СН 325-65 Указания по проектированию сооружений для забора подземных вод

СН (Строительные нормы) от 12.08.1965 № 325-65

СН 325-65

СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

Указания по проектированию сооружений для забора подземных вод

Дата введения 1966-01-01

ВНЕСЕНЫ объединением Союзводоканалниипроект Госстроя СССР

УТВЕРЖДЕНЫ Государственным комитетом по делам строительства СССР 12 августа 1965 г.

"Указания по проектированию сооружений для забора подземных вод" СН 325-65 разработаны Всесоюзным научно-исследовательским институтом водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВОДГЕО), Государственным проектным институтом Союзводоканалпроект, Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР, проектным институтом Гипрокоммунводоканал МКХ РСФСР и Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) Министерства геологии СССР.

При разработке настоящих указаний были использованы и обобщены материалы научных исследований, а также опыт проектирования и эксплуатации водозаборов подземных вод.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Настоящие указания распространяются на проектирование вновь строящихся и реконструируемых сооружений для забора подземных вод, предназначаемых для централизованного водоснабжения.

1.2. Сооружения для забора подземных вод должны надежно обеспечивать прием (захват) потребного количества подземных вод и подачу воды в водоводы.

1.3. Выбор типа и схемы размещения водозаборных сооружений следует производить, исходя из геологических и гидрогеологических условий и других природных особенностей района на основе технико-экономического расчета.

1.4. Проекты водозаборных сооружений подлежат согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы, геологической службы и органами по использованию и охране водных ресурсов на территории СССР.

1.5. При использовании подземных вод для хозяйственно-питьевых целей следует принимать такие водоисточники, качество воды которых соответствует требованиям ГОСТ 2874-54 "Вода питьевая".

Примечание. В исключительных случаях при использовании подземных водоисточников, вода которых не соответствует ГОСТ 2874-54 по бактериологическому и химическому составу и органолептическим свойствам, должна быть предусмотрена соответствующая обработка, гарантирующая качество питьевой воды в соответствии с требованиями ГОСТ 2874-54 (по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы).

1.6. При использовании подземных вод для производственных целей качество их должно отвечать требованиям технологии производства. При необходимости должна предусматриваться соответствующая обработка воды.

1.7. При расположении новых и расширении существующих водозаборов должны быть учтены условия взаимодействия их с существующими и эксплуатируемыми водозаборами на соседних участках.

1.8. При расположении водозаборов в районах разрабатываемых или намечаемых к разработке полезных ископаемых следует учитывать возможное влияние осушения и водопонижения при разработках на дебит и понижения уровня воды в проектируемых водозаборах.

1.9. Водозаборы подземных вод, используемые для водоснабжения населенных мест, как правило, следует располагать вне территории промышленных предприятий.

2. ВЫБОР ТИПА И СХЕМЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

2.1. Состав сооружений по забору подземных вод следует определять в зависимости от местных условий.

Водозабор подземных вод, как правило, должен включать: приемные устройства; насосные установки (в пределах отдельных водозаборов) или централизованные насосные станции первого подъема; трубопроводы, связывающие приемные устройства с насосной станцией или водоводами.

2.2. Для забора подземных вод могут применяться следующие сооружения: скважины, шахтные колодцы, горизонтальные водозаборы, лучевые водозаборы, каптажи источников. В зависимости от требуемого количества воды проектируются или одиночные водозаборы (состоящие из одной скважины, одного шахтного колодца и т.д.), или групповые водозаборы (группы взаимодействующих скважин, колодцев и т.д.).

Могут применяться комбинированные водозаборы (галереи со скважинами).

2.3. Скважины следует, как правило, устраивать в напорных водоносных пластах, залегающих на глубине более 10 м, и в первых от поверхности безнапорных пластах мощностью более 10 м.

2.4. Шахтные колодцы надлежит применять, как правило, в маломощных водоносных пластах, залегающих на глубине до 10 м от поверхности земли.

В районах с недостаточным количеством подземных вод шахтные колодцы могут устраиваться глубиной до 30 м.

2.5. Горизонтальные водозаборы следует проектировать в водоносных пластах, залегающих на глубине до 8 м, преимущественно вблизи поверхностных водотоков и водоемов.

2.6. Лучевые водозаборы следует проектировать для захвата подземных вод вблизи рек, а также на удаленных от рек участках при условии, что лучевые водозаборы обеспечивают существенное увеличение дебита по сравнению с одиночными скважинами и шахтными колодцами и сокращение общей длины водоводов и количества действующих насосных агрегатов.

Лучевые водозаборы целесообразно применять в водоносных пластах, кровля которых расположена от поверхности земли на глубине не более 15 - 20 м и мощность водоносного пласта не превышает 20 м.

Не рекомендуется применять лучевые водозаборы в галечниковых грунтах при крупности фракции D₆₀ ≥ 70 мм, при наличии в водоносных породах включений валунов в количестве более 10 %, в иловатых мелкозернистых породах и при возможности интенсивной кольматации пород.

2.7. Каптажные устройства (водосборные камеры или неглубокие опускные колодцы) применяются для захвата подземных вод при наличии концентрированных их выходов на поверхность в виде родников.

2.8. Для размещения водозаборных сооружений наиболее благоприятными являются участки:

а) расположенные ближе к водопотребителю;

б) обладающие наибольшей водообильностью и допускающие забор потребного количества и качества воды при наименьших затратах на строительство водозаборов;

в) обеспечивающие наиболее высокое положение динамического уровня в процессе эксплуатации и наименьшие расходы по подъему воды;

г) обеспечивающие возможность расширения водозабора;

д) благоприятные в санитарном отношении, исключающие возможность загрязнения используемых подземных вод бытовыми и промышленными сточными водами или водами с повышенными минерализацией и газонасыщенностью, с повышенным содержанием железа, марганца и других вредных компонентов;

е) благоприятные в отношении устойчивости проектируемых сооружений, незатопляемые паводковыми водами, не подвергаемые размыву, оползанию и другим видам деформаций.

2.9. При расположении водозаборных сооружений следует учитывать особенности водоносных горизонтов и условий их питания:

а) в долинах рек с постоянно действующими водотоками, водозаборные сооружения целесообразно располагать параллельно берегу реки вблизи русла; при этом следует учитывать закольматированность и неоднородность грунтов в русле и возможность усиления кольматажа при эксплуатации, а также деформацию берегов в результате их размыва;

б) в долинах рек с периодическими поверхностными водотоками (пересыхающие русла) для более полного использования запасов подземных вод целесообразно водозаборные сооружения размещать в несколько рядов равномерно по всей площади распространения водоносных аллювиальных отложений в долине;

в) в водоносных пластах крупных артезианских бассейнов или пластах, распространенных на весьма значительной территории, водозаборы должны размещаться на участках, где при разведке и опытных откачках получены наибольшие величины удельного дебита и наиболее высокие значения водопроницаемости и мощности пласта;

г) в водоносных пластах, имеющих ограниченные размеры (флювиогляциальные накопления в областях развития ледниковых отложений, мульды трещиноватых известняков в горных районах, внутридолинные конуса выноса и т.д.), водозаборные сооружения следует располагать в удалении от контуров пласта, примерно по линиям, нормальным к направлению потока подземных вод.

2.10. Обеспеченность максимальных и минимальных расходов и уровней воды в поверхностных источниках, питающих водоносные пласты, надлежит принимать в соответствии с табл. 8 главы СНиП II-Г.3-62 "Водоснабжение. Нормы проектирования".

2.11. Принятые в проекте тип и схема водозаборных сооружений должны быть обоснованы гидрогеологическими и технико-экономическими расчетами (см. приложение I).

3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ИЗЫСКАНИЙ

3.1. Изысканиями должны быть освещены все основные вопросы, связанные с разработкой проектов водозаборов подземных вод в соответствии со стадией проектирования.

3.2. Состав и объем изысканий в каждом конкретном случае определяются степенью сложности природных условий района размещения водозаборов, гидрогеологической изученностью района, величиной водопотребления и стадией проектирования.

3.3. В материалах изысканий должны быть освещены:

а) физико-географические условия района (климат, рельеф, растительность);

б) гидрологический режим открытых водных источников (рек, озер, водохранилищ, каналов), связанных с подземными водами;

в) геологическое строение (стратиграфия, литология, тектоника и геоморфология) района расположения водозаборов;

г) геометрические формы (условия залегания, размеры в плане и в разрезе) водоносного горизонта или системы горизонтов, намечаемых к эксплуатации;

д) гидрогеологические условия: состав и водопроницаемость пласта, пьезопроводность и водоотдача, характер контакта данного водоносного пласта с окружающими породами в плане и в разрезе, состав и водопроницаемость окружающих пород, источники питания водоносного горизонта, характер взаимосвязи с поверхностными водотоками и водоемами, условия стока подземных вод, форма и глубина залегания пьезометрической поверхности или зеркала водоносного горизонта;

е) режим подземных вод (годовой и многолетний);

ж) качество подземных вод (физические свойства, химический и бактериологический состав) данного водоносного горизонта и окружающих его горизонтов;

з) санитарные условия района размещения водозабора.

3.4. При составлении технико-экономического обоснования (схемы) водоснабжения материалы изысканий должны служить основой для:

а) приближенной количественной и качественной оценки общих водных ресурсов района;

б) выбора и обоснования в качестве источника водоснабжения подземных вод;

в) ориентировочного размещения водозаборов по площади и оценки возможной их производительности;

г) решения вопроса о возможности расширения водоснабжения путем реконструкции существующих систем водоснабжения;

д) определения условий транспорта воды от водозаборов к потребителям;

е) определения возможных изменений гидрогеологических, гидромелиоративных, почвенно-ботанических и санитарных условий района или отдельных его участков в связи с намечаемым отбором подземных вод;

ж) оценки строительной стоимости и стоимости эксплуатации водозаборных сооружений по укрупненным показателям.

3.5. В результате изысканий для проектного задания должен быть решен вопрос о количестве и качестве подземных, вод на расчетный срок водопотребления, т.е. установлены эксплуатационные запасы подземных вод. На основе изысканий должны быть также выбраны и рекомендованы наиболее благоприятные по гидрогеологическим условиям участки размещения водозаборов, а также тип и схема водозаборов на этих участках и их дебит как по отдельным точкам, так и водозаборов в целом.

Примечание. При проектировании крупных водозаборных сооружений в сложных природных условиях гидрогеологические расчеты, выполняемые для оценки эксплуатационных запасов, должны быть произведены по намечаемым проектом типам и схемам водозаборных сооружений.

3.6. Состав и объем изысканий для проектного задания устанавливаются в соответствии с требованиями к разведке и изучению месторождений подземных вод, изложенными в "Инструкции по применению классификации эксплуатационных запасов подземных вод" Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых СССР (ГКЗ СССР).

3.7. Для водозаборов, размещаемых в районах, характеризующихся такой степенью гидрогеологической изученности, которая достаточна для оценки условий сооружения и эксплуатации проектируемых водозаборов, проектное задание может быть разработано по имеющимся материалам и рекогносцировочным обследованиям, без специальных гидрогеологических (разведочных и опытных) работ.

3.8. При проектировании водозаборов, предназначенных для снабжения водой небольших водопотребителей, в районах слабоизученных в гидрогеологическом отношении, а также в районах, характеризующихся особо неблагоприятными гидрогеологическими и гидрохимическими условиями, и при залегании подземных вод на глубине более 50 м бурение разведочных скважин нецелесообразно, и проектное задание должно разрабатываться на основе результатов бурения и опробования одной - двух разведочно-эксплуатационных скважин.

3.9. Для крупных водозаборов с капиталовложениями свыше 500 тыс. руб., а для объектов железнодорожного транспорта свыше 1 млн. руб. эксплуатационные запасы подземных вод должны быть утверждены в Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых СССР (ГКЗ СССР) или в территориальных комиссиях по запасам при геологических управлениях (ТКЗ).

Примечание. При определении стоимости водозаборных сооружений учитываются затраты на водоприемные устройства, насосные установки и трубопроводы, соединяющие водозабор с территорией размещения водопотребителя (исключая разводящую сеть).

3.10. Материалы изысканий для рабочих чертежей водозаборов подземных вод должны содержать данные, необходимые для разработки типа и конструкции водоприемной части водозаборов, подбора водоподъемного оборудования и проектирования зданий и коммуникаций. Гидрогеологическими материалами должны служить результаты бурения и опытно-фильтрационных работ на конкретных точках и линиях расположения водозахватных сооружений.

3.11. Для водозаборов, состоящих из скважин, материалами изысканий для рабочих чертежей должны служить результаты бурения и опробования разведочно-эксплуатационных и эксплуатационных скважин.

4. ВОДОЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ

ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И СПОСОБА БУРЕНИЯ СКВАЖИН

4.1. При проектировании скважин должны быть определены: глубина, ее начальный и конечный диаметры, способ крепления стенок, тип, конструкция и размеры водоприемной части, а также тип водоподъемника и поверхностного устройства (оголовка) скважины.

4.2. Глубина скважины определяется глубиной залегания кровли и мощностью водоносного пласта или системы водоносных пластов, намечаемых к эксплуатации, расчетными величинами дебита и понижения динамического уровня, а в случае оборудования скважины эрлифтом - также требуемой глубиной погружения водоподъемных труб.

4.3. Эксплуатационный диаметр скважины принимается в зависимости от типа водоподъемного устройства и глубины его погружения, определяемых дебитом и понижением уровня.

Примечание. Эксплуатационным диаметром скважины считается внутренний диаметр той колонны труб, в которую устанавливается корпус насоса.

4.4. Конечный диаметр скважины устанавливается в соответствии с принятым типом и конструкцией водоприемной части скважины и должен быть достаточным для пропуска расчетного количества воды.

4.5. Эксплуатационный и конечный диаметры скважины должны приниматься также с учетом необходимости чистки скважины и установки в ней приспособления для систематического замера динамического уровня в процессе эксплуатации.

4.6. Способ бурения скважин рекомендуется выбирать, в соответствии с данными табл. 1.

Таблица 1

Способы бурения скважин на воду

Примечания: 1. При комбинированном способе бурения допускается проходка скважины в рыхлых породах до кровли водоносного горизонта роторным способом и далее гидравлическим способом.

2. Для проходки глинистых безводных слоев, залегающих на небольшой глубине, допускается применение шнекового бурения.

3. В рыхлых породах при глубине скважин менее 200 м может применяться вращательное бурение с обратной промывкой (всасывающее бурение).

4. Глина и вода, используемые при бурении, должны быть незагрязненными и надежными в санитарном отношении.

КРЕПЛЕНИЕ СТВОЛОВ СКВАЖИН ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ И ИЗОЛЯЦИЯ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ

4.7. В рыхлых неустойчивых породах ствол скважины от водоприемной части до устья должен быть закреплен трубами.

4.8. Для крепления скважин с начальным диаметром до 426 мм применяются обсадные трубы по ГОСТ 632-57 (с 1 января 1966 г. по ГОСТ 632-64). Для скважин глубиной до 300 м следует применять обсадные трубы со стенками толщиной:

Для крепления скважин диаметром более 426 мм применяются трубы стальные электросварные по ГОСТ 4015-58 (с 1 января 1966 г по ГОСТ 10704-63) с толщиной стенок при роторном бурении со свободной посадкой труб 7 - 8 мм, при ударном бурении с принудительной посадкой труб 10 - 12 мм.

Примечание. При применении обсадных труб с муфтовыми соединениями для получения большего конечного диаметра скважин при значительном числе обсадных колонн муфты целесообразно обтачивать до следующих размеров:

4.9. Для крепления скважин глубиной до 150 м, пробуренных роторным способом, и глубиной до 70 м, пробуренных колонковым способом, допускается применение асбестоцементных труб (ГОСТ 539-59 марок ВТ-9 и ВТ-12) с обязательной затрубной цементацией.

4.10. В процессе бурения скважины обсадные трубы устанавливаются телескопически. Как правило, в конструкции скважины должны предусматриваться следующие колонны обсадных труб: шахтовое направление, кондуктор, эксплуатационная колонна, фильтровая колонна. При сложных геологических и гидрогеологических условиях для перекрытия незакрепленных кондуктором водоносных горизонтов или пород, склонных к обвалам и поглощению промывочной жидкости, в конструкции скважины предусматривается установка дополнительных технических колонн обсадных труб.

4.11. Колонны обсадных труб, служащие для временного закрепления стенок скважины в процессе ее проходки, как правило, подлежат полному извлечению. В колоннах обсадных труб, устанавливаемых для постоянной эксплуатации, должно производиться извлечение свободного конца труб с соблюдением следующих требований:

а) верхний обрез обсадной трубы, оставшейся в скважине, должен находиться выше башмака предыдущей колонны не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем на 5 м при большей глубине скважины;

б) кольцевой зазор между оставшейся частью колонны и предыдущей колонной обсадных труб должен быть зацементирован либо заделан путем установки сальника.

4.12. Изоляция скважины от проникновения поверхностных загрязнений и от неиспользуемых водоносных горизонтов должна предусматриваться в зависимости от конкретных условий, при этом могут применяться следующие способы изоляции:

а) забивка или задавливание колонны труб в слой естественной глины или в искусственно созданную глиняную пробку;

б) подбашмачная цементация (затрубная цементация способом подачи цементного раствора под башмак);

в) затрубная цементация колонн труб с доведением цементного раствора до отметок, предусмотренных проектом (при роторном бурении);

г) закрепление верхней части скважины двумя колоннами труб или одной колонной труб с затрубной цементацией для изоляции скважины от попадания в нее поверхностных вод;

д) при наличии агрессивных вод в используемых и гидравлически связанных с ними водоносных горизонтах должна предусматриваться антикоррозийная защита обсадных труб.

Примечание. Для цементации скважин на воду следует применять цемент марки не ниже 400.

4.13. Качество изоляции водоносных горизонтов должно быть проверено откачкой или наливом воды при бурении ударным способом и нагнетанием воды под давлением при роторном бурении. Вода, используемая для проверки качества изоляции водоносных горизонтов, должна быть надежной в санитарном отношении.

4.14. После окончания цементации скважины, пробуренной роторным способом с промывкой глинистым раствором, и после установки в нее фильтровой колонны должны быть выполнены работы по восстановлению водоотдачи скважины в течение одних-двух суток после затвердения цемента.

4.15. Существующие скважины, дальнейшее использование которых невозможно из-за износа обсадных труб, загрязнения водоносного горизонта и других причин, подлежат ликвидации путем тампонажа; кроме того, обязательно должны тампонироваться разведочные скважины.

ФИЛЬТРЫ СКВАЖИН

4.16. Фильтры в скважинах устанавливаются при устройстве скважин в рыхлых и неустойчивых скальных и полускальных породах и состоят из фильтрующей (рабочей) части, надфильтровой трубы и отстойника.

4.17. Конструкция и размеры фильтра принимаются в зависимости от гидрогеологических условий, дебита и режима эксплуатации скважины с учетом следующих требований:

а) фильтр должен обладать устойчивостью против химической коррозии и эрозионного воздействия воды; в условиях агрессивных вод должны применяться устойчивые против коррозии материалы или антикоррозийные покрытия;

б) фильтр должен иметь достаточную механическую прочность, наибольшую просветность (скважность) и предельно допустимые размеры проходных отверстий (с учетом необходимости предотвращения пескования скважины при эксплуатации). Увеличение просветности и размера проходных отверстий фильтра снижает интенсивность зарастания фильтров и удлиняет срок их эксплуатации.

4.18. Типы и конструкции фильтров выбираются в зависимости от характера породы водоносного горизонта и глубины скважины в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Область применения различных типов и конструкций фильтров

Примечания: 1. Фильтры на стержневых каркасах (стержневые фильтры) обладают лучшими гидравлическими свойствами и обеспечивают более эффективную работу скважин при длительной их эксплуатации. Особенно эффективны эти фильтры в водах неустойчивого химического состава, в которых проходные отверстия на каркасах сильно зарастают железистыми и карбонатными отложениями, в результате чего снижается их скважность (просветность). Фильтры на стержневых каркасах рекомендуются для скважин глубиной до 200 м.

2. Применение трубчатых стальных фильтров допускается при всех глубинах скважин.

3. Блочные фильтры из пористой керамики могут применяться при небольшой производительности скважин (как правило, до 5 л/сек). Не рекомендуется установка таких фильтров в скважинах, пробуренных с глинистым раствором, в глинистых песках, а также при повышенном содержании железа в подземных водах.

4. Блочные фильтры из пористого бетона не следует устанавливать в водах, агрессивных по отношению к бетону.

5. Применение фильтров из дерева, пластмассы, стеклопласта, а также блочных из пористого бетона и керамики допускается в скважинах глубиной до 100 - 150 м.

6. В крупногалечных и неустойчивых скальных породах при глубине скважин до 100 м допускается применение фильтров с каркасом из штампованной листовой стали толщиной 4 - 7 мм с антикоррозийным покрытием.

7. Для изготовления фильтров могут применяться сетки квадратного и гладкого (галунного) плетения. Сетки квадратного и гладкого (галунного) плетения могут изготавливаться из латунной проволоки и проволоки из нержавеющей стали, кроме того, могут применяться сетки штампованные гофрированные с круглыми отверстиями из пластических масс.

8. Сетки проволочные квадратного плетения из стали марки Ст. 3 и Ст. 5 допускается применять только при устройстве кожухов для гравийных фильтров.

9. Для фильтров должны применяться материалы, допущенные для этих целей Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения СССР.

4.19. При агрессивных водах с большим содержанием углекислоты, сероводорода и кислорода каркасы фильтров, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, целесообразно изготовлять из нержавеющей стали. Если каркасы фильтров изготавливаются из простых сталей, следует производить их антикоррозийную защиту с учетом требований органов санитарно-эпидемиологической службы.

4.20. Размеры проходных отверстий фильтров без устройства гравийной обсыпки рекомендуется определять по табл. 3.

Таблица 3

Размеры проходных отверстий фильтров

где

d₁₀; d₅₀; d₆₀ - размеры частиц грунта, меньше которых в водоносном пласте содержится соответственно 10, 50 и 60 % (определяются по графику гранулометрического состава пород).

Примечание. Меньшие значения размеров проходных отверстий относятся к мелким пескам, большие - к крупным.

4.21. Размеры проходных отверстий фильтров при устройстве гравийной обсыпки должны приниматься равными среднему диаметру частиц слоя обсыпки, примыкающего к стенкам фильтра.

4.22. В трубчатых фильтрах с круглой или щелевой перфорацией скважность следует доводить до 20 - 25 %.

В фильтрах с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки и штампованного стального листа просветность принимается исходя из условий их прочности до 30 - 60 % в зависимости от толщины проволоки, толщины стального листа и стержней, а также расстояний между стержнями.

4.23. В гравийных фильтрах в качестве обсыпки могут применяться песок, гравий и песчано-гравийные смеси.

Подбор материалов для гравийных обсыпок производится по соотношению:

где D₅₀ - размер частиц, меньше которых в обсыпке содержится 50 %;

d₅₀ - размер частиц, меньше которых в породе водоносного пласта содержится 50 %.

Примечание. Материал, используемый для гравийных фильтров, должен быть незагрязненным и надежным в санитарном отношении.

4.24. В гравийных фильтрах толщина слоев обсыпки принимается с учетом конструкции фильтра. Для фильтров, собираемых на поверхности земли и опускаемых в скважину в готовом виде, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 30 мм. Для фильтров, создаваемых на забое скважин засыпкой гравия по межтрубному пространству, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 50 мм.

Наиболее надежны в эксплуатации скважины с гравийной обсыпкой толщиной в 150 - 200 мм.

4.25. При устройстве двух- и трехслойных гравийных обсыпок подбор механического состава материала слоев производится по соотношению  = 4 ÷ 6, где D₂ и D₁ - средние диаметры частиц материала соседних слоев обсыпки.

4.26. При подборе гравийного материала для блочных фильтров из пористого бетона и из пористой керамики следует выдерживать соотношение  = 10 ÷ 16, а для клеевых фильтров  =8 ÷ 12, где D_ф - средний диаметр частиц гравия в блоке фильтра; d₅₀ - средний диаметр частиц, меньше которых в породе содержится 50 % (принимается по кривой гранулометрического состава).

4.27. При устройстве гравийных фильтров за наружный диаметр скважины следует принимать диаметр внешнего контура обсыпки.

По условиям ремонта скважин минимальный диаметр каркаса фильтра следует принимать не менее 80 - 100 мм.

4.28. При ударном бурении, когда стенки скважины крепятся трубами, конечный диаметр скважины должен быть больше наружного диаметра фильтра не менее чем на 50 мм.

При роторном способе бурения, без крепления стенок трубами, конечный диаметр скважины должен быть более наружного диаметра фильтра на 100 мм.

4.29. В водоносных горизонтах мощностью до 10 м длина рабочей части фильтра должна приниматься, как правило, равной их мощности.

В водоносных горизонтах мощностью более 10 м длина рабочей части фильтров определяется с учетом водопроницаемости пород, производительности скважины и конструкции фильтра. Следует максимально увеличивать длину фильтра в наиболее водопроницаемых зонах.

4.30. Рабочая часть фильтра должна устанавливаться на расстоянии от кровли и подошвы водоносного пласта не менее 0,5 - 1 м.

4.31. При наличии нескольких водоносных горизонтов рабочие части фильтров устанавливаются в каждом водоносном горизонте и соединяются между собой глухими трубами (перекрывающими слабоводопроницаемые слои).

4.32. При использовании подземных вод для хозяйственно-питьевых целей, когда подземные воды не защищены с поверхности водоупорными слоями, рабочую часть фильтра следует располагать в средней и нижней частях водоносного горизонта.

4.33. Верхняя часть надфильтровой трубы должна находиться выше башмака обсадной колонны не менее чем на 3 м при глубине скважины до 30 м и не менее чем на 5 м при большей глубине скважины. Между обсадной колонной и надфильтровой трубой должен быть установлен сальник.

4.34. Длина отстойника, как правило, принимается 1 - 2 м.

ОБОРУДОВАНИЕ СКВАЖИН

4.35. Для подъема воды из скважин применяются: центробежные скважинные насосы с вертикальным валом с электродвигателем над скважиной или с погружным электродвигателем, центробежные насосы с горизонтальным валом, а также эрлифты.

Для группы скважин при глубине до динамического уровня воды, не превышающей 10 м, могут применяться сифонные водосбросы.

4.36. Центробежные насосы с электродвигателем над скважиной применяются для скважин с динамическим уровнем воды на глубине до 120 м от поверхности земли. Скважины при этом должны быть вертикальными и прямолинейными. Отклонение оси скважины от вертикали не должно превышать 3°.

4.37. Насосы с погружным электродвигателем применяются для скважин с динамическим уровнем воды на глубине до 250 - 500 м от поверхности земли.

4.38. При эксплуатации центробежных скважинных насосов содержание механических примесей в воде не должно быть более 0,01 % по весу.

4.39. Центробежные насосы с горизонтальным валом, как правило, применяются при понижении уровня подземных вод до 5 - 7 м от поверхности земли. В отдельных случаях целесообразно устанавливать центробежные насосы с горизонтальным валом в шахтах, что обеспечивает возможность эксплуатации скважин с большим понижением уровня.

4.40. Эрлифты могут применяться при невозможности использования других более совершенных типов насосов, при соответствующем технико-экономическом обосновании. Воздух для эрлифтов должен быть незагрязненным пылью, дымами, газами.

4.41. Диаметр эксплуатационной колонны труб в скважинах следует принимать: при установке насосов с электродвигателем над скважиной - на 50 мм больше номинального диаметра насоса; при установке насосов с погружным электродвигателем - равным номинальному диаметру насоса.

4.42. В зависимости от местных условий и типа оборудования устье скважины может быть расположено в наземном павильоне или заглубленной камере. В отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы и при возможности обеспечения надлежащих условий эксплуатации и охраны павильоны и камеры могут не устраиваться.

4.43. Габариты павильона в плане принимаются из условия размещения в нем насосов с частью напорного трубопровода, оборудованного арматурой, приборов отопления, КИП и автоматики, пусковой аппаратуры с обеспечением нормальных проходов для обслуживающего персонала.

Высота наземного павильона принимается в зависимости от габаритов оборудования, но не менее 2,5 м.

4.44. Верхняя часть наружной колонны труб должна возвышаться над полом не менее чем на 0,5 м.

4.45. Конструкция оголовка скважины должна обеспечивать полную герметизацию, исключающую проникновение в межтрубное и затрубное пространство поверхностной воды и случайных загрязнений.

4.46. Скважины должны быть оборудованы уровнемерами для наблюдения за динамическим уровнем при эксплуатации.

4.47. Напорный трубопровод в пределах павильона должен быть оборудован:

задвижкой для отключения скважины;

отводным трубопроводом с задвижкой для отвода воды при прокачках скважин;

вантузом для выпуска воздуха с отключающей его задвижкой;

обратным клапаном, если скважина работает в напорную сеть;

водомером для систематических измерений дебита скважины при эксплуатации;

краном для отбора проб воды.

4.48. Водомер и обратный клапан допускается устанавливать в отдельном колодце.

4.49. Для монтажа и демонтажа оборудования скважин могут применяться: автомобильные краны, краны-укосины, инвентарные треноги с навесным подъемным механизмом.

4.50. Монтаж и демонтаж секций скважинных насосов следует предусматривать через потолочный люк павильона.

КОЛИЧЕСТВО РЕЗЕРВНЫХ СКВАЖИН

4.51. Количество резервных скважин принимается в зависимости от класса водозабора и количества рабочих скважин.

4.52. Водозаборы по требуемой надежности действия и непрерывности в подаче воды разделяются на следующие классы:

I класс - водозаборы для потребителей, не допускающих временного перерыва и снижения подачи воды;

II класс - водозаборы для потребителей, допускающих кратковременные перерывы и снижение подачи воды на время, необходимое для ввода в действие резервных скважин;

III класс - водозаборы для средних и мелких потребителей, допускающих перерывы в подаче воды не более одних суток.

4.53. Количество резервных скважин следует принимать по табл. 4.

Таблица 4

Количество рабочих скважин

Примечания: 1. Резерв для водозаборов, состоящих из 11 и более скважин, указан в процентах от общего количества рабочих скважин.

2. Кроме указанных резервных скважин для водозаборов I и II классов следует предусматривать один резервный насос на складе при количестве рабочих скважин до 10; при большем количестве скважин резерв насосов на складе принимается равным 10 % от количества рабочих скважин.

3. Для водозаборов III класса при количестве рабочих скважин от 1 до 10 следует предусматривать один резервный насос на складе. При количестве рабочих скважин более 10 резерв насосов на складе должен предусматриваться в размере 10 % от количества рабочих насосов.

СОЛЯНОКИСЛОТНАЯ ОБРАБОТКА И ТОРПЕДИРОВАНИЕ СКВАЖИН

4.54. Для повышения или восстановления производительности скважин при проектировании следует предусматривать мероприятия по обработке водоприемных зон скважин перед их пуском и в процессе эксплуатации.

4.55. Обработку водоприемных зон скважин перед вводом их в эксплуатацию следует предусматривать как в трещиноватых, так и в рыхлых водоносных породах в случаях, когда расход скважин по данным опытных и опытно-эксплуатационных откачек не соответствует расчетному.

4.56. В процессе эксплуатации должна производиться периодическая обработка водоприемных зон скважин: при отборе воды неустойчивого химического состава через - 2 - 3 года, а в водах устойчивого химического состава - через 10 лет и более.

4.57. В зависимости от состава водоносных пород, конструкции скважины и фильтра, характера кольматирующих осадков для повышения или восстановления производительности скважин рекомендуется применять солянокислотную обработку скважины или торпедирование.

4.58. Солянокислотная обработка может применяться для скважин в рыхлых и трещиноватых породах, оборудованных фильтрами любых конструкций, за исключением тех, которые разрушаются под воздействием кислоты (трубы, сетки и шнур из капрона, блочные фильтры из пористого бетона, фильтры, имеющие в своем составе конструктивные элементы из цинка).

4.59. Для кислотной обработки скважин применяется раствор ингибированной соляной кислоты 10 - 15 % концентрации.

Количество кислоты, потребной для обработки водоприемных зон скважин, приведено в табл. 5.

Таблица 5

Расход соляной кислоты для обработки скважин
(в л на 1 м водоприемной части скважины)

______________

* Удельный дебит скважины определяется по прямому участку графика зависимости расхода от понижения уровня до 1 - 2 м.

4.60. Для скважин хозяйственно-питьевого назначения в качестве ингибиторов соляной кислоты используются вещества, разрешенные Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения СССР.

4.61. Торпедирование скважин следует применять при заложении их в крепких трещиноватых породах, а также при зарастании фильтров плотными, крепкими осадками, в которых преобладают карбонаты и соли кремниевых кислот.

4.62. Торпедирование осуществляется путем взрыва торпеды из детонирующего шнура (ТДШ) в зоне фильтра или сосредоточенного заряда взрывчатого вещества (ВВ) в зоне водоприемной части бесфильтровой скважины.

4.63. Метод торпедирования не применим для фильтров с неметаллическими опорными каркасами, для блочных фильтров всех видов и для фильтров с водоприемной поверхностью из сеток (после длительного их использования).

4.64. После солянокислотной обработки и торпедирования скважин их следует промывать до получения воды питьевого качества.

4.65. При расположении проектируемых скважин в зоне действующих водозаборов возможность солянокислотной обработки новых скважин должна быть согласована с органами санитарно-эпидемиологической службы.

5. ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ, ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ И ЛУЧЕВЫЕ ВОДОЗАБОРЫ И КАПТАЖИ ИСТОЧНИКОВ

ШАХТНЫЕ КОЛОДЦЫ

5.1. Шахтные колодцы, как правило, устраиваются круглые диаметром от 1 до 1,5 м.

5.2. При мощности водоносного горизонта до 1 м шахтные колодцы устраиваются совершенного типа со вскрытием всей мощности пласта; при большей мощности возможно устройство как совершенных, так и несовершенных колодцев со вскрытием части пласта.

5.3. При производительности шахтных колодцев, не обеспечивающих максимальной часовой потребности в воде, следует предусматривать ниже водоприемной части колодцев устройство дополнительной емкости, обеспечивающей неравномерный водоотбор.

5.4. С целью увеличения производительности шахтного колодца, имеющего в основании один или несколько водоносных горизонтов, разделенных слабопроницаемыми слоями, целесообразно со дна колодца пробурить одну или несколько скважин на эти горизонты с приемом воды из них в колодец.

5.5. Стенки шахтных колодцев устраиваются из железобетонных колец, изготавливаемых из тяжелого и пористого бетона.

Допускается использование для шахтных колодцев железобетонных колец, а также железобетонных напорных и безнапорных труб.

5.6. При сооружении шахтных колодцев методом опускного колодца применяется монолитный бетон.

5.7. В скальных устойчивых породах шахтные колодцы устраиваются без крепления стенок.

5.8. В обрушивающихся скальных породах, в галечниковых и гравелистых грунтах дно колодца не укрепляется, а в стенках водоприемной части предусматриваются отверстия для поступления воды (дырчатый фильтр). Отверстия диаметром 15 - 30 мм располагаются в стенках колодца в шахматном порядке через 20 - 30 см.

5.9. При устройстве водоприемной части в песчаных грунтах на дне колодца устраивается обратный песчано-гравийный фильтр или фильтр из пористого бетона, а в стенках водоприемной части колодцев - фильтры из пористого бетона, гравитационные и гравийные.

5.10. Обратный фильтр рекомендуется устраивать из нескольких слоев песка и гравия с укладкой в нижнюю часть фильтра мелких фракций, а в верхнюю - крупных. Толщина каждого слоя принимается 10 - 15 см. Общая толщина обратного фильтра должна быть не менее 0,4 м и не более 0,6 м.

5.11. Механический состав отдельных слоев фильтра и соотношения между средними диаметрами зерен смежных слоев фильтра устанавливаются так же, как для фильтров буровых скважин (см. пп. 4.23 - 4.27).

5.12. Состав пористого бетона для фильтра выбирается на основании лабораторных исследований в зависимости от механического состава водовмещающих пород.

5.13. Гравитационные фильтры в стенках водоприемной части колодцев устраиваются при толщине стенок колодца 20 - 25.

5.14. Гравийные фильтры в стенках водоприемной части колодцев устраиваются при осуществлении шахтных колодцев в открытых котлованах.

5.15. Для забора воды из шахтных колодцев применяются скважинные центробежные насосы с вертикальным валом, а также насосы с горизонтальным валом, устанавливаемые в подземной камере.

5.16. При глубине до динамического уровня воды, не превышающей 10 м, для группы шахтных колодцев могут применяться сифонные водосборы.

5.17. Верх шахтных колодцев должен быть выше поверхности земли не менее чем на 0,8 м.

5.18. Вокруг оголовка колодца должна предусматриваться отмостка шириной 1 - 2 м с уклоном 0,1 от колодца, выполняемая каменным мощением, асфальтировкой или бетонированием.

5.19. Вокруг колодцев, предназначенных для получения воды для хозяйственно-питьевых нужд, устанавливается замок из глины или жирного суглинка глубиной 1,5 - 2 м и шириной 0,5 м.

5.20. Верх колодцев закрывается съемной крышкой или железобетонным перекрытием с люком, закрываемым крышкой.

Колодцы оборудуются вентиляционной трубой, выведенной выше поверхности земли не менее чем на 2 м. Отверстие вентиляционной трубы следует защищать колпаком с сеткой.

5.21. Количество резервных насосных агрегатов в шахтных колодцах следует принимать в соответствии с главой СНиП II-Г.3-62 "Водоснабжение. Нормы проектирования".

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

5.22. Горизонтальные водозаборы могут быть осуществлены в виде открытого канала, каменно-щебеночной дрены, трубчатой дрены и галереи.

5.23. Водозаборы в виде открытого канала применяются для снабжения непитьевой водой.

Водозаборы в виде каменно-щебеночной дрены устраиваются в системах временного водоснабжения.

Трубчатые дрены проектируются при глубине залегания водоносного горизонта до 5 - 8 м.

В особо ответственных системах водоснабжения проектируются водосборные галереи.

В водоносных горизонтах, залегающих на глубине более 8 м, горизонтальные водозаборы осуществляются в виде штольни.

Примечание. В скальных породах горизонтальные водозаборы в виде штольни могут устраиваться при любой глубине залегания водоносных пластов при соответствующем технико-экономическом обосновании.

5.24. При питании водоносного горизонта из открытого водоема горизонтальный водозабор следует располагать параллельно урезу воды в водоеме. При движении подземных вод со склонов долины водозабор должен располагаться вдоль ее тальвега. При движении подземных вод вдоль оврага водозабор следует располагать поперек оврага. При необходимости более полного захвата грунтового потока целесообразно устройство подземных преград с доведением их до водоупора (подземная плотина).

5.25. Горизонтальный водозабор состоит из водоприемной части, забирающей воду из водоносного горизонта, отводящей части для отвода забранной воды в водосборный колодец, водосборного колодца и насосной станции.

5.26. Для исключения выноса частиц породы из водоносного горизонта водоприемная часть горизонтальных водозаборов устраивается с обратным фильтром из двух-трех слоев.

5.27. Механический состав отдельных слоев обратного фильтра и соотношения между средними диаметрами зерен смежных слоев фильтра устанавливаются так же, как для фильтров буровых скважин. Толщина отдельных слоев фильтра должна быть не менее 15 см.

5.28. Высота фильтра в водозаборах в виде открытого канала принимается равной 0,3 - 0,4 вскрытой мощности водоносного горизонта, считая от низа канала.

5.29. В водозаборах в виде каменно-щебеночной дрены водоприемной частью является каменно-щебеночная призма размером 30×30 или 50×50 см, уложенная на дно траншеи. Каменно-щебеночная призма должна быть окружена обратным фильтром. Траншея засыпается вынутым грунтом. В верхней части траншеи следует укладывать слой глины или суглинка для предохранения траншеи от проникновения поверхностных вод.

5.30. Каменно-щебеночная дрена укладывается с уклоном 0,01 - 0,05 в сторону водосборного колодца.

5.31. Для водоприемной части водозаборов из трубчатых дрен применяются керамические, асбестоцементные, железобетонные, чугунные, пластмассовые и стальные трубы с круглыми или щелевыми отверстиями. Отверстия делаются с боков и в верхней части трубы. Нижняя часть трубы (не более по высоте), по которой стекает вода, остается без отверстий.

Минимальный диаметр труб принимается 150 мм.

5.32. Вокруг водоприемной трубы в траншее следует предусматривать устройство обратного фильтра.

5.33. Определение диаметров трубопроводов горизонтальных водозаборов следует производить для периода низкого стояния уровня грунтовых вод при расчетном наполнении 0,5 диаметра труб.

5.34. Уклоны труб в сторону водосборного колодца должны быть не менее:

Скорость течения воды в трубах должна обеспечивать перемещение частиц пород из водоприемных труб в водосборный колодец.

5.35. Водоприемные галереи проектируются шириной 0,8 - 1 м и высотой от 1,2 до 2 м с учетом требований производства работ и условий эксплуатации.

5.36. Водоприемные галереи выполняются из сборного железобетона с щелевыми отверстиями или окнами-нишами с колокольчатыми козырьками.

5.37. Железобетонные звенья галереи устанавливаются на специально подготовленное основание, исключающее осадки их относительно друг друга. С боков галереи в пределах ее водоприемной части предусматривается устройство обратного фильтра.

5.38. Засыпка траншеи горизонтального водозабора после укладки фильтра может производиться вынутым ранее, но незагрязненным грунтом.

5.39. Поверхность земли на участке расположения горизонтального водозабора планируется для обеспечения стока воды за его пределы.

5.40. По дну галереи устраивается лоток, обеспечивающий движение воды к сборному колодцу со скоростью, исключающей выпадение в лотке вынесенных водой мелких частиц грунта. Глубина лотка, как правило, должна быть не более 0,5 м, ширина 0,2 - 0,4 м.

5.41. Для прохода эксплуатационного персонала в галереях должно предусматриваться устройство мостика или полки.

5.42. В случае необходимости регулирования отбора подземных вод на отдельных участках горизонтального водозабора может предусматриваться устройство шлюзов.

5.43. Для наблюдения за работой трубчатых и галерейных водозаборов, их вентиляции и ремонта устраиваются смотровые колодцы. Расстояния между смотровыми колодцами принимаются: 50 м - для трубчатых водозаборов диаметром от 150 до 600 мм; 75 м - для трубчатых водозаборов диаметром более 600 мм и 100 - 150 м - для галерейных водозаборов.

5.44. Смотровые колодцы устанавливаются также в местах изменения направления водоприемной части как в плане, так и в вертикальной плоскости.

5.45. Смотровые колодцы устраиваются круглого сечения с внутренним диаметром 1 м. Верх колодцев должен возвышаться не менее чем на 0,5 м над поверхностью земли и вокруг колодцев должны быть сделаны водонепроницаемая отмостка шириной не менее 1 м и глиняный замок. Смотровые колодцы должны быть снабжены крышками и вентиляционными трубами. Возвышение вентиляционной трубы над поверхностью земли должно быть не менее чем на 2 м. Отверстие в трубе должно оборудоваться металлическим колпаком, предохраняющим водозабор от загрязнения.

5.46. Водосборный колодец может располагаться в конце или на линии горизонтального водозабора.

5.47. Насосные станции горизонтальных водозаборов в зависимости от их производительности и типа насосного оборудования устраиваются совмещенными с водосборным колодцем или как отдельные сооружения.

5.48. Количество резервных агрегатов, устанавливаемых в насосных станциях горизонтальных водозаборов, принимается в соответствии с главой СНиП II-Г.3-62 "Водоснабжение. Нормы проектирования".

ЛУЧЕВЫЕ ВОДОЗАБОРЫ

5.49. Лучевые водозаборы состоят из водосборного колодца и водоприемных лучей-фильтров (горизонтальных дырчатых труб с устройством вокруг них гравийно-песчаного слоя). Конструкция водоприемных лучей принимается в зависимости от гидрогеологических условий и метода продавливания лучей.

5.50. Лучевые водозаборы подразделяются на следующие типы: русловой - когда лучи располагаются под дном реки (со сборным колодцем, располагаемым на берегу или в русле); береговой - при расположении лучей на берегу вблизи реки; комбинированный - когда водоприемные лучи размещаются в береговой зоне и под дном реки; водораздельный - при расположении лучевого водозабора в значительном удалении от открытых водотоков и водоемов.

5.51. В неоднородных в вертикальном разрезе водоносных пластах для более полного использования наиболее водообильных слоев можно применять многоярусные лучевые водозаборы с расположением лучей на разных отметках.

Устройство многоярусных водозаборов целесообразно также и в мощных однородных пластах, когда один ярус лучей не обеспечивает поступление требуемого количества воды.

5.52. Водосборный колодец при производительности водозабора до 150 - 200 л/сек и в благоприятных гидрогеологических и гидрохимических условиях следует предусматривать односекционным.

При производительности водозабора свыше 200 л/сек водосборный колодец должен быть разделен на две секции.

5.53. Глубина заложения водосборного колодца зависит от глубины заложения лучей водозабора, мощности водоносного слоя, высоты столба воды в колодце.

Дно колодца должно быть ниже на 1 - 2 м отметки устья лучей.

5.54. Внутренний диаметр колодца принимается в пределах от 1 - 2 м до 6 м в зависимости от метода продавливания лучей и габаритов оборудования (строительного и эксплуатационного, в том числе и от длины звеньев труб, из которых монтируются лучи).

5.55. Верх водосборного колодца должен быть выше высокого расчетного уровня воды поверхностного водоема в месте расположения водозабора.

5.56. Оставляемые в стенке водосборного колодца при его бетонировании отверстия для продавливания лучей (лучевые гнезда) должны иметь раструбную форму (с расширением внутрь колодца), позволяющую при установке направляющих патрубков после устройства колодца компенсировать перекосы, возможные при его опускании.

5.57. Количество лучевых гнезд в стене колодца должно быть в два раза больше количества лучей, на случай замены или устройства дополнительных лучей в целях увеличения производительности водозабора.

5.58. Водосборные колодцы должны быть железобетонными или бетонными.

5.59. Количество, направление и длина водоприемных лучей принимаются в зависимости от гидрогеологических условий и проектируемой производительности водозабора.

5.60. При резкой неоднородности водоносного пласта в зоне расположения лучевого водозабора направление, число и длина отдельных лучей должны соответствовать расположению наиболее водообильных слоев.

Примечание. В случае наклонного залегания водоносных слоев и линз, а также в однородных пластах большой мощности возможно устройство наклонных водоприемных лучей.

5.61. Лучи длиной 60 м по гидравлическим соображениям и с учетом метода производства работ целесообразно выполнять телескопической конструкции с уменьшением диаметра от водосборного колодца к головке лучей.

5.62. При длине лучей водозабора, меньшей 30 м, в однородных водоносных пластах по фильтрационным условиям угол между лучами должен быть не менее 30°.

Примечание. Для водозаборов с равномерно расположенными по периметру колодца лучами количество лучей следует принимать нечетным.

5.63. При числе лучей водозабора, большим восьми, и при их длине более 40 м участки лучей на расстоянии от колодца на 0,2 от их общей длины должны выполняться из сплошных неперфорированных труб.

5.64. Для продавливания водоприемных лучей применяются домкраты. Кроме того, могут быть применены также виброударные, вращательные и другие виды бурения.

5.65. В крупных песках и мелком гравии применяется буровая головка с узкими прямоугольными щелями, в галечнике - буровая головка с широкими овальными отверстиями.

5.66. Для продавливания лучей следует применять буровые головки параболоидной формы с соотношением верхних и нижних отверстий для забора шлама как 2:3, а также головки со скошенной вниз передней конусной частью.

5.67. Для водоприемных лучей следует применять перфорированные стальные трубы с толщиной стенок 8 - 12 мм. Щелевым или круглым перфорационным отверстиям должны придаваться конусность и расширение внутрь трубы. Просветность фильтров не должна превышать 20 % (из условия сохранения необходимой прочности фильтровых труб).

5.68. На водоприемных лучах в водосборных колодцах следует предусматривать установку задвижек, водомеров и манометров.

5.69. Насосы для подъема воды следует размещать в водосборном колодце. Количество резервных агрегатов принимается в соответствии с главой СНиП II-Г.3-62 "Водоснабжение. Нормы проектирования".

КАПТАЖ ИСТОЧНИКОВ

5.70. В месте выхода источника на поверхность следует предусматривать устройство каптажной камеры. Конструкция каптажной камеры устанавливается в зависимости от типа источника. Восходящие источники принимаются через дно камеры.

Нисходящие источники забираются через отверстия в стене камеры.

5.71. При каптаже источников из трещиноватых пород прием воды в камеры может осуществляться без устройства фильтров, а из рыхлых пород - через фильтры.

5.72. Каптажные камеры должны быть защищены от поверхностных загрязнений, промерзания и затопления поверхностными водами, для чего следует предусматривать устройство водоотводных нагорных канав и замощение около каптажного сооружения.

Горловина каптажной камеры с люком и крышкой должна возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,6 м.

5.73. Каптажная камера должна быть оборудована переливной, спускной и вентиляционной трубами. Переливная труба рассчитывается на наибольший возможный дебит источника. На конце переливной трубы должен устанавливаться клапан. Вода из переливной трубы должна отводиться в сторону от каптажа во избежание заболочивания прилегающей территории. Место под концом переливной трубы должно быть замощено. Вентиляционная труба должна возвышаться над землей не менее чем на 2 м и закрываться сверху колпачком с металлической сеткой.

5.74. При невозможности подачи воды из каптажной камеры водопотребителю самотеком следует предусматривать насосную установку.

Насосная станция может быть пристроена к каптажной камере или расположена в отдельном здании в непосредственной близости от каптажа или у специального резервуара, в который вода собирается от ряда каптажных сооружений.

5.75. В целях освобождения воды источника от взвеси (частиц песка и других пород) следует камеру каптажного сооружения разделять переливной стенкой на два отделения. Одно из отделений предназначается для отстаивания воды с последующей очисткой его от осадка, второе - для забора воды насосом.

5.76. Конструкция каптажного сооружения не должна допускать загрязнения воды при осмотре и ремонте сооружения в период эксплуатации.

5.77. Материалами для устройства каптажных сооружений могут служить бетон, железобетон, хорошо обожженный кирпич, крепкие устойчивые против действия воды породы естественного камня и дерева.

6. ВОДОВОДЫ И КОЛОДЦЫ

6.1. По условиям работы водоводы на водозаборах подземных вод подразделяются на самотечные, сифонные и напорные.

6.2. На самотечных водоводах следует предусматривать устройство смотровых колодцев в местах изменения направления, подключения водоводов, а также в начале и в конце водоводов.

На прямолинейных участках смотровые колодцы устраиваются на расстоянии 500 - 1000 м.

6.3. Сифонные водоводы, как правило, укладываются вдоль линии размещения водозаборных сооружений с подъемом 1/200 - 1/500 к месту сбора и откачки воздуха.

Уклоны сифонных водоводов длиной в несколько километров допускается уменьшить до 1/1000 - 1/4000.

В отдельных случаях допускается укладка сифонных водоводов с уклоном по движению воды при условии обеспечения возможности выпуска из сифона газов, содержащихся в воде.

6.4. При большой глубине заложения для обеспечения бесперебойной работы сифонных водоводов допускается укладывать их в проходных галереях.

6.5. На концевых участках сифонного водовода должны устанавливаться задвижки. Конец сифонного или сифонно-самотечного водовода при изливе воды в колодец или резервуар следует заглублять на 0,5 м ниже наинизшего горизонта воды в колодце или резервуаре.

6.6. Для замера расхода воды отдельных водоприемных сооружений при сифонном водосборе рекомендуется установка мерных колен у каждого сооружения.

6.7. Для сифонных водоводов следует, как правило, применять стальные трубы. Максимальная величина вакуума в трубах сифонного водосбора не должна превышать 7 - 8 м.

6.8. Скорость движения воды в сифонных водоводах допускается снижать до 0,3 м/сек. На участках с прямым уклоном (по движению воды) скорость воды не рекомендуется принимать менее 0,6 - 0,7 м/сек.

6.9. Для пуска в действие сифона применяются вакуум-насосы с автоматическим или ручным пуском и остановкой.

На сифонах малого диаметра могут применяться воздушные колпаки с автоматически действующими гидравлическими эжекторами.

6.10. Количество воздуха, которое необходимо отсасывать из сифона, определяется по формуле

где q_возд - количество воздуха в л/сек;

Q - расход воды, проходящей через сифон, в л/сек;

L - длина сифона в м;

h_вак - вакуум в сифоне в м вод. ст.

Примечание. Формулой учитывается содержание воздуха в подземной воде в среднем 2,5 %, из которых выделяется 1,5 %.

6.11. При напорной системе сбора воды из сооружений в случае параллельной работы большого количества насосов целесообразно сокращать длину сборных водоводов, располагая водосборные колодцы в центре водозаборов или устраивая несколько водосборных колодцев.

При определении диаметра труб сборных водоводов в этих условиях скорости движения воды в трубах следует принимать при диаметре до 300 мм - 0,3 - 0,7 м/сек, при диаметре 350 мм и более - 0,5 - 1 м/сек.

6.12. Водосборные колодцы рекомендуется устраивать железобетонными круглыми в плане.

Для систем водоснабжения, не допускающих перерыва в подаче воды, при наличии одного водосборного колодца он может быть разделен на две или три секции, позволяющие поочередный вывод их на ремонт и очистку.

6.13. Для размещения всасывающих труб, а также осаждения взвешенных в воде частиц дно водосборного колодца следует располагать на 1 - 1,5 м ниже подошвы траншеи, галереи или трубопровода.

6.14. Размеры водосборного колодца определяют исходя из необходимости: а) обеспечения емкости колодца для хранения не менее 100 секундных расходов при малой производительности водозабора и не менее 200 секундных расходов при большой производительности водозабора и б) размещения в нем трубопроводов, оборудования и контрольно-измерительных приборов.

6.15. Глубина водосборного колодца для сифонного водосбора определяется:

а) отметкой динамического уровня воды в водоприемных устройствах;

б) потерями напора в сифонном водоводе;

в) заглублением концов сифонных и всасывающих линий под низкий уровень воды в сборном колодце на 0,5 м;

г) высотой расположения этих концов над дном колодца на 0,5 м.

7. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ

7.1. В соответствии с действующими положениями Министерства здравоохранения СССР для подземных источников водоснабжения следует предусматривать создание двух поясов зоны санитарной охраны водозаборов: первого пояса - зоны строгого режима и второго пояса - зоны ограничений.

7.2. В первый пояс зоны санитарной охраны должен быть включен участок водоприемного сооружения, а также связанные с ним насосная станция, установка для обработки воды и резервуар.

Границы первого пояса зоны санитарной охраны должны отстоять от водозаборных сооружений: при использовании артезианских водоносных горизонтов - на расстоянии не менее 30 м и при использовании безнапорных водоносных горизонтов - на расстоянии не менее 50 м.

7.3. Территория первого пояса зоны санитарной охраны должна быть ограждена и обеспечена постоянным наблюдением.

Санитарное состояние территории первого пояса должно соответствовать требованиям инструкции по установлению зон санитарной охраны Министерства здравоохранения СССР.

7.4. Второй пояс зоны санитарной охраны, ее размеры и конфигурация в плане устанавливаются в зависимости от глубины залегания намечаемого к использованию водоносного горизонта, степени его защищенности от проникновения различных загрязнений с поверхности земли и возможного появления или наличия очагов загрязнения.

7.5. В пределах второго пояса зоны санитарной охраны запрещается проведение земляных работ с разрушением защитного слоя над водоносным горизонтом, регулируются все строительные работы и не допускается сооружение объектов, представляющих опасность с точки зрения загрязнения подземных вод и нарушения нормальной эксплуатации водозабора.

7.6. Положение границ и размеры второго пояса зоны санитарной охраны в каждом конкретном случае определяются по данным изучения гидрогеологических и санитарных условий района с использованием гидрогеологических расчетов (см. приложение II).

8. ОПРОБОВАНИЕ И СДАЧА ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ И НАБЛЮДЕНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

8.1. Проектом следует предусматривать опробование каждой скважины откачками по окончании бурения для установления соответствия дебита скважины проектным данным.

8.2. Откачки должны производиться не менее чем при двух понижениях с дебитом, составляющим при большем понижении 75 % проектной производительности.

8.3. Общая продолжительность откачек, как правило, должна составлять 1 - 3 суток на каждое понижение.

8.4. В отдельных случаях продолжительность откачек может быть более длительной в связи с интенсивным выносом мелких песчаных фракций из фильтровых обсыпок и водоносного горизонта.

8.5. Водозаборы всех типов (скважины, шахтные колодцы, горизонтальные и лучевые водозаборы и каптажи источников) после полного окончания строительства и оборудования их насосами подлежат опробованию эксплуатационными откачками с целью проверки работы всех водозахватных сооружений, производительности всего водозабора в целом и установления оптимального режима эксплуатации водозабора.

8.6. До начала эксплуатационных откачек водозаборные сооружения должны быть оборудованы контрольно-измерительными приборами в соответствии с проектом.

8.7. Эксплуатационные откачки производятся строительной организацией по специальной программе, составляемой проектной организацией.

В программе устанавливается порядок производства эксплуатационных откачек, их продолжительность, а также частота наблюдений за дебитом, уровнем, качеством воды (по лабораторным анализам).

8.8. Эксплуатационные откачки производятся на одно понижение при проектном дебите и проектном режиме эксплуатации каждого водозаборного сооружения и водозабора в целом.

Результаты наблюдений за эксплуатационной откачкой оформляются в виде акта с фактическими данными наблюдений и пояснительной запиской к ним.

8.9. Для систематического изучения режима подземных вод в период эксплуатации водозабора проектом должно быть предусмотрено сооружение наблюдательной сети, состоящей из буровых скважин, водомерных постов и др. Устройство наблюдательной сети должно быть осуществлено до начала строительства водозабора.

Конструкция наблюдательных скважин должна исключать возможность загрязнения водоносного горизонта через скважины.

8.10. Режимные наблюдения производятся для:

а) выявления характера изменения естественного режима подземных вод под влиянием водоотбора;

б) своевременного предупреждения возможного ухудшения качества подземных вод на участке водозабора;

в) определения оптимального режима эксплуатации водозабора;

г) накопления опыта эксплуатации сооружений по забору подземных вод в различных гидрогеологических условиях для решения вопросов, связанных с расширением водоснабжения в данном районе и сооружением новых водозаборов в аналогичных гидрогеологических условиях в других районах.

8.11. Организация и производство режимных наблюдений в период эксплуатации осуществляются службой эксплуатации водозабора по программе, составленной при проектировании водозабора.

Проектом следует предусматривать необходимый для производства режимных наблюдений штат.

8.12. В режимную сеть входят также эксплуатационные скважины и другие водозаборные сооружения, оборудованные по проекту с учетом производства по ним полного комплекса режимных наблюдений.

8.13. Наблюдательные скважины режимной сети оборудуются фильтром диаметром не менее 89 мм с учетом производства в них замеров уровня и температуры воды, отбора проб воды на анализ и в случае заиления - чистки скважин.

8.14. Глубина скважин режимной сети принимается:

а) в водоносном горизонте со свободной поверхностью и глубиной эксплуатационных скважин до 15 м наблюдательные скважины устраиваются той же глубины, что и эксплуатационные скважины;

б) в водоносном горизонте со свободной поверхностью и глубиной эксплуатационных скважин более 15 м верх рабочей части фильтра наблюдательных скважин должен быть на 2 - 3 м ниже возможного наинизшего динамического уровня в водоносном пласте;

в) в напорном водоносном горизонте при динамическом уровне выше кровли пласта рабочая часть фильтра наблюдательных скважин должна располагаться в верхней трети водоносного пласта; при осушении части пласта верх фильтра должен быть на 2 - 3 м ниже динамического уровня;

г) в водоносных пластах, эксплуатация которых рассчитана на сработку статических запасов, верх рабочей части фильтра наблюдательных скважин должен быть на 2 - 3 м ниже положения динамического уровня к концу расчетного срока эксплуатации водозабора.

8.15. Глубину скважин режимной сети на водозаборах из шахтных колодцев, лучевых и горизонтальных водозаборах следует принимать равной глубине заложения водоприемных частей этих водозаборов, а верх фильтра наблюдательной скважины должен быть на 2 - 3 м ниже динамического уровня воды в водозаборе.

8.16. Верховодка и водоносные горизонты, залегающие выше эксплуатационного водоносного горизонта, перекрываются в наблюдательных скважинах режимной сети глухими трубами с погружением труб в цементную ванну или подбашмачной цементацией; при этом должно быть исключено попадание в скважину и затрубное пространство, а также скопление у устья скважин поверхностных вод, что достигается устройством на устье скважины до глубины 0,5 м от поверхности земли глиняного или цементного замка и планировкой поверхности у скважины.

8.17. Проектом должно быть также предусмотрено устройство в пределах влияния водозабора наблюдательных скважин для наблюдения за верхними неэксплуатируемыми водоносными горизонтами.

8.18. В слоистых горизонтах фильтры в наблюдательных скважинах устанавливаются против каждого водоносного слоя эксплуатируемого водоносного горизонта.

8.19. Фильтры в наблюдательные скважины устанавливаются на сплошной колонне труб или на сальнике в обсадной колонне труб.

Нижняя часть фильтра на глубине 1 - 2 м должна заканчиваться отстойником из глухой трубы, закрытой снизу пробкой.

8.20. Для предохранения наблюдательных скважин от засорения на верху фильтровой колонны или обсадной трубы устраивается специальный оголовок со сплошной крышкой, закрывающейся при помощи болтов.

8.21. Число и расположение наблюдательных скважин режимной сети на участке водозабора определяются в зависимости от типа подземных вод, глубины залегания водоносных горизонтов от поверхности земли, степени сложности гидрогеологических условий, санитарной обстановки района водозабора, а также от типа водозабора и режима его эксплуатации. На водозаборах грунтовых и напорных вод при глубине залегания водоносного горизонта до 1000 м от поверхности земли наблюдательные скважины должны располагаться не менее чем по двум взаимно перпендикулярным поперечникам, проходящим через участок водозабора. При определении количества наблюдательных скважин должны учитываться пробуренные ранее разведочные скважины, пригодные для наблюдений за режимом подземных вод.

8.22. На участках инфильтрационных водозаборов (у открытых естественных и искусственных водоемов) пункты режимных наблюдений следует размешать также и между водозабором и открытым водоемом, в самом водоеме и на противоположном берегу водоема (реки, канала) в зоне действия водозабора. При наличии очагов возможного загрязнения подземных вод в районе водозабора (например, мест сброса промышленных стоков, водоемов с высокоминерализованными водами, заболоченных торфяников и т.п.) между такими очагами и водозаборами следует сооружать дополнительные наблюдательные скважины.

8.23. На водозаборах подземных вод, состоящих из одиночных скважин, режимные наблюдения ведутся по этим же эксплуатационным скважинам. Дополнительные наблюдательные скважины в таких случаях не сооружаются.

8.24. Объем и периодичность наблюдений за режимом эксплуатации водозаборов устанавливаются проектом в соответствии с конкретными условиями.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Гидрогеологические расчеты должны выполняться при проектировании новых и расширении действующих водозаборных сооружений.

Результаты гидрогеологических расчетов служат основой для технико-экономического сравнения различных вариантов водозаборных сооружений и выбора наиболее рационального их типа и схемы размещения в конкретных природных условиях.

Для каждого варианта при принятых количестве водозахватных сооружений и расстояниях между ними гидрогеологическими расчетами устанавливается возможность получения нужного количества воды Q при понижениях уровня S, не выходящих за пределы максимально допустимых понижений уровня S_доп. Должно выдерживаться условие S ≤ S_доп.

Величина S_доп принимается равной 0,5 - 0,75 полной мощности водоносного пласта при условии, что:

а) остающаяся неосушенной часть пласта обладает не меньшей водопроводимостью по сравнению со средней водопроводимостью всего пласта;

б) в пределах оставшейся неосушенной части пласта обеспечивается возможность установки и нормальной эксплуатации насосного оборудования.

Выбор метода расчета дебита водозабора и понижения уровня производится в зависимости от типа и схемы водозабора и природных условий участка его расположения.

Одиночные скважины и группы, состоящие из небольшого числа
взаимодействующих скважин в удалении от границ водоносного пласта (рис. 1.1)

Рис. I.1. Схема к расчету ограниченного числа взаимодействующих скважин в
удалении от границ водоносного пласта

а - план расположения скважин; б - разрез напорного пласта; в - разрез безнапорного пласта

Одиночная скважина

Группа взаимодействующих скважин

где U - функция понижения в м².

Абсолютная величина понижения уровня S определяется из следующих соотношений:

для напорных пластов

где H_e - первоначальный напор подземных вод до ввода в действие водозабора (статический уровень) в м;

H - напор подземных вод при эксплуатации (динамический уровень) в м;

m - мощность водоносного пласта в м;

для безнапорных пластов

где h_e и h - мощность пласта (высота столба воды, отсчитываемая от свободной поверхности до водоупорной подошвы) соответственно до начала откачки и во время откачки в м;

где Q₀ и Q_i = Q₁, Q₂, …, Q_n - дебит каждой скважины;

Q_сум - суммарный расход всех скважин;

n - общее их число;

r₀ и r_i = r₁, r₂, ..., r_n - расстояния точки, в которой определяется понижение уровня, до соответствующих скважин (на рис. I.1. показано, что понижение определяется в скважине с индексом "О"; при этом величина r₀ равна радиусу скважины в м);

a - коэффициент пьезопроводности;

для напорных пластов

где km - водопроводимость напорного пласта в м²/сут. (k - коэффициент фильтрации, m - мощность);

μ^*- показатель водоотдачи пласта в напорных условиях;

для безнапорных пластов

Здесь kh_ср - водопроводимость безнапорного пласта в м²/сут. (h_ср - некоторая средняя его мощность в процессе водоотбора; для приближенных расчетов можно принимать h_ср ≈ 0,8h_е);

μ - коэффициент водоотдачи пласта при его осушении.

Коэффициент пьезопроводности для напорных потоков слабоминерализованных негазированных вод в хорошо водопроницаемых плотных ("скальных" и "полускальных") породах обычно выражается величинами 10⁵ - 10⁶ м²/сут. В слабоводопроницаемых мелко- и среднезернистых слабоцементированных и рыхлых породах его значения могут колебаться в значительных пределах, от n∙10³ до n∙10⁴ м²/сут. (n = 5 - 10).

Коэффициент пьезопроводности для безнапорных пластов, например, при мощности их h_e =15 ÷ 20 м для мелкозернистых песков выражается величиной 250 - 500 м²/сут., а для крупнозернистых гравелистых песков 2000 - 4000 м²/сут.

Наиболее надежно коэффициент пьезопроводности, особенно для напорных пластов, определяется по опытным откачкам и данным эксплуатации водозаборов.

Функция, обозначаемая в формуле (1) символом Ei, носит название интегральной показательной функции. Значения ее в зависимости от аргумента определяются по графику, приведенному на рис. I.2.*.

_____________

* При пользовании графиком следует иметь в виду, что функция Ei имеет отрицательное значение.

Рис. I.2. График интегральной показательной функции Ei (-λ)

При

 

Используя выражение (7), можно формулы (1) для расчета одиночной скважины и группы взаимодействующих скважин в удалении от рек представить в виде хорошо известной формулы Дюпюи-Форхгеймера.

Одиночная скважина

Группа взаимодействующих скважин

где R - условный радиус влияния в м

Примечание. Формула (8) может применяться и в случаях, когда движение подземных вод при откачке является установившимся. При этом значение R должно определяться на основании опытных данных.

Вместе с тем, если по гидрогеологическим условиям стабилизации потока не будет происходить, т.е. можно ожидать, что при откачке из скважин понижение уровня будет все время увеличиваться, следует учитывать, что при использовании формул (1) и (8) можно получить нереальное значение величины понижения, превышающее мощность пласта. Это означает, что при принятой длительности периода откачки i и данных параметрах пласта km и a дебит Q не может быть получен и его нужно уменьшить или соответственно сократить период откачки.

Пример 1. Скважина диаметром d = 300 мм проектируется в водоносных песках мощностью h_e = 25 м. Водоносный горизонт безнапорный, коэффициент фильтрации песков k = 15 м/сут.; водоотдача μ = 0,2.

Требуется определить величину понижения уровня S в скважине при r = r₀ = 0,15 м и на расстояниях r₁ = 100 м и r₂ = 200 м от скважины через t = 5000 сут., при водоотборе, из скважины Q = 15 л/сек = 1296 м³/сут.

Решение: По формуле (5) определяем коэффициент пьезопроводности а:

При этом имеем

Следовательно, в соответствии с критерием (6) для расчета можно пользоваться приближенным выражением (7) для определения функции понижения.

По формуле (9) определяем значение условного радиуса влияния при t = 5000 сут.:

Теперь по формуле (8) находим соответствующие значения функции понижения U и по формуле (3) - понижение уровня S. Например, для самой скважины при r₀ = 0,15 м получим:

Точно также производится расчет и для точек с координатами r₁ и r₂. Результаты расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1

Понижения уровня при водоотборе из скважины Q = 1296 м³/сут.

Таким образом, максимальное понижение уровня в самой скважине через 5000 сут. после начала отбора воды из нее в количестве 1296 м³/сут. при принятых в рассматриваемом примере параметрах составит 6,4 м, т.е. приблизительно 25 % общей мощности водоносного пласта.

Пользуясь приведенными формулами, можно также решить задачу о максимальном дебите скважины в данных условиях. Приняв, например, что понижение уровня через 5000 сут. (к концу намечаемого периода эксплуатации) не должно превышать 75 % общей мощности пласта, из формулы (3) получим:

и из формулы (8) с учетом формулы (9):

Пример. 2. Одновременно со скважиной, рассмотренной в предыдущем примере (она обозначается номером "0" - см. рис. I.1), вводятся в действие еще 4 скважины:

скважина № 1 на расстоянии r₁ = 100 м от данной с расходом Q₁ = 10 л/сек;

скважина № 2 на расстоянии r₂ = 200 м от данной с расходом Q₂ = 12 л/сек;

скважина № 3 на расстоянии r₃ = 500 м от данной с расходом Q₃ = 15 л/сек;

скважина № 4 на расстоянии r₄ = 400 м от данной с расходом Q₄ = 10 л/сек.

Суммарный расход группы скважин

Q_сум = 15 + 10 + 12 + 15+10 = 62 л/сек = 5360 м³/сут.

Параметры пласта те же, что прежде.

Требуется определить понижение уровня в данной скважине (с индексом "0") по истечении t = 5000 сут. Учитывая, что r_макс = r₄, проверяем возможность использования приближенных формул по этой величине:

При этом согласно (6), можно для расчета пользоваться уравнением (8). Имеем:

По формуле (3)

Системы, состоящие из большого числа взаимодействующих скважин ("групповые водозаборы") в удалении от границ водоносного пласта

В случаях, когда водозаборы сооружаются из большого числа компактно размещенных скважин в водоносных пластах весьма значительной площади распространения, для упрощения расчетов можно объединять скважины, рассматривая их в виде обобщенных систем или единых групповых водозаборов: линейного, кольцевого и кругового (площадного).

Общая формула для расчета группового водозабора имеет вид

где N_огр - безразмерное гидравлическое сопротивление; при определении понижения уровня в центре группового водозабора значения N_огр вычисляются по формулам (11) - (16), приведенным в табл. 2;

U - функция понижения, определяемая по формулам (2) и (3).

Таблица 2

Выражения для безразмерного гидравлического сопротивления при определении
понижения уровня в центре групповых водозаборов

Примечание. Формула (12) применима при  ≥ 4 ÷ 6, формулы (14) и (16) - при  ≥ 2,5. В формулах (12), (14) и (16) R ≈ 1,5.

В формулах (11) - (16) i - половина общей длины линейной системы скважин, R₀ - радиус кольцевой и круговой (площадной) систем скважин.

где P - периметр участка расположения скважин (по линии, соединяющей крайние скважины).

Символом Ф в формуле (11) обозначается функция ошибок (интеграл вероятности), значения которой в зависимости от аргумента  находятся по графику, данному на рис. I.3.

Рис. I.3. График функции ошибок Ф(z)

При определении понижения в точках, удаленных на расстояние, превышающее половину наибольшей протяженности укрупненного водозабора, т.е. при r > 1,5l в линейной системе скважин и r > 1,5R₀ - в кольцевой и круговой (площадной) системах скважин, следует пользоваться той же формулой (10), причем безразмерное сопротивление для всех систем находится по выражениям (13) и (14) с заменой в них величины R₀ на r.

В случае, когда проектируется несколько взаимодействующих групповых водозаборов, расчет производится по следующей формуле

где N_огр - безразмерное сопротивление, обусловленное откачкой из данного укрупненного водозабора, в центре которого определяется функция понижения уровня U; величина N_огр в зависимости от типа водозабора и длительности откачки находится по табл. 2;

N_вз - безразмерное сопротивление, обусловленное откачкой из всех остальных групповых водозаборов и определяемое по формуле

В формулах (18) и (19)

Q_iгр = Q_1гр, Q_2гр, ... , Q_nгр - дебит каждого укрупненного водозабора;

Q_сум - суммарный дебит всех укрупненных водозаборов (n - общее их число);

r_i = r₁, r₂, ..., r_n - расстояния от точки, в которой определяется функция понижения U, до соответствующих укрупненных водозаборов.

Примечание. При длительных откачках, когда выдерживается соотношение (6), в формуле (19) можно заменять функцию Ei по приближенному выражению (7).

Следует иметь в виду, что по формулам (11) - (19) для групповых водозаборов находится понижение уровня в центре некоторой условной депрессионной поверхности, которая образуется в предположении, что расход всех скважин укрупненного водозабора как бы равномерно распределяется по линии (в случае линейной и кольцевой систем скважин) или по площади (в случае круговой площадной системы). Для определения понижения уровня непосредственно в скважине, расположенной в пределах укрупненного водозабора, к величине, определяемой по формуле (18), следует добавить величину, характеризующую дополнительное понижение уровня в скважине (см. рис. I.4):

где Q₀ - расход данной скважины;

σ - половина расстояния между соседними скважинами.

Рис. I.4. Схема депрессионной поверхности в укрупненном водозаборе

Пример 3. Водозаборные скважины в безнапорном пласте известняков, имеющем в плане весьма большие размеры, располагаются в виде двух концентрированных групп (см. рис. I.5). 1-я группа состоит из 8 скважин с дебитом каждой из них Q₁₀ = 864 м³/сут. и суммарным дебитом Q_1сум = 8∙864 = 6912 м³/сут.

Рис. I.5. Схема к примеру расчета № 3

1 - первоначальный ("статический") уровень; 2 - динамический уровень;
3 - покровный суглинок; 4 - известняки

Расстояние между скважинами 2σ₁ = 50 м. 2-я группа скважин находится на расстоянии 15 км от 1-й и состоит из 10 скважин, дебит каждой из которых Q₂₀ = 1728 м³/сут. и Q_2сум = 10∙1728 = 17280 м³/сут. Расстояния между скважинами 2σ₂ = 40 м.

Мощность водоносного пласта h_e = 60 м, коэффициент фильтрации k = 30 м/сут., коэффициент пьезопроводности a = 3,5∙10⁵ м²/сут. Требуется определить понижение уровня в центре каждой группы скважин, а также в точке, лежащей посередине между ними через t = 10000 суток.

Решение.

1) Представим действительную площадь, занимаемую каждой группой скважин, в виде круговой с радиусом по формуле (17), учитывая, что периметр того и другого участка P = 700 м:

2) Определим величину безразмерного сопротивления N_огр для обоих групповых водозаборов (они будут одинаковые, поскольку размеры участков равны). По формуле (15) имеем

3) Определим величину N_вз, которой оценивается взаимное влияние обоих групповых водозаборов. Поскольку расстояние между ними намного превышает размеры каждого участка, можно пользоваться формулой (19).

Суммарный расход двух водозаборов

Q_сут = Q_1гр + Q_2гр = 6912 + 17280 = 24192 м³/сут.

При этом

4) По формуле (18) находим функцию понижения:

для 1-го водозабора

для 2-го водозабора

5) По формуле (3) соответственно получим

6) Найдем теперь понижения уровня непосредственно в скважинах, расположенных в центре каждого водозабора. Принимаем при этом, что радиус скважин r₀ = 0,2 м. По формуле (20) получим

Таким образом, полная величина функции понижения для 1-го водозабора

U₁ + ΔU_скв1 = 421 + 22 = 463 м²;

для 2-го водозабора

U₂ + ΔU_скв2 = 708 + 48 = 750 м².

И соответственно понижения уровня в скважинах

7) Понижение в точке М, находящееся посередине между группами скважин, т.е. при r₁ = r₂ =7500 м, определяется по формуле (19)

Следовательно, по формуле (18) (при N_огр = 0)

и по формуле (3)

Найденные понижения уровня показаны на рис. I.5.

Ввод в действие новых скважин или изменение расхода эксплуатируемых скважин

При включении новых скважин (или укрупненных водозаборов, состоящих из множества скважин), выключении части из них или изменении расхода скважин в результате их переоборудования расчеты производятся по вышеприведенным формулам, причем полная функция понижения U находится путем суммирования соответствующих функций понижения U₁, U₂, ... , U_n для каждой вновь вводимой скважины или для каждого изменения расхода скважин с учетом фактического периода времени, начиная от момента их включения (или изменения расхода):

Одиночные скважины и группы, состоящие из небольшого числа взаимодействующих скважин вблизи реки (рис. I.6)

Рис. I.6. Схема к расчету ограниченного числа взаимодействующих
скважин вблизи реки

а - план расположения скважин; б - разрез напорного пласта; в - разрез безнапорного пласта

Одиночная скважина

Группа взаимодействующих скважин

Здесь ρ₀, ρ_i = ρ₁, ρ₂, …, ρ_n - расстояния точки, в которой определяется функция понижения, до соответствующих зеркальных отображений реальных скважин относительно реки, представляемой в данном случае в виде прямолинейного контура питания или стока.

Остальные обозначения те же, что в формулах для предыдущей схемы водозабора, размещаемого в большом удалении от границ водоносного пласта. Определение величин ρ₀ и ρ_i производится графически.

Формула (22) - это известная формула Форхгеймера; она справедлива при длительных периодах откачек, когда 0,05 ÷ 0,1 (ρ_макс - максимальное удаление воображаемой скважины от точки, в которой определяется понижение уровня, a - коэффициент пьезопроводности пласта, t - время).

Линейный ряд взаимодействующих скважин вблизи реки (рис. I.7)

Рис. I.7. Схема к расчету линейного ряда скважин вблизи реки

где Q₀ - расход каждой скважины (расход всех скважин принимается одинаковым);

L - расстояние ряда скважин от реки;

σ - половина расстояния между скважинами в ряду;

r₀ - радиус скважины.

Для определения функции понижения в точках, лежащих между рекой и рядом скважин, т.е. при 0 < x < L, формула будет иметь такой вид:

и в точках от ряда скважин в глубь берега при x > L

Формулы (23) - (25) справедливы при условии, что  > 5 ÷ 7.

В случае, когда длина ряда скважин соизмерима с расстоянием его от реки (при  ≤ 5 ÷ 7), для определения функции понижения в центре ряда можно пользоваться следующей формулой:

Учет заиленности и неоднородности грунтов в русле

При определении производительности водозаборных скважин, размещаемых вблизи рек, следует учитывать кольматаж, заиление и наличие глинистых слоев в русле, которые затрудняют фильтрацию воды из реки.

Кольматаж, заиление и неоднородность русловых отложений для целей расчета можно представить в виде глинистого экрана в дне русла (см. рис. I.8). При этом его влияние выражается дополнительной величиной понижения уровня и соответственно дополнительной величиной функции ΔU_k, которую следует добавить к понижению, найденному по приведенным формулам для скважин вблизи реки (в которых указанные факторы кольматажа, заиления и неоднородности русла не получили отражения).

Рис. I.8. Схема к расчету дополнительного сопротивления заиленного
и неоднородного русла реки

Для линейного ряда скважин весьма большой протяженности [см. формулу (23)]

и для короткого линейного ряда и одиночной скважины или компактной группы скважин [см. формулы (22) и (26)]

В формулах (27) и (28)

где k₀, m₀ - коэффициенты фильтрации и мощность глинистого экрана в русле;

k₁, m₁ и k₂, m₂ - коэффициенты фильтрации и мощности соответственно русловых и береговых отложений.

Функция Ei(-2Lf) в выражении (28) определяется по графику, данному на рис. I.2, в зависимости от λ = 2Lf.

Остальные обозначения прежние.

Примечания: 1. Входящие в формулы (27) - (29) параметры наиболее надежно определяются по данным наблюдений за режимом подземных вод в паводковые периоды при опытных откачках из скважин, а также по данным эксплуатации скважин (в действующих водозаборах). При отсутствии таких определений и невозможности в связи с этим использовать зависимости (27) - (29) в результаты расчетов производительности водозаборов вблизи рек следует вводить уменьшающий коэффициент, устанавливаемый в зависимости от конкретных условий с учетом опыта эксплуатации водозаборов в аналогичных природных условиях.

На зарегулированных реках с малыми скоростями течения следует иметь в виду также возможность снижения производительности береговых водозаборов в процессе эксплуатации в результате возникающего при этом кольматажа русловых отложений.

Степень уменьшения производительности под влиянием этого фактора следует устанавливать также по данным эксплуатации водозаборов в аналогичных условиях.

2. При определении понижения уровня, обусловленного действием скважин вблизи рек, в качестве начального ("статического") уровня следует принимать уровень подземных вод, соответствующий минимальному горизонту воды в реке.

Одиночные и взаимодействующие скважины в долинах с периодическим поверхностным стоком

Одиночные скважины и группы, состоящие из небольшого числа взаимодействующих скважин в средней части долины (в удалении от непроницаемых бортов долины - рис. I.9, а)

здесь L - ширина долины;

L₁ - расстояние от левого борта долины до центра водозабора;

R_пр - приведенный радиус группы скважин. Значения его для различных случаев таковы: одиночная скважина R_пр = r₀ (r₀ - радиус скважины); группа из ограниченного числа любым образом расположенных скважин R_пр =  (r₁, r₂, …, r_n - расстояния от данной скважины, в которой определяется понижение уровня, до всех остальных взаимодействующих скважин; α₁, α₂, ..., α_n - отношение расхода соответствующих скважин к суммарному расходу всех скважин).

Рис. I.9. Схема к расчету взаимодействующих скважин в долинах, ограниченных
непроницаемыми бортами, при отсутствии поверхностного стока

а - группа из ограниченного числа скважин; б - поперечный
ряд скважин; в - продольный ряд скважин

Остальные обозначения в формуле (30) те же, что прежде.

Формула (30) применима при условии, что крайние скважины водозабора отстоят от ближайшего контура пласта на расстоянии, равном или большем половины максимального размера участка водозабора в плане.

Поперечный линейный ряд скважин (рис. I.9, б)

Продольный линейный ряд скважин, располагающийся в осевой части долины (рис. I.9, в),

В формулах (31) и (32):

r₀ - радиус скважины;

σ - половина расстояния между скважинами;

l - половина длины ряда скважин.

Оценка несовершенства водозаборных скважин

При несовершенстве скважин по степени вскрытия пласта (т.е. когда скважина вскрывает только часть пласта по высоте) найденная по расчету функция понижения уровня в скважине возрастает на величину

где ξ₀ - безразмерное гидравлическое сопротивление, значения которого в зависимости от  и  даны на графике (см. рис. I.10) (b - длина водоприемной части скважины; m - мощность пласта).

Примечание. При пользовании этим графиком следует иметь в виду, что для безнапорных пластов m ≈ h_e - , b ≈ b₀ -  (b₀ - действительная длина фильтра, S₀ - понижение уровня в несовершенной скважине).

Рис. I.10. График для определения дополнительного сопротивления,
обуславливаемого несовершенством скважин по степени вскрытия пласта

В случаях, когда фильтр скважины размещается в средней части пласта, значения ξ₀, определяемые по графику, следует уменьшить: при  = 0,3 на 1,5, при  = 0,5 на 0,7.

Несовершенство скважин по характеру вскрытия пласта, т.е. сопротивление фильтра и породы в прискважинной зоне количественно оценивается по опытным и эксплуатационным откачкам.

Шахтные колодцы, горизонтальные и лучевые водозаборы и каптажи источников

Расчеты производительности шахтных колодцев выполняются по тем же формулам, что и для круговой (площадной) системы скважин при R_пр = 0,61r_k, где r_k - радиус колодца [см. формулы (15) и (16) в табл. 2].

Производительность горизонтальных водозаборов, располагающихся вблизи рек (водохранилищ), может быть определена по следующей формуле (рис. I.11):

где U₀ = m(H_р - H₀) - для напорных потоков;

 - для безнапорных потоков;

H_р и h_р - соответственно напор и глубина воды до водоупора в створе реки (контура питания пласта);

H₀ и h₀ - тоже, в дрене;

L - расстояние дрены от реки;

f - показатель дополнительного гидравлического сопротивления, связанного с несовершенством русла реки, т.е. неполной его врезкой в водоносный пласт, а также с заилением и неоднородностью русловых отложений. При значительной длине горизонтального водозабора и относительно малом его расстоянии от реки величина f может определяться по формуле (29), данной выше для линейных рядов скважин вблизи реки;

ξ - показатель дополнительного гидравлического сопротивления, связанного с несовершенством дрены. Приближенно величина его находится из следующей зависимости

здесь m - мощность водоносного пласта;

S_д - глубина воды в дрене;

r_д - радиус дрены.

Рис. I.11 Схема к расчету горизонтального водозабора (галереи) вблизи реки

а - план расположения водозабора; б - разрез напорного пласта; в - разрез безнапорного пласта

Для безнапорных потоков следует принимать

Символом q_б в формуле (34) обозначается естественный ("бытовой") расход берегового потока подземных вод.

Примечание. При отсутствии данных о заиленности и неоднородности русловых отложений расчет производительности производится по формуле (34) при f = 0, но в полученные результаты обычно вводится уменьшающий поправочный коэффициент, устанавливаемый по опыту эксплуатации водозаборов в аналогичных природных условиях.

Для приближенной оценки производительности лучевых водозаборов в удалении от границ пласта и вблизи рек (водохранилищ каналов) можно рекомендовать "приведение" их к кольцевой системе вертикальных скважин, расположенных в концевой части лучей.

Производительность лучевых водозаборов под руслом рек следует устанавливать на основе опытных и опытно-эксплуатационных откачек. При этом во всех случаях необходимо учитывать следующее.

а) По фильтрационным соображениям оптимальное число лучей, равномерно расположенных по периметру водосборной шахты, находится в пределах от 2 до 6.

б) Максимальный удельный дебит подрусловых лучевых водозаборов обеспечивается при близком расположении лучей к дну водотока (водоема). Однако при более глубоком заложении лучей обеспечивается лучшее качество воды за счет ее очистки в результате фильтрации через подрусловой слой грунта. Кроме того, при глубоком заложении лучей снижается опасность интенсификации заиления русла, если к нему имеются предпосылки.

в) Максимальный удельный дебит береговых водозаборов обеспечивается при расположении лучей на высоте 0,5 мощности напорного водоносного пласта и на высоте 0,3 - 0,4 мощности безнапорного пласта. Вместе с тем при более глубоком заложении лучей может быть обеспечено большее понижение уровня воды в водосборном колодце, а следовательно, и большая производительность.

г) Диаметр горизонтальных лучей и наружный диаметр водосборного колодца меньше влияют на производительность водозабора, чем длина лучей и глубина их заложения. Поэтому при их выборе можно руководствоваться инженерно-производственными соображениями.

Дебит каптажного сооружения при использовании источников устанавливается по данным наблюдений за режимом источника, причем в качестве расчетного принимается дебит для года обеспеченности в соответствии с указаниями СНиП II-Г.3-62 п. 4.7.

ПРИЛОЖЕНИЕ II

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ СООРУЖЕНИЙ ПО ЗАБОРУ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ПРОГНОЗА ВОЗМОЖНОГО ИХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

При определении границ второго пояса зоны санитарной охраны водозаборов с помощью гидрогеологических расчетов в качестве возможных критериев следует принимать:

а) положение нейтральных или раздельных линий тока, которыми в плане ограничивается область питания или "область захвата" водозабора;

б) время продвижения загрязнений в подземных водах к водозабору от очагов загрязнения.

Как правило, при установлении границы второго пояса зоны санитарной охраны следует ориентироваться на положение нейтральных линий тока. В случаях, когда это невозможно осуществить (вверх по потоку и в бассейнах подземных вод), используются зависимости, связывающие время продвижения загрязнений и расстояния от возможных очагов загрязнения до водозабора.

В простых гидрогеологических условиях и при проектировании одиночных или компактно-размещаемых групповых водозаборов, а также при проектировании линейного ряда равнодебитных скважин построение гидродинамической сетки и определение нейтральных линий тока, а также времени продвижения загрязнений приближенно могут быть сделаны путем аналитических расчетов.

В сложных гидрогеологических условиях и при проектировании нескольких взаимодействующих водозаборов, размещаемых в плане в виде геометрически "неупорядоченных" групп, для этих целей следует применять методы моделирования или графоаналитические методы расчета. Во всех случаях для установления границ второго пояса зон санитарной охраны результаты, полученные расчетами, должны уточняться в каждом отдельном случае материалами изучения общих гидрогеологических и санитарных условий района расположения проектируемого водозабора, а также санитарными и технико-экономическими соображениями.

Аналитические расчеты размеров зон санитарной охраны

В приводимых ниже графиках и формулах приняты следующие обозначения:

Q - проектируемая или действительная производительность водозабора в м³/сут.;

q - единичный (на единицу ширины) расход естественного потока подземных вод в м²/сут.; q = kmi (где k - коэффициент фильтрации в м/сут.; m - средняя мощность водоносного горизонта в м; i - уклон естественного потока);

μ - активная пористость;

Т - заданное время, на которое рассчитывается зона санитарной охраны (амортизационный срок работы водозабора или время выживаемости бактерий в условиях подземного потока) в сутках;

а - расстояние водозабора от реки в м.

Одиночная скважина и группы взаимодействующих скважин (большой колодец) в удалении от границ пласта (рис. II.1)

Условные обозначения:

---- - нейтральная линия тока;

 - возможное положение очага загрязнения;

____ - граница зоны санитарной охраны, рассчитываемой на определенный срок;

о - точки границы зон, определяемые по графикам

Рис. II.1. Схема к расчету зон санитарной охраны для скважины
(или группы скважин - "большого колодца") в удалении от границ водоносного пласта

В случае, когда проектируемый водозабор состоит из одной скважины или группы скважин, которая может быть схематически представлена в виде одного "большого колодца" с суммарным расходом Q, причем до ввода в действие этого водозабора (в естественных условиях) движение подземных вод происходит в одном направлении с единичным расходом q, нейтральная или раздельная линия тока, ограничивающая область питания водозабора, проводится по следующим точкам:

На рис. II.2 и II.3 приведены графики, с помощью которых можно определить время продвижения загрязненных вод к водозабору рассматриваемого типа.

Рис. II.2. Графики

Рис. II.3. Графики

По оси абсцисс графиков на рисунках отложено приведенное время .

По оси ординат на рис. II.2 - приведенная координата , а по оси ординат на рис. II.3 отложена приведенная координата .

По графикам на рис. II.3 находятся точки пересечения границы зоны с осью х вверх и вниз по потоку от водозабора.

Каждый график на рис. II.2 соответствует одной из прямых, точку пересечения которой с искомой границей зоны требуется определить. Чтобы найти, например, точку пересечения границы зоны с прямой х = у, нужно по известным значениям Q, q, m и μ и заданному времени Т (амортизационный срок работы водозабора или время выживаемости бактерий в подземных водах) подсчитать значение приведенного времени  и на графике х = у (или, что то же самое,  = 1) по рис. II.2 найти соответствующее этому приведенному времени значение приведенной координаты .

По известным значениям Q и q и снятому с графика значению  определяется искомая координата . Затем на соответствующей прямой (в рассматриваемом случае это биссектриса правого верхнего координатного угла) находится точка, координата у которой определена описанным выше способом. Аналогично находятся точки пересечения искомой границы с другими прямыми, графики по которым приведены на рис. II.2. Соединяя эти точки, получаем линию, удовлетворяющую условию, что время движения частицы загрязненной жидкости к водозабору от очага загрязнения, существующего или возникшего за этой линией, будет больше допустимого.

При малых скоростях естественного потока подземных вод (< 0,01 м/сут.) время продвижения загрязнений T и допустимое расстояние до очагов загрязнения R определяются по формулам:

 

Одиночная скважина и группы взаимодействующих скважин
(большой колодец) вблизи реки (рис. II.4)

Условные обозначения:

---- - нейтральная линия тока;

 - возможное положение очага загрязнения;

____ - граница зоны санитарной охраны, рассчитываемой на определенный срок;

о - точки границы зон, определяемые по графикам

Рис. II.4. Схема к расчету зон санитарной охраны для скважины
(или группы скважин - "большого колодца") вблизи реки

Для построения нейтральной линии тока при размещении скважин вблизи реки следует пользоваться графиками на рис. II.5, по которым, зная Q, q и а, можно найти координату y точек пересечения нейтральной линии тока с прямыми x = 0,25y, x = 0,5y, x = 0,75у и x = y, а также с осью y , т.е. с урезом реки (прямая x = 0). С графиков снимается значение отношения , из которого и определяется y, так как расстояние водозабора от реки a известно.

Рис. II.5. Графики

На рис. II.6, II.7, II.8 приведены графики, позволяющие найти время продвижения загрязненных вод к водозабору.

Рис. II.6. Графики

Рис. II.7. Графики

Рис. II.8. Графики  (для малых значений )

По графикам на рис. II.6 определяется положение точек на оси x (y = 0), по графикам на рис. II.7 - точек на оси y (x = 0) и по графикам на рис. II.8 - точек на биссектрисе координатного угла (прямая x = y).

Графики на рис. II.6 имеют две ветви. Правая ветвь соответствует значениям  > 1. По ней определяются точки, которые лежат на оси x выше по потоку от водозабора, т.е. в сторону коренного берега; вторая ветвь, соответствующая значениям  < 1, позволяет найти точки на оси x между водозабором и береговой линией.

В случае, когда вблизи реки проектируется водозабор в виде линейного ряда скважин или галереи большой протяженности, время поступления загрязненных вод к водозабору можно определить по формулам:

а) при фильтрации загрязнений из реки

б) при фильтрации от очага загрязнений, находящегося выше по потоку от водозабора, в глубь берега

Прогноз возможного загрязнения подземных вод в водозаборах

Если в пределах фильтрационного поля водозабора образовался очаг загрязнения, возникает необходимость решения двух основных вопросов:

а) произойдет ли загрязнение отбираемых водозабором подземных вод;

б) какой будет предельно возможная концентрация загрязняющих веществ в подземных водах.

Для решения первого вопроса достаточно определить положение очага загрязнения относительно нейтральной линии тока или относительно границы зоны санитарной охраны, рассчитанной на заданный срок.

Если очаг загрязнения или какая-либо его часть попадет в зону захвата скважины или окажется на территории зоны санитарной охраны, рассчитанной на заданный срок, загрязнение возможно.

Предельно-возможная концентрация загрязняющих веществ в отбираемой водозабором воде M_m определяется по формуле смешения

где M₀ - концентрация загрязняющего компонента в подземных водах до появления загрязнения;

М - концентрация загрязняющего компонента в подземных водах очага загрязнения;

ΔQ_заг - максимальное количество загрязненной воды, которое может поступать в единицу времени от очага загрязнения к водозабору.

Для определения величины ΔQ_заг в табл. 1 приведены уравнения линий тока в фильтрационном поле водозаборов.

Таблица 1

Уравнения линий тока для водозаборов

Примечание. Значение постоянной C для линии тока, проходящей через данную точку, получается подстановкой в соответствующее уравнение линий тока координат x, y, θ этой точки (угол θ выражается в радианах).

Количество воды, притекшее к водозабору в полосе, ограниченной двумя линиями тока (замыкающимися у водозабора), находится как разность постоянных C₁ и С₂, соответствующих этим линиям тока и определяемых по уравнениям табл. 1.

Для определения количества загрязненной воды ΔQ_заг, которое может прийти к водозабору от очага загрязнения, следует исчислять постоянные C₁ и С₂ для линий тока, ограничивающих этот очаг.

В зависимости от положения очага загрязнения относительно водозабора и нейтральной линии тока расчетные формулы для определения величины ΔQ_заг будут различными. Возможные положения очага загрязнения показаны соответствующими цифрами (I, II, III и IV) на рис. II.1 и II.4.

1) Очаг загрязнения целиком располагается на территории, ограниченной нейтральной линией тока, по одну сторону от оси x. В этом случае

2) Очаг загрязнения располагается по одну сторону от оси x и распространяется за нейтральную линию тока, т.е. С₂ > С_н и С₁ < С_н.

В этом случае

3) Очаг загрязнения располагается по обе стороны от оси вверх по потоку от водозабора в пределах территории, ограниченной нейтральной линией тока.

В этом случае

4) Очаг загрязнения располагается по обе стороны от оси вниз по потоку от водозабора в пределах территории, ограниченной нейтральной линией тока.

В этом случае

Очагом загрязнения может явиться также река. В этом случае величина ΔQ_заг определяется по формуле

Экспериментальные и графоаналитические расчеты размеров зоны санитарной охраны

В сложных гидрогеологических условиях и в случаях, когда проектируемые водозаборные сооружения состоят из нескольких произвольно расположенных разнодебитных каптажных устройств (например, скважин или групп взаимодействующих скважин), построение гидродинамической сетки может быть сделано путем моделирования или графоаналитическими методами.

Во многих случаях для построения гидродинамических сеток прогнозируемого течения целесообразно использовать прием, основанный на наложении потоков и заключающийся в следующем.

Моделированием или на основе аналитических расчетов строится сетка гидроизогипс (гидроизопьез) для потока, обусловленного действием проектируемых сооружений. Эта сетка накладывается на карту гидроизогипс (гидроизопьез) естественного потока подземных вод и в местах пересечения изолиний исчисляются отметки пониженных естественных ("статических") уровней под влиянием откачки из водозаборных сооружений. По этим отметкам строится новая система гидроизогипс (гидроизопьез) и обычным путем, перпендикулярно к ним, проводятся линии тока, которыми в совокупности и характеризуется прогнозируемое течение.

По полученной указанным методом гидродинамической сетке устанавливаются нейтральная линия тока и в случае необходимости определяется время продвижения загрязнений в подземном потоке. Для этого суммированием времени продвижения частиц жидкости от водозабора вдоль отрезков линии тока между соседними гидроизогипсами приближенно находится на линии тока точка, время движения от которой к водозабору будет равно заданному.

Количество загрязненной воды, которое поступит к водозабору, определяют как расход потока ΔQ_заг между линиями тока, ограничивающими возможный очаг загрязнения:

где Δh_i - разность отметок между двумя соседними гидроизогипсами;

Δl_i - длина отрезка линии тока, заключенного между соседними гидроизогипсами;

k - коэффициент фильтрации;

ΔV_i - объем элемента водоносных пород, ограниченного двумя соседними гидроизогипсами и линиями тока.

Суммирование в формуле производится вдоль гидроизогипсы от i = 1 до i = m (m - число отрезков, на которые гидроизогипса разделяется линиями тока в полосе возможного очага загрязнений).

ПРИЛОЖЕНИЕ III

КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИН НА ВОДУ, СООРУЖАЕМЫХ УДАРНО-КАНАТНЫМ И РОТОРНЫМ СПОСОБАМИ

I. Ударно-канатное бурение

а) Скважина крепится одной колонной труб (рис. III.1, а). Указанную конструкцию следует применять в случае залегания с поверхности земли устойчивых (скальных) пород при отсутствии верховодки.

б) При сооружении скважин в аллювиальных отложениях, содержащих грунтовые воды, скважина должна крепиться двумя колоннами труб: кондуктором и фильтровой колонной, выведенной до поверхности земли (рис. III.1, б).

в) Конструкцию скважины, показанную на рис. III.1, в, следует применять при необходимости перекрытия кондуктором первого от поверхности неэксплуатируемого водоносного горизонта.

г) Конструкция скважины на рис. III.1, г отличается от приведенной на рис. III.1, в наличием технической колонны, перекрывающей второй от поверхности, не предназначенный для эксплуатации водоносный горизонт.

При значительных глубинах скважин, учитывая сравнительно большие выходы колонн обсадных труб, возможно применение нескольких технических колонн.

д) Конструкция скважины на рис. III.1, д применяется в случае необходимости установки фильтра в зоне водоносного горизонта, представленного неустойчивыми породами.

е) При необходимости устройства фильтра с гравийной обсыпкой следует применять конструкцию скважины, показанную на рис. III.1, е.

Рис. III.1. Схемы конструкций скважин при ударно-канатном бурении

1 - кондуктор; 2 - техническая колонна; 3 - эксплуатационная колонна;
4 - фильтровая колонна; 5 - затрубная цементировка; 6 -межтрубная цементировка;
7 - сальник; 8 - гравийная обсыпка; 9 - отстойник

II. Роторное бурение

а) Скважина крепится двумя колоннами труб: кондуктором и эксплуатационной колонной (рис. III.2, а).

Указанная конструкция применяется при необходимости надежной изоляции неиспользуемого для эксплуатации высоконапорного водоносного горизонта.

б) Для установки в скважину водоподъемного устройства, по своим габаритам превышающего внутренний диаметр эксплуатационной колонны, следует применять конструкцию скважины, показанную на рис. III.2, б, отличающуюся от предыдущей конструкции тем, что эксплуатационная колонна устанавливается впотай на сальнике с подбашмачной цементацией.

в) Для надежной изоляции верхней части скважины и уменьшения диаметра эксплуатационной колонны в целях экономии обсадных труб и сокращения времени на проходу скважины следует применять конструкцию, показанную на рис. III.2, в.

г) Скважина с двухколонной конструкцией и фильтром, установленным впотай в зоне водоносного горизонта, показана на рис. III.2, г.

Эксплуатационная колонна выше башмака технической колонны имеет муфту с левой резьбой и сальник, что позволяет отвернуть верхнюю часть колонны при необходимости установки насоса большего диаметра.

д) Скважина с одноколонной конструкцией и фильтром на сальнике впотай показана на рис. III.2, д.

Учитывая простоту исполнения и экономичность, эту конструкцию скважины следует применять по возможности чаше там, где это допускают геологические и гидрогеологические условия.

е) Скважина, показанная на рис. III.2, е, отличается от предыдущей фильтром, установленным непосредственно на эксплуатационной колонне, и специальным манжетом для цементации над зоной водоносного горизонта. Эту конструкцию скважины следует применять реже из-за сложности манжетной цементации, а также невозможности замены фильтра в случае его выхода из строя.

Рис. III.2. Схемы конструкций скважин при роторном бурении

1 - кондуктор; 2 - техническая колонна; 3 - эксплуатационная колонна; 4 - фильтровая колонна
(фильтр); 5 - переходник; 6 - сальник; 7 - муфта с левой резьбой; 8 - затрубная цементировка;
9 - подбашмачная цементировка; 10 - манжета для цементировки

ПРИЛОЖЕНИЕ IV

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН

Примечание. К группе фильтров 1а будут относиться фильтры, свальцованные из штампованного стального листа с антикоррозийными покрытиями; листовая сталь марок Ст. 5, Ст. 7; толщина листов от 3 до 7 мм, щели - различной конфигурации.

Рис. IV.1. Схемы фильтров буровых скважин на опорных каркасах из труб

1 - трубчатый фильтр-каркас с круглой перфорацией; 2 - трубчатый фильтр-каркас с щелевой
перфорацией; 3 - подкладочные продольные стержни; 4 - подкладочная спиральная намотка;
5 - подкладочная гофрированная пленка из винипласта; 6 - водоприемная поверхность из
проволочной обмотки; 7 - водоприемная поверхность из штампованного стального листа,
имеющего щели и отверстия различной конфигурации; 8 - водоприемная поверхность из сеток

Рис. IV.2. Схемы фильтров буровых скважин на опорных каркасах
из стержней ("каркасно-стержневые")

1 - стержневой фильтр-каркас (на опорных кольцах или закладных планках); 2 - подкладочная
спиральная намотка; 3 - водоприемная поверхность из проволочной обмотки; 4 - водоприемная
поверхность из штампованного стального листа, имеющего щели и отверстия различной
конфигурации; 5 - водоприемная поверхность из сеток

Рис. IV.3. Схемы гравийных фильтров буровых скважин

1 - обсадные трубы; 2 - опорный каркас; 3 - стержневой каркас; 4 - трубчатый каркас;
5 - гравийная обсыпка; 6 - фильтровый блок; 7 - резиновые уплотнительные прокладки;
8 - кожух из штампованного кровельного железа; 9 - кожух из сетки квадратного плетения

СОДЕРЖАНИЕ