Гидрогеологическое обоснование и проект водозабора подземных вод

Курсовой проект имеет своей целью закрепление полученных теоретических знаний и развитие навыков самостоятельной творческой работы и практического применения полученных знаний для решения одной из важнейших водохозяйственных задач — обеспечение водоснабжения народнохозяйственных объектов.

В соответствии с этим в курсовом проекте решаются следующие задачи:

определение размеров водопотребления;

оценка качества воды и выбор источника водоснабжения;

выбор метода оценки эксплуатационных запасов подземных вод;

анализ гидрогеологических условий объекта, их схематизация и обоснование расчетной схемы;

обоснование количества и схемы расположения водозаборных скважин;

выбор расчетного метода, расчетных формул и выполнение гидродинамических расчетов (гидрогеологическое обоснование);

обоснование схемы водоснабжения и гидравлический расчет водопроводной сети;

обоснование конструкции водозаборных скважин и их оборудования;

организация зон санитарной охраны проектируемого водозабора.

1. Исходные данные задания на проектирование

Курсовой проект составлен на основе следующих данных технического задания на организацию системы водоснабжения жилого поселка и промышленного предприятия. Население в поселке с учетом перспективы его развития жителей. На промышленном предприятии будет работать от величины, то есть 11 250 человек. На предприятии по техническим условиям эксплуатации предлагается работа в горячих цехах (с тепловыделением 20 ккал на). В этих горячих цехах будет занято от величины, т. е. 450 человек. Работу предлагается выполнять в 3 смены (). На технологические нужды предприятия будет расходоваться. Режим подачи в оды на предприятие специально не оговаривается.

Жилой поселок проектируется на расстоянии 700 м от предприятия. В плане жилая застройка имеет вид прямоугольника с соотношением сторон 1:3. Здания в поселке будут высотой этажа. Каждое здание проектируется оборудовать внутренним водопроводом без ванн и с канализацией.

Абсолютная отметка поверхности земли в районе жилого поселка и промпредприятия 200 м. В 300 м от поселка располагается местное повышение в рельефе с отметкой 218 м, на котором предполагается строительство водонапорной башни. Месторасположение проектируемого поселка удалено от участка, где разведаны запасы подземных вод на расстояние 1100 м. Абсолютная отметка поверхности земли в районе будущего водозабора — 213 м.

1.1 Гидрогеологические условия разведанного месторождения подземных вод

Месторождения подземных вод приурочены к рыхлым, песчаным верхнечетвертичным отложениям pQIII мощностью до 50 м. Подстилаются водоносные отложения водонепроницаемыми глинами палеогена P2+3, залегающими горизонтально. Вскрытая мощность глин, по данным разведочного бурения, составляет 25−30 м. На расстоянии L=1 км на север от участка детальной разведки на поверхность выходят гранито-гнейсы архейского возраста, имеющие линейное простирание с запада на восток и вертикальное падение. Интрузивные породы имеют микротрещиноватую текстуру. В процессе детальной разведки получена следующая информация. Мощность водоносного горизонта h составляет в среднем 40 м, коэффициент фильтрации К=5 м/сут, водоотдача, коэффициент фильтрации микротрещиноватых гранито-гнейсов составляет в среднем К=0,005 м/сут. Поток грунтовых вод в четвертичных отложениях движется с запада на восток, естественный уклон потока J=0,001. Ниже по потоку в 4-х км располагается действующий в течение пяти лет водозабор, производительностью Q =5 тыс м3/сут.

При прогнозе водозабора на расчетный срок 25 лет (суток) необходимо учитывать восполнение запасов грунтового водоносного горизонта за счет сработки упругих и емкостных запасов пласта.

Качество подземных вод изучено по достаточному количеству химических анализов проб, отобранных из разведочных скважин. Показатели качества воды сведены в таблицу № 1

1.2 Определение размеров водопотребления

Учитываем основные категории водопотребления.

1. Расход воды для хозяйственно-питьевых нужд в поселке определяем исходя из числа его жителей по формуле:

где — коэффициент перевода литров в; - коэффициент, учитывающий расход воды на местные нужды и неучтенные расходы (обычно); - среднесуточная норма водопотребления на 1 человека в, определяемая по СНиПу, в зависимости от степени благоустройства и природно-климатических условий района проектируемого водоснабжения. В нашем случае норма водопотребления на 1 жителя определена по таблице 3 СНиПа равной 145 .

Тогда, с учетом нужд местной промышленности и неучтенных расходов воды, получим:

2. Суммарный расход воды на благоустройство территории при отсутствии данных о площадях зеленых насаждений и проездов определим по формуле:

где — норма расхода на поливы, исчисляемой на одного жителя. Определяется по СНиПу табл. 6, приложение 1. ;

Тогда получаем:

3. Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды предприятия определяем исходя из численности работающих в холодных и горячих цехах и соответствующих им норм расхода воды на 1 работника в смену и (таб. 7 СНиПа) по формуле:

где и — соответственно количество душевых сеток и норма расхода воды на 1 душевую сетку (определяются по СНиПу в зависимости от характера производственного процесса);

— количество смен.

Здесь нормы водопотребления определяются таб. 7 СНиПа, так что и .

Расход воды на 1 душевую сетку нормируется СНиПом п. 3.8, получаем:

Обычно принимают:

где — количество человек на 1 душевую сетку (в зависимости от санитарных условий производственного процесса по табл. 8 СНиПа, принимаем). В горячих цехах производственный процесс вызывает загрязнение рук и одежды. Тогда

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды предприятия будет равен:

4. Расход воды на производственные нужды предприятия задан техническим заданием на организацию водоснабжения и составляет величину равную

5. Расход воды для целей наружного пожаротушения (пожарный запас воды) определяется исходя из расчетного количества одновременных пожаров, их расчетной продолжительности, нормы расхода воды на пожаротушение и максимального времени восстановления пожарного запаса по формуле:

где исходные для расчетов данные, ,, определяются по СНиПу (таб.10, пп 3.19, 3.26), в зависимости от количества жителей в поселке и этажности зданий.

В нашем случае, ,, .

Получаем:

6. Общие размеры водопотребления (или суммарная производительность будущего водозабора) определим как сумму расходов по всем видам водопотребления, по формуле:

Эта величина должна быть обеспеченна суммарным дебитом проектного водозабора. Эту же величину определим в размерности :

.

1.3 Оценка качества воды

Водоснабжение поселка будет организованно за счет использования грунтовых вод, приуроченных к рыхлым, песчаным верхнечетвертичным отложениям. Подземные воды характеризуются невысоким качеством физических свойств (присутствие мутности) и благоприятными бактериологическими показателями. Данные о химическом составе подземных вод в пределах изученного месторождения, а также предельнодопустимые концентрации (ПДК) компонентов в соответствие с требованиями ГОСТ-2874−82 «Вода питьевая», «Гигиенические требования и контроль за качеством» представлены в таблице № 1.

Таблица № 1 — Оценка качества воды

Анализ данных, характеризующих качество подземных вод позволяет сделать вывод о завышении общей жесткости. В этом случае требуется смягчение воды. Так же требуется провести обеззараживание воды, т.к. наблюдается бактериологическое загрязнение и мутность.

1.4 Мероприятия по улучшению качества воды

Умягчение воды. Для умягчения воды следует применять следующие методы: для устранения карбонатной жесткости — декарбонизацию известкованием; для устранения карбонатной и некарбонатной жесткости — известково-содовое смягчение, натрий-катионовое умягчение или водород-натрий-катионовое умягчение. Проектируем метод реагентной декарбонизации воды. При этом остаточная жесткость умягченной воды может быть получена на 0.4 — 0.8 мг-экв/л больше некарбонатной жесткости. В качестве реагента используют известь в виде известкового молока. В качестве коагулянтов применяют FeCl3 или FeSO4 в количестве 25 — 35 мг/л.

Обеззараживание воды. Для уменьшения количества бактерий, содержащихся в подземной воде, проводится обеззараживание воды. Проектируем использование наиболее распространенного метода обеззараживания — хлорирования воды.

Введение

хлорсодержащих реагентов будет осуществляться перед подачей воды в бак водонапорной башни. Необходимая доза для обеззараживания воды принимается в концентрации 0.7 мг/л газообразного хлора. Газообразный хлор подается в водопроводную сеть непосредственно через эжектор, создающий разрежение в хлораторе. После введения хлора в обрабатываемую воду необходимо обеспечить не менее тридцати минутный их контакт. Это будет достигаться в резервуаре станции обработки воды перед водонапорной башней. На выходе из контактного резервуара содержание остаточного хлора не должно превышать 0.3 — 0.5 мг/л. Для поддержания содержания остаточного хлора в пределах заданной величины следует в процессе эксплуатации корректировать концентрацию дозы подаваемой для обеззараживания.

1.5 Анализ природных условий, их схематизация и обоснование расчетной гидрогеологической схемы

гидрогеологический месторождение подземный вода

Подземные воды разведаны в верхнечетвертичных отложениях, содержащие грунтовые воды.

Гидрогеологические условия разведанного месторождения можно охарактеризовать как достаточно простые, что позволяет использовать для оценки запасов гидродинамический метод, который в свою очередь, требует схематизации гидрогеологических условий и их представление в виде типовой расчетной схемы.

Схематизация гидрогеологических условий — это обоснованное упрощение с целью построения расчетной схемы, применительно к выбранному методу решения задачи. Упрощение выполняется последовательным анализом гидродинамических особенностей потока с использованием критериев, позволяющих качественно и количественно оценить допустимость предполагаемого упрощения.

Гидравлическое состояние пласта. Пласт грунтовых вод мощностью до 50 метров.

Граничные условия. Подстилаются водоносные отложения водонепроницаемыми глинами палеогена, залегающими горизонтально.

На расстоянии L=1 км на север от участка на поверхность выходят гранито-гнейсы архейского возраста, имеющие линейное простирание с запада на восток и вертикальное падение.

Ниже по потоку в 4-х км располагается действующий в течение пяти лет водозабор.

Т.о. по границе в плане расчеты можно вести по методу Бочевера либо принять жесткую схему (полуограниченный пласт), что мы и сделаем.

Уклон водоупорного ложа. Данных об уклоне водоупора нет, поэтому примем его горизонтальным.

Строение фильтрационной среды. Данных о фациальной изменчивости водовмещающих пород нет, следовательно, можем считать пласт условно-однородным. Т.к. среда условно однородная, то заданные значения принимаем за средние: = 0,15, а =1,3105 м/сут, Т =200 м2/сут.

Режим фильтрации. При работе водозабора, в условиях полуограниченного пласта, будет иметь место плановорадиальная фильтрация.

Форма границ потока. Единственная граница это выход обводненных песков на поверхность, примем ее горизонтальной.

Источниками формирования эксплутационных запасов будут естественные запасы грунтовых вод.

Структура потока. В естественных условиях будет плоско — параллельная, а при работе водозабора в условиях полуограниченного пласта, будет иметь место планово — радиальная фильтрация.

1.6 Обоснование количества и схемы расположения водозаборных скважин

Наиболее оптимальной схемой расположения водозаборного ряда в рассматриваемых гидрогеологических условиях, является линейный ряд, расположенный параллельно области выхода водоносных пород на поверхность. При этом определяется расчетная водозахватная способность водозаборных скважин Qс. Последняя, в свою очередь, рассчитывается, исходя из допустимой входной скорости воды в фильтр и площади рабочей части фильтра F

Vвх = 65=65 = 111,1 м/сут

F =2r0 lф = 23,140,115 = 9,4 м²,

Длина фильтра составляет 15 метров, радиус скважины в таких расчетах принимается равным 0,1 м.

Тогда дебит одной скважины c учетом коэффициента запаса равен:

Расcчитаем количество скважин, обеспечивающих рассчитанную потребность в воде по формуле:

т.е. принимаем количество скважин, равное 11.

Уточненный дебит одной скважины

С требованиями СНиПа (п. 5.41) предусматривается две резервные скважины.

1.7 Выбор метода расчета и расчетных формул. Обоснование вариантов для расчета

Прогноз работы водозабора из подземных вод будем осуществлять методом обобщенных систем скважин. Метод заключается в том, что большое число взаимодействующих скважин (больше трех) заменяется «обобщенной системой». Понижение уровня подземных вод, вызванное действием обобщенной системы, меньше понижения уровня в самих скважинах, поскольку при этом исключается из рассмотрения зона наибольшей деформации потока вблизи скважины. Поэтому полное понижение SP выражается суммой:

где SP — понижение уровня в районе i-ой скважины, обусловленное действием обобщенной системы;???SW -?дополнительное понижение уровня в самой j-ой скважине.

Величина SC определяется дебитом скважины, расстоянием между скважинами, конструкцией фильтра скважины и его несовершенством. Для линейного ряда скважин:

где? — половина расстояния между скважинами; r0 — радиус скважины, равный 0,1; - показатель несовершенства скважины по степени вскрытия пласта, L — расстояние до закрытой границы

Величина Sw определяется суммарным водоотбором Qобщ, внешними граничными условиями пласта, схемой расположения водозаборных скважин. Определение Sw выполняется по формулам для понижения в одиночной скважине:

где rпр=0,37*брадиус приведённый, м.

Чтобы учесть действие соседнего водозабора, необходимо определить понижение, создаваемое в проектируемом водозаборе, соседним. Оно определяется по формуле:

где: Qсум — суммарный дебит соседнего водозабора;

ri и i — расстояния от проектируемого водозабора соответственно до реального и до отображенного соседнего водозабора;

t1 — время работы соседнего водозабора, равное 5 годам или 1825 суткам.

Соответственно итоговое понижение в скважинах проектируемого водозабора будет вычисляться:

Для установления оптимальной (по гидродинамическим показателям) схемы расположения скважин требуется выполнять повариантные расчеты, варьируя размерами водозабора.

1.8 Гидродинамические расчеты по прогнозу условий работы проектируемого водозабора

Определим оптимальное минимальное расстояние между скважинами, при котором понижение в пласте от действия водозабора к концу расчетного периода его работы не превысит допустимого понижения

Тогда в нашем случае при допустимом понижении Sдоп=0,5Н=20 м, и с учетом размещения насоса принимаем длину фильтра lф = 15 м. Радиус фильтра r0 = 0,1 м.

При оптимизации схемы водозабора определяются варианты с расстоянием между скважинами 50,100,200,250,500 м.

Рис. 2 График зависимости понижений от расстояния между скважинами и влияния соседнего водозабора

Зависимость понижений в пласте при действии водозабора от расстояния между водозаборными скважинами показана на рисунке 2.

При расстоянии между скважинами 2б=2000 метров, Sp Sдоп. Т. е. берём расстояние между скважинами, равное 2000 метров.

Итоговое понижение в скважинах проектируемого водозабора будет равным 23,39 метра при расстоянии между скважинами 500 м.

Понижение в расчетной скважине больше допустимого (S>Sдоп), однако, при расчете водозабора допускается принимать расчетное понижение не превышающее 0.6 мощности водоносного пласта. А так как это условие выполняется (0.6•40=24м), то имеем право принять S=23,4 м как окончательную величину понижения.

Баланс составляющих эксплуатационных запасов.

Под эксплуатационными запасами понимают то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям их целевого назначения в течение всего расчетного срока водопотребления.

Структуру эксплуатационных запасов подземных вод по источникам их формирования во времени отражает гидрограф эксплуатационных запасов.

В данном случае, когда водозабор проектируется в условиях грунтового потока при отсутствии инфильтрационного и других видов питания, эксплуатационные запасы будут обеспечиваться за счет сработки гравитационных и емкостных запасов. Гидрограф их приведен на рисунке 3.

Qсум, м3/сут

8685,5 м3/сут

10 000сут t, сут

Рис. 3. Гидрограф эксплуатационных запасов подземных вод.

1.9 Выбор схемы водоснабжения объектов

Рассматриваемая система водоснабжения предназначена для поселка с числом жителей N = 25 тыс. чел. и по этому признаку относится ко II категории надежности подачи воды (СНиП, п. 1.3, табл.1). В системах этой категории допускается снижение подачи воды не более 30% в течение до 1 месяца или перерыв в подаче воды в течение до 5 часов. Для обеспечения этих требований и в соответствии с п. 8.5 СНиПа необходимо запроектировать кольцевой тип водопроводной сети в пределах поселка. Конфигурация водовода внутри поселка повторяет контуры жилого массива, имеющего вид прямоугольника с соотношением сторон 1:3 (согласно техническому заданию на проектирование). Размеры водовода внутри поселка определяются исходя из оценки площади, которую он должен охватывать. Эта площадь F рассчитывается в зависимости от численности населения в поселке N, нормы жилого массива на одного жителя f = 25 м² и этажности зданий в поселке Э по формуле:

.

Обозначив сторону через a, запишем его площадь как F=a2, откуда получим

Длинная сторона прямоугольника равна .

Расстояния между водозабором, башней, поселком и промышленным предприятием определены техническим заданием на проектирование. Для подачи воды на предприятие проектируется тупиковая водопроводная сеть, в пределах поселка — кольцевая, в целом проектируется комбинированная водопроводная сеть.

Учитывая, что предполагается улучшение качества подземной воды перед подачей ее потребителям, необходимо в схеме водопровода предусмотреть сооружения по обработке воды. Эти сооружения расположим непосредственно перед водонапорной башней. После обработки воды для подачи ее в бак водонапорной башни проектируем насосную станцию II подъема. Ее производительность равна среднесуточной потребности в воде, величина напора должна обеспечивать подъем воды в бак башни и его наполнение.

Схема водопровода представлена на рис. 5.

Разбиваем водопроводную сеть на участки, характеризующиеся одинаковыми режимами работы. Такими участками будут являться водозабор — башня (1 — 2), башня — поселок (2 — 3), поселок — предприятие (5 — 7). Внутри поселка можно выделить дополнительно участки с одинаковыми режимами работы (3 — 4; 4 — 5; 5 — 6; 6 — 3).

1.10 Гидравлический расчет водопроводной сети

Гидравлический расчет водопроводной сети выполняется с учетом неравномерности водопотребления, т. е. для самых неблагоприятных условий ее работы. Такие условия возникают в часы и сутки максимального водопотребления с учетом того, что в это же время осуществляется тушение расчетного количества пожаров. При этом в самой неблагоприятной точке сети (самой далекой или самой высокой) должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы сети свободный напор Hсв, величина которого определяется по формуле: .

1. Определение максимального водопотребления.

Максимальные размеры водопотребления, необходимые для расчета сети определяем по всем рассмотренным категориям с учетом коэффициентов суточной и часовой неравномерности водопотребления. При этом не учитываем расход воды на прием душа, поливы территории промпредприятия и поселка, мойку оборудования и другие нужды предприятия, что является допустимым.

Учитываем основные категории водопотребления.

Хозяйственно-питьевые нужды в районе жилой застройки определим по формуле:

где , — коэффициенты суточной и часовой неравномерности водопотребления, определяемые по СНиПу в зависимости от характеров объектов водопотребления (п. 3.3). Для рассматриваемого случая данные коэффициенты равны, (при и).

Окончательно получаем:

2. Использование воды на благоустройство территории согласно п. 3.4 и таб.5 СНиПа в период максимального водопотребления не допускается. Поэтому .

Хозяйственно-питьевые нужды на промышленном предприятии определим по формуле:

где , — коэффициенты часовой неравномерности водопотребления соответственно в холодных и горячих цехах (определяется по таблице 7 СНиПа), — длительность рабочих смен в цехах.

Подача воды в душевые сетки в час максимального водопотребления не предусматривается согласно табл.5 СНиПа. Подставляя расчетные значения имеем:

4. Расход воды на наружное пожаротушение при одновременном возникновении расчетного количества пожаров определяется в предположении, что загорание произойдет в час максимального водопотребления по формуле:

Тогда в рассматриваемой ситуации

5. Режим подачи воды, используемой на технологию промышленного производства в техническом задании специально не оговаривается. В данном случае принимаем расходование воды равномерным в течении всего периода работы предприятия и определяем по формуле:

подставляя расчетные значения получаем

6. Общая величина расхода воды в час максимального водопотребления определяется по формуле:

3.Определение расчетных расходов на участках водопроводной сети.

Для выполнения гидравлического расчета водопроводная сеть разбивается на участки аналогичные по условиям их работы, для каждого из которых определяем так называемый расчетный расход, учитывающий отдачу воды непосредственно в пределах рассматриваемого участка (путевой расход) и транспортировку воды, предназначенной для отдачи на последующих участках. Считаем, что водоотдача происходит равномерно по всей длине водопровода.

Расчет ведем на расходы воды в час максимального водопотребления. Величину расчетного расхода определяем по общей формуле:

Очевидно, что на участках где нет потребителей (1—2, 2—3, 5—7) весь расчетный расход будет транзитным. На участках водопроводной сети, где происходит потребление воды, расчетный расход определяется как сумма по общей формуле.

На участке 3—4 происходит потребление воды для хозяйственно-питьевых нужд поселка. Расход воды, идущий на потребление в пределах расчетного участка, выступает как путевой расход. Весь расход воды на нужды промышленного предприятия проходит через водоводы в поселке транзитом. Транзитным следует считать расход воды для пожаротушения, так как наиболее неблагоприятной при возникновении пожара является самая удаленная точка в поселке, в которую воду необходимо транспортировать через весь поселок. Кроме того транзитным для расчетного участка в пределах поселка является также расход воды, который будет использован на участке следующим за расчетным.

Магистральный водовод в пределах поселка запроектирован кольцевым. При нарушении водовода на одном участке обеспечение водой должно оставаться не ниже 70% максимальной часовой потребности (п. 1.3,табл.1 СНиПа). Поэтому при определении расчетных расходов на участках сети необходимо выполнить два расчета: 1) на полную нагрузку сети при работе всех участков и 2) на 0,7 от полной нагрузки при условии возникновения аварийной ситуации в наиболее неблагоприятном участке. Наиболее неблагоприятным с точки зрения аварийной ситуации в рассматриваемой кольцевой сети является участок 3—6 (или 3—4). При нарушении водовода на этом участке водовод между точками 3—4—5 оказывается наиболее нагруженным транзитным расходом для подачи его в район участков 3—6.

Расчетный расход при нормальной работе сети на участке 3—4 будет рассчитываться по формуле:

Величина потребления на предприятие и на пожаротушение берется с коэффициентом 0,5, так как транспортировка осуществляется по двум водоводам 3—4—5 и 3—6—5. Здесь и величина потребления воды для хозяйственно-питьевых нужд на участках 3—4 и 4—5. Учитывая, что вода в поселке для хозяйственно-питьевых нужд в поселке используется равномерно в пределах всей его территории, считаем, что величина потребления на разных участках пропорциональна длине этих участков. Тогда

Расчетный расход в аварийной ситуации рассчитаем как

Подставляя все расчетные значения получаем:

Учитывая, что расход в аварийной ситуации больше, чем расход при нормальной работе сети, окончательно принимаем .

В дальнейшем определяем расчетные расходы только в аварийной ситуации.

Выбор диаметров труб и расчет потерь напора на выбранных участках

Подбор диаметров водопроводных труб в зависимости от расчетных расходов на выделенных участках сети производим используя таблицы Шевелева, обобщающие результаты специальных исследований и расчетов потерь напора в трубах различных диаметров. При подборе диаметра труб по известной величине расчетного расхода ориентируемся на обеспечение движения воды в трубах со средней экономичной скоростью, отвечающей минимальному значению суммарных затрат на строительство водоводов и подачу по ним воды (в нашем случае, при диаметре труб до 400 мм). В таблицах так же указанны потери напора на 100 м длины водовода.

Результаты выполненного подбора диаметров и расчета потерь напора сведены в таблице № 2. Для участка 2—3 расчетный расход указан для одной трубы, т. е. для .

Таблица 2 — Выбор диаметров труб и расчет потерь напора

5.Определение пара метров отдельных элементов водопроводной сети.

1. Для компенсации несовпадения в режимах подачи и потребления воды в систему водоснабжения вводят регулирующие резервуары, в нашем случае эта роль отведена баку водонапорной башни, который должен иметь достаточную емкость. При определении емкости бака Vб водонапорной башни учитываем необходимость хранения, а нем пожарного запаса воды и содержание регулировочного объема Vб (обычно принимается в размере среднечасового расхода воды с учетом обеспечения всех видов водопотребления, т. е. Vб). Таким образом

Vб

Vб

2. При известной емкости бака и его форме (принимаем цилиндрическую) легко определяем его размеры. В данном случае диаметр бака можно определить по формуле:

Подставляя расчетные значения получаем:

При этом высота столба воды в баке по конструктивным соображениям принимается в размере, т. е.

3. Гидравлический расчет водопроводной сети выполняется с учетом неравномерности водопотребления, т. е. для самых неблагоприятных условий ее работы. Такие условия возникают в часы и сутки максимального водопотребления с учетом того, что в это же время осуществляется тушение расчетного количества пожаров. При этом в самой неблагоприятной точке сети (самой далекой или высокой) должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы свободный напор, величина которого определяется по формуле:

где — этажность зданий в жилом поселке, тогда

4. Напоры насосных станций и высота башни определяем исходя из функций этих узлов в системе водоснабжения. Высота водонапорной башни, основной задачей которой является подача воды потребителям в часы максимального водопотребления при обеспечении свободного напора во всех точках сети, определяется по формуле:

где — сумма потерь напора в трубах водопроводной сети от башни до расчетной точки, м; - разность отметок поверхности земли в расчетной точке и у башни.

Учитывая, что поселок и промышленное предприятие располагаются на одинаковых абсолютных отметках поверхности земли (+200 м) расчетная точка выбирается как самая удаленная. Такой точкой будет промышленное предприятие (точка 7).

Тогда

5. Высота напоров в насосах, устанавливаемых в скважинах (I подъем) и подающих воду непосредственно к водонапорной башне определяется по формуле:

где: — заглубление насоса под динамический уровень (=2м);

Hcт — глубина залегания статического уровня подземных вод от поверхности земли у башни и водозабора (Hcт= 10 м);

Z1−2 — разность абсолютных отметок поверхности земли у башни водозабора (Z1−2 =18 м);

h1−2 — потери напора на участке 1−2 (h1−2 = 3.255 м).

Расход воды при работе насосов на станции I подъема в течение 23 часов в сутки равен:

6. Высота напора на насосах в насосной станции после сооружений по обработке воды (II подъем) определим по формуле:

Расход воды при работе насосов на станции II подъема в течение 23 часов в сутки (1 час — ремонт и профилактика) составляет:

1.11 Обоснование конструкции водозаборных скважин и их оборудования

Выбор насосного оборудования.

Глубина динамического уровня воды в скважинах превышает 20 м. Это обстоятельство предопределяет необходимость использования погружных электронасосов на станции I подъема. Требуемая высота напора насосов составляет НIп = 54 м, расход воды ;

Этим показателям соответствует насос типа ЭЦВ 8−40−65. Его характеристики (справочник «Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду», стр. 176−177):

подача 40м3/час;

напор 60 м;

число ступеней насоса 5;

тип электродвигателя ПЭДВ11−180;

масса электронасоса 145 кг;

мощность 11Вт;

напряжение 380В;

Диаметр эксплуатационной колонны, где должен находиться насос, равен 204 мм.

Насосы такого типа будут установлены во всех скважинах станции I подъема.

Для подачи воды из сооружений по ее обработке в водонапорную башню проектируется использование поверхностного электронасоса. Требуемая высота напора составляет НIп = 26,2 м, расход воды ;

Для обеспечения водоподачи с этими параметрами на станции II подъема проектируется использование насосов типа 4К-12 со следующими характеристиками:

Подача, м3/час 65 — 120

Высота нагнетания, м вод. ст. 28 -37,7

Тип и мощность двигателя, квт 14

Диаметр входного патрубка, мм 100

Вес насоса, кг 99

Зазор на сторону, мм 25

Требования к конструкции водозаборной скважины

Глубина и конечный диаметр скважины определяются необходимостью вскрытия водоносного горизонта в верхнечетвертичных песчаных отложениях на полную мощность. Таким образом, глубина скважины должна быть не менее 50 м, конечный диаметр бурения — должен обеспечивать установку фильтра диаметром не менее 8 (216мм). Фильтр может устанавливаться впотай на сальнике. Техническая колонна должна обеспечивать беспрепятственный спуск и подъем погруженного насоса. Учитывая размеры насоса диаметр технической колонны принимаем равным 254 мм, глубина 36 м. Для укрепления верхней части ствола скважины проектируется направляющая колонна, имеющая диаметр 325 мм, глубина которой 7 м. Затрубные пространства направляющей и технической колонн цементируются до устья скважины. Глубина установки погружного насоса зависит от глубины динамического уровня. В конкретном случае, насос будет располагаться на глубине 10+22.4+3=35.4м. Насосный агрегат должен быть погружен на 3−5м. Под динамический уровень (рис.4).

1.12 Расчет и обоснование зон санитарной охраны (ЗСО)

Для предотвращения загрязнения подземной и поверхностной воды в зоне водозабора останавливаем ЗСО. Учитывая, что водозабором эксплуатируются грунтовые воды границы ЗСО-1 пояса (зона строгого режима) устанавливаются в радиусе 50 метров вокруг каждой скважины. В пределах этой зоны посторонним лицам, не связанным с эксплуатацией водозабора, вход воспрещен. Здесь исключается всякая хозяйственная деятельность не связанная с водообеспечением, запрещается проживание людей.

ЗСО 2 пояса (зона ограничений) выделяется в пределах области, где необходимо предохранить водоносный пласт от попадания в него загрязнений, причем существует опасность попадания этих загрязнений в водозаборные скважины при миграции их по пласту. Границы этой области определяются гидродинамическим и балансовым расчетом. В потоке подземных вод формируется зона захвата. Она ограничена нейтральной линией тока, внутри которой располагаются частицы воды рано или поздно достигающие скважин. Вне зоны захвата частицы воды под влиянием фильтрационного потока проходят мимо скважин, т. е. никогда в них не попадают. Для построения НЛТ можно ограничиться точками ее пересечения с осями X и Y и определить асимптоту линии:

при y=0×0 = Q/2?TI0

при х=0 y0 = Q/4TI0

при х>? y=Q/2TI0

где: I0 — напорный градиент (I0 = 0.001)

x0=8685,5/2•3.14•200•0.001=6376.4м

y0=8685,5/4•200•0.001=10 010.9м

y=8685,5/2•200•0.001=20 021.9м

Теперь необходимо определить область пласта внутри НЛТ, в пределах которой частицы воды попадут в водозаборные скважины за определенный период времени. Самоочищение подземных вод от бактериального загрязнения происходит за 400 суток. Самоочищение от химических загрязнений происходит гораздо медленнее — оно соизмеримо с расчетным сроком эксплуатации. Поэтому расчет может быть выполнен на два срока — 400 суток и 25 лет по формуле:

Для бактериального загрязнения:

Для химического загрязнения:

По абсолютной величине R меньше х, поэтому граница ЗСО-2 совпадает с этой окружностью. В этой зоне запрещена всякая деятельность, которая может привести к загрязнению подземных вод. В нашем случае — промышленное и гражданское строительство, сооружение отстойников, шламои хвостохранилищ.

Третья зона ЗСО-3 — наблюдений за изменением уровня подземных вод и дебитом родников, использованием подземных вод другими водозаборами. Размеры этой зоны определяются из условия распространения влияния водозабора по пласту и обратного влияния возмущения в пласте на работу водозабора. В нашем случае радиус этой зоны определяется:

где: t — период эксплуатации, сут.

1.13 Перспективы организации искусственного пополнения запасов подземных вод

Поскольку разведанное месторождение подземных вод располагается в условиях, где нет поверхностных водотоков или каких-либо других источников пополнения запасов, то искусственное пополнение запасов подземных вод в данном случае не представляется возможным.

Заключение

1. Потребность в воде для проектируемого жилого поселка и промышленного предприятия составляет 8685,5 м3/сут;

2. Подземные воды разведаны в верхнечетвертичных песчаных отложениях;

3. Проектный водозабор состоит из 12 линейно расположенных скважин. Длина ряда — 5000 м. Максимальное снижения уровня в центральной скважине 23.4м, что, хотя и превышает допустимое понижение, может быть принять;

4. Качество подземных вод в целом удовлетворяет требованием ГОСТ-2874−82. Неудовлетворительным является избыточная жесткость воды. В процессе эксплуатации предполагается произвести улучшение свойств воды;

5. Для обеспечения поселка принят кольцевой тип сети с расположением водоводов по контуру жилого массива. Свободные напоры в магистральных сетях на территории поселка и предприятия обеспечиваются водонапорной башней, высота которой 26.2м;

6. Подача воды из скважин в бак осуществляется насосами первого и второго подъемов. Насосы первого подъема типа ЭЦВ 8−40−65 установлены в скважинах, насосы второго подъема типа 4К-12 после станции обеззараживания воды;

7. Вокруг водозаборных скважин устанавливаются три зоны санитарной охраны. ЗСО-1 — радиуса 50 м, ЗСО-2 радиуса 6376.4м и ЗСО-3 радиуса 5476.5м.

Башкатов Д.Н., Сулакшин С. С. Справочник по бурению скважин на воду. М., «Недра», 1979.

Бочевер Ф. М. Расчеты эксплуатационных запасов подземных вод. М., «Недра», 1968.

Кононов В.М., Ленченко Н. Н. Методическое руководство по курсовому проектированию по дисциплине «Водное хозяйство». М. 1991.

Ленченко Н.Н., Лисенков А. Б., Данилов В. В. Практикум по курсам «Водное хозяйство» и «Поиски и разведка подземных вод». М., 1990.

СниП 2.04.02−84. Водоснабжение наружной сети и сооружения. М., Госстрой, 1997.