Расчёт и проектирование водозаборной скважины

Курсовая работа Тема Расчёт и проектирование водозаборной скважины Выполнили: ст. гр Гт-42

Абрамов Н. А Ковалёв А. А

1.Выбор источника водоснабжения

Характеристика района водоснабжения

1,Населённый пункт (город) находится на западе плана.

2.Источник безнапорных вод находится на северо-востоке относительно города, источник напорных вод находится на юго-востоке относительно города, источник инфильтрационных вод находится на востоке относительно города.

3.Река течёт с востока на северозапад.

4. Безнапорные воды находятся выше населённого пункта между 65 и 70 параллелью, инфильтрационные воды находятся ниже населённого пункта между 65-ми параллелями, напорные воды находятся на одном уровне с населённым пунктом между 75 и 80 параллелями.

5.наикратчайшее расстояние:

— от города до безнапорных вод равно 2150 м;

— от города до напорных вод равно 2175 м;

— от города до инфильтрационных вод равно 5650 м;

6.Напорные воды пролегают на глубине 111 метров в песке мелкозернистом, мощность водоносного пласта 8 метров.

Безнапорные воды пролегают на глубине12 метров в глинистом песке, мощность водоносного пласта 5 метров

Инфильтрационные воды пролегают на глубине7 метров в мелкозернистом песке, мощность водоносного пласта 3 метра.

Оценка качества воды

Для оценки качества воды в представленных источниках водоснабжения производится сравнительный анализ. Исходные данные сравниваются с требованиями ГОСТа 2874−82(«Вода питьевая»).

Сравнение показателей качества воды в источниках с требованиями ГОСТа

По результатам сравнения можно сделать выводы:

— Напорные воды не соответствуют требованиям ГОСТа по 4 показателям. Для улучшения качества этой воды нужно уменьшить количество марганца и железа, фтора в ней до нормы, и уменьшить показатель привкуса в воде.

— Безнапорные воды не соответствуют требованиям ГОСТа по 5 показателям. Для улучшения качества этой воды нужно уменьшить показатель мутности, показатель сухого остатка, уменьшить жёсткость воды, количество марганца, фтора в воде до нормы.

— Инфильтрационные воды не соответствуют требованиям ГОСТа по 3 показателям. Для улучшения качества этой воды нужно уменьшить показатель мутности, уменьшить количество марганца, в ней до нормы, и уменьшить показатель привкуса в воде.

Оценка эксплуатационных запасов воды

Объём эксплуатационных запасов подземных вод, м³, в общем виде определяется из выражения:

Q_э =Q_ст+Q_дин+Q_доп

где Q_ст, Q_дин— соответственно статические и динамические запасы подземных вод;

Q_доп— дополнительные запасы, привлекаемые в процессе водозабора. Принимаются равными 0,3*Q_дин.

Статические запасы включают объём воды в порах и трещинах водоносного пласта находятся по формуле:

Где мкоэффициент водоотдачи (коэффициент запаса), представляющий собой отношение объёма гравитационной воды, способной выткать из насыщенной породы, к осушённому объёму этой породы;

Vобъём водоносной породы, м³, принимается по ситуационному плану

V=a*b*m

Где a и b-длина и ширина потока подземных вод, м;

mмощность водоносного пласта, м² .

Для напорных вод: V= м³

Для безнапорных вод: V = м³

Для инфильтрационных вод: V = м³

Находим статистические запасы:

Для напорных вод:

м³

Для безнапорных вод:

м³

Для инфильтрационных вод:

м³

Динамические запасы представляют собой объём подземных вод, характеризующий естественную производительность водоносных горизонтов в том размере, в котором забор (отток) воды из них компенсируется поступлением в них воды из областей питания. Эти запасы определяются :

Q_дин=b*m*k*i

Где kкоэффициент фильтрации, зависящий от породы водоносного пласта, м/сут;

i-гидравлический уклон.

Находим динамические запасы:

Для напорных вод: Q_дин=1250*8*4,5*0,02=900 м

Для безнапорных вод: Q_дин=1350*5*0.9*0.02=112 м

Для инфильтрационных вод: Q_дин=800*5*0,02*3=240 м

Найдя Q_дин мы можем найти Q_{доп .}

Дополнительные запасы равны:

Для напорных вод: Q_{доп .}=0.3*900=270 м

Для безнапорных вод: Q_{доп .}=0,3*112=33,75 м

Для инфильтрационных вод: Q_{доп .}=40*0,3=72 м

Определяем объём эксплуатационных запасов подземных вод:

Q_э =Q_ст+Q_дин+Q_доп

Для напорных вод: Q_э= 900+270+4 700 000=4701170 м³

Для безнапорных вод: Q_э= 112+33.75+1 552 500= 1 552 646 м³

Для инфильтрационных вод: Q_э= 72+240+768 000 =768 312 м³

Определяем продолжительность использования источника водоснабжения по формуле:

Для напорных вод:

Для безнапорных вод:

Для инфильтрационных вод:

На основании полученных эксплуатационных запасов мы выбираем источником водоснабжения: источник напорных вод.

Выбор типа захватных устройств и состава сооружений водозабора. Выбор типа водозахватных сооружений определяется геологическими и гидрогеологическими условиями, а также производительность водозабора

В состав водозабора входит скважина, насосная станция 1-го подъёма, очистные сооружения, резервуары чистой воды и насосная станция 2-го подъёма.

2.Рабочая конструкция скважины

Выбор способа бурения

Бурение водозаборных скважин производится в основном двумя способами: ударно-канатным и вращательным. Кроме того применяют колонковый и реактивно-турбинный способы.

Ударно-канатное бурение применяется в рыхлых и скальных породах при глубине скважин до 150 м.

У нас порода грунта — песок и глубина скважины не превышает 150 метров, поэтому мы будем бурить ударно-канатным способом бурения.

Выбор типа скважины

Существует два типа скважины — совершенная и несовершенная.

Выбор скважины в основном зависит от мощности водоносного пласта m и максимального выхода колонны труб a. при m>a с целью уменьшения числа скважин в водозаборе следует принять скважины совершенного типа, в противном случае — несовершенного типа. Скважины совершенного типа применяются и при m< 10 м.

У нас мощность водоносного пласта 8 метров, следовательно, мы применяем скважины совершенного типа.

Рабочая конструкция скважины

При разработке конструкции водозаборной скважины следует учесть устройство её водоприёмной части, расположение насоса, технические возможности принятого способа бурения и т. д. Прежде чем принять окончательную эксплуатационную конструкцию скважины. Составляем её схему (рабочую конструкцию), и производим расчёт основных параметров (притока воды к скважине и пропускной способности фильтра).

Конструкция скважины включает себя следующие основные элементы: кондуктор, технические колонны труб, эксплуатационную колонну, цементную защиту, фильтр скважины (водоподъёмная часть с отстойником и надфильтровой колонной)

Проектная глубина скважины назначается в зависимости от принятого типа скважины, а её начальный и конечный диаметры — в зависимости от сортамента труб, размеров и конструкции фильтра, насоса, намечаемых к установке, и от способа бурения.

Скважины крепятся обычно несколькими колоннами обсадных труб, число которых зависит от глубины скважины и выхода (максимальной длины одной колонны). Выход, а зависит от диаметра колонны и устойчивости проходимых пород.

Важным этапом разработки рабочей конструкции скважины является назначение диаметров колонн обсадных труб. Для увеличения притока воды к скважине, а, следовательно, для уменьшения числа скважин целесообразно сначала назначить максимальное значение диаметра труб, чтобы получить максимально допустимый при этом способе бурения диаметра фильтра d_ф. Конечный диаметр обсадной трубы при ударно-канатном бурении должен быть больше наружного диаметра фильтра не менее чем на 100 мм. Независимо от способа бурения необходимо, чтобы башмак (конец) входил в водоупорную породу не менее чем на 0,5…1 м, а башмак последней колонны — ниже кровли используемого водоносного пласта на 0,5…1 м.

Построение предварительной рабочей конструкции скважины производится в следующей последовательности (Рис. 1.)

1.Определяем глубину бурения и подбираем максимально возможный диаметр кондуктора: при глубине до 100 м- 600 мм; при глубине более 100 м — 900 мм

У нас глубина бурения 111 метров это больше 100 метров следовательно диаметр кондуктора 900 мм.

2.Определяем выход кондуктора и последующих колонн труб (разница в диаметрах 100мм), до тех пор, пока последняя труба не достигнет водоупора

В выход колонн обсадных труб при их принудительной посадке (при диаметре обсадных труб 900−700 мм) равен:

— Сухие породы: 20 мм

— Водоносные породы: 25 мм

3.Определяем диаметр фильтра по формуле :

d_ф=d_к — 100 мм

d_ф= 500 — 100 = 400 мм

3.Гидрогеологический расчёт водозабора

Основными задачами гидрогеологического расчёта, является определение дебита скважин и понижения уровня подземных вод, в процессе эксплуатации водозаборного сооружения, оценка возможного влияния водозабора на существующие или намечаемые к строительству водозабора, а также на окружающую обстановку. Одновременно с решением этих задач на основе расчётов уточняют схему расположения водозаборных скважин, их количество и размеры.

Определение притока воды к скважине.

В связи с тем что потребное число скважин ещё не установлено, оценка производительности водозабора, м³/сут, производится применительно к одной скважине:

Где — допустимое понижение уровня подземных вод, м Где H — напор над подошвой водоносного горизонта, м;

— максимальная глубина погружения насоса под динамический уровень воды в скважине (может быть принята равной 3м);

— потери напора на входе в скважину, приближённое значение которых составляет 1,5 м;

Rгидравлическое сопротивление, зависящее от гидрологических условий и типа водозаборного сооружения, м

Где — гидравлическое сопротивление R в точке расположения скважины, м Где r — радиус фильтра;

— радиус влияния скважины, м Где с — коэффициент пьезоводности водосодержащих пород, м³/сут

t — время, которое рассчитывается эксплуатация скважины, сут.

В — отношение расхода рассматриваемой скважины к суммарному расходу водозабора;в случае водозабора в виде одиночной скважины в=1;

— дополнительное сопротивление, учитывающее фильтрационное несовершенство скважины, величина которого определяется в зависимости от отношения

bm/r/ .

для совершенных скважин можно принять =0

Находим коэффициент пьезопроводности водосодержащих пород:

Находим радиус влияния скважины:

м Находим радиус фильтра:

Находим гидравлическое сопротивление R в точке расположения скважины:

Находим гидравлическое сопротивление, зависящее от гидрологических условий и типа водозаборного сооружения Находим допустимое понижение уровня подземных вод:

Производится оценка производительности водозабора:

— значит одной скважины недостаточно, поэтому берём 2 скважины при

Находим радиус фильтра:

Находим гидравлическое сопротивление R в точке расположения скважины:

Находим гидравлическое сопротивление, зависящее от гидрологических условий и типа водозаборного сооружения Находим допустимое понижение уровня подземных вод:

Производится оценка производительности водозабора:

— значит двух скважины недостаточно, поэтому берём 3 скважины при том же диаметре ()

— значит двух приток воды к скважине достаточен, для водоснабжения города.

3. Делаем соответствующий вывод и определяем рабочее водопонижение:

водозабор скважина бурение