Для контролю за роботою свердловин необхідно передбачати відповідне обладнання для: а) вимірювання витрати і кількості води, яка надходить у шар за час експлуатації свердловин; б) регулюиання подачі води в свердловину і повного відключення свердловини від живильного водоводу; в) вимірювання динамічних рівнів води в свердловині на контурі обсипки і поблизу свердловини.
4.1.4. Відмітною рисою закритих систем є необхідність підготовки води відповідно до вимог споживачів перед подачею її в підземні горизонти, що експлуатуються. Це суттєво збільшує вартість штучного поповнення. Закриті системи доцільно застосовувати в умовах, коли джерелом поповнення є природні відстійники (озера, водосховища, канали), інші водоносні горизонти, доочищені стічні води, відпрацьовані води з установок кондиціонування повітря тощо.
4.1.5. У разі відсутності природних відстійників необхідно створити комплекс споруд для відстоювання води, попереднього фільтрування та здійснити інші заходи для підготовки води, які б забезпечували якість на водозаборі відповідно до вимог водоспоживача.
4.1.6. Закриті системи ШППВ питного призначення можуть застосовуватись виключно за погодженням з МОЗ України.
4.2 Схеми закритих систем, особливості конструкції вбирних свердловин, розрахунки їх дебіту
4.2.1 Принципова схема поповнення закритого типу з використанням свердловин полягає у подаванні води через ці свердловини у водоносний, ізольований від поверхні землі, горизонт.
Дренажно-вбирні свердловини дренують переважно верхні горизонти, які не експлуатуються, води яких фільтруються у розміщений нижче водоносний горизонт. Верхній водоносний горизонт при цьому може поповнюватись за рахунок фільтрації води з річки, водосховища або відкритих інфільтраційних споруд.
4.2.2 Інфільтраційні (вбирні та нагнітальні) свердловини за умовами їх роботи і конструкції поділяються на три групи. Інфільтраційні свердловини першої групи не відрізняються від водозабірних. У зв'язку з більш складними умовами їх експлуатації вони будуються більшого діаметра і частіше обладнуються фільтрами з гравійною обсипкою.
Інфільтраційні свердловини другої групи обладнуються фільтрами на дренований і вбирний водоносні горизонти.
Інфільтраційні свердловини третьої групи є водозабірними та вбирними і діють відповідно до періодів водовідбору та водоподачі. Ця група свердловин має відносно складне обладнання і працює за різними технічними схемами.
При цьому необхідно забезпечити надійну ізоляцію устя свердловини і з'єднань водоподавальної колони для запобігання підсмоктуванню в свердловину повітря і подальшого повітряного кольматажу фільтра і профільтрової зони.
4.2.3 Конструктивні особливості вбирних свердловин повинні враховувати ступінь підготовки води перед подаванням її в свердловину. При високому рівні підготовки води у відстійниках показники каламутності води, яка подається у свердловину, повинні бути близькими до тих, що відповідають воді питної якості. Аналогічні якісні параметри повинна мати вода з установок технологічного охолодження або кондиціонування повітря. Для забезпечення якості доочищених стічних вод і відпрацьованих вод з установок кондиціонування повітря їх слід транспортувати без розриву струменя, що запобігає потраплянню повітря у трубопроводи, корозії труб і появі гідроокису заліза у воді.
4.2.4 Устя свердловин слід захищати від затоплення паводковими і повеневими водами, в неробочі періоди воно повинно бути закрите і забезпечувати можливість вимірювання рівня і витрат води при експлуатації свердловини.
Конструкція вбирних свердловин повинна проектуватись згідно з “Пособием по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84)”.
4.2.6 Способи підготовки води перед подачею її у водоносний горизонт і після відбирання визначаються окремо у кожному конкретному випадку залежно від процесів самоочищення перед подачею води у водоносний горизонт у зоні аерації та водоносному горизонті. Ці заходи повинні бути узгоджені з державними органами санітарної охорони.
4.2.7 У закритих системах при роботі свердловин можлива кольматація фільтрів і прифільтрових зон, що зумовлює потребу в регенерації нагнітальних свердловин.
Спосіб відновлення пропускної здатності нагнітальних свердловин вибирається залежно від характеру і основних причин кольматації з урахуванням особливостей конструкції свердловин та їх приймальної частини. До таких способів належать: прокачування свердловин, вакуумування їх ствола, вібраційна дія, імпульсно-імплозивна обробка, реагентні обробки. Детальну інформацію про методи відновлення продуктивності закритих інфільтраційних споруд наведено в “Рекомендациях по проектированию и эксплуатации систем ИППВ” (1976 г).
4.2.8 При розрахунках вбирних свердловин розрізняються два режими їх роботи:
На практиці експлуатація вбирних свердловин здійснюється в режимі постійного дебіту. Цей режим забезпечується як при вільній інфільтрації, так і при подаванні води в свердловини під напором за допомогою насосів.
Для недосконалих свердловин, діючих у режимі постійного дебіту, значення напору залежить від опору пласта і підвищення напору, зумовленого додатковим опором залежно від конструкції свердловини.
Прогноз роботи вбирних свердловин в системі ШППВ виконується при спрощених схемах на підставі існуючих методик розрахунків, у більш складних схемах - шляхом моделювання.
5 РОЗРАХУНОК ВОДОЗАБОРІВ В УМОВАХ ШППВ
5.1 Принципова оцінка експлуатаційних запасів підземних вод в умовах ШППВ і без нього аналогічна. Основні відмінності зв'язані з необхідністю врахування режиму роботи споруд відкритого типу (зокрема, характер інфільтрації – вільна або підперта, характер кольматації дна басейнів, безперервність або періодичність їх роботи і т.д.).
Інтенсивність замулення фільтрів насамперед залежить від води, яка подається на інфільтрацію.
Нижче наведені особливості розрахунку водозаборів для двох найбільш поширюваних випадків роботи споруд ШППВ відкритого (схема 1) та закритого (схема 2) типів при безперервному режимі експлуатації і поповнення.
5.2 С х е м а 1. Споруди відкритого типу частіше всього застосовуються для ШППВ при роботі водозаборів в річкових долинах. В цьому випадку водозабори звичайно представляють собою лінійні ряди свердловин вздовж русла річки. Експлуатуємий водоносний горизонт безнапірний , приурочений до алювіальних відкладів. Води алювіальних відкладів гідравлічно зв'язані з поверхневими. ШППВ здійснюється, як правило, вільлною інфільтрацією (“дощування”) із системи інфільтраційних басейнів, канав, каналів, розташованих паралельно водозабору з боку, протилежного річці.
В таких умовах розрахункову схему шару можна представити в вигляді пласта-смуги з межою 1 роду (Н=const) по річці і межою 11 роду (q=const ¹ 0) по лінії розташування інфільтраційних споруд. Величина розрахункового зниження рівня Sp1 при роботі лінійного ряду досконалих свердловин великої довжини (2l ³ Lp=lo +DL; l – половина довжини ряду; L – відстань від водозабору до річки; DL – олір ложа річки ) без врахування впливу ШППВ може бути визначена по формулі Маскета-Лейбензона, перетвореної стосовно до одиничної продуктивності водозабірного ряду в безнапірному шарі:
, (5.1)
де q – одинична продуктивність водозабірного ряду, яка визначається як відношення сумарної витрати водозабору Qсум до довжини ряду 2l .
Позначимо ln = Lc. Тоді Sp1= H - . (5.2)
Підвищення рівня в свердловині водозабірного ряду Dh від роботи інфільтраційних споруд визначається за залежністю
Dh = H - , (5.3)
де qінф – одинична витрата інфільтраційних споруд (відношення загальної втрати “сирої “ води Qс.в до довжини інфільтраційних споруд).
Результуюче розрахункове зниження рівня в водозабірних свердловинах Sp з урахуванням інфільтрації води з басейнів визначиться за формулою
Sp = H – . (5.4)
Звідси величина одиничної розрахункової витрати водозабору при ШППВ складе:
qp = (5.5)
При визначенні qp величину Sp приймають рівною допустимому зниженню рівня.
Перший член у виразі (5.5) представляє одиничну витрату водозабору при допустимому зниженні без урахування ШППВ, другий – величину додаткової витрати qu, залученої водозабором при витраті води на інфільтрацію qінф з басейнів.
Отже, qu = qінф.
Коефіціент корисної дії () може бути розрахований за формулою
. (5.6)
З формули (5.6) видно, що коефіціент корисної дії залежить від співвідношення величини Lc до відстані від водозабору до річки (в свою чергу Lс залежить від відстані між водозабірними свердловинами). При поповнення запасів неефективне, тому що більша частина інфільтраційних вод не перехоплюється свердловинами водозабору, а потрапляє в річку.
Коефіціент загальної ефективності може бути розрахований за формулою
aеф= . (5.7)
При безперервному режимі поповнення величина qінф може бути розрахована за формулі
qінф =Vінф ´ b , (5.8)
де Vінф – середня швидкість інфільтрації;
b – ширина басейну.
Швидкість інфільтрації залежить від коефіціента фільтрації, товщини замуленого шару і глибини наповнення басейну (каналу). Її величина визначається дослідним шляхом, а зміна в часі прогнозується за даним про каламутність води, коефіціент фільтрації замуленого шару і об'ємну вагу скелету грунту.
5.3. С х е м а 2. Споруди закритого типу доцільно застосовувати для поповнення запасів підземних вод напірних водоносних горизонтів. В цьому випадку водозабори представляють собою групи взаємодіючих водозабірних свердловин системи ШППВ – групи взаємодіючих нагнітальних свердловин.
Для схеми необмеженого шару величина зниження рівня в водозабірній свердловині без ШППВ, розрахована методом узагальнених систем, становитиме
(5.9)
де – сумарний дебіт експлуатаційних свердловин без урахування ШППВ;
n – кількість свердловин.
Підвищення рівня Dh в свердловині від дії групи нагнітальних свердловин може бути визначене за формулою
, (5.10)
де Qс.в – сумарний дебіт системи нагнітальних свердловин;
rн – відстань між центрами водозабірної і нагнітальної груп свердловин.
Результуюче розрахункове зниження Sр у водозабірних свердловинах з урахуванням роботи системи нагнітальних свердловин становитиме
. (5.11)
Звідси
. (5.12)
При визначенні Qe величину Sp слід прийняти рівною допустимому зниженню рівня води
У формулі (5.12) перший член відповідає витраті, яка може бути отримана без урахування ШППВ, другий член – додатковій витраті Q, залученої до водозабору в зв'язку з роботою нагнітальної групи.
Таким чином,
Q= Q . ( 5.13)
З (5.13) коефіціент корисної дії
. (5.14)
З огляду на те, що звичайно набагато менше величини , вираз (5.14) перетворюється в
. (5.15)
З формули (5.15) випливає, що коефіціент корисної дії збільшується зі зменшенням відстані між водозабірними і нагнітальними свердловинами і зі збільшенням радіуса “великого колодязя”.
Коефіціент загальної ефективності для цього випадку неважко розрахувати згідно з (2.3)
. (5.16)
6 ДЖЕРЕЛА ПОПОВНЕННЯ І ВОДОГОСПОДАРСЬКЕ ОБГРУНТУВАННЯ
6.1 Джерела поповнення
6.1.1 Основним джерелом поповнення є річковий стік, води озер, водосховищ, каналів, води міжбасейнових перекидань стоку. Додатковими джерелами поповнення можуть бути резерви води в іригаційних каналах (періоди затяжних дощів у вихідні та святкові дні, при спорожненні каналів), водовідлив з гірських виробок, атмосферні опади, окремі види технологічних вод, стічні води після відповідної їх обробки та ін.
Для поповнення можуть використовуватися підземні води водоносних горизонтів, суміжні з тими, що експлуатуються.
Побічними джерелами поповнення для створення додаткових ресурсів підземних вод можуть бути інфільтрація з водосховищ, ставків, каналів, полів зрошення, затоплення заплав річок, снігозатримання тощо.
За режимом забезпечення ресурсами джерела поповнення бувають:
До комплексу досліджень джерел поповнення входить аналіз гідрологічних, водогосподарських і кліматичних умов.
6.1.2 Роботи, пов'язані з обгрунтуванням джерел поповнення для систем ШППВ, виконуються відповідно до стадії проектування. На попередніх передпроектних стадіях вирішуються основні принципові питання: вибір джерела поповнення, з'ясування його здатності забезпечити необхідні дебіти і графік водоподачі, якість води, санітарно-гігієнічні умови.
6.1.3 Вихідні дані для обгрунтування передпроектних стадій (концепція, схема) повинні бути одержані на підставі збирання матеріалів гідрометеорологічних спостережень, відомостей про екстремальні значення гідрометеорологічних характеристик і дії природних факторів на споруди, що експлуатуються і передбачаються проектом.
Як джерела інформації при збиранні матеріалів повинні використовуватися відповідні довідники, науково-технічна література, архівні матеріали. Якщо таких даних нема, провадяться попередні обстеження, опитування на місці тощо.
При розробці ТЕО і на подальших стадіях проектування провадяться спостереження за гідрологічним режимом джерела поповнення (річки, канали, озера, водосховища) впродовж не менше одного року. В умовах, коли вишукувальні та проектні роботи здійснюються в умовах недостатньо вивченої території і тривають понад 5 років, зі складу гідрометричної мережі слід виділити опорні пости з використанням їх як аналогів для оцінки режимних характеристик джерела поповнення.
Обсяг інженерно-гідрометеорологічних вишукувань визначається програмою робіт залежно від типу і компонування споруд, що проектуються, вивченості території, тривалості спостережень, складу елементів, що вивчаються, стадією проектування відповідно до вимог СНиП 1.02.07.
