Гидрогеологическое обоснование и проект водозабора подземных вод трещиноватых известняков эоценового возраста

Для хозяйственно-питьевых нужд в поселке:

,

где и - коэффициенты суточной и часовой неравномерности, определяемые по СНиП в зависимости от характера объектов водопотребления (п.3.3).

,

Для хозяйственно-питьевых целей на предприятии:

,

где и - коэффициенты часовой неравномерности водопотребления соответственно в холодных и горячих цехах (определяется по табл.7 СНиП, - длительность рабочих смен в часах)

,

На производственные нужды предприятия:

Для целей пожаротушения при одновременном возникновении расчетного количества пожаров:

Максимальный секундный расход определяется как сумма всех определенных выше максимальных расходов:

2.9.2 Определение расчетных расходов на участках водопроводной сети

Расчет ведется на расходы воды в период максимального водопотребления. Величина расчетного расхода, на участках где происходит потребление воды, определяется по формуле:

На участках где нет потребителей (1-2, 2-3, 5-7) весь расчетный расход будет равен транзитному. Таким образом:

расход на участке 1-2

расход на участке 2-3

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 в поселке на участке следующим за расчетным, например, для участка 3-4 следующим будет участок 4-5.

В поселке запроектирован кольцевой магистральный водопровод. При нарушении водовода на одном из участков, 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 выполнять два расчета:

1) на полную нагрузку сети при работе всех ее участков;

2) на 0,7 от полной нагрузки при условии возникновения аварии 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 6-3.

Расчетный расход при нормальной работе сети равен:

Величина потребления на предприятии 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-бытовых нужд на участках 4-5 и 3-4.

Учитывая, что вода в поселке для хозяйственно-питьевых нужд используется равномерно в пределах всей его территории, считаем, что величина потребления воды на разных участках пропорциональна длине этих участков.

Тогда:

Расчетный расход в аварийной ситуации:

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

В дальнейшем определяем расчетные расходы только для аварийной ситуации.

Аналогичным образом определяем:

;

;

2.9.3 Выбор диаметров труб и расчет потерь напора на участках сети

Подбор диаметров труб в зависимости от расчетных расходов на участках водопровода проводим, используя таблицы Шевелева. В таблицах для выбранного диаметра водовода указаны также потери напора на 100 м его длины.

Результаты выполненных подбора диаметров и расчета потерь напора сведены в таблицу 3.

На участке 2-3 необходимо использовать 2 трубы с рабочим расходом 98,5 л/с, поэтому расчетный расход в таблице 3 указан для 2-х труб.

Таблица 3. Выбор диаметра труб и расчет потерь напора

№ участка	Расчетный Q, л/с	Длина участка l, м	Диаметр водовода, мм	Эконом. Скорость, л/с	Потери напора на 100 м, , м	Полные потери напора на расчетном участке , м
6-5	98,6	280	350	1,03	0,495	1,386
4-5	106,4	560	400	0,86	0,299	1,674
3-6	138	560	400	1,10	0,488	2,733
3-4	130	280	400	1,04	0,433	1,212
2-3	197	200	350	1,03	0,495	1,980
2-3	200	350	1,03	0,495
1-2	110,7	1000	400	0,90	0,321	3,210
5-7	62	1400	300	0,88	0,422	5,908

2.9.4 Определение параметров отдельных элементов водопроводной сети

Объем бака водонапорной башни по формуле:

Диаметр бака башни определяем по формуле:

Высота бака башни определяется по формуле:

Величина свободного напора в водопроводных сетях определяем по формуле:

Высота водонапорной башни определяем по формуле:

Учитывая, что промышленное предприятие и поселок располагаются на одинаковых абсолютных отметках поверхности земли, расчетная точка выбирается как самая удаленная от башни, Этой точкой будет предприятие, т.7.

Тогда:

Высота напора на насосах, устанавливаемых в скважинах (I подъем) определяется по формуле:

Высота напора на насосах в насосной станции после сооружений по обработке воды (II подъема) определяем по формуле:

.

2.10 Обоснование конструкции водозаборных скважин и их оборудование

2.10.1 Выбор насосного оборудования

Глубина динамического уровня воды в скважине превышает 20 м, поэтому необходимо использовать погружной насос в скважинах. Требуемая высота напора насоса составляет 86,5 м. Расход воды при работе насоса в течение 23 часов в сутки (1 час ремонт и профилактика) составляет:

Этим показателям соответствует насос типа ЭЦВ-12-210-85.

Для подачи воды из сооружений по обработке воды в водонапорную башню необходимо использовать поверхностный электронасос. Требуемая высота напора составляет 35 м. Расход воды при работе насоса в течение 23 часов в сутки равен:

Для обеспечения водоподачи с этими параметрами необходимо использовать два насоса типа 8К-18 (Таблица 11-5 "Типы и марки насосов, используемых для откачек при динамических уровнях 6-8 метров). Данный тип насоса обеспечивает расход от 220 до 360 , поэтому, обеспечивая заданный расход в 416 , два насоса будут работать не на полную мощность, что предопределить их долговременную эксплуатацию и практически исключит их быстрый износ.

2.10.2 Требования к конструкции водозаборной скважины

Глубина и конечный диаметр скважины определяются необходимостью вскрытия водоносного горизонта трещиноватых известняков на полную мощность и расчетным диаметром фильтровой части м. Следовательно, глубина скважины должна быть не менее 130 м., а конечный диаметр должен обеспечить установку фильтра диаметром 15". В трещиноватых известняках использование фильтров не обязательно, но в нашем случае возможно использование трубчатого фильтра. Эксплуатационная колонна должна обеспечит беспрепятственный спуск и подъем погружного насоса, а в процессе его эксплуатации осуществлять наблюдения за положением динамического уровня воды в скважине. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны принимаем равный 15" (внешний диаметр равен 16").

Для укрепления верхней части ствола скважины на интервале от 0 до 30 м. необходима установка кондуктора (направляющей колонны) с внешним диметром 17". Затрубные пространства кондуктора и эксплуатационной колонны цементируются до устья скважины. Глубина установки погружного насоса определяется положением динамического уровня воды в скважине. В проектируемых скважинах динамический уровень будет располагаться на глубине:

.

Стоит обратить внимание на то, что на первые часы эксплуатации водозабора скважины будут работать с самоизливом, поэтому погружной насос на это время будет располагаться не на большой глубине. И по мере опускания уровня насос должен будет постепенно и правильно погружаться вместе с ним до достижения расчетного положения динамического уровня на глубине 76,5 м. Насосный агрегат должен быть погружен на 3-5 м под динамический уровень.

2.11 Организация зон санитарной охраны (ЗСО)

Для предотвращения загрязнения подземной воды в зоне водозабора необходимо установить ЗСО. Вокруг водозабора выделяем три пояса санитарной охраны.

Первая зона (ЗСО-1 пояса) – строгого режима, предохраняет водоносный пласт от попадания загрязнения непосредственно через водозаборное сооружение. Учитывая, что эксплуатируются напорные воды, границы ЗСО-1 устанавливаются в радиусе 30 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.

Вторая зона (ЗСО-3 пояса) – зона ограничений - выделяется в пределах области, где необходимо предохранять водоносный пласт от попадания в него загрязнений, причем существует опасность попадания этих загрязнений в водозаборные скважины при миграции их по пласту.

Нейтральная линия тока (НЛТ), ограничивающая зону захвата потока подземных вод может быть рассчитана следующим образом: направим ось абсцисс вверх по потоку подземных вод с центром системы координат в центре водозабора. Тогда ось ординат пойдет перпендикулярно направлению потока.

Для построения НЛТ найдем точки пересечения ее с осями x и y:

Определим асимптоту линии при

Исходя из того, что расстояние от центра водозабора до закрытых границ 4000м, а считаем эти границы контурами ЗСО-2 пояса.

Для ЗСО-3 пояса определим область пласта, в пределах которой может происходить химическое загрязнение подземных вод за время :

Следует отметить, что водоносный горизонт хорошо защищен сверху плотными чаганскими глинами, которые предохраняют его от химического загрязнения.

В пределах зоны ограничений запрещается всякая деятельность, которая может привести к загрязнению подземных вод. В нашем случае, при эксплуатации напорных вод, это могут быть работы связанные с вскрытием верхнего водоупора, такие как бурение скважин, горные работы. Эти работы необходимо либо исключить, либо проводить под строгим контролем, чтобы исключалось загрязнение водоносного горизонта, на который сооружен водозабор.

Зоны санитарной охраны водозабора подземных вод представлены на рисунке 5.

2.12 Перспективы организации искусственного пополнения запасов подземных вод (ИППВ)

Разведанное месторождение подземных вод характеризуется достаточными запасами воды, которые пополняются за счет упругих запасов напорного горизонта и обеспечивают необходимое количество воды для водоснабжения. Из-за того, что напорный горизонт находится на глубине 80 м, это может осложнить какую-либо организацию ИППВ, поэтому нет никакой необходимости его использования.

Заключение

В процессе выполнения курсового проектирования был определен расход водозабора равный и максимальное значение водопотребления .

Производилась оценка качества воды, которая показала, что вода в целом пригодна для питья, но требует дополнительных мер по улучшению ее качества: умягчение воды из-за превышения нормы по жесткости методом реагентной декарбонатизации; уменьшение количества бактерий и коли-индекса методом хлорирования.

Имеющиеся природные условия были схематизированы и приведены к схеме пласт-полоса с однородными непроницаемыми границами и отсутствием перетекания.

В процессе расчетов выяснилось, что необходимое количество воды обеспечат две скважины с дебитом в размере . Скважины несовершенные и имеют глубину не менее 130 м. Длина фильтра составляет 30 м. Понижение в центре водозабора составляет 81,5м. Было подобрано необходимое насосное оборудование: на насосной станции Iпогружной насос типа ЭЦВ-12-210-85, на насосной станции IIдва поверхностных насоса типа 8К-18.

В качестве схемы водоснабжения поселка был выбран кольцевой тип водопроводной сети, который рассчитан на неравномерный режим водопотребления. Производился расчет расходов на участках сети, в зависимости от которых были определены диаметры труб и полные потери напора. Также были определены объем, диаметр и высота бака водонапорной башни.

Были организованы зоны санитарной охраны 1, и 2 пояса. Радиус ЗСО - 1 пояса составляет 30 м. Для ЗСО – 2 пояса определили положение нейтральной линии тока, в пределах которой химическое загрязнение может попасть по потоку ПВ в водозабор. Также определили, что в пределах области пласта радиусом 4506 м. может происходить химическое загрязнение подземных вод за время . За счет наличия чаганских глин, перекрывающих эксплуатируемый пласт и имеющих мощность равную 50 м, можно говорить о хорошей защищенности водоносного горизонта от химического загрязнения.

Полностью исследуя все условия для водоснабжения и, убедившись, что водоносный горизонт трещиноватых известняков обеспечивает поселок и предприятие необходимым количеством воды, приходим к выводу, что надобности в искусственном пополнении запасов ПВ нет.

Список литературы

1. Гавич И.К., Данилов В.В., Крысенко А.М., Ленченко Н.Н., Филиппова Г.А. "Практикум по динамике подземных вод". М 2004.

2. ГОСТ 2874-82 Вода питьевая

2. Кононов В.М., Ленченко Н.Н., Лисенков А.Б. Методическое руководство по курсовому проектированию по дисциплине "Водное хозяйство и инженерные мелиорации". М 2005.

3. Ленченко Н.Н. "Динамика подземных вод". М 2005

4. Ленченко Н.Н., Лисенков А.Б. Данилов В.В. Практикум по курсам "Водное хозяйство" и "Поиски и разведка подземных вод". М 2006.

5. СНиП 2.04-84 М.: Госстрой, 2007. "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.