Глини і суглинки є водотривкими породами і вироблення, пройдені в них, зазвичай безводні. Вироблення, розкривають піски, гравій та галечники, відрізняються підвищеними притоками підземних вод. Якщо вироблення розкриває весь пласт піску (гравію, гальки) і доведена до водотривкому пласта, то така вироблення називається досконалою (рис. 1). В цьому випадку стінками вироблення (колодязя, свердловини, канави) дренируются підземні води всього пласта (водоносного горизонту), а дно вироблення не фільтрує воду. Якщо виробіток не розкрила. водоносний горизонт на всю потужність і зупинена на водоносному шарі, будучи не доведеної до водотривкому пласта, то така вироблення називається недосконалою (рис. 1). Вона дренирует води тільки розкритої частини пласта, а вода фільтрується в вироблення як через стінки, так і через дно.

Мал. 1. Водозабірні колодязі: 1 - досконалого типу; 2 - недосконалого типу

Основний закон фільтрації.

Рух води в порах гірської породи математично виражається наступним чином:

де W ММВ - максимальна молекулярна вологоємність в частках одиниці; y ск - об'ємна вага скелета породи.

Витрата плоского потоку.

В умовах грунтового потоку найчастіше за все має місце так званий плоский потік, у якого струмені протікають більш-менш паралельно. Прикладом плоского потоку може служити рух грунтових вод від вододілу до річки (рис. 2).
Напірний градієнт для цього випадку складе

Середня потужність водоносного горизонту (висота перерізу на цьому відріз

Перш ніж підставити ці вирази напірного градієнта і середньої потужності водоносного горизонту в формулу Дарсі, відзначимо що площа поперечного перерізу (W) являє собою добуток номінальної середньої вихідної потужності водоносного горизонту на ширину потоку.

Мал. 2. Схема плоского потоку

Для визначення витрати плоского потоку води, що припадає на 1 м ширини потоку, званого одиничним витратою (q), формула прийме наступний вигляд:

Цей вислів отримало назву формули Дюпюї, яку можна використовувати для обчислення припливу води до досконалим (доведеним до упору) горизонтальним водозаборів - дренажним канавах.

Рішення задач по осушенню.

Приплив води до недосконалим дренажним канавах (q нс) становить частину припливу до досконалої канаві

де а - функція відносини розкритої потужності водоносного горизонту (h k) до загальної потужності (h) або наближенню

Для розрахунку загального водотоку до канави (Q) одиничний витрата множиться на довжину канави (Z), а в разі припливу по обидва боки канави загальний приплив подвоюється

При осушенні будівельного майданчика і сільськогосподарських угідь основним завданням є зниження початкового (статичного) рівня підземних вод. З цією метою будуються дренажні канави або виробляється безперервна відкачка підземних вод із свердловин (криниць). Рівень води, знижений діючими дренажними канавами або водозаборами (канави свердловинами, колодязями), називається динамічним. Різниця між відмітками статичного (початкового) і динамічного рівнів називається зниженням. Найбільша відстань від центру чинного водозабору до межі ділянки, в межах якого позначається вплив дренажу на положення рівня підземних віл називається радіусом впливу (R) дрени (рис. 3).

Мал. 3. Схема впливу досконалої дренажної канави на положення рівня підземних вод: R - радіус впливу канави; S - зниження рівня підземних вод; S x -зниження на відстані X метрів від канави; у х - динамічний рівень підземних вод на відстані X м від канви; h 2 - глибина води в канаві; h 1 -Статичний рівень підземних вод.

Формула Дюпюї для дренажної канави має вигляд

Для будівництва на осушаемой площі необхідно розрахувати, на якій відстані від фундаменту будівельного об'єкта треба закласти дренажну канаву, і якої глибини, щоб досягти необхідного зниження рівня води під будівельним об'єктом. З цією метою використовується формула

Розрахунок приток води до досконалим грунтовому криниці.

для водопостачання будівельних об'єктів і діючих підприємств за рахунок горизонтів підземних вод проектуються і будуються водозабори, що складаються з одиночних або грунтових свердловин (криниць).
При цьому можуть використовуватися як горизонти ненапорние вод, що залягають в безпосередній близькості від поверхні землі, так і горизонти напірних артезіанських вод, що залягають на певній глибині.
Ненапорние є горизонт грунтових вод, що має вільну поверхню, яка називається дзеркалом грунтових вод. Цей горизонт є першим від поверхні горизонтом підземних вод. Якщо дзеркало ґрунтових вод горизонтально, то говорять про басейні фунтових вод, а якщо воно розташоване похило, то розглядають потік грунтових вод, розвантажуються в сторону з найменшими відмітками рівня.
При тривалій відкачці води з досконалого ґрунтового колодязя навколо нього виробляється депрессионная воронка з певним радіусом впливу. У центрі цієї воронки знаходиться колодязь (свердловина).
Потік ґрунтових вод до колодязя має форму депрессионной воронки, радіально сходящейся до центру.
Формула для розрахунку припливу води (Q) до скоєного фунтовому колодязя вперше отримана Дюпюї і носить його ім'я.
Найпростіший вид цієї формули наступний:

де К - коефіцієнт фільтрації; h - потужність водоносного горизонту, м; S - зниження, досягнуте в результаті відкачування, м; R-радіус впливу колодязя (свердловини), м; г - радіус колодязя (свердловини) м.
Радіус впливу колодязя (свердловини) визначається зазвичай в польових умовах за допомогою спостережних свердловин, пробурених навколо експлуатаційної свердловини по системі радіальних променів. Можна визначити радіус впливу і наближено за формулою І.П. Кусакина

Формула розрахунку припливу води до скоєного грунтовому криниці, як показують досліди, може бути застосована тільки в разі, коли зниження рівня води не перевищує половини потужності водоносного горизонту.
Напірні води мають пьезометрические поверхню, тобто поверхня, на рівні якої встановлюється рівень в свердловині Якщо пьезометрические поверхня має позначки, що перевищують поверхню землі, то напірні води виливаються на поверхню і називаються самовиливаються.
Найбільш простий вислів формули, за якою можна розрахувати приплив води до скоєного артезіанського колодязя, має вигляд

г де М - потужність напірного пласта; R - радіус впливу, обчислений за формулою І.П. Кусакина, в якій Н - значення напору артезіанських вод, рівне найкоротшій відстані від підошви робочого пласта (до покрівлі водоупора) до п'єзометричного рівня, використовується у формулі Кусакина замість h.

I. Осушення підтоплюється території.

1. Накреслити схеми дренажної канави, а також досконалого і недосконалого (грунтового) колодязя із зазначенням таких параметрів, як радіус впливу, статичний і динамічний рівні, зниження, натиск.

2. Обчислити приплив води в досконалу дренажну канаву по обидва боки, проведену в водоносних алювіальних пісках другої надзаплавної тераси р. Сакмара і визначити на скільки знизиться
рівень води на певній відстані від канави. Розглянути наступний варіант (табл. 1) і зробити висновок про ефективність вжитих заходів по дренированию і обґрунтувати пропозиції щодо збільшення їх ефективності, врахувавши наявність капілярної облямівки над рівнем грунтових вод висотою 0.5 м.

II. Завдання з водопостачання за рахунок експлуатації досконалого ґрунтового колодязя

1. Розрахувати приплив води в досконалу свердловину, пробурену в алювіальних середньозернистих пісках першої надзаплавної тераси р. Ками за наступними варіантами (табл. 2) і визначити кількість свердловин, необхідних для водопостачання вашого будівельного об'єкту, побудувавши схему розміщення щодо грунтового потоку.
2. Обчислити наскільки відсотків зросте дебіт вчиненого фунтової колодязя при збільшенні зниження рівня води в колодязі на 100%, користуючись виразом 4.17 і даними, наведеними в табл. 3. Пояснити, як отримана вищенаведена формула

Вихідні дані для розрахунку припливу і зниження рівня ґрунтових вод при проведенні дренажної канави

III. Завдання з водопостачання за рахунок експлуатації досконалої артезіанської свердловини. Пласт пісковиків з напірної артезіанською водою залягає на глибині 40 м від поверхні землі. З метою водопостачання потрібно визначити дебіт досконалої свердловини діаметром 152 мм, пробуреної на цей пласт, питомий дебіт, а також в ичісліть, при якому зниженні рівня води буде отримано необхідний дебіт. Вихідні дані для розрахунків за спрощеним варіантом наведені в табл. 4.

Вихідні дані для розрахунків дебіту, питомого дебіту необхідного зниження п'єзометричного рівня для отримання необхідного дебіту досконалого артезіанського колодязя

Потужність пісковиків М, м

Коефіцієнт фільтрації К, м / сут

Первісне зниження S, м

Необхідний дебіт Q, м3 / добу

• Гідрогеологічні особливості території Предуралья і Урала]

• Рішення гідрогеологічних задач