22_17_19_21proiectare_cplac_2014

8/19/2019 22_17_19_21Proiectare_CPLAC_2014

1/28

1

PROIECTAREA UNEI CAPTARI DE APĂ SUBTERANĂ

Introducere ............................................................................................................ 2 1. Baza de date ..................................................................................................... 3 2. Modelul 3D al hidrostructurii ............................................................................. 7

2.1. Structura bazei de date .............................................................................. 8 2.2. Modelul litologic .......................................................................................... 9

2.3. Modelul hidrostratigrafic ........................................................................... 10 3. Evaluarea parametrilor hidrogeologici ............................................................. 11

3.1. Pompari in regim nestationar .................................................................... 13 3.2. Pompari in regim stationar........................................................................ 13

4. Modelul matematic al curgerii în regim de exploatare ..................................... 14 4.1.1. Echivalarea conturului de alimentare ................................................. 15 4.1.2. Echivalarea interferentelor din zona captarii ...................................... 17

5. Calculul spectrului hidrodinamic ...................................................................... 18 5.1. Programul SPDIN.exe .............................................................................. 18 5.2. Spectrul hidrodinamic in regim nestationar .............................................. 21 5.3. Spectrul hidrodinamic in regim stationar .................................................. 23

6. Zonele de protectie ale captării de apă subterană .......................................... 24 6.1. Debitul optim al puţ urilor de exploatare .................................................... 24 6.2. Zonele de protectie ale captarii de apa subterana ................................... 26

6.2.1. Zona de protectie cu regim sever a captarii ....................................... 27 6.2.2. Zona de protectie cu regim de restrictii a captarii .............................. 27

Concluzii ............................................................................................................. 28 Bibliografie .......................................................................................................... 28


2/28

2

Introducere

Proiectarea captărilor de apă subterană presupune investigarea geologică

şi hidrogeologică a zonei propuse pentru:1. Clarificarea structurii geologice2. Evaluarea parametrilor hidrogeologici ai formaţ iunilor acvifere3. Evaluarea resurselor de apă disponibile4. Evaluarea impactului exploatării apei subterane asupra resursei

disponibile.

Obiectivele proiectării captării sunt:

• Debitul optim al fiecărui puţ al captării care trebuie să respecte două restricţ ii:

o Denivelarea maximă: 2/3 din grosimea iniţ ială a acviferului(H)o Debitul pompat mai mic decât debitul admisibil evaluat pe baza

caracteristicilor filtrante ale acviferului (K)

• Zonele de protec ţ ie sanitar ă care trebuie dimensionate pe baza:o Spectrului hidrodinamic al curgerii în zona de influenţă a captăriio Timpii de tranzit pentru zonele de protecţ ie:

t=20 zile pentru zona de protecţ ie sanitară cu regim sever ; t=50 zile pentru zona de protecţ ie sanitară cu regim de

restric ţ ii.


3/28

3

1. Baza de date

Captarea de apă subterană va avea cinci pu ţ uri (P0, P1, P2, P3, P4;Fig.

1), executate într-un acvifer cu nivel liber şi dinamică iniţ ială nulă. Captareaeste amplasată în imediata apropiere a unui lac aflat în comunicare hidraulică directă cu acviferul freatic (Fig.2 )

Proiectarea captării s-a realizat pe baza informatiilor obţ inute dinexplorarea hidrogeologic ă si pe caracteristicile tehnice ale capt ării .

Explorare hidrogeologica:

• 23 foraje de explorare: litologie si cota nivelului piezometric (Tabelul 2 )

• grup de testare hidrodinamica format din:o P0-put de pompareo PZ1,PZ2-piezometre

Caracteristici tehnice ale captarii:

• 5 puturi de captare P1,P2,P3,P4 şi P0• amplasarea puturilor captari este pe un aliniament paralel cu malul lacului

• raza puturilor mr 30,00 =

Pentru evaluarea parametrilor hidrogeologici ai acviferului (K, a) şi aparametrilor hidraulici ai puţurilor ( Rs,∆ ) s-a realizat o pompare în puţ ul P0,

în vecinătatea căruia sunt amplasate două piezometre (PZ1, PZ2) (Fig.2;Tabelul 3 ).

Poziţ iile puţ urilor captării, piezometrelor si extinderea lacului sunt

precizate într-un sistem de coordinate care are originea în colţ ul din stanga-jos alzonei investigate (Tabelul 1)

Tabelul 1.Amplasamentul puţ urilor captării

Nr.foraj x y z NH Cota culcus

P1 1300 1400 263 259 260

P2 1300 1200 263 259 260

P3 1300 800 263 259 260

P0 1450 1000 263 259 260

PZ1 1400 1000 263 259 260

PZ2 1300 1000 263 259 260

P4 1300 600 263 259 260

Colt_SV_zona 0 0

Colt_NE_zona 2000 2000

Colt_SV_Lac 0 0

Colt_NE_Lac 1000 1000


4/28

4

+259m

+268m

+240m

P0PZ1PZ2

Fig.2 . Amplasamentul grupului de pompare(sectiune)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

F1

F2

F3

F0P1P2

F4

P1

P2

P3

P4

P0PZ1PZ2

Fig.1. Amplasamentul captării şi a grupului de pompare

LAC


5/28

5

Tabelul 2 . Datele din forajele de explorare

Codforaj/puţ x y

Cota

suprafeteitopografice

Cota

culcusacvifer

Cota

nivelapa

FG1 178.82 1841.01 245.00 240.00 259.00FG2 713.05 1855.85 245.00 243.00 259.22FG3 342.05 1465.07 245.00 241.00 259.89FG4 129.35 1188.06 245.00 240.00 259.95FG5 569.60 1207.85 245.00 243.00 259.19FG6 614.12 737.92 245.00 240.00 259.16FG7 262.91 782.44 245.00 242.00 259.37

FG8 114.51 188.85 245.00 240.00 259.37FG9 505.29 455.97 245.00 241.00 259.45FG10 604.22 183.90 245.00 240.00 259.40FG11 999.95 1920.16 259.00 241.00 259.60FG12 999.95 1573.90 259.00 240.00 259.93FG13 985.11 1148.49 259.00 243.00 259.91FG14 1009.84 787.39 259.00 241.00 259.62FG15 999.95 386.72 259.00 240.00 259.52FG16 1004.90 60.24 259.00 241.00 259.93FG17 1311.59 1756.92 268.00 240.00 259.63FG18 1821.08 1850.91 268.00 243.00 259.76FG19 1647.95 1296.89 268.00 241.00 259.45FG20 1855.71 708.24 268.00 240.00 259.63FG21 1524.29 757.71 268.00 242.00 259.70FG22 1375.89 317.46 268.00 243.00 259.20FG23 1811.19 124.55 268.00 240.00 259.50

P1 1300.00 1400.00 268.00 240.00 259.00P2 1300.00 1200.00 268.00 243.00 259.00P3 1300.00 800.00 268.00 241.00 259.00

P0 1450.00 1000.00 268.00 240.00 259.00PZ1 1400.00 1000.00 268.00 242.00 259.00PZ2 1300.00 1000.00 268.00 243.00 259.00P4 1300.00 600.00 268.00 240.00 259.00


6/28

6

Tabelul 3 . Datele de pompare din grupul experimental P0,PZ1, PZ2

QP0 412.90 m3/zi Denivelarit P0 PZ1 PZ2 t P0 PZ1 PZ2

[min] [m] [m] [m] [min] [m] [m] [m]

0.10 0.52 840.00 3.31 0.21

0.20 0.70 900.00 3.33 0.23

0.30 0.80 960.00 3.36 0.25

0.40 0.88 1020.00 3.38 0.26

0.50 0.94 1080.00 3.40 0.27

0.60 0.99 1140.00 3.43 0.29

0.70 1.03 1200.00 3.45 0.30

0.80 1.07 1260.00 3.47 0.31

0.90 1.10 1320.00 3.48 0.33

1.00 1.13 1380.00 3.50 0.34

2.00 1.33 1440.00 3.52 0.35

3.00 1.44 2880.00 3.80 0.52

4.00 1.53 4320.00 3.98 0.63 0.07

5.00 1.59 5760.00 4.10 0.71 0.14

6.00 1.65 7200.00 4.20 0.76 0.20

7.00 1.69 8640.00 4.29 0.81 0.25

8.00 1.73 10080.00 4.36 0.85 0.28

9.00 1.77 11520.00 4.42 0.89 0.32

10.00 1.80 12960.00 4.48 0.92 0.35

20.00 2.02 14400.00 4.53 0.95 0.37

30.00 2.14 15840.00 4.58 0.98 0.4040.00 2.24 17280.00 4.62 1.00 0.42

50.00 2.31 18720.00 4.66 1.02 0.44

60.00 2.37 20160.00 4.70 1.04 0.46

120.00 2.60 21600.00 4.74 1.06 0.48

180.00 2.74 23040.00 4.77 1.08 0.49

240.00 2.84 24480.00 4.80 1.10 0.51

300.00 2.92 25920.00 4.83 1.11 0.52

360.00 2.99 0.00 27360.00 4.86 1.13 0.54

420.00 3.05 0.04 28800.00 4.89 1.14 0.55

480.00 3.10 0.07 30240.00 4.91 1.16 0.56

540.00 3.14 0.10 31680.00 4.94 1.17 0.58

600.00 3.18 0.13 33120.00 4.96 1.18 0.59660.00 3.22 0.15 34560.00 4.98 1.19 0.60

720.00 3.25 0.17 36000.00 5.01 1.20 0.61

780.00 3.28 0.19


7/28

7

2. Modelul 3D al hidrostructurii

Modelul 3D al hidrostructurii este înscris într-un paralelipiped dreptunghiccu aria bazei un pătrat cu latura de 2000 m şi inaltimea de 40 m, suficient pentrua circumscrie toate informatiile din cele 30 de foraje (Fig.3 ).

Pentru realizarea modelului s-a ales ca unitate de discretizare o prismaelementara de (10mx10mx1m) rezultand pentru intreg modelul un numar deunitati de discretizare: N=201x201x41=1.656.441.

Modelul 3D a fost realizat cu programul ROCKWORKS în urmatoareleetape de prelucrare:

• Stocarea datelor intr-o baza de date de tip Borehole Manager

• Reprezentarea distributiei spatiale a forajelor• Realizarea modelului litologic • Realizarea modelului hidrostratigrafic.

X= 0mY= 0mZ=230m

X=2000mY=2000mZ= 270m

41;1 nzm z =∆

201;10 ==∆ nxm x

201;10 ==∆ nym y

X

Y

Z

Fig.3. Elementele dimensionale ale modelului 3D al hidrostructurii


8/28

8

2.1. Structura bazei de date

Structura bazei de date de tip Borehole Manager conţ ineo Codul alphanumeric al forajeloro Coordonatele forajelor (x,y,z)o

Adancimile forajeloro unitatile litologice: PIETRIS si ARGILAo unitatile hidrostratigrafice: ZONA VADOASA, ACVIFER, CULCUS

Distributia spatiala forajelor este suprapusa peste modelul digital alterenului si suprafata piezometrică, orizontală, la cota de +259 m (Fig. 4 ).

SuprafataTOPO

SuprafataLACULUI

SuprafataPIEZOMETRICA

SuprafataTOPO

Fig.4 . Distributia spatiala a forajelor de explorare hidrogeologica


9/28

9

2.2. Modelul litologic

Modelul litologic este construit prin metoda kriging-ului indicator si aredoua componente (Fig.5 ):

• pietrisul , in care se dezvolta acviferul freatic aflat in comunicare hidrailica

indirecta cu lacul• argila care constituie culcusul acviferului freatic si fundul lacului.

Pentru delimitarea spatiala a acviferului sunt utilizate ca suprafete defiltrare: modelul digital al terenului (topo.grd) si limita inferioare a modelului.

Traseul sectiunii

Fig.5. Modelul litologic 3D si o sectiune Vest-Est

Suprafata LACSuprafata PIEZOMETRICA


10/28

10

2.3. Modelul hidrostratigrafic

Modelul hidrostratigrafic este construit prin metoda krigin-ului ordinar siare trei componente strcturale (fig.6):

• zona vadoasă

• acviferul• culcusul acviferului

Modelul hidrostratigrafic contine ca elemente suplimentare pentrudelimitare spatiala a volumului de pietris saturat cu apa (acviferul freatic ):

• suprafata topografica• suprafata piezometrica in regim natural a acviferului

• suprafata lacului

Fig.6. Model hidrostratigrafic 3D si sectiune


11/28

11

3. Evaluarea parametrilor hidrogeologici

..prezentare grafica a datelor

Parametri evaluati:o Conductivitatea hidralica a acviferului (K )o Difuzivitatea hidraulica a acviferului ( a )o Raza de influenta a pomparii

( )t R -model Jacob R -modelul Dupuit

o Saltul piezometric

( )t s∆ s∆

zi

mQ

3

[ ]mint

[ ]ms


12/28

12

Hmasurat s _0

calculat s _0

Evaluarea saltului piezometric pentru un put perfect dupa gradul dedeschidere executat intr-un acvifer cu nivel liber


13/28

13

3.1. Pompari in regim nestationar

o Modelul Jacob (regim de curgere nestationar)o Parametri calculati:

K A R(t)

( )t s∆

( )2

25,2ln

22

r

t a

K

Qss H

⋅⋅⋅

⋅⋅=⋅−

π

3.2. Pompari in regim stationar

o Modelul Dupuit (regim de curgere stationar) K R s∆

( )r

R

K

Qss H ln2 ⋅

⋅=⋅−⋅

π


14/28

14

4. Modelul matematic al curgerii în regim de exploatare

Regimul hidrodinamic de exploatare al unei captari este preponderent

stationar deoarece:• Debitele pompate din puturile captarii sunt constante

• Nivelurile piezometrice dinamice sunt constane(cu variatii de scurta durata determinate de intreruperea accidentala afunctionarii pompelor de extractie a apei).

Factorii care determina modelul hidrodinamic sunt:• Modelul 3D al hidrostructurii

o Modelul spatial 3Do Modelul parametric 3D (K, a)o Modelul hidrodinamic :

Conditiile hidrodinamice pe frontierele acviferului (frontierade alimentare pe conturul lacului)

Conditiile hidrodinamice initiale (dinamica initiala nula,suprafata piezometrica orizontala : +259m; Fig.2 )

• Configuratia captariio Pozitia puturilor de exploatare (P0,P1,P2,P3,P4)o Caracteristicile hidraulice ale puturilor

Puturi perfecte dupa gradul de deschidere (lungimea filtruluieste egala cu grosimea acviferului)

Raza de influenta a pomparii in regim stationar pentrufiecare put al captarii ( R0=R1=R2=R3=R4=550m; deoarece

acviferul esteomogen si izotrop iar debitele pompate dintoate putuile captarii sunt egale)

4.1. Modelul matematic al curgerii

Modelul matematic al curgerii se bazeaza pe modelul curgerii axial-simetrice in regim stationar si conservativ pentru un acvifer cu nivel liber infinit,omogen si izotrop (modelul DUPUIT):

( )r

R

K

Qss H ln2 ⋅

⋅=⋅−⋅

π


15/28

15

Pentru zona captării modelarea matematica a dinamicii acviferuluinecesita echivalarea matematica a doua elemente particulare:

• Interferenta zonelor de influenta ale pomparilor din cele 5 puturi

• prezenta conturului de alimentare paralel cu conturul lacului.

Echivalarea conditiilor dinamice din zona captarii se realizeaza prin:• introducerea puturilor imagine pentru echivalarea efectului frontierei de

alimentare

• suprapunerea efectelor pomparii din puturile captarii si din puturileimagine

4.1.1. Echivalarea conturului de alimentare

Principiul echivalarii acviferului limitat de o frontiera de alimenatre consta

in introducerea unor foraje imagine care injecteaza in acvifer un debit egal cucel pompat din puturile a caror zona de influenta ajunge la limita de alimentare(lac; Fig.8).

H

R

Fig. 8 . Principiul ehivalarii acviferului limitat de o frontiera de alimentare cu unacvifer infinit


16/28

16

In plan orizontal distributia zonelor de influenta a puturilor de captare (P1,P2, P0, P3, P4) arata necesitatea introducerii a 5 puturi imagine (Im1, Im2, Im0,Im3, Im4) pentru echivalarea efectului frontierei de alimentare (Fig.9 ).

Fig.9 . Echivalarea frontierei de alimentare (reprezentare in planorizontal)


17/28

17

4.1.2. Echivalarea interferentelor din zona captarii

Echivalarea suprapunerii efectului pomparii din cele 10 puturi (5 reale si 5imaginare) se face prin insumarea denivelarilor calculate cu modelul Dupuit (Fig.10 ):

• modelul de calcul al denivelarilor:

• insumarea denivelarilor:

0ln2,

2=⋅

⋅+⋅⋅−

i pr

R

K

Qs H s

π

∑=

=

=

nf i

i

ii y xs y xs

1

),(),(

r1

F1

r2

F2

r3

F3

Fig.10. Echivalarea interferentei pomparilor realizate in trei puturi .


18/28

18

5. Calculul spectrului hidrodinamic

Calculul spectrului hidrodinamic se face cu programul SPDIN.exe in douavariante:

• in regim nestationar de curgere

• in regim stationar de curgere

5.1. Programul SPDIN.exe

Programul SPDIN.exe (Fig.12 ) utilizeaza ca date de intrare::

• harta zonei captarii realizata in sufer si exportata intr-un fisier de tipWindowMetaFile (wmf)

• fisierul cu coordonatele forajelor modelului de curgere in interferenta(FOR.DAT) in format text si cu urmatoarea structura

FORAJE 10700 1400

700 1200

700 800

550 1000

700 600

1300 1400

1300 1200

1300 800

1450 1000

1300 600

• parametrii hidrogeologici ai acviferului freatic in zona captarii: cota media e nivelului piezometic in regim natural de

curgere:

m H 259= cota medie a culcusului acviferului:

mculcus z 241_ = conductivitatea hidraulica medie a acviferului:

zimK 40=

difuzivitatea hidraulica a acviferului


19/28

19

zi

ma

2

1000=

• parametrii puturilor modelului matematic

o Raza medie de influenta a a pomparii pentru fiecare put real siimagine

m R 550= o raza putului de captare/imagine:

mr 3,00 = o debitul putului:

ms pentru

zi

mQ putz 12_4800

3

==

Spectrul hidrodinamic se calculeaza pentru doua domenii spatiale (Fig.11):

• domeniul spatial al modelului matematic :

• xmin=0; xmax=2000m• ymin=0; ymax=2000m

• domeniul spatial al acviferului freatic :

• xmin=1000m; xmax=2000m

• ymin=0; ymax=2000m

Domeniul spatial almodelului matematic

Domeniul spatial alacviferului freatic

LACFig.11. Domeniilede calcul pentru

spectrulhidrodinamic

C


20/28

20

Pentru construirea spectrului hidrodinamic se calculeaza sarcinapiezometrică pentru cele doua domenii spatiale, intr-o retea de puncte cu

urmatoarele caracteristici:o xmin=0; xmax=2000m: nx=201; delta x=10mo ymin=0; ymax=2000m: ny=201; delta y=10m

Fig.12. Programul SPDIN.exe pentru calculul interferentei puturilor de captare


21/28

21

5.2. Spectrul hidrodinamic in regim nestationar

Evaluarea intervalului de timp ( R NESTATIONAT ∆ ) in care regimul decurgere din zona captarii este nestationar se face utilizand programul SPDIN, cucare se calculeaza denivelarea in punctul C plasat in putul din zona cuinterferenta maxima (putul P0; Fig.11).

Alegerea debitului care asigura o denivelare mai mica decat H ⋅3

2 se

poate face printr-o metoda grafica (Fig.12 )

Pentru un debit de 80.000 mc/zi intervalul de timp cu regim de curgerenestationar este:

zileT R NESTATIONA 1700=∆

T

s

Q1

Q2

Q3

T1 T2 T3

H S ⋅=3

2

Fig.12 . Grafic pentru stabilirea debitului si duratei regimuluinestationar pentru o denivelare mai mica decat 2/3 din H.:

Q1


22/28

22

Spectrul hidrodimanic in regim nestationar pentru (Fig.14 ).

Fig.15 . Sectiune VE in zona captarii dupa 1000 de zile de la inceperepomparii cu Q=80000mc/zi din toateputurile captarii

Fig.14. Spectrul hidrodinamic in zona captarii dupa 1000 de zilede la inceperea pomparii, din fiecare put, cu debitul Q=800.000mc/zi

LAC


23/28

23

5.3. Spectrul hidrodinamic in regim stationar

Fig.16. Spectrul hidrodinamic in regim stationar (t>2000 zile, pentru un debit Q=80000mc/zi din fiecare put al captarii


24/28

24

6. Zonele de protectie ale captării de apă subterană

Functionarea ipe termen lung in conditii bune a captarilor de apasubterana este asigurata de:

• respectarea debitului optim al fiecarui puţ

• asigurarea calitatii apei pompate prin instituirea zonelor de protectie.

6.1. Debitul optim al pu ţ urilor de exploatare

Debitul optim al puturilor captarii trebuie sa asigure exploatrea unei

cantitati maxime de pa din fiecare put cu conditia evitarii declansarii procesuluide inisipare a filtrelor.

Calculul debitului optim (Fig.17 ) se face pentru regimul stationar decurgere evaluat cu modelul DUPUIT:

si cu relatia de evaluare a debitului admisibil :

in care:

• viteza admisibila este:365 acvifer a K v ⋅=

( ) ( )

0

22

0

000

lnln

2

r

R

h H K

r

R

ss H K Q

−⋅⋅=

⋅−⋅⋅⋅=

π π

Ω⋅= aa vQ


25/28

25

• sectiunea de curgere este: hr ⋅⋅⋅=Ω 02 π pentru

⋅∈ H h

3

2,0

Valorile calculate….

h

Qo, Qa

H

H/3 Qoptim

Soptim

hoptim

H

Fig.17 . Evaluarea debitului optim al unui put din captare


26/28

26

6.2. Zonele de protectie ale captarii de apa subterana

Zonele de protectie ale captarilor sunt de trei tipuri:

• zona de protectie cu regim sever pentru un t=20 zile;• zona de protectie cu regim de restrictii cu t=50 zile• zona de protectie hidrogeologica

Metodologia de evaluare a zonelorde protectie cu regim sever si curegim de restrictii pentru un putsingular intr-un acvifer infinit(Fig.18 ):

• se alege un put din captare(P1)

• se stabilesc directiile decalcul pentru viteza medie

• se calculeaza vitezele mediicu relatia:

mm I K v ⋅=

• se calculeazaa distanta de la putul captarii la limita zonelor deprotectie:

o cu regim sever:

zilev D m ZPRS 20⋅=

o cu regim de restrictii

zilev D m ZPRR 50⋅= • se delimiteaza zonele de protectie prin trasarea conturului pe baza

distantelor calculate

Extinderea zonelor de protectie pentru captare se bazeaza pe spectrulhidrodinamic al curgerii in regim stationar din zona captarii (Fig.16 ).

Zrs=v*20

Zrr=v*50

Fig.18.. Zonele de protectie pentru unput singular intr-un acvifer infinit


27/28

27

6.2.1. Zona de protectie cu regim sever a captarii

..sablon de calcul excel….

Figuri cu reprezentarea celor doua zone pe modelul 3D al hidrostructurii

6.2.2. Zona de protectie cu regim de restrictii a captarii

( ) ( )22 _______ END Li y putz y END Li x putz x Li Lung −+−=

zonat Kond Li Lung

putz z END Li z Rz _

_

___⋅⋅

−=

( ) putz x END Li x Li Lung

Rz putz x xRz ___

__ −⋅+=

( ) putz y END Li y Li Lung

Rz putz y yRz ___

_

_ −⋅+=


28/28

Concluzii

Recomadări privind regimul de exploatare al captării:o Debitul minim al captăriio Debitul maxim al exploatării

Recomadări privind instituirea zonelor de protecţ ie sanitară o Zona de protecţ ie sanitară cu regim severo Zona de prtotecţ ie sanitară cu regim de restricţ ii

……..

Bibliografie

Lista lucrărilor consultate pentru realizarea temei

22_17_19_21proiectare_cplac_2014

Documents