Схематизация гидрогеологических условий

Целевой водоносный горизонт верхнечетвертичных и современных аллювиальных и аллювиально-делювиальных отложений распространен в долинах рек Сев. Донец и Калитвенец и имеет прямую гидравлическую связь с поверхностными водами. Хотя проектируемый водозабор находится близко к границе распространения целевого водоносного горизонта (в 250−500 м) и удален от реки на расстояние от 800 м до 2 км, расчеты следует производить для водозаборных сооружений в полуограниченных пластах с границей постоянного напора (q = const) по контуру русла реки.

Подсчет эксплуатационных запасов подземных вод

Суммарная потребность в воде питьевого качества населенных пунктов Каменского и Белокалитвинского административных районов Ростовской области (х. Верхнеясиновский, х. Липов, п. Васильевский и ст-ца Калитвенская, а также п. Коксовый) на 2010 г. составляет 3356 м³/сутки, в том числе: х. Верхнеясиновский — 293 м³/сутки, х. Липов — 20 м³/сутки, п. Васильевский — 367 м³/сутки, ст-ца Калитвенская — 429 м³/сутки и п. Коксовый — 2247 м³/сутки.

Калитвенский участок подземных вод характеризуется относительно простыми гидрогеологическими условиями и сложными экологическими условиями и относится ко 2-ой группе по сложности условий.

Оцениваемый водоносный горизонт в пределах зоны влияния будущего водозабора представляет собой полуограниченный в плане пласт (q = const). За условную границу постоянного напора принимается русло реки Калитвенец, расположенное в 780 — 1650 м к востоку от проектируемого водозабора. Водоносный горизонт имеет безнапорный характер.

Таким образом, для дальнейших расчетов будут приняты следующие исходные величины: эффективное (среднегеометрическое) значение коэффициента водопроводимости (km) по площади оценки эксплуатационных запасов подземных вод, равное 394 м²/сутки; значение коэффициента уровнепроводности (а), равное 2,810³ м²/сутки; дополнительное сопротивление русловых отложений (ДL), равное 62 м; гравитационная водоотдача (), равная 0,27; площадь развития целевого водоносного горизонта (с минерализацией менее 1,5 г/дм³), равная 12 500 000 м²; средневзвешенное значение мощности (Н) оцениваемого водоносного горизонта, равное 20,7 м; величина среднего уклона потока (J_ср), равная 0,0014; допустимое понижение уровня, равное — 10,3 м; среднее расстояние от проектируемого водозабора до границы с постоянным напором (L), равное 980 м; ширина потока подземных вод (В) по условной линии расчетного сечения по гидроизогипсе + 25 м, равное 7500 м .

Предполагается сделать расчеты по трем вариантам водозаборов: первый — проектной производительностью 3360 м³/сутки (в пределах заявленной потребности в воде) при длине водозаборного ряда 1100 м; второй — проектной производительностью 5600 м³/сутки (в пределах суммарной величины источников формирования ЭЗПВ) при длине водозаборного ряда 1100 м и третий — проектной производительностью 5600 м³/сутки при длине водозаборного ряда 1980 м.

Расчетный дебит проектируемых эксплуатационных скважин принимается равным 560 м³/сутки (23 м³/час), исходя из результатов ранее выполненных гидрогеологических исследований и фактической производительности погружных электронасосов — 16−25 м³/час, установленных в действующих эксплуатационных скважинах, а также с учетом дебита, полученного при кустовой опытной откачке из разведочно-эксплуатационной скважины № 11-ш (1728 м³/сутки или 72 м³/час).

Исходя из гидрогеологических условий, оценка эксплуатационных запасов подземных вод может быть произведена наиболее экономичным в этих условиях гидродинамическим методом.

Водозаборные скважины следует расположить в линейный ряд вдоль границы распространения целевого водоносного горизонта (тылового шва правобережной первой надпойменной террасы р. Калитвенец). Здесь зафиксированы наиболее высокие фильтрационные свойства водовмещающих пород, хорошее качество подземных вод и благоприятная санитарная обстановка в пределах участка проектируемого водозабора. Также проектируются две резервные скважины.

Таким образом, в соответствии с существующими природными условиями, расчетной схемой для линейного водозабора принимается полуограниченный пласт с контуром постоянного расхода.

Оценка эксплуатационных запасов проектируемого водозабора производится по формулам установившегося движения с использованием гидродинамических методов.

Метод «обобщенных систем» в полуограниченном пласте с контуром постоянного напора В полуограниченных пластах с контуром постоянного напора (Н=const), понижение уровня воды при работе системы взаимодействующих скважин рассчитывается по формуле (Боревский Б.В., 1989 г., формула — 7.46):

.

где:

S_р — расчетное понижение в центре водозабора, м;

Q_сум. — расчетная производительность водозабора, равная заявленной суммарной водопотребности — 3360 м³/сутки или перспективная, равная суммарной величине источников формирования запасов — 5600 м³/сутки;

R_c.вн — внешнее гидравлическое сопротивление обобщенной системы, независящее от количества скважин;

R_cкв — гидравлическое сопротивление скважины, определяемое в зависимости от расположения скважин внутри системы, расстояния между скважинами, степени и характера несовершенства скважины;

.

где Q₁ — дебит скважины, в которой определяется понижение;

km — эффективное значение коэффициента водопроводимости, равное 394 м²/сутки (табл. 5.4);

.

где a — коэффициент уровнепроводности равен 2,810³ м²/сутки;

t — расчетное время работы водозабора, принято равным 9100 суткам;

L — = 980 м — среднее расстояние от границы пласта до водозабора;

ДL — = 62 м — дополнительное сопротивление русловых отложений;

r_к — радиус «большого колодца», для линейной системы, r_к = 0,2 l,.

где l — длина ряда скважин, м.

где.

r_пр — приведенный радиус условной области влияния данной скважины;

r_с — радиус скважины — 0.11 м;

— величина фильтрационного сопротивления, учитывающая несовершенство скважины по степени вскрытия находится из табл. 7.1 (Боревский Б.В., 1989 г.);

у — половина расстояния между проектными скважинами водозабора, 110 м.

При определении величины для безнапорных горизонтов мощность водоносного горизонта рассчитывается по формуле m_p = h_e — 0.5 S₀, где.

h_e — первоначальная мощность безнапорного горизонта, равная средневзвешенной величине — 20,7 м;

S₀ — понижение в скважине, из которой производится откачка, равное допустимому понижению — 10,3 м.

m_p = 20,7 — 0,5•10,3 = 15,5 м Длина рабочей части фильтра рассчитывается по формуле:

где.

Q — заданный дебит скважины, равный 23 м³/час;

d — наружный диаметр фильтра, равный 219 мм;

a — эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометрического состава водосодержащих пород, равный для разнозернистых песков 75.

м Длину рабочей части фильтра принимаем равной 8 м для более надежной обеспеченности заданного дебита скважины.

При и = 7,1.

Для определения рациональной схемы площадного скважинного водозабора рассмотрим 3 варианта с различным количеством скважин в ряду. Расположение скважин в них сделано исходя из местных условий землепользования.

I вариант 1 ряд количество скважин — 6.

расстояние между скважинами — 220 м длина водозаборного ряда — 1100 м.

Q дебит одной скважины = 560 м³/сутки.

Q_сум — расход водозабора 560×6 = 3360 м³/сутки.

м.

м.

II вариант 1 ряд Количество скважин — 10.

Расстояние между скважинами — 122 м Длина водозаборного ряда — 1100 м.

Q — дебит одной скважины = 560 м³/сутки.

Q_сум — расход водозабора 560×10 = 5600 м³/сутки.

м.

м.

III вариант 1 ряд количество скважин — 10.

расстояние между скважинами — 220 м длина водозаборного ряда — 1980 м.

Q дебит одной скважины = 560 м³/сутки.

Q_сум — расход водозабора 560×10 = 5600 м³/сутки.

_p

м.

м.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что в любом из 3 вариантов соблюдается главное условие S_p < S_доп. Однако, принимая во внимание амплитуду годичных колебаний уровня воды в целевом водоносном горизонте (до 1.24 м/год), наиболее приемлемым вариантом проектного водозабора является водозабор, состоящий из 10 скважин с проектными дебитами 560 м³/сутки и расстоянием между скважинами 220 м. Расчетное понижение на конечный срок эксплуатации водозабора 9100 суток — 5,9 м, что не превышает допустимого понижения, равного 10,3 м даже с учетом сезонных колебаний статического уровня воды. План расположения проектных скважин на водозаборе и разрез по линии проектируемого водозабора приведен на граф. прил. 2.

Согласно геолого-литологическому разрезу, целевой водоносный горизонт верхнечетвертичных и современных аллювиальных и аллювиально-делювиальных отложений залегает в интервале глубин 10−37 м, средняя мощность по Калитвенскому участку составляет 20,7 м. Водовмещающие породы — разнозернистые пески. Водоносный горизонт безнапорный, статические уровни устанавливаются на глубинах 2,1−10 м. С поверхности водоносный горизонт перекрыт суглинками мощностью до 5 м.