При отборе воды из водоносного горизонта несколькими скважинами
При расчете водозабора подземных вод из группы взаимодействующих скважин задачей расчета является определение скважины с максимальным понижением уровня воды при известных дебитах скважин с учетом их взаимодействия.
Расчет проведем для группы из трех несовершенных скважин в напорном водоносном горизонте. Дебит скважин одинаковый.
Дебит несовершенной скважины в напорном водоносном горизонте
.
Откуда понижение уровня в несовершенной скважине без учета взаимодействия:
, м
где 
− дебит скважины, м3/сут;
R – радиус влияния, м;
r – радиус скважины, м;
ξ 1, ξ 2 – дополнительные фильтрационные сопротивления, возникающие в связи с несовершенством скважины по степени и характеру вскрытия водоносного горизонта;
– коэффициент фильтрации, м/сут;
m – мощность водоносного горизонта, м.
Радиус влияния
,
где а – коэффициент пъезопроводности, м2/сут;
t – нормативное время эксплуатации скважины, равное 9125 сут.
,
где μ –коэффициент водоотдачи, принимается в зависимости от типа породы водоносного горизонта:
Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации и водоотдачи
| Порода | , м/сут
| μ |
| суглинок | 0,01…0,05 | |
| супесь, пылеватый песок | 0,1…1 | 0,1…0,15 |
| мелкий песок | 1…5 | 0,15…0,2 |
| средний и гравелистый песок | 5…30 | 0,2…0,25 |
| галечно-гравелистые отложения | 100…200 | 0,25…0,3 |
| известняк | 20…50 | 0,005…0,1 |
| песчанник | 10…20 | 0,001…0,03 |
Дополнительное понижение уровня воды для группы любым образом расположенных взаимодействующих скважин:
,
где 
– дебит i -й скважины, м3/сут;
– расстояние от скважины в которой определяется понижение уровня до i -й скважины.
Расстояние между скважинами принимается в зависимости от типа породы и мощности водоносного горизонта.
Рекомендуемые расстояния между скважинами
| Порода | Мощность водоносного горизонта, м | ||
| 10…15 | >15 | ||
| Супесь, пылеватый песок | 50…60 | 40…50 | 30…40 |
| Средне- и крупнозернистый песок | 40…50 | 30…40 | 20…30 |
| Галечник | 20…40 | 15…30 | 10…20 |
Расчетная схема
Дополнительное понижение уровня воды в скважине №1 за счет взаимодействия
где 
– дебит скважины, м3/сут;
– расстояние от скважины №1 до №2;
– расстояние от скважины №1 до №3.
Дополнительное понижение уровня воды в скважине №2 за счет взаимодействия
где 
– расстояние от скважины №2 до №3.
Максимальное понижение воды в скважине с учетом взаимодействия:
,
где 
– максимальное дополнительное понижение в скважине.
Для нормальных условий работы водозабора максимальное понижение воды в скважине должно быть меньше допустимого значения понижения. Допустимое значение понижения определяется по формуле:
для напорных пластов
где H – полный напор в скважине, т.е. разность между статическим уровнем воды в скважине и подошвой водоносного пласта, м;
m – мощность напорного водоносного пласта, м;
DНн – максимальная глубина погружения нижней кромки насоса под динамический уровень в скважине, м. (Нн = 5 − 10 м.);
DНф – потери напора на входе через фильтр, (DНф =0,5 – 1,5 м).
для безнапорных пластов
.
Шахтные колодцы
Шахтные колодцы чаще всего применяют для приема относительно неглубоко залегающих вод (обычно на глубине не более 20…30 м) из безнапорных водоносных пластов. Прием воды осуществляется через их дно и частично стенки.
На дно колодца укладывается обратный фильтр в виде слоев гравия с возрастающей кверху крупностью для предотвращения занесения в колодец частиц песка из водоносного пласта. В стенках колодца в пределах водоносного пласта для увеличения притока воды в колодец оставляют отверстия.
Диаметр шахтного колодца обычно не превышает 3–4 м. При устройстве нескольких колодцев их располагают в одну линию и соединяют между собой сифонными, а иногда самотечными трубами. Отбор воды осуществляется насосами из сборного колодца, который часто используется одновременно и для приема воды из грунта.
(Любой шахтный колодец должен быть выведен не менее чем на 0,7 м выше поверхности земли. Вокруг колодца у поверхности земли устраивают глиняный замок на глубину 1,5–2 м и в радиусе около 2 м – отсыпку с мощением или производят асфальтирование для предотвращения попадания в колодец загрязненных поверхностных вод.)
Приток воды через дно к несовершенному шахтному колодцу при условии, что 
, может быть определен по формуле, предложенной В.Д. Бабушкиным
,
где T – расстояние от дна колодца до водоупора, м;
R – радиус влияния для безнапорных вод может быть определен по формуле Кусакина;
, м.
Приток воды через боковую поверхность
где 
– фильтрационные сопротивления по степени вскрытия водоносного горизонта, считая для безнапорного пласта 
.
Горизонтальные водозаборы
При малой глубине залегания водоносного пласта (до 5–8 м) и относительно небольшой его мощности применяют горизонтальные водозаборы. Они представляют собой дренажи разных типов или водосборные галереи, укладываемые в пределах водоносного пласта. Водосборное устройство часто располагают по линии, перпендикулярной направлению движения грунтового потока. Вода, поступившая из грунта в дренажные трубы или галереи, подается по ним в сборный колодец, откуда откачивается насосами.
Все конструкции горизонтальных водосборов можно разделить на следующие три группы:
·траншейные водосборы;
·трубчатые водосборы;
·водосборные галереи.
Траншейные водосборы являются наименее совершенным типом горизонтальных водосборов.
Трубчатые водосборы представляют собой керамические, бетонные или железобетонные трубы круглого или овоидального сечения с фильтрующей гравийно-песчаной обсыпкой вокруг них.
 |
Водосборные галереи – обычно железобетонные овоидального сечения или сводообразного типа с отверстиями в стенке.
 |
Количество воды, поступающей в совершенный горизонтальный водосбор из безнапорного пласта
,
где H – мощность водоносного горизонта, м;
h – высота стояния воды в водосборе, м;
R – зона влияния, м;
l – длина водосбора, м.
Размеры поперечного сечения водопроводящей части галерей и труб определяется из условия безнапорного движения воды со скоростью не менее 0,7 м/с при наполнении 
по зависимости
,
где С – коэффициент Шези;
R – гидравлический радиус;
I – уклон галереи или трубы.
Площадь водоприемных отверстий, приходящихся на 1 м
,
где m – коэффициент расхода отверстий, равный 0,6…0,62;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
h 1 – средний напор над водоприемными отверстиями, м.
Поскольку в горизонтальных водозаборах расход по мере приближения к колодцу увеличивается, то расчет водопроводящей части следует вести по участкам (обычно от колодца к колодцу.
Лучевые водозаборы
Лучевые водозаборы – комбинация шахтного колодца и расходящихся от него лучами горизонтальных дрен, выполняемых при помощи гидравлического бурения или продавливания. Число горизонтальных лучевых дрен изменяется от 2 до 8, реже больше. Длина лучей обычно находится в пределах 20 - 50 м, но иногда достигает 150 м. В водообильных водоносных пластах лучевые дрены могут располагаться в несколько ярусов.
При двух дренах, расположенных по прямой, приток к лучевому водозабору приближенно равен притоку воды к горизонтальному. С увеличением числа дрен они начинают оказывать влияние друг на друга, и приток к каждой дрене уменьшается, хотя в целом дебит лучевого водозабора возрастает. По сравнению с одиночным шахтным колодцем (без дрен) лучевые водозаборы имеют больший дебит.
Лучевые водозаборы рекомендуют применять для забора воды из песчаных или песчано-гравелистых аллювиальных отложений, из маломощных водоносных пластов, залегающих на глубине 10…20 м, а также для захвата инфильтрационных вод у берегов и под руслами рек.
На лучах при входе в колодец устанавливают задвижки. Лучевые водоприемники позволяют наиболее полно использовать водоносные слои даже малой мощности.
Каптажи
Родники, или ключи, представляют собой естественный выход подземных вод на поверхность. Прозрачность, высокие санитарные качества, а также относительно простые способы получения родниковой воды привели к широкому использованию ее для целей питьевого водоснабжения.
Родники бывают двух типов – восходящие и нисходящие. Первые образуются при проникании в поверхностные слои грунта напорных вод в результате нарушения целостности перекрывающих их водонепроницаемых пород. Вторые образуются в результате выклинивания на поверхность земли безнапорных водоносных пластов, покоящихся на водонепроницаемых породах.
Сооружения для приема родниковых вод получили название каптажных сооружений, а процесс сбора родниковой воды называют каптажем родников. Эти сооружения в соответствии с характером их работы имеют различное устройство.
Для каптажа восходящих родников водоприемные сооружения выполняются в виде резервуара или шахты, сооружаемых над местом наиболее интенсивного выхода родниковой воды. Вода принимается только через дно, выполненное в виде обратного фильтра. Собранная вода отводится к потребителю самотеком или к насосной станции по трубе.
Каптаж нисходящих родников осуществляется путем устройства приемных камер с боковой водоприемной поверхностью, располагаемых в месте наиболее интенсивного выхода родниковой воды. В ряде случаев перпендикулярно основному направлению движения родниковой воды для ее перехвата и направления к приемной камере устраиваются сооружения в виде перемычек, подпорных стен и т. п. Иногда вдоль этих перемычек укладывают горизонтальные водосборные трубы или галереи.
