Водозаборные сооружения

Для эксплуатации подземных вод, осушения водоносных пород, снижения напора артезианских вод и других целей подземные воды вскрываются горными выработками или буровыми скважинами. Сооружения, предназначенные для сбора подземных вод, называют водозаборами. Водозаборы, сооружения специально для целей осу­шения, называются дренажными сооружениями, или дренами.

Водозаборы, представляющие со­бой вертикальные выработки, назы­ваются вертикальными водозаборами (колодцы, скважины, шурфы и др.), водозаборы же, представленные го­ризонтальными выработками, назы­ваются горизонтальными водозаборами (канавы, водосборные галереи и др.) Водозаборы, вскрывающие грунтовые воды, называются грун­товыми, а артезианские воды — артезианскими. Если водозабор вскрывает водоносный пласт на полную мощность, то он называется совершенным, если же водозабор вскрывает водоносный пласт не на всю мощность, его называют несовер­шенным.

Рис. 75. Изменение уровня грун­товых вод при откачке

АА — статический уровень; ББ — ди­намический уровень; АББА — вертикальный разрез депрессионной ворон­ки; s — глубина откачки; h — высота столба воды в скважине; г — радиус скважины; R — радиус влияния

При откачке воды из водозаборного сооружения приток в него возрастает но мере понижения уровня, так как возрастает гидравли­ческий уклон, а следовательно, и скорость движения воды к водо­забору. Если количество откачиваемой в единицу времени воды не изменяется, то уровень воды в водозаборе будет понижаться до тех пор, пока количество воды, но ступающей в водозабор в единицу времени, не станет равным количеству откачиваемой воды. Когда количества откачиваемой и поступающей воды станут равны, даль­нейшее понижение уровня прекратится. Уровень, устанавлива­ющийся в процессе откачки, называется динамическим в отличие от статического, т. е. естественного, не нарушенного откачкой уровня (рис. 75). Разность между динамическим и статическим уровнями называется глубиной откачки или понижением уровня (S).

При откачке воды из водозаборного сооружения зеркало грунто­вых вод искривляется, приобретая воронкообразную форму, назы­ваемую депрессионной воронкой. Форму депрессионной воронки приобретает и пьезометрическая поверхность артезианских вод. Радиус депрессионной воронки R называется радиусом влияния.

Приток воды в водозабор в единицу времени при данном пони­жении уровня называется дебитом (Q).

Дебит совершенного вертикального грунтового водозабора опре­деляется по формуле:

Q = 1,36k / (2H – S)* S / lg R – lg r

где г — радиус поперечного сечения водозабора. Если водозабор имеет прямоугольную форму, то, обозначив площадь его поперечного сечения через F, радиус поперечного сечения водозабора определится как радиус равновеликого круга:

r = √ F / п

Н — мощность водоносного горизонта. Остальные обозначения при­ведены выше.

Дебит совершенного артезианского водозабора определяется по формуле:

Q = 2,72k M * S / lg R – lg * r

где М — мощность водоносного горизонта. Остальные обозначения те же, что и в предыдущей формуле.

Приток воды к горизонтальному водозабору, пройденному до водоупора, определяется по формуле:

Q = B * q

где В — длина водозабора; q — единичный расход водозабора, т. е. приток, приходящийся на единицу длины водозабора (при притоке через одну стенку), h — расстояние от водоупора до уровня воды в горизонтальном водозаборе. Остальные обозначения те же, что и выше.

В общем виде приток воды в горизонтальный водозабор с одной

стороны выразится следующим образом:

Q = B * q = B * k H2 – h2 / 2R

При притоке с двух сторон формула примет вид:

Q = B * k H2 – h2 / R