Такий підхід доцільний, тому що при цьому не змінюється загальна віддача і середня швидкість інфільтрації за фільтроцикл, а техніка розрахунку значно спрощується.
Час спорожнення басейну може бути задано. Звичайно він не перевищує 5-10 діб.
Якщо спрацювання рівня води в басейні йде неприпустимо повільно, то доцільно примусово його спорожнити.
3.3.5 При розрахунках продуктивності інфільтраційних басейнів необхідно враховувати зростання опору грунтів внаслідок випадання з води завислих частинок механічного і органічного походження, які в ній утримуються.
У зв’язку з тим, що грунти основи басейнів в більшості випадків представлені пісками, а в гравійно-галькових відкладах створюється піщане завантаження, зростання опору їх зумовлюється в основному утворенням на поверхні дна басейну (або завантаження) шару мулистої плівки (осаду). Процеси власне кольматажу, тобто відкладання завислих часток в порах грунту піщаної основи, звичайно відбуваються лише в перший, порівняно короткий період, тривалість якого оцінюється зза так званою гряземісткості грунту N.
Допустимо прийняти, що період кольматації пісків основи басейнів збігається з періодом розтікання води по його дну тонким шаром (t1). Тільки в окремих випадках (наприклад, в гравійно-галькових грунтах з крупним заповнювачем і при гравійному завантаженні дна) кольматаж може мати місце протягом більш або менш тривалого часу.
Відповідно до викладеного розрахунки фільтрації з басейнів в основні періоди його роботи (другий і третій) в системах господарсько-питного водопостачання, як правило, виконуються за схемою плівкової фільтрації.
Дінаміку формування мулистої плівки на дні басейнів слід виражати такою залежністю
dd=, (3.7)
де d – товщина плівки;
М – вміст завислих частинок (її каламутність);
gск – об’ємна маса скелета плівки;
t – час.
Це рівняння, а також співвідношення q = кп відповідно для режимів Н = const і q = const, де кп – коефіціент фільтрації плівки; Н – напір, під яким відбувається інфільтрація, є основними для отримання розрахункових залежностей, наведених в таблиці 3.1.
3.3.6 Оскільки коефіціент фільтрації природного грунту основи набагато перевищує коефіцієнт фільтрації осаду-плівки (к > кп), можна вважати, що рух води в грунті основи відбувається з неповним насиченням пор. В цьому випадку напір Н дорівнює глибині води в басейні. Прийнято також, що мулиста плівка не стислива, і її фільтраційні властивості залишаються незмінними в часі.
Таблиця 3.1
|
Періоди експлуатації |
Розрахункові формули |
№ формули |
Позначення |
|
І. 0<t<t1 q1=const; H=0 |
|
(3.8)
(3.9) |
F – площа дна басейну |
|
ІІ. t1£ t£ t1+ t2 q2= q1=const H=f(t) |
|
(3.10)
(3.11) |
A=kПgск |
|
q1+ q2 = const. |
|
(3.12) |
|
|
ІІІ. t1+ t2£ t£ t1+ + t2+ t3 q3=f(t) H=HM=const |
|
(3.13)
(3.14) |
|
|
Примітка. Інфільтрація через укоси басейну не враховується, що дає певний запас в результатах розрахунків(трохи зменшується ефективність поповнення). |
3.3.6 Загальна тривалість фільтроциклу Т призначається залежно від кількості передбачених очищень басейну за рік, яка, в свою чергу, визначається кліматичними умовами району, якістю сирої води, яка подається на поповнення, режимом роботи басейну, потрібною середньою за фільтроцикл швидкістю інфільтрації тощо і може уточнюватися в процесі проведення розрахунків.
Звичайно для басейнів в піщаних грунтах, а також в гравійно-галькових відкладах з піщаним завантаженням дна передбачають одне-два очищування протягом року; відповідно до цього тривалість фільтроциклу Т становить 180-365 діб. Тривалість спорожнення басейну t4, як вже відзначалося, не повинна перевищувати 10 діб. Тривалість періоду очищення t5 допускається приймати: 15 діб при очищенні вручну і 5 діб - при очищенні механізмами.
Фільтруюча здатність інфільтраційних споруд в багатьох випадках відновлюється лише раз на рік в період весняної повені, коли подача води на інфільтрацію припиняється через великий вміст в ній суспензії. Загальна тривалість періоду t1, протягом якого вода на інфільтрацію не подається, повинна визначатися при цьому тривалістю повені, яка встановлюється за даним гідрологічних щорічників. В багатьох випадках цей період значно перевищує тривалість четвертого і пятого періодів (t4 + t5) експлуатації басейнів.
Розрахункове значення каламутності М встановлюється за даними гідрологічних щорічників як середнє за робочий цикл експлуатації. У разі потреби провадяться спеціальні дослідження для визначення каламутності.
Якщо проект передбачає попередню підготовку води, яка подається на інфільтрацію, то розрахункова каламутність призначається з урахуванням зменшення каламутності річкової води на очисних спорудах.
При розрахунку басейнів, які працюють в режимі Н = const або мішаному, за вихідну повинна бути призначена величина qo = q1 = q2.
Для басейнів в середньо- і крупнозернистих пісках, які характеризуються коефіціентом фільтрації 10-60 м/добу і експлуатуються у мішаному режимі, витрата води qo коливається звичайно в межах 1-3 м/добу. Для басейнів в дрібнозернистих пісках і супісках величина цих витрат може бути зменшена до 0,25-0,5 м/добу.
При експлуатації басейну у режимі Н = const величина початкової витрати є максимальною і може досягати 5 м/добу і більше.
Гранична глибина води в басейні визначається його конструкцією.
За формулами таблиці 3.1 розраховуються t1, W1, t2 , W2. Потім за залежністю (3.5) визначається тривалість третього періоду t3, за формулою (3.13) – значення витрат в різні моменти часу, а за формулою (3.14) – величина віддачі в цей період.
Для басейнів, які працюють в режимі q = const (рисунок 3.3, а) задача зводиться до розв'язку системи трьох рівнянь. Одним з них є залежність (3.5), другим – формула (3.8) і третім – вираз (3.10). Формула для визначення q2 має при цьому такий вигляд (3.12).
В результаті розрахунків інфільтраційних басейнів слід скласти графіки q = j(t), які охоплюють усі періоди роботи басейну.
Середня швидкість інфільтрації за фільтроцикл визначається із співвідношення
q =, (3.15)
де W = ΣWі – загальна віддача басейну за фільтроцикл.
3.3.7 Відновлення продуктивності відкритих інфільтраційних споруд повинно здійснюватися звичайно шляхом знімання вручну або механізмами плівки і найбільш забрудненого шару піску завтовшки 1,5-3 см. Значно рідше застосовуються гідравлічні способи регенерації.
3.4 Спрощені інфільтраційні системи ШППВ
3.4.1 До спрощених інфільтраційних систем ШППВ належать інфільтраційні площадки, ставки, канали, цілеспрямовано затоплені заплави річок, відпрацьовані кар'єри, гірничі виробки, зони гідрогеологічного впливу водосховищ, магістральних каналів. При їх застосуванні передбачається максимальне використання існуючих природних і водогосподарських умов для підготовки і переведення поверхневих вод у підземні за допомогою найпростіших інженерних і водогосподарських заходів.
Ці системи є простими в експлуатації, легко ремонтуються силами експлуатаційних служб.
Застосування спрощених систем може бути особливо ефективним при вирішення регіональних природоохоронних і водогосподарських заходів на значних територіях у зонах впливу великих річок, водосховищ та іригаційних систем.
Спрощені інфільтраційні системи розміщуються переважно у природних зниженнях рельєфу, заплавах річок, на ділянках з легкофільтруючими грунтами. У Рівнинному Криму сприятливі умови існують у верхів'ях балок, де на поверхню виходять алювіальні нашарування з продуктів вивітрювання вапняків. Потужність вивітреної зони на цих ділянках становить переважно від 0,8 до 2,5 м. Її слід розглядати як природний фільтр, який підстилається тріщинуватими пористими вапняками зони аерації на глибину до 100 м.
3.4.2 Інфільтраційні ставки, площадки створюються шляхом спорудження низьконапірних дамб, валів, виїмок. Глибина води у них приймається у межах 0,2-0,8 м. Швидкість інфільтрації залежить від фільтраційних характеристик верхньої зони грунтів і замуленості води, яка подається на інфільтрацію. На передпроектних стадіях швидкість інфільтрації приймається по об'єктах-аналогах, у межах 0,2-0,5 м за добу. На проектній стадії ця величина визначається за результатами виконання натурних дослідно-вишукувальних робіт.
3.4.3 При застосуванні спрощених інфільтраційних споруд для підготовки і подачі поверхневих вод у підземні горизонти процес очищення води відбувається переважно у верхньому грунтовому або закольматованому шарі і закінчується в зоні аерації та водоносному горизонті на шляху води від місця інфільтрації до водозабірних споруд.
При високому ступені каламутності води, яка надходить з джерела поповнення, при проектуванні технічної схеми системи поповнення слід передбачати спеціальні відстійники або виділяти частину інфільтраційних площ під відстійники.
У спрощених інфільтраційних системах поповнення для відновлення фільтрувальної здатності необхідно провадити періодичне їх спорожнення для створення сприятливих умов для деструкції органічної частини мулофільтру під впливом природних факторів (сонця, вітру тощо) або за допомогою найпростіших агротехнічних заходів (боронування, оранка верхнього шару фільтрувальної поверхні).
3.4.4 У зоні впливу водосховищ, ставків, іригаційних каналів внаслідок підняття рівня води порівняно з побутовими умовами відбувається інфільтрація води на прилеглій території та підняття рівня підземних вод. Ці води слід відбирати і використовувати для господарських потреб як в системах ШППВ за умови відповідності їх якості вимогам водоспоживачів.
При вирішенні проблеми джерел водопостачання слід вивчити як альтернативний варіант використання інфільтраційних вод у зоні впливу водосховищ, ставків, каналів.
3.4.5 Відпрацьовані гірничі виробки можуть використовуватись для створення систем поповнення. Для цього слід використовувати території колишніх кар'єрів будівельних матеріалів (піску, гравію, вапняків), шахти, штольні. Технічна і технологічна схема таких об'єктів повинна вирішуватись індивідуально залежно від конкретних природних, технічних, водогосподарських умов і вимог щодо охорони навколишнього середовища.
4 ПРОЕКТУВАННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЯ ЗАКРИТИХ СИСТЕМ ШППВ
4.1 Умови застосування закритих систем
4.1.1 Закриті системи ШППВ необхідно застосовувати у випадках, коли:
4.1.2 Залежно від характеру розміщення у водоносному шарі закриті інфільтраційні споруди підрозділяються на горизонтальні і вертикальні.
Горизонтальні закриті інфільтраційні споруди – трубчасті дрени, галереї і штольні – не знайшли широкого застосування в практиці ШППВ, що пояснюється відсутністю ефективних методів відновлення їх продуктивності і недосконалістю самих конструкцій.
Найбільше розповсюдження отримали вертикальні закриті інфільтраційні споруди, головним чином, бурові свердловини і порівняно рідше - шурфи і шахтні колодязі.
4.1.3 Бурові свердловини за призначенням і умовам експлуатації можно підрозділити на такі типи:
Вбирні свердловини подають воду безпосередньо в експлуатаційний пласт. Вони експлуатуються як в режимі наливу при самопливній подачі води, так і в режимі примусового закачування під тиском.
Вбирні свердловини, як правило, споруджуються великим діаметром з встановленим фільтром з антикорозійних матеріалів і улаштуванням гравійної обсипки. Схему компонування вхідного вузла вбирної свердловини наведено на рисунку 4.6.
Дренажно-вбирні свердловини призначені для дренування верхнього водоносного горизонту з подачою води в нижній шар. Ці свердловини обладнуються фільтрами на обидва горизонти. Для поліпшення умов дренування або перетікання гравійна обсипка може укладатися не тільки в інтервалі встановлення фільтрів, а й у межах слабопроникного прошарку.
Рисунок 4.5 – Конструкція вбирних і дренажно-вбирних свердловин:
а – свердловина, яка вбирає; б – дренажно-вбирна свердловина;
1 – фільтровий каркас; 2 – обсадження; 3 – відстійник; 4 – пробка; 5 – експлуатаційна колона; 6 – кондуктор; 7 – затрубне цементування; 8 – сальник; 9 – спостережна свердловина; 10 –
затрубний п'єзометр
Рисунок 4.6 – Схема вхідного вузла вбирної свердловини (план і розріз І-І):
1 – вбирна свердловина; 2 – спостережна свердловина; 3 - п'єзометр; 4 – водомір; 5 - засувка;
6 – манометр; 7 – вантуз
Крім зазначених типів свердловин у ряді випадків використовуються установки подвійного призначення, які працюють поперемінно в режимі закачування–відкачування. Схема вхідного вузла установки наводиться на рисунку 4.7.
Рисунок 4.7 – Схема вхідного вузла свердловини подвійного призначення
(план і розріз І-І):
1 – свердловина подвійного призначення; 2 – спостережні свердловини; 3 – затрубний п'єзометр;
4 – водомір; 5 – засувка; 6 – манометр; 7 – вантуз; 8 – підвідна лінія; 9 напірна лінія; 10 – збірна лінія
