Практическая работа

по дисциплине «Инженерные системы водоснабжения и водоотведения»

«Расчёт и проектирование водозаборной скважины»

1. Выбор источника водоснабжения

Выбор источника водоснабжения производится на основании результатов топографических, гидрологических, гидрогеологических гидрохимических и других изысканий и санитарных обследований.

Основными показателями, учитываемыми при выборе источника водоснабжения являются:

- количество и качество воды в источнике;

- отдалённость его от потребителей воды;

- высотное расположение относительно потребителя воды.

При наличии нескольких источников водоснабжения выбор производится на основании технико-экономических расчётов.

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод является важной и актуальной задачей при проектировании водозабора из подземных источников. На ее основе выполняется прогноз перспектив использования подземных вод для водоснабжения. Продолжительность использования рассматриваемого источника определяется как эксплуатационными запасами самого источника, так и расчетной производительностью водозабора.

Расчетная производительность водозабора при равномерной работе (подача воды на очистные сооружения или в сборный резервуар с последующим транспортированием в сеть или на очистку) определяется:

здесь

– полезная производительность водозабора, м³/сут;

– коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды очистных сооружений,

– при необходимости очистки подземной воды;

– если не требуется очистки воды.

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

где , – соответственно статистические и динамические запасы подземных вод;

- дополнительные запасы, привлекаемые в процессе водозабора, можно принять равными .

Статистические запасы включают объем воды в порах и трещинах водоносного пласта

здесь – коэффициент водоотдачи (коэффициент запаса), представляющий собой отношение объема гравитационной воды, способной свободно вытекать из водонасыщенной породы, к осушенному объёму этой породы; коэффициент зависит от литологических особенностей и физико-механического состава пород (значения представлены в табл. 3);

- объём водоносной породы, м³, принимается по ситуационному плану.

где и - длина и ширина потока подземных вод, м;

- мощность водоносного пласта, м².

Таблица 1

Значения коэффициента водоотдачи

Наименование пород
Гравий мелкий	0,3..0,35
Песок мелкозернистый	0,1..0,2
Песок среднезернистый	0,2..0,25
Песок крупнозернистый	0,25..0,3
Пылеватые и глинистые пески	0,05..0,1
Супесчаные и суглинистые отложения	0,02..0,05
Известняки	0,005..0,1
Сланцы, изверженные породы	0,001..0,03

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 по формуле:

где - коэффициент фильтрации, зависящий от породы водоносного пласта, м/ сут;

- гидравлический уклон.

Продолжительность использования источника водоснабжения, лет:

На основании оценки эксплуатационных запасов производится окончательный выбор источника водоснабжения.

2. Рабочая конструкция скважины.

2.1 Выбор способа бурения

Бурение водозаборных скважин производится в основном двумя способами: ударно-канатным и вращательным. Ударно-канатное бурение применяется в рыхлых и скальных породах при глубине скважин до 150 м.

2.2 Выбор типа скважины

При оценке эксплуатационных запасов подземных вод гидродинамическими методами возникает необходимость расчета водозабора. Принцип такого расчета определяется принятым типом скважины - совершенная или несовершенная. Несовершенная скважина обусловливает дополнительное сопротивление движению воды, что по сравнению с совершенными скважинами при прочих равных условиях вызывает дополнительное понижение уровня, необходимое для преодоления этого сопротивления.

Выбор типа 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.

2.3 Рабочая конструкция скважины

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

Конструкция скважины включает в себя следующие основные элементы: кондуктор, технические колонны труб, эксплуатационную колонну, цементную защиту, фильтр скважины (водоприёмная 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 диаметр 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. Определяется глубина бурения и подбирается максимально возможный диаметр кондуктора: при глубине до 100 м – 600 мм; при глубине более 100 м – 900 мм.

2. Определяется выход кондуктора а и последующих колонн труб (разница в диаметрах 100 мм), до тех пор, пока последняя труба не достигнет водоупора (см табл. 4).

Таблица 2

Выход колонн обсадных труб при их принудительной посадке, м

Породы	Диаметр обсадных труб, мм
900-700	600-500	400-300
Сухие
Водоносные

3. Определяется диаметр фильтра.

Рис. 1 Рабочая конструкция скважины

3. Гидрогеологический расчёт водозабора

Основными задачами гидрогеологического расчета является определение дебита скважин и понижение 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 расчетов уточняют схему расположения водозаборных скважин, их количество и размеры.

3.1 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 - напор над подошвой водоносного горизонта, м;

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

- потери напора на входе в скважину, приближенное значение которых составляет 1,5 м;

- гидравлическое сопротивление, зависящее от гидрогеологических условий и типа водозаборного сооружения, м

где - гидравлическое сопротивление R в точке расположения скважины, м

где - радиус фильтра, ;

- радиус влияния скважины, м

где - коэффициент пьезопроводности водосодержащих пород, м³/сут

t - время, на которое рассчитывается эксплуатация скважины, сут.

– отношение расхода рассматриваемой скважины к суммарному расходу водозабора; в случае рассмотрения водозабора в виде одиночной скважины β= 1;

- дополнительное сопротивление, учитывающее фильтрационное несовершенство скважины, величина которого определяется в зависимости от отношения l_ф/m и m/ r. Для совершенных скважин можно принять равным ζ= 0.

Расчёт выполняется в следующей последовательности:

1. Определяется величина притока воды к скважине .

2. сравнивается с :

а. если ≥ , значит приток воды к скважине достаточен для водоснабжения города, и выполняется проверка при меньших диаметрах фильтра (при необходимости переделывается рабочая конструкция скважины);

б. если < , значит одной скважины недостаточно, и определяется необходимое количество скважин , после чего выполняется проверка при меньших диаметрах фильтра (при необходимости переделывается рабочая конструкция скважины).

3. Делается соответствующий вывод и определяется рабочее водопонижение:

, м

3.2 Выбор месторасположения насоса.

Погружной насос может быть расположен по одной из четырёх схем:

а. выше кровли водоносного пласта в одной из колонн обсадных труб;

б. в пределах водоносного пласта и конечной колонны обсадных труб;

в. в пределах надфильтровой трубы выше рабочей части фильтра;

г. ниже рабочей части фильтра над отстойником.

Поскольку в исходных данных к курсовой работе мощность водоносного пласта сравнительно небольшая, будем рассматривать только варианты а. и г.

Установка насоса выше кровли водоносного пласта (рис. 2) в одной из колонн обсадных труб подходит в том случае, если выполняется условие:

где - высота надфильтровой трубы относительно башмака эксплуатационной колонны ( 5 м);

- расстояние от верха надфильтровой трубы до низа насоса ( 2 м);

- обшая длина погружного насоса (2 м).

Если условие не выполняется, насос располагается ниже рабочей части фильтра над отстойником (рис. 3).

Дополнительные обозначения на рис. 2 и 3:

, - расстояние до фильтра от подошвы и от кровли водоносного пласта соответственно (1 м);

- длина рабочей части фильтра;

- расстояние от края фильтра до насоса (2 м);

- глубина отстойника (2 м).

Рис. 2 Расположение насоса выше кровли водоносного пласта

в одной из колонн обсадных труб

Рис. 3 Расположение насоса ниже рабочей части фильтра над отстойником

3.3. Выбор водоподъёмного оборудования.

При отборе воды из скважин напор насоса затрачивается на преодоление геометрической высоты подъёма воды () и потерь напора в водоподъёмной трубе ():

, м

где - коэффициент гидравлического трения;

- длина водоподъёмной трубы, м;

- диаметр водоподъёмной трубы, м;

- скорость подъёма воды, м/с.

Коэффициент трения зависит от диаметра трубы (табл. 5).

Таблица 3

d, мм	λ	d, мм	λ	d, мм	λ
	0,0269		0,0214		0,0186

Диаметр и длина водоподъёмной трубы зависят от выбранного местоположения насоса:

1. Для схемы а. , ;

2. Для схемы г. , .

Скорость подъёма воды определяется по формуле:

По результатам расчёта подбирается марка центробежного насоса ЭЦВ

Дата добавления: 2015-08-05