Відстань між водозабірними свердловинами та інфільтраційними басейнами встановлюється по можливості мінімальною, але такою, щоб тривалість фільтрації сирої води з басейну до водозабірних свердловин була достатньою для очищення води від бактеріального та інших видів забруднення і забезпечення потрібної якості води в водозаборах з урахуванням можливого змішування інфільтраційної води з природними водами експлуатаційного шару. Звичайно на практиці зазначені відстані приймаються рівними 50-200 м.
Часто як інфільтраційні споруди в долинах річок можуть бути використані висохлі озера, староріччя, протоки і т.д.
Місце розміщення водозабірних свердловин у цьому випадку повинно встановлюватися з урахуванням конфігурації зазначених природних знижень, а водозабори підземних вод можуть включати в себе, як в системах зі штучними інфільтраційними спорудами, групи взаємодіючих свердловин, лінійний ряд або систему рядів експлуатаційних свердловин.
2.1.4. Основними показниками, які визначають гідродинамічну ефективність роботи водозабірних та інфільтраційних споруд в системах ШППВ, є: коефіціент корисної дії інфільтраційних споруд η і коефіціент ефективності поповнення ξ .
Параметр η виражає відношення витрати води, яка додатково надходить до водозабору при роботі інфільтраційних басейнів, до середньої загальної витрати поданої в них сирої води, тобто
, (2.2)
де - витрата, додатково залучена водозабором в умовах поповнення ;
Qб - середня подача води на поповнення.
Параметр ξ визначає загальну ефективність заходів по ШППВ. Чисельно цей коефіціент дорівнює відношенню витрати води, додатково одержаної водозабором при поповненні, до загальної витрати водозабірної споруди в цих умовах.
, (2.3)
де Q – дебіт водозабору без штучного поповнення;
– дебіт водозабору в умовах поповнення.
2.1.5 На першому етапі вивчення проблеми основними вихідними даними є величина і графік водоспоживання, вимоги до якості води, гідрогеологічні, гідрологічні та водогосподарські умови. Для отримання цих даних слід використовувати наявні матеріали та результати обстежень на місцях.
При позитивних висновках на першому етапі роботи щодо можливості та техніко-економічної доцільності створення систем ШППВ виконується наступний етап вишукувальних, дослідних і проектних робіт залежно від складності природних і техніко-економічних умов, потужності проектованих водозаборів та ін. на території, що вивчається.
2.1.6 При проектуванні систем ШППВ їх продуктивність слід визначати величиною дефіциту води на певні розрахункові періоди. У разі наявності кількох різних водоспоживачів (водопостачання питне, промислове, технологічне, зрошення) повинен надаватися графік водоспоживання кожного з перспективних водоспоживачів і вимоги до якості води для кожного з них.
2.1.7 Величина дефіциту води на задані періоди визначається в спеціальних водогосподарських схемах на підставі воднобалансових розрахунків. У випадку відсутності цих даних у програму робіт з розробки проекту ШППВ повинні включатися роботи для визначення величини дефіциту на відповідні розрахункові періоди.
2.1.8 На передпроектних стадіях вивчення проблеми ШППВ у разі потреби може виникнути зворотне завдання - визначення можливої продуктивності системи, виходячи з конкретних гідрогеологічних, інженерно-геологічних, гідрологічних та водогосподарських умов певної території.
2.1.9 При проектуванні систем ШППВ розрізняється продуктивність річна, за інфільтраційний цикл, сезон, місяць, добу, секунду.
2.1.10 На попередніх стадіях проектування значення h приймається наближено для систем з басейнами капітального типу – 0,85-0,95, спрощеного типу – 0,8-0,9, при затопленні річкових долин – 0,6-0,8. Менші значення при інших рівнозначних умовах слід приймати для об'єктів у аридних районах, на ділянках з недостатнім вивченням гідрогеологічних умов.
2.2 Вибір і обгрунтування технічної схеми ШППВ
2.2.1 При розробці технічної схеми системи ШППВ, її планово-висотного розміщення необхідно враховувати такі визначальні фактори:
Оцінку геоморфологічних умов стосовно завдань ШППВ на передпроектних стадіях вивчення проблеми слід виконувати на планшетах масштабу 1:25000, 1:10000. На подальших стадіях виконується топографічна зйомка у масштабі 1:5000-1:1000. Масштаб зйомки приймається залежно від стадії проектування, конкретних топографічних умов, складності геологічної будови території, розмірів території, на якій розміщується система поповнення;
2.2.2 Метод поповнення, технічна та технологічна схеми вибираються на підставі вивчення і системного аналізу наведених вище факторів.
У сучасній практиці переважна більшість діючих об'єктів поповнення (від 70 % до 80 %) являє собою відкриті безнапірні інфільтраційні системи, що обумовлюється простотою конструкції і високими техніко-економічними показниками.
Виходячи з цього положення, насамперед потрібно вивчити можливість створення відкритих систем.
Визначальним фактором при виборі типу інфільтраційних споруд є наявність верхнього фільтрувального шару грунтів, який забезпечує інфільтрацію поверхневих вод у водоносний горизонт, що експлуатується. У разі наявності з поверхні водонепроникного шару грунтів потужність його не повинна перевищувати 3-4 м.
2.2.3 Закритий тип систем ШППВ слід застосовувати при заляганні з поверхні водонепроникного шару порід потужністю понад 4 м. Ця величина уточнюється на підставі техніко-економічних розрахунків. Подача поверхневих вод у водоносний горизонт відбувається через свердловини, водовбирні колодязі, шурфи, галереї.
2.2.4 Комбінований спосіб поповнення необхідно застосовувати, коли верхній фільтрувальний шар грунтів відділяється від залягаючого нижче водоносного горизонту, що експлуатується, водонепроникним шаром грунтів, який перешкоджає надходженню фільтрувальних вод у залягаючий нижче водоносний горизонт, що експлуатується.
Тип системи ШППВ повинен вибиратися на підставі техніко-економічного аналізу конкуруючих варіантів.
2.2.5 У процесі експлуатації інфільтраційних споруд необхідно періодично відновлювати їх фільтраційну здатність та здатність поглинати забруднення, яка зменшується внаслідок кольматації природних або штучних фільтрів.
Боротьбу із замуленням фільтрів в системах поповнення при високій інтенсивності цього процесу слід провадити шляхом:
Необхідність і способи боротьби з замуленням на інфільтраційних спорудах із застосуванням наведених вище способів повинні обгрунтовуватися при проектуванні техніко-економічними розрахунками. У разі потреби у додаткових спорудах для боротьби із замуленням фільтрів вони повинні передбачатися при обгрунтуванні технічної схеми системи ШППВ.
3 ПРОЕКТУВАННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЯ ВІДКРИТИХ ІНФІЛЬТРАЦІЙНИХ СПОРУД В СИСТЕМАХ ШППВ
3.1 Типи та конструкція інфільтраційних басейнів
3.1.1 Відкриті інфільтраційні споруди (басейни, канали, площадки, канави та борозди і т.д.) застосовуються, як правило, для поповнення запасів підземних вод першого від поверхні землі водоносного горизонту при відсутності або малої потужності покрівних слабопроникливих відкладів.
3.1.2 Відкриті інфільтраційні споруди є найбільш придатними для районів, які характеризуються нетривалими періодами негативних температур або їх відсутністю.
Інфільтраційні басейни капітального і полегшеного типу є найбільш поширеним у практиці водопостачання типом інфільтраційних споруд у системах поповнення.
3.1.3 Тип відкритих інфільтраційних споруд визначається геологічними і топографічними особливостями ділянки їх розміщення, якістю води, яка подається на інфільтрацію, характером поверхневого стоку, що підлягає використанню, розміром наявних вільних площ і цілями поповнення.
3.1.4 Необхідна площа інфільтрації системи поповнення Fга визначається за формулою
, (3.1)
де Qд – добова середньорічна подача води на інфільтрацію, тис.м3;
Qд = Qо + Qв, (3.2)
Qо – добова продуктивність водозабору системи ШППВ, тис.м3;
, (3.3)
де Wo – річна продуктивність системи, тис.м3;
Т – кількість діб роботи водозабору протягом року;
Qв – добові безповоротні витрати води (випаровування в системі поповнення,
перетікання води у підземному горизонті за межі впливу системи), тис.м3.
Величина витрат води на випаровування з площі водного дзеркала в системі поповнення (басейни, канали) становить незначний об'єм відносно потужності системи і нею можна знехтувати. Величина перетікання за межі впливу системи поповнення Е залежить від гідрологічних умов і може бути значною. На початкових стадіях проектування вона приймається за аналогами, на завершальних стадіях - на підставі спеціальних модельних досліджень гідродинамічних процесів у водоносному горизонті або на дослідно-виробничих установках;
n – добова швидкість інфільтрації води у басейні, м/добу. На попередніх ста-
діях проектування визначається за аналогами в проекті на підставі розрахун-
ків або спеціальних натурних досліджень.
3.1.5 При планово-висотному розміщення басейнів слід дотримати умови самопливної водоподачі від джерела поповнення до інфільтраційних басейнів, система водоподачі у басейни повинна забезпечити можливість автономного регулювання роботи басейнів без впливу на водоподачу в інші басейни.
3.1.6 Інфільтраційні басейни, як правило, слід розміщувати у добре проникних грунтах (піски, піщано-гравійні відклади, пористі тріщинуваті скельні і напівскельні породи). На ділянках, де верхня зона грунтів на глибину від 3 до 4 м має низькі фільтраційні характеристики, вони повинні бути видалені або заміщені фільтруючими грунтами. Дно басейнів за будь-яких умов слід розміщувати у фільтруючих грунтах.
3.1.7 Кількість басейнів слід визначати, виходячи з того, що мінімальна їх кількість повинна бути не менше двох за умови надійності роботи системи поповнення. Максимальна кількість басейнів практично не обмежується. У цьому випадку необхідно виходити з положення, що за інших незмінних умов, насамперед площі інфільтрації, вартість басейнів буде мінімальною при найменшій їх кількості. Це зумовлене тим, що при мінімальній кількості басейнів довжина роздільних дамб та їх вартість буде мінімальною.
3.1.8 Оптимальна форма басейнів у плані визначається характером рельєфу. При плоскому рельєфі території найбільш економічною формою буде квадрат, при розміщенні басейнів на схилах – прямокутник. Оптимальне співвідношення довжини сторін прямокутника визначається залежно від нахилу поверхні, на якій розміщується басейн, на підставі техніко-економічних розрахунків. При цьому необхідно враховувати закономірності формування купола підземних вод при поповненні та можливість підпору грунтових вод.
На великих установках штучногопоповнення слід застосовувати басейни завширшки по дну 15-30 м і завдовжки 200-400 м. Глибина басейну залежить від геологічних, топогорафічних і кліматичних умов і не перевищує, звичайно, 3-4 м (частіше 1,5-2 м). За наявності слабопроникних покривних відкладів дно басейнів повинно заглиблюватися в добре фільтруючі грунти на глибину не менше, ніж 0,5 м. Загальна глибина басейну від дна до верху відкосу повинна перевищувати глибину його наповнення не менше, ніж на 0,5 м.
Обвалування басейнів виконується грунтом, витягнутим з виїмки при їх будівництві. На затоплених в період повеней ділянках висота обвалування повинна прийматися за умови запобігання проникненню в басейн повеневих вод через дамби.
3.1.9 Планове розміщення басейнів, їх розміри на стадії проекту (робочого проекту) повинні бути погоджені з процесами формування рівня підземних вод з тим, щоб уникнути їх підтоплення.
Прогноз дзеркала підземних вод у зоні дії інфільтраційних басейнів найдоцільніше виконувати із застосуванням математичного моделювання.
