Расчет и конструирование горизонтальных водозаборов

Горизонтальные водозаборные сооружения (рис. 10.14) рационально устраивать в тех случаях, когда необходимо забирать воду из маломощных по высоте, но широких подземных водоносных горизонтов, залегающих на глубинах 5-7 м от поверхности зем­ли. По конструкции они делятся на траншейные, трубчатые и галерейные.

Рис. 10.14. Конструкция

горизонтального водосбора трубчатого типа:

1 - сборный водоприемный колодец; 2 - смотровой коло­дец; 3 - водосборный трубо­провод; 4 - дренажная гра­вийная обсыпка; 5 - щебе­ночное основание; 6 - водоупор

В сельскохозяйственном водоснабжении наиболее рациональными и экономичны­ми при определенных условиях залегания подземных водоносных пород являются труб­чатые водосборы с одно- или двусторонним притоком воды. Такие водосборы состоят из дырчатых керамических, асбестоцементных, бетонных или железобетонных труб ди­аметром 150-200 мм, фильтрующая поверхность которых обсыпана несколькими слоя­ми гравия и песка. На расстоянии 50 м друг от друга устраивают смотровые колодцы. Все фильтрующие трубы соединены с общим водоприемным колодцем. Траншеи для сборных фильтрующих труб и фильтрующей обсыпки обычно разрабатывают драглай­ном. Размещают горизонтальные водосборы перпендикулярно движению грунтового потока.

Водосборные галереи применяют при глубинах залегания грунтовых вод 6-8 м. Сооружают их открытым способом с круглым, прямоугольным или овалоидальным сече­нием. Галереи оборудуют сборными железобетонными элементами и дополнительным гравийно-песчаным фильтром (когда водоносные породы состоят из песков или мелко­го гравия).

При сооружении горизонтальных водозаборов необходимо предусматривать защи­ту от проникновения в водоприемные трубы или галереи загрязненных поверхностных вод и частиц грунта. Обычно стараются размещать основание водоприемной части на водоупоре, подстилающем эксплуатируемый водоносный пласт.

Общий дебит горизонтального водозабора, заложенного на водоупоре, может быть
ориентировочно определен по формуле

 EMBED Microsoft Equation 3.0  (1.53)

где l - длина водозаборных труб (галерей), м; Н - мощность водоносного пласта, м;

i - уклон зеркала грунтового потока; K_ф - коэффициент фильтрации грунта, м/сут.

Расчет горизонтального водозабора заключается в определении необходимой дли­ны дырчатой трубы, траншеи или галереи, их размеров и дебита водозабора.

Возможны четыре расчетных схемы горизонтального водозабора (рис. 10.15).

По первой схеме (рис. 10.15, а) совершенный горизонтальный водозабор располо­жен параллельно речному потоку при одностороннем притоке воды, основным расчет­ным уравнением является уравнение Дюпюи в виде:

 EMBED Microsoft Equation 3.0 , м³/сут (1.54)

где h - высота слоя воды в водозаборной трубе; R - радиус влияния водозабора или рас­стояние от центра трубы до уреза воды в реке (R₁).

В случае двустороннего притока воды к совершенному горизонтальному водозабо­ру (рис. 1.28, б) общий дебит водозабора равен:

 EMBED Microsoft Equation 3.0 , м³/сут (1.55)

При двустороннем притоке воды к несовершенному горизонтальному водозабору
(рис. 10.15, в) общий дебит равен притоку воды со стороны реки Q_р со стороны подземного потока Q_п и фильтрационного расхода через дно водозаборной трубы, который мо­жет быть разделен на две части - фильтрационный расход со стороны реки Q_mp и со стороны подземного потока Q_mn

 EMBED Microsoft Equation 3.0 , м³/сут (1.56)

Величины Q_p и Q_n могут быть определены по формуле (8.53). Величины Q_mp и Q_mп по уравнениям напорного движения:

 EMBED Microsoft Equation 3.0 , м³/сут (1.57)

 EMBED Microsoft Equation 3.0 , м³/сут (1.58)

где q₁ и q₂- приведенные расходы соответственно со стороны реки и со стороны бере­га.

Величина q₁ и q₂ определяются по графику Р. Р. Чугаева (рис. 10.15).

Значение α определяется по формуле:

- для речной стороны:

 EMBED Microsoft Equation 3.0  (1.59)

- для пойменной стороны:

 EMBED Microsoft Equation 3.0  (1.60)

где D – диаметр водозаборной трубы или ширина галереи, м.

Значение β определяются из формул:

 EMBED Microsoft Equation 3.0  (1.61)

 EMBED Microsoft Equation 3.0  (1.62)

Рис. 10.15. Расчетные схемы притока воды к горизонтальным водосборам:

а - односторонний приток воды к совершенному горизонтальному водосбору;

б - двусторонний приток воды к совершенному горизонтальному водосбору;

в - двусторонний приток воды к не­совершенному горизонтальному водосбору;

г - односторонний приток воды к несовершенному горизонтальному водосбору

При одностороннем притоке воды к несовершенному горизонтальному колодцу (рис. 1.34, г) общий дебит водозабора определяется как частный случай расчета двусто­роннего притока по тем же зависимостям с учетом конкретных условий движения подрусловых или подземных вод к водозабору.

Количество водоприемных отверстий и сопротивление гравийной обсыпки должны быть рассчитаны таким образом, чтобы не происходило в процессе эксплуатации под­пора грунтовых вод в пласте, так как это может повлечь за собой изменения направле­ния движения части потока, что приведет к уменьшению водозахватной способности водозабора в целом. Обычно диаметр отверстий в трубах принимают равным 0,5-1,0 см. Дренажные трубы должны быть смонтированы таким образом, чтобы была воз­можность их прочистить из смотровых колодцев.

Рис.10.16. Графики определения величин приведенных расходов q₁ (а) и q₂ (б)

Их суммарную площадь определяют по известной формуле:

 EMBED Microsoft Equation 3.0 , м² (1.63)

где q_mаx - максимальный приток воды на 1 п.м водоприемной части, м³/сут.; h - средний напор над водоприемными отверстиями, м.

С целью предупреждения выноса из водоносного пласта частиц грунта выходная
скорость фильтрации (фактическая) не должна превышать естественной водоотдачи во­
доносного пласта:

 EMBED Microsoft Equation 3.0  (1.64)

Скорость движения воды в водосборных трубах назначают в пределах 0,5 – 0,8 м/с, исходя из необходимости предотвращения вымывания грунта вокруг них вследствие неплотностей и нарушения структуры гравийной обсыпки.

---

Дата добавления: 2015-08-03