Download - CAPTAREA APELOR SUBTERANE
UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI
CATEDRA ECOTEHNIE, MANAGMENT ECOLOGIC ÎN INGINERIA APELOR UNESCO/Cousteau
PROIECT DE CURS
”CAPTAREA APELOR SUBTERANE”
SPECIALITATEA
Ingineria şi Protecţia Apelor
CHIŞINĂU 2007
DATELE DE BAZĂ NECESARE PROIECTĂRII
1. Structura geologică a terenului:a. Strat vegetal 4 mb. Argilă nisipoasă 6 mc. Argilă 34 md. Nisip fin 16 me. Argilă 48 mf. Calcar 80 m
2. Distanţa de la puţ până la malul râului, m 200 m3. Cota nivelului hidrostatic 15,0004. Cota absolută a suprafeţei terenului 90,000 m5. Cota nivelului apei în rezervorul staţiei de tratare 109,800 m6. Debitul necesar de apă al consumatorului Q = 8000 m3/zi
2.1. Determinarea debitului de dimensionare a captării
Debitul de apă care urmează să fie captat se determină conform relaţiei:
unde:α – , care ia în consideraţie nevoile proprii ale staţiei, ;Q – debitul necesar de apă al consumatorului (datele iniţiale, p.6), 8000 m3/zi.
2.2. Întocmirea profilului litologic
În baza datelor obţinute în urma studiilor hidrogeologice de exploatare care constau din executarea de foraje experementale, pompări, analize granulometrice şi analiza apei, conform anexei 1, se întocmeşte profilul litologic al terenului în zona captării.
Deoarece stratul acvifer, care urmează să fie captat, are o grosime de 80 m şi este situat la o adâncime de 108 m faţă de suprafaţa terenului, conform anexei 2 adoptăm captare prin puţuri forate prin metoda rotativă şi folosirea filtrelor.
Adâncimea puţului se adoptă în funcţie de grosimea stratului acvifer. Diametrul interior sau de exploatare a coloanei filtrante se face în funcţie de gabaritul pompei submersibile, iar diametrul coloanei definitive (coloană plină de protecţie a găurii de foraj) se adoptă în funcţie de tipul şi construcţia instalaţiei hidraulice din cabina puţului. Dimensiunile standard al coloanelor sunt prezentate în anexa 3.
Se adoptă următoarea succesiune a diemetrelor ţevilor:conductor – 377 mm;
2
prima coloană –323 mm; a doua coloană – 273 mm; a treia coloană – 219 mm; filtrul – 168 mm.
3
2.3. Alegerea şi dimensionarea filtrului
Filtrele au rolul de a menţine abatajul în zona stratului acvifer şi de a permite trecerea apei din stratul acvifer în coloană fără antrenarea particulelor de nisip. Tipul, construcţia şi dimensiunile filtrului se adoptă în funcţie de condiţiile hidrogeologice, debitul, regimul de exploatare, caracterul stratului acvifer, adâncimea puţului, agresivitatea apei etc. conform anexei 4: pentru calcar adoptăm filtru din tuburi găurite (cu găuri rotunde).
Mărimea vitezei în filtru trebuie să asigure mişcarea în regim laminar a apei pe întreg parcursul şi se se determină conform relaţiei:
unde:k – coeficient de permeabilitate al stratului acvifer, se adoptă conform anexei
5: pentru calcar 20 – 50 m/zi.
Suprafaţa de filtrare se determină conform relaţiei:
unde:Df – diametrul coloanei filtrante, 168 mm;lf – lungimea filtrului:
unde:m – grosimea stratului acvifer, 80 m;
μ – coeficientul de cedare a apei, se adoptă conform anexei 5: pentru calcar 0,005 – 0,1.
Lungimea totală necesară pentru filtrare se determină conform relaţiei:
4
2.4. Determinarea numărului de puţuri şi amplasarea lor în plan
Numărul de puţuri necesare se determină conform relaţiei:
Numărul de puţuri de rezervă se adoptă conform anexei 6. Conform anexei 7 pentru centrul populat de 71428 locuitori s-a stabilit categoria I de captare, atunci adoptăm 2 puţuri de rezervă.
Debitul de apă captat de un singur puţ va fi:
Se întocmeşte schema captarea apei subterane în lunca râului cu ajutorul a 12 puţuri forate. Distanţa medie de la puţuri până la malul râului este de 200 m. Orientativ, în funcţie de caracteristicile stratului acvifer, conform anexei 8 distanţa dintre puţuri adoptăm de 100 m. Toate puţurile sunt identice.
5
2.5. Calculul hidrogeologic al puţurilor
Problema de bază al calcului hidrogeologic este determinarea debitului unui puţ şi denivelarea apelor subternae în procesul exploatării.
Valoarea denivelării apelor subterane în orice situaţie pentru stratele acvifere sub presiune se determină conform relaţiei:
unde:q – debitul unui singur puţ, 816 m3/zi;k – coeficient de permeabilitate al stratului acvifer, 30 m/zi;m – grosimea stratului acvifer, 80 m;R – rezistenţa hidraulică, care depinde de condiţiile hidrogeologice şi tipul
construcţiei de captare.În cazul funcţionării unei captări perfecte în lunca râului în condiţiile filtrării
permanente în anexa 9 sunt prezentate relaţiile de calcul pentru determinarea R şi R0.În cazul exploatării grupului de puţuri se alege un puţ, în care are loc
denivelarea maximă a apelor subterane. Deobicei acest puţ este cel din centru. Pentru el denivelarea apei S se determină cu R0 , iar pentru restul, S se determină cu R.
sau
unde:
х – distanţa de la râu până la puţul de calcul;y – distanţa dintre două puţuri;х0 – distanţa de la râu până la puţul în funcţie de care se face calculul grupului.
6
– raza puţului
Puţul nr.5 se află în centrul grupului, atunci el va fi de calcul pentru grupul de puţuri, deoarece în el va avea loc denivelarea maximă a apelor subterane
Valorile rezistenţilor hidraulice vor fi:
7
Denivelarea apelor subterane înregistrate în fiecare puţ va fi:
Denivelarea totală se determină conform relaţiei:
8
Denivelarea admisibilă se determină conform relaţiei:
unde:NHs – cota nivelul hidrostatic din puţ (datele iniţiale, p.3), 15 m;ΔНp – adâncimea maximă a părţii inferioare a pompei sub nivelul hidrodinamic
din puţ, 1 – 5 m;ΔНf – pierderile de sarcină la intrarea apei în puţ, 2 m;m – grosimea stratului acvifer, 80 m.
Deoarece , rezultă că debitul proiectat al captării este garantat de grupul de puţuri.
Nivelul hidrodinamic al apei în puţ în timpul funcţionării captării se determină conform relaţiei:
2.6. Dimensionarea sistemului de colectare a apei din puţuri
Se adoptă colectarea apei din puţuri cu pompe submersibile până la limita captării, unde aceasta este acumulată într-un rezervor colector. Conducta de legătură între puţuri este sub presiune.
Calculul hidraulic al conductelor sub presiune se începe de la puţul de calcul, deobicei cel mai îndepărtat, se notează tronsoanele în limitele cărora se schimbă debitul de apă (anexa 10) şi se determină pierderile de sarcină.
Rezultatele calculelor se înscriu în tabelul 1.
Таbelul 1Tron-
soaneleDebitul de calcul, l/s
Lungimea, L, m
Diametrul, mm
Viteza, m/s
i, mm/m h = i · l
1 – 2 9,44 100 100 0,92 15,9 1,592 – 3 18,88 150 150 0,97 11,4 1,713 – 4 37,76 100 100 1,09 9,93 0,994 – 5 56,64 50 50 1,05 7,00 0,355 – 6 56,64 50 50 1,05 7,00 0,35
9
6 – Р 113,28 100 100 1,10 4,92 0,495,48 m
Pentru mai multă siguranţă valoarea pierderii de sarcină totală se majorează cu 5 – 10%:
Volumul rezervorului colector se determină conform relaţiei:
unde:Qcalc – debitul care urmează să fie captat (determinat în p.2.1), 340 m3/h;t – timpul necesar pentru decantarea apei în rezervorul colector, 0,5 – 1,0 h.
Adoptăm rezervor de apă cu capacitatea de 500 m3.
Căminul puţului
10
1 Cot Ø1002 Clapetă inversă Ø1003 Vană Ø1004 Reducţie Ø100/805 Apometru Ø80
2.7. Staţia de pompare treapta I
Pentru pomparea apei din puţuri se folosesc pompe submersibile.Debitul de pompare se determină conform relaţiei:
unde:Qcalc – debitul de calcul al captării, 8160 m3/zi;Т – timpul de funcţionare a staţiei, 24 h;п – numărul de puţuri aflate în funcţionare, 10.În cazul dat, staţia de pompare treapta I reprezintă pompele submersibile din
puţuri.Înălţimea de pompare se determină conform relaţiei:
unde:Hg – înălţimea geometrică de pompare, reprezintă diferenţa dintre cota
nivelului maxim a apei din rezervorul de apă potabilă şi cota nivelului hidrodinamic din puţ:
hp – pierderile de sarcină în puţ, 4 – 5 m;
11
href – pierderile de sarcină pe conducta de refulare de la puţ spre rezervor (determinate în p.2.6), 5,75 m;
hs – rezerva de sarcină, 3 – 5 m.
Conform debitului unei pompe 34 m3/h şi înălţimii de pompare 106,53 m am adoptat din catalogul întreprinderii furnizoare de pompe GRUNDFOS pompa submersibilă de marca SP 27-21 cu următorii parametri:
Motorul electric Parametrii, mm Masa netto,
kgModelul
Puterea, Р, кW
A B C D E E
MS 6000 16,5 2914 754 2160 138 142 147 103
2.8. Zonele de protecţie sanitară
Perimetrul I de restricţie se instalează de la puţurile marginale ale grupului pe o distanţă de 30 m.
Perimentrul II de restricţie se determină conform relaţiei:
unde:Qcalc – debitul de calcul al captării, 8160 m3/zi;Т – timpul necesar pentru autoepurarea apei subterane, 100 – 400 zile;μ – coeficient de cedare a apei, 0,1;m – grosimea stratului acvifer, 80 m.
12
Perimetrul III de restricţie se determină conform relaţiei:
unde:Qcalc – debitul de calcul al captării, 8160 m3/zi;Т – timpul necesar pentru autoepurarea apei subterane, 10000 zile;μ – coeficient de cedare a apei, 0,1;m – grosimea stratului acvifer, 80 m.
Anexa 1
13
14
Anexa 2
Способ бурения Условия примененияУдарно-канатный В рыхлых и скальных породах при
глубине скважин до 150 м и начальном диаметре скважины более 500 мм
Роторный с прямой промывкой В рыхлых и скальных породах при любой глубине скважин с начальным диаметром до 500 мм и промывкой чистой водой, полимерным или глинистыми растворами
Комбинированный (ударно-канатный и роторный с прямой промывкой)
При глубине скважины более 150 мм не ненапорные и слабонапорные водоносные горизонты, представленные рыхлыми отложениями. До кровли водоносного горизонта – роторный с глинистым раствором, по водоносному горизонту – ударно-канатный
Роторный с обратной промывкой В породах I – IV категорий с содержанием в рыхлых и связных отложениях не более 10% валунов при глубине скважин до 200 м
Колонковый В скальных породах при диаметре скважин до 150 – 200 мм при глубине бурения до 150 м
Реактивно-турбиный При глубинах 500 – 1000 м и более и больших диаметрах скважин
Anexa 3
15
Conducte MufeDiametrul exterior,
mm
Grosimea pereţelui,
mm
Diametrul interior,
mm
Diametrul exterior,
mm
Lungimea, mm
1 2 3 4 5
114678
102,3100,398,3
133 158
127
6789
115113111109
146 165
140
67891011
127,7125,7123,7121,7119,7117,7
159 171
168
6789101112
155,3154,3152,3150,3148,3146,3144,3
188 184
178
789101112
163,8161,8159,8157,8155,8153,8
198 184
194
7891011
179,7176,7175,7173,7169,7
216 190
219
7891012
205,1203,1201,1194,1195,1
245 196
1 2 3 4 5
16
245
7891012
230,5228,5226,5224,5220,5
270 196
273
7891012
259,1257,1255,1253,1249,1
299 203
299
89101112
282,5280,5278,5276,5274,5
324 203
32491011
305,5303,5301,5
376 229
377
9101112
359357355353
402 229
407
9101112
388,4386,4384,4382,4
432 229
426101112
406404402
451 229
508 11 486 533 228
Anexa 4
17
Водоносные породыПрименяемые типы и конструкции
фильтровПолускальные неустойчивые породы, щебенистые и галечниковые породы с преобладающей крупностью частиц от 20 до 100 мм (более 50% по массе)
Трубчатые фильтры с круглой и щелевой перфорацией; каркасно-стержневые фильтры
Гравий, гравелистый песок с крупностью частиц от 1 до 10 мм с преобладающей крупностью частиц от 2 до 5 мм (более 50% по массе)
Трубчатые фильтры с круглой и щелевой перфорацией с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или из стального фильтра с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или из стального штампованного листа
Пески крупные с преобладающей крупностью частиц от 1 до 2 мм (более 50% по массе)
Трубчатые фильтры с щелевой перфорацией с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, из стального штампованного листа или из сетки квадратного плетения; каркасно-стержневые фильтры с водоприемной поверхностью из проволочной или из сетки квадратного плетения
Пески средние с преобладающей крупностью частиц от 0,25 до 0,5 мм (более 50% по массе)
Трубчатые и каркасно-стержневые фильтры с водоприемной поверхностью из сеток гладкого плетения; трубчатые и каркасно-стержневые фильтры с однослойной гравийной обсыпкой
Пески мелкие с преобладающей крупностью частиц от 0,1 до 0,25 мм (более 50% по массе)
Трубчатые и каркасно-стержневые фильтры с одно-, двух- или трехслойной песчаной или песчано-гравийной обсыпкой; гравийные блочные фильтры
Anexa 5
Tipul terenuluiCoeficientul de permeabilitate,
k, m/zi
Coeficientul de cedare a
apei,μ
Coeficientul de cedare elastică
pentru 20 – 30 м
Argilă 0,01 – 0,1 0,01 – 0,05 (6 – 15)·10-3
Nisipuri prăfoase 0,1 – 1,0 0,1 (14 – 20)·10-3
Nisipuri mijlocii 1 – 5 0,2 (6 – 10)·10-3
Nisipuri grosiere 5 – 30 0,25 – 0,3 (4 – 8)·10-3
Pietrişuri 100 – 200 0,3 (3 – 4)·10-3
Calcar fisurat 20 – 50 0,005 – 0,1 (1,4 – 1,25)·10-3
Rocă fisurată 10 – 20 0,001 – 0,3 (0,8 – 6,85)·10-3
Anexa 6
18
Numărul de puţuri lucrătoare
Numărul puţurilor în rezervă în funcţie de categoria captării
I II IIIDe la 1 la 4 1 1 1
5 – 12 2 1 -13 şi mai mult 20% 10% -
Anexa 7
Categoria captării Regimul funcţionării captării
I (> 50000 locuitori)
În caz de avarie debitul captat se micşorează cu 30% din debitul de calcul; durata micşorării nu trebuie să depăşească 3 zile; se admite o întrerupere de cel mult 10 min pentru oprirea pompelor deteriorate şi punerea în funcţiune a pompelor de rezervă
II (5000 – 50000
locuitori)
În caz de avarie debitul captat se micşorează cu 30% din debitul de calcul; durata micşorării nu trebuie să depăşească 10 zile; se admite o întrerupere de cel mult 6 ore pentru oprirea pompelor deteriorate şi punerea în funcţiune a pompelor de rezervă
III (< 5000 locuitori)
În caz de avarie debitul captat se micşorează cu 30% din debitul de calcul; durata micşorării nu trebuie să depăşească 15 zile; se admite o întrerupere de cel mult 24 ore pentru oprirea pompelor deteriorate şi punerea în funcţiune a pompelor de rezervă
Anexa 8
Tipul stratului acviferDistanţa între puţuri
pentru capacitatea, m3/hpână la 20 20 – 100 100 – 500
Nisip fin mijlociu grosier
5070 – 100 100 – 120
50 – 70100 – 150120 – 150
70 – 100120 – 150150 – 200
Straturi fisurate, de pietriş etc. 120 – 150 150 – 200 200 – 250
Anexa 9
19
20
Anexa 10
D, mmDebitul pentru ţevi din oţel,
l/s100 8,1 – 11,7150 16,6 – 21,8200 29,2 – 46 250 46 – 71 300 71 – 103 350 103 – 140 400 140 – 184 500 234 – 315 600 315 – 443 700 443 – 591 800 591 – 776 900 776 – 987 1000 987 – 1335 1200 1335 – 1919
21
BIBLIOGRAFIE
1. СНиП 2.04.02-84. «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». М.: Стройиздат, 1985.
2. М.А.Сомов. Водопроводные системы и сооружения. М.: Стройиздат, 1988.3. Николадзе Г.И. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1989.4. Абрамов Н.В. Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982. 5. В.С.Кедров, П.П.Пальгунов, М.А.Сомов. Водоснабжение и канализация.
М.: Стройиздат, 1984.6. А.М.Тугай. Расчет и конструирование водозаборных узлов. Киев,
Будiвельник, 1978.7. В.Н. Смагин, К.А.Небольсина, В.М.Беляков. Курсовое и дипломное
проектирование по сельскохозяйственному водоснабжению. М.: ВО «Агропромиздат», 1990.
8. Проектирование сооружений для забора поверхностных вод. Справочное пособие к СНиП, М.: Стройиздат, 1990.
9. Н.А.Плотников. Проектирование систем искусственного восполнения подземных вод для водоснабжения. М.: Стройиздат, 1983.
10. Н.А.Плотников, В.С.Алексеев. Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод. М.: Стройиздат, 1990.
11. Т.И.Колчина, Д.И.Параска, И.А.Вишневский. Методические указания по проектированию водозаборных сооружений из поверхностных и подземных источников. Кишинев, КПИ им С.Лазо, 1988.
22