Тема 11. Движение подземных вод в районах водозаборных и дренажных сооружений

Водозаборные и дренажные сооружения бывают двух основ­ных типов - вертикальные и горизонтальные. В районах вертикальных сооружений обычно имеет место радиальный в плане поток, в районе горизонтальный - плоский. В зависимости от характера граничных условий движение в районах сооружений мо­жет быть установившимся и неустановившимся. Эксплуатация сооружений обычно производится либо с постоянным расходом, либо путем поддержания в них постоянного уровня.

Гидродинамические расчеты сводятся к определению величи­ны понижения в заданной точке к заданному времени и сравнению ее с требуемой (допустимой) величиной понижения.

Расчеты установившегося и неустановившегося движения к одиночным вертикальным выработкам проводятся по формулам, рас­смотренным в темах 8 и 10. В тех случаях, когда работает система взаимодействующих выработок, для определения величины по­нижения используется метод наложения течений. При установив­шемся движении, например, для случая, когда осушаемый учас­ток расположен вблизи водоема, с которым связан исследуемый безнапорный горизонт, а взаимодействующие скважины расположе­ны по контуру участка и работают с одинаковым расходом, дебит одной совершенной скважины определяется по формуле:

,

где

H - мощность водоносного горизонта;

K - коэффициент фильтрации;

а - расстояние от центра участка до водоема (до контура питания);

n - число водопонизительных скважин;

S - понижение уровня в скважинах;

ρ - радиус круга, равновеликого площади участка;

r - радиус скважины.

Значение ρ в соответствии с методом «большого колодца» определяется по формуле , где F - осушаемая пло­щадь. Применение этого метода возможно при соотношении длин­ной и короткой сторон участка не более чем 3: 1. Высота сни­женного уровня в центре участка h_v определяется по формуле:

Расчеты понижения производятся методом подбора, исходя из заданной величины понижения в центре участка и возможной ве­личины понижения в скважине.

При неустановившемся движении для напорных вод в неогра­ниченном пласте понижение в любой точке пласта определяет­ся по формуле:

Q_i - расход скважины с номером i;

Q_сум - суммарный расход системы скважин;

r_i - расстояние от точки, в которой определяется понижение до скважины номер i.

Остальные обозначения те же, что и в теме 10.

В случае, если система скважин работает в полуограниченном пласте, для напорных вод применяется следующая формула:

.

В этой формуле ρ _i - расстояние от точки, в которой опре­деляется понижение до зеркального отображения скважины номер i. Знак минус перед вторым членом в квадратных скобках ставится при границе с постоянным напором, а знак плюс - при границе с постоянным расходом.

Аналогичные формулы имеются и для случая безнапорных вод.

Кроме этого метода, в настоящее время при равномерном расположений скважин широко применяется метод обобщенных сис­тем. Он основан на том, что реальные группы скважин рассматриваются как бесконечное число источников, расположенных по ли­нии, контуру или площади, суммарный расход которых равен рас­ходу реальных скважин.

При изучении движения к горизонтальным дренам надо обра­тить внимание на то, что они в большинстве случаев являются несовершенными. Несовершенство дрен учитывается при решениях путем внесения необходимых поправок на дополнительные сопро­тивления.

Для определения производительности проектируемых скважин в сложных гидрогеологических условиях, когда в расчетной схе­ме нельзя учесть основные особенности пласта, применяется гид­равлический метод расчета, основанный на зависимости g = f (S). Для грунтовых вод эта зависимость может быть описана форму­лой . Параметры " а" и " в" определяются по дан­ным проведенных откачек способом наименьших квадратов по фор­мулам:

или ,

где

N - число понижений при проведении очистных работ;

S₀ - удельное понижение, равное .

Расчеты по этой формуле применяются для проектируемых понижений S ≤ 1, 75-2, 0 S_on, где S_on - максимальное понижение при опытных откачках.

Вопросы для самопроверки

1. Сущность метода сложения течений для расчета взаимо­действующих скважин.

2. Влияние характера границы в полуограниченных плас­тах на вид формулы при расчете системы скважин.

3. Принципы метода расчета обобщенных систем скважин.

4. Основные типы горизонтальных дрен.