Водозаборные сооружения для захвата подземных вод

Водозабор подземных вод — это комплекс гидротехнических сооружений, включающий каптажные устройства для приема воды из водоносного пласта, насосные станции для подъема воды, водоводы для сбора и транспортирования воды в сооружения по улучшению ее качества или в резервуары.

Тип и схему размещения водозаборных сооружений выбирают исходя из геологических и гидрологических условий. Тип сооружения зависит от глубины залегания водоносного пласта, его мощности и водообильности, условий залегания (характер пород, наличие давления в пласте и т. д.). Сооружения, применяемые для захвата подземных вод, можно разделить на следующие группы: скважины (трубчатые колодцы), шахтные колодцы, горизонтальные водозаборы, лучевые водозаборы, каптаж источников.

Водозаборные скважины — скважины для забора подземных вод, оборудованные, как правило, обсадными трубами и водоприемными устройствами, в основном фильтрами. В основу расчетов водозаборных скважин положены гидравлические и гидродинамические методы, позволяющие оценить понижение уровней и (или) напоров в водоприемных устройствах при заданном дебите в различные периоды. Дебит скважины — объем воды, выдаваемой скважиной в единицу времени.

В зависимости от геологических, гидрогеологических и санитарных условий района определяются конструкция скважины (рис. 4.11), ее глубина, диаметры колонн труб, тип водоприемной части водоприемника и оголовка скважины (рис. 4.12).

Рис. 4.11. Схема конструкции скважины:

1 — кондуктор; 2 — техническая колонна; 3 — эксплуатационная колонна; 4 — затрубная цементировка; 5 — соединительная муфта; 6 — сальник; 7 — фильтро вая колонна.

Рис. 4.12. Конструкция оголовка скважины:

а — надземный павильон; б — подземная камера; 1 — водоподъемный трубопровод; 2 — обсадная труба; 3 — шкаф электроуправления; 4 — электродвигатель насоса; 5 — вантуз; 6 — дифманометр расходомера При проектировании водозаборных скважин следует учитывать условия взаимодействия их с существующими или проектируемыми водозаборами, а также их влияние на окружающую природную среду.

В конструкции скважины необходимо предусматривать возможность проведения замеров дебита, уровня и отбора проб воды, а также производства ремонтно-восстановительных работ.

Диаметр эксплуатационной колонны труб в скважинах следует принимать при установке насосов: скважинного с трансмиссионным валом (двигатель установки над устьем скважины) — на 50 мм больше номинального диаметра насоса; погружного — равным типоразмеру насоса.

Для крепления скважин используют обсадные стальные муфтовые и электросварные трубы. Для крепления скважин глубиной до 250 м при свободной посадке обсадных труб допускается применять неметаллические трубы с обязательной затрубной цементацией.

При бурении следует предотвращать проникание поверхностных загрязнений и воды неиспользуемых водоносных пластов в скважину.

При устройстве скважины в рыхлых, неустойчивых скальных и полускальных породах необходимо устанавливать фильтры, которые предохраняют скважину от занесения в нее частиц грунта из водоносного пласта. Правильность выбранной конструкции и установки фильтра в значительной степени обеспечивают надежность работы скважины.

Тип и конструкцию фильтра принимают в зависимости от водоносной породы. Водоприемные устройства — фильтры различных типов должны быть ремонтопригодными, т. е. обеспечивать применение импульсных, реагентных и комбинированных (импульсно-реагентных) способов восстановления мощности водозаборов. После оборудования скважины фильтром проводят опытную откачку для определения удельного дебита скважины.

Водоподъемные устройства и аппаратуру управления ими в зависимости от местных условий можно размещать в павильоне (см. рис. 4.12, а) или в заглубленной камере (см. рис. 4.12, б).

Шахтные колодцы рекомендуется применять для забора воды, как правило, в первых от поверхности безнапорных и маломощных водоносных пластов, залегающих на глубине до 30 м.

При мощности водоносного пласта до 3 м устраивают шахтные колодцы совершенного типа с вскрытием всей мощности пласта; при большей мощности допускаются совершенные и несовершенные колодцы с вскрытием части пласта.

Шахтные колодцы, как правило, выполняют круглой формы в плане диаметром от 1 до 2,0 м. Стенки колодца могут быть из кирпича, бута, бетона, железобетона, древесины. На рис. 4.13 представлена схема устройства шахтного колодца из сборных железобетонных колец диаметром 2 м и высотой кольца 1 м.

Рис. 4.13. Шахтный колодец:

1 — железобетонное кольцо; 2 — глиняный замок; 3 — отмостка; 4 — фильтр

Горизонтальные водозаборы (ГВ) применяют при заборе воды из неглубоко залегающих водоносных пластов небольшой мощности.

Они состоят из водоприемника, забирающего воду из водоносного пласта; отводящих каналов или трубопроводов для отвода забранной воды в водосборный колодец, водосборного колодца и насосной станции.

По принципу устройства водоприемника горизонтальные водозаборы можно разделить на открытые каналы, каменно-щебеночные дрены, трубопроводные дрены и галереи.

Для системы временного водоснабжения применяют каменно-щебеночный горизонтальный водозабор. У водозаборной каменно-щебеночной дрены водоприемной частью является каменно-щебеночная призма, выложенная из рваного камня или щебня размером 30? 30 или 50? 50 мм, уложенная в траншеи. Перед засыпкой траншеи следует устраивать экран из глины или суглинка для предотвращения проникновения поверхностных вод в траншею.

Наиболее совершенный горизонтальный водозабор — трубчатая дрена. Водоприемник трубчатой дрены выполняют из дырчатых бетонных или железобетонных труб. Минимальный диаметр труб 150 мм. Нижняя часть трубы (не более 1/3 по высоте), по которой течет собранная вода, отверстий не имеет. Трубы укладывают с уклоном 0,007…0,001 в сторону водосборного колодца. Скорость течения воды в трубах должна приниматься не менее 0,7 м/с.

В особо ответственных системах водоснабжения устраивают водосборные галереи из сборных железобетонных элементов. Ширина галереи принимается 0,8…1 м, высота 1,2…2,0 м.

Водоприемные устройства горизонтальных водозаборов следует располагать поперек движения потока подземных вод для более полного их захвата.

Лучевые водозаборы представляют собой сооружения, состоящие из шахтного колодца и системы горизонтальных скважин, выходящих из нижней части шахты (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Разрез инфильтрационного лучевого водозабора (l — длина дрены).

Водоприемная часть водозаборов — горизонтальные трубчатые дрены (лучи), радиально расходящиеся от шахтного колодца и проложенные в водоносном слое посредством продавливания. Продавливание лучей осуществляют из шахтного колодца. Лучевые фильтровые трубы выполняют из перфорированных (щелевых) стальных труб. Из горизонтальных лучевых фильтров вода поступает в шахтный колодец.

Применение лучевых водозаборов для забора подрусловых вод позволяет получить чистую воду из рек и озер благодаря фильтрации ее через дно и берега.

Каптажные сооружения водозабора родниковых вод представляют собой камеры типа шахтных колодцев, устраиваемые в месте выхода воды на поверхность. По виду образования родникового потока родники можно разделить на восходящие и нисходящие. Восходящие потоки образуются в результате нарушения слоя, перекрывающего напорные водоносные пласты. Нисходящие родниковые воды образуются в результате выклинивания водоносных горизонтов (например, на склонах берегов, оврагов, балок, холмов). Каптаж заключается во вскрытии и устройстве сооружений, обеспечивающих наиболее полное использование источника и предохранение его от загрязнения поверхностными водами. Конструкция каптажного сооружения зависит от вида потока.

На рис. 4.15 приведен пример каптажа восходящего потока родниковых вод, обеспечивающего поступление воды через днище колодца.

Рис. 4.15. Каптаж восходящего потока:

1 — расходная труба; 2 — переливная труба; 3 — колодец; 4 — вентиляционная труба; 5 — растительный слой; 6 — глиняно-щебеночная отмостка; 7 — плотно утрамбованный глиняный грунт; 8 — скальный грунт; 9 — слой гравия; 10 — нагорная канава При наличии нисходящего родника применяют сооружение, которое обеспечивает поступление воды через отверстия в стенке камеры. Для наиболее полного захвата нисходящего потока устраивают улавливающие стенки. В зависимости от мощности родниковых вод они могут использоваться для водоснабжения как небольших населенных пунктов, так и для крупных городов.