Розрахунок взаємодіючих свердловин у напівобмежених водоносних горизонтах

У природних умовах водоносні горизонти обмежені з усіх боків. Але якщо на роботу системи свердловин впливає тільки одна межа, а інші знаходяться так далеко, що за весь час експлуатації будуть за межами воронки депресії, розрахункова гідродинамічна схема називається “напівобмеженим” водоносним горизонтом [8, 9]. Найчастіше така схема використовується як розрахункова у випадках, коли водознижуюча споруда розташована поблизу річок або контактів водонасичених порід із слабопроникними.

Межа водоносного горизонта по річці розглядається як межа з постійним напором

(H = const), а межа із слабопроникними породами – як межа з постійною витратою (q = 0).

Урахування впливу прямолінійної межі на роботу системи водознижуючих свердловин грунтується на застосуванні методу дзеркальних відображень. За цим методом реальний напівобмежений горизонт замінюється умовно необмеженим, в якому по контуру межі зберігається гранична умова. Це досягається введенням у розрахунок дзеркально відображених від межі умовних свердловин із дебітами, що дорівнюють реальним, з протилежними за знаком на межі з граничною умовою H=const та однаковими – на межі з умовою q=0.

В умовах напівобмеженого пласта з межею першого роду (H = const) протилежний знак дебіту відображеної свердловини відповідає наливу до неї води. Таким чином, на середині між реальною і відображеною свердловинами зберігається постійний в часі рівень (рис 1.4).

Далі розрахунок ведеться для двох взаємодіючих свердловин (реальної та відображеної) в умовно безмежному пласті.

За методом накладання течій в реальній свердловині зниження рівня води S_p буде дорівнювати:

S_p = S₀ + , (1.6)

де: S₀ – зниження рівня в реальній свердловині, що працює сама, – зрізка рівня в реальній свердловині від роботи відображеної свердловини.

Рис. 1.4. Схема до розрахунку притоку підземних вод до свердловини в напівобмеженому водоносному горизонті з постійним напором на межі.

За формулою Тейса:

(1.7)

(1.8)

S_p = - = =

= (1.9)

Якщо водознижуюча споруда складається із кількох взаємодіючих свердловин, розрахункове зниження в кожній з них буде дорівнювати:

(1.10)

де: S_p – зниження рівня води в розрахунковій свердловині з дебітом Q₀ при роботі її як одиночної та роботі інших свердловин з дебітом Q_i ; r_c i r_i – відповідно, радіус розрахункової свердловини та відстань до цієї свердловини від інших взаємодіючих свердловин; – відповідно, відстані від розрахункової свердловини до її дзеркального відображення та до інших дзеркально відображених свердловин (рис.1.5) .

В умовах напівобмеженого водоносного горизонта з межею другого роду (q=const) зниження в кожній із взаємодіючих свердловин системи водо понижуючих свердловин розраховується за формулою:

(1.11)

де: a – коефіцієнт п`єзопровідності; t – проектний термін відкачки води. Інші позначення ті ж самі, що і у формулі (1.10).

П р и к л а д р о з р а х у н к у

У м о в и:

В заплаві річки на відстані 180 м від неї планується будівництво тунелю метро. Тунель в цьому місці заглиблюється на 15,0 м під рівень підземних вод. Розрахувати кількість свердловин, за допомогою яких на період будівництва можна знизити напір на 0,5 м нижче залягання підошви тунелю. Свердловини необхідно розташовувати на відстані не ближче 20,0 м від країв тунелю.

Русло річки знаходиться вздовж правого корінного схилу долини, який складений добре проникними породами. Водовмісні алювіальні породи заплави товщиною 25 м перекриті суглинистими відкладами. Напір над покрівлею горизонту (H’) складає 28 м. Коефіцієнт фільтрації водовмісних порід становить 4,8 м/доб. Алювіальний водоносний горизонт має безпосередній гідравлічний зв`язок із річкою [9].

Визначити зниження напору підземних вод в точці А, яка знаходиться біля св. 2, за рахунок відкачки води із 3-х досконалих водознижуючих свердловин, розташованих в лінійний ряд уздовж річки на відстані l₀=200 м від неї.

Продуктивність однієї свердловини (Q) складає 1400 м³/доб. Радіус свердловини – 0,2 м. Відстань між свердловинами приймемо (з умови r₁ < 2l₀): r₁ = 350 м, r₂ = 280 м.

Р о з в`я з о к

На основі наявної інформації гідрогеологічні умови ділянки, де розташована система водознижуючих свердловин, можуть бути схематизовані у вигляді однорідного, напірного пласта, який обмежений з одного боку річкою, а з другого – корінним схилом долини.

Розрахунок системи водознижуючих свердловин проводиться з використанням залежності (1.10).

Величина зниження в точці А дорівнюватиме:

м

За цією залежністю визначаємо і зниження напору у свердловинах 1 і 3, які будуть дорівнювати 15,6 і 15,5 м відповідно.

З наведеного розрахунку видно, що отримана величина зниження напору на 0,9, 0,6 і 0,5 м більша необхідного. Це задовольняє умови завдання. Але в цьому випадку небхідно всі 3 свердловини облаштовувати фільтрами на всю товщину водоносного горизонту. Довжина фільтрів в цьому випадку становитиме аж 25,0 м. Практично це важко зробити технічно та і недоцільно.

У зв`язку з цим доцільно водозабірні свердловини робити недосконалими. Це дозволяє знизити обсяги бурових робіт, і водознижуюча система свердловин буде раціональнішою.

Розрахунок зниження рівня в недосконалих свердловинах виконуємо за формулою: (1.12)

де – опір, що визначається недосконалістю свердловини.

Коефіцієнт недосконалості свердловини визначаємо методом підбору, виходячи з умови S_p = S_доп.

Використовуючи графіки (дод.1) за відношенням m/r_c та визначаємо величину l_ф/m, а звідси l_ф. У нашому випадку підібрана величина = 9,0,

тоді при m/r_c = 25 : 0,2 = 125 і l_ф /m = l_ф/25 = 0,3

l_ф =25 x 0,3 = 7,5 м.

Отже, довжина фільтра у св. 2, що прилягає до покрівлі водоносного горизонту, дорівнюватиме 7,5 м. Фільтрами такої ж довжини слід обладнати і решту свердловин.

Рис.1.5. Схема до розрахунку системи водознижуючих свердловин в умовах напівобмеженого водоносного горизонта

Оптимізацію системи водознижуючих свердловин можна здійснити й іншим шляхом.

Передусім розраховуємо дебіт досконалої свердловини при S_доп = 15,5 м. м³/доб.

Для того щоб понизити напір підземних вод на 15,5 м однією свердловиною, необхідно проводити відкачку із неї з дебітом 1929 м³/доб. Але це неможливо зробити тому, що дебіт однієї свердловини більший ніж дебіт запроектованих свердловин. Тому розглянемо систему водознижуючих свердловин, яка складається із двох свердловин. Середній дебіт кожної з них становить: Q = 1400 м³/доб.

При відстані між свердловинами в 350 м зниження рівня води в них з урахуванням взаємодії дорівнюватиме:

м.

Але якщо ці водопонижуючі свердловини зробити недосконалими (m/r_c=125;

=3,8; l_ф/m=0,46) з фільтрами довжиною 11,5 м, які примикають до покрівлі водоносного горизонту, то S_p =S_доп=15,5 м . Такий варіант схеми водознижуючих свердловин дозволяє отримати необхідне зниження напору з найменшими, порівняно з іншими схемами, витратами.

В и с н о в о к.

Найбільш раціональною системою водознижуючих свердловин для отримання необхідного зниження напору підземних вод, є система з двох недосконалих свердловин, розташованих на відстані 200 м від річки і на 350 м одна від одної, з фільтрами довжиною 11,5 м у верхній частині водоносного горизонту.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: