Депрессионная воронка

Понятие о депрессионной воронке и радиусе влияния

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 12

При откачке воды из скважин вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня воды.

Образуется депрессионная воронка, в плане имеющая форму, близкую к кругу. В вертикальном разрезе воронка ограничивается депрессионными кривыми, крутизна которых увеличивается по мере приближения к оси скважины. Образование депрессионной воронки вызывает отклонение токов вод от естественного направления и изменение поверхности грунтового потока.

Радиус депрессионной воронки называетсярадиусом влияния (R). Размер депресионной воронки, а значит и радиуса влияния, зависит от водопроницаемости пород. Так гравий и другие водопроницаемые породы характеризуются широкими воронками с большим радиусов влияния, а для суглинков характерны наоборот узкие воронки с маленьким радиусом.

Также на величину и форму воронки оказывают влияние условия питания водоносного горизонта, его связь со смежными горизонтами и поверхностными водоемами и т.д.

В практических расчетах для определения радиуса влияния или радиуса депрессии обычно используют приближенные формулы, иногда дающие только порядок его велечины.

Формула Кусакина (для безнапорного пласта при установившейся фильтрации) имеет вид

R = 2S√(H•Кф),

где S — понижение уровня воды при откачке по центру воронки, м

H — мощность пласта, м

Кф — коэффициент фильтрации, м/сутки.

Формула Зихардта для напорных пластов

R = 10S√(Кф),

где S — понижение уровня воды при откачке по центру воронки, м

Кф — коэффициент фильтрации, м/сутки.

18. Скважина водозаборная — разведочно-эксплуатационная скважина предназначенная для добычи воды из водоносного горизонта, глубина скважины зависит от глубины залегания водоносных горизонтов, в которых и находится артезианская вода. Чем глубже артезианская скважина, тем больше содержание солей в воде, то есть выше её минерализация (см. гидрогеологию) . Водозаборная скважина является подземным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения на водозаборных сооружениях (более известны как водозаборный узел сокр. ВЗУ).

19. Поглотительные (поглощающие, фильтрующие) колодцы сооружаются на осушаемой территории тогда, когда нет возможности вывести влагу в место понижения. Диаметр такого колодца, как правило, составляет полтора метра, глубина — не менее двух метров. Колодец засыпается гравием, щебнем, котельным шлаком, битым кирпичом или другим материалом, сверху застилается геотекстилем и укрывается грунтом. Наружные стены и основание колодца защищаются той же обсыпкой. Вода проникает в поглощающий колодец, фильтруется в нем и уходит в нижележащие слои почвы.

Поглотительные колодцы успешно используются на участках с небольшим объемом сточных вод (не более 1 кубометра в сутки) и преобладанием песчаного и супесчаного грунта.

20.В зависимости от времени производства строительных работ водопонижение делится на предварительное и параллельное.
Предварительное водопонижение выполняется до начала строительных работ, параллельное — одновременно со строительством. Это деление, естественно, условное. Предварительное водопонижение в толще водоносных грунтов, вскрываемых котлованом или траншеей, следует применять лишь в тех случаях, когда в этих грунтах содержатся водоносные горизонты большей мощности. В этом случае целью предварительного осушения является снижение уровня подземных вод на величину, обеспечивающую безопасные условия строительства и гарантирующую невозможность прорыва и оплывания откосов.
Предварительное снижение напоров напорных водоносных горизонтов, залегающих ниже защищаемой выработки и непосредственно не принимающих участие в ее обводнении, необходимо либо при наличии гидравлической связи их с залегающими выше дренируемыми горизонтами, либо при реальной опасности прорыва высоконапорных подземных вод в дно выработки. В этом случае целью предварительного водопонижения является обеспечение устойчивости дна выработки.
Предварительное и параллельное водопонижение осуществляется с помощью различного рода водопонизительных устройств – вертикальных и горизонтальных.
Для защиты открытых выработок (котлованов, траншей и т.п.) используют как вертикальные, так и горизонтальные устройства — водопонизительных скважины, иглофильтровые установки, горизонтальные дренажные скважины.
Для защиты подземных выработок (например, при строительстве линий метро, туннелей, шахт) используются в основном вертикальные дренажные устройства – водопонизительные, поглощающие, разгрузочные скважины, забивные и сквозные фильтры, дренажные колодцы и иглофильтровые установки.
В зависимости от природных условий строительной площадки (геологического строения и гидрогеологических условий), сложности сооружения, метода возведения, могут применяться три способа водопонижения – поверхностный, подземный и комбинированный. При поверхностном способе водопонизительные устройства закладываются с поверхности земли, при подземном способе – из подземных выработок, а при комбинированном – с поверхности земли и из подземных выработок.
Поверхностный способ водопонижения осуществляется с помощью водопонизительных скважин. Эти скважины целесообразны в условиях безнапорного водоносного горизонта мощностью не менее 10-5 м и при коэффициенте фильтрации не ниже 1-3 м/сутки. В напорных водоносных горизонтах коэффициент может быть меньше, но не ниже 0,5 м/сутки.
Этот способ позволяет понижать уровни подземных вод на большие глубины в довольно сложной обстановке. Преимущество такой системы – мобильность. Недостаток – постоянное использование электроэнергии для питания насосного оборудования, необходимость отвода выкачанной воды.

Кроме водопонизительных скважин к средствам глубокого дренажа следует отнести и эжекторные иглофильтровые установки. Глубина возможного снижения уровня подземных вод эжекторными установками достигает 20 м.
Размеры эжекторных колонн и расстояние между игофильтрами, количество их в установке и тип насосного агрегата выбираются в зависимости от гидрогеологических параметров осушаемого массива и условий производства строительных работ. Однако, практика показывает, что оптимальный режим работы иглофильтровых установок наблюдается в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации не менее 1 и не более 30 м/сутки. Фильтры должны быть заглублены не менее чем на 0,6 м ниже минимального динамического уровня по контуру котлована или не менее 1,25 м при расположении их с одной стороны защищаемой выработки.
При несоблюдении этих условий возможно попадание воздуха в фильтровое звено и нарушение нормальной работы установки.

Основными требованиями работы водопонизительных устройств является:
1. Водопонизительные устройства должны обеспечивать требуемое понижение уровня подземных вод во всех точках дренируемого контура, для чего необходим учет геолого0гидрогеологических условий участка.
2. Сроки сооружения водопонизительных устройств должны быть строго увязаны с графиком строительства.
3. Проектируемая суммарная производительность водопонизительных устройств должна превышать водопритоки в период формирования депресии и соответствовать установившемуся притоку подземных вод после снижения уровня на требуемую величину.
4. Расстояние между защищаемым контуром и водопонизительными устройствами должно быть минимальным, но достаточным для предотвращения фильтрационных деформаций грунтов и оплывания откосов котлованов и траншей.

Схемы расположения горизонтальных и вертикальных дренажных устройств, принятые в практике строительного водопонижения, могут быть объединены в следующие группы: произвольное, линейное, контурное, площадное.
Произвольное расположение дренажных устройств применяется при неравномерных фильтрационных свойствах водоносного горизонта. В этом случае необходимо тщательно увязывать размещение средств водопонижения с гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями участка.
Линейные схемы дренажных устройств используются при защите от обводнения вытянутых в плане выемок, например траншей, тоннелей. Схема линейного водопонижения представлена ниже.

ВОРОНКА ДЕПРЕССИИ

Смотреть что такое «ВОРОНКА ДЕПРЕССИИ» в других словарях:

  • Воронка депрессии — воронка, образующаяся вокруг водозабора при откачки из него воды … Геологические термины

  • ВОРОНКА ДЕПРЕССИИ — пониженная часть (в форме воронки) свободной или напорной поверхности подземных вод, обусловленная откачкой подземной воды (из скважин, колодцев, дренажных галерей и др.) или истечением ее на поверхность в виде восходящих источников.… … Геологическая энциклопедия

  • воронка депрессии или конус влияния — — Тематики нефтегазовая промышленность EN cone in influence … Справочник технического переводчика

  • воронка депресії — воронка депрессии (давления) cone of depression; depression cone, cone of influence *Druckrichter, Druckkrater, Depressionstrichter, Absenkungstrichter – характер зміни тиску навколо свердловини при усталеному притоку флюїду до неї, що має форму… … Гірничий енциклопедичний словник

  • воронка тиску — воронка депрессии (давления) cone of depression; depression cone, cone of influence *Druckrichter, Druckkrater, Depressionstrichter, Absenkungstrichter – характер зміни тиску навколо свердловини при усталеному притоку флюїду до неї, що має форму… … Гірничий енциклопедичний словник

  • ВОРОНКА ПОГЛОЩЕНИЯ — воронкообразное повышение поверхности безнапорных или напорных вод, подобное воронке депрессии, обращенной вершиной вверх, образующееся вокруг скважин, колодцев и др. выработок, при поглощении выработкой (или естественным каналом) значительных… … Геологическая энциклопедия

  • ВОРОНКА ПОГЛОЩЕНИЯ — воронкообразное повышение поверхности безнапорных подземных вод или пьезометрической поверхности напорных вод вокруг скважины, колодца и других выработок, аналогичное воронке депрессии (см.), обращенной вершиной вверх. Образуется при поглощении… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

  • ДЕПРЕССИОННАЯ ВОРОНКА — см. Воронка депрессии … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

  • лійка депресії — воронка депрессии (давления) cone of depression; depression cone, cone of influence *Druckrichter, Druckkrater, Depressionstrichter, Absenkungstrichter – характер зміни тиску навколо свердловини при усталеному притоку флюїду до неї, що має форму… … Гірничий енциклопедичний словник

  • лійка тиску — воронка депрессии (давления) cone of depression; depression cone, cone of influence *Druckrichter, Druckkrater, Depressionstrichter, Absenkungstrichter – характер зміни тиску навколо свердловини при усталеному притоку флюїду до неї, що має форму… … Гірничий енциклопедичний словник

Законы движения подземных вод

Все изменения в состоянии подземных вод – tº, уровня залегания, водообильности, химического состава, минерализации и пр., называют режимом подземных вод. Изучение режима подземных вод – мониторинг.

Температура – может подвергаться значительным колебаниям, причем, чем ближе уровень подземных вод к поверхности земли, тем сильнее колебания. На воды, залегающие близко к поверхности оказывают влияние суточные и сезонные колебания, а на глубоко залегающие влияют только сезонные.

Уровень грунтовых вод. Колебания уровня напрямую зависит от климатических и сезонных особенностей. При таянии снегов происходит разлив рек (паводок), идет пополнение ресурсов подземных вод и соответственно – повышение их уровня. В конце лета наблюдается падение уровня (межень). Здесь отметим, чем ближе водоносный горизонт к области питания, где происходит инфильтрация, тем быстрее происходит изменение уровня. Если год засушливый – уровень стоит низко, и наоборот.

Изменение уровня может вызвать деятельность человека. Устройство водозаборов, осушение котлованов, горных выработок для добычи полезных ископаемых, закачивание воды в горные породы – все это меняет уровень. Чем сильнее воздействие (отбор, закачка) – тем значительнее изменения.

Химический состав – очень сильных изменений не наблюдается, однако, значительные атмосферные осадки, полив – вызывают снижение минерализации (опреснение) ПВ, деятельность человека (разного рода строительство, коммуникации) ведут к загрязнению подземных вод.

Пример: 50 лет назад в Татарии была пробурена первая нефтяная скважина (нефть для получения топлива не годна – слишком много парафина). Для выкачивания нефти необходимо нагнетать в нефтеносные пласты рассолы, которые вытесняют нефть. Рассолы – 350 г/л. Давление нагнетания 200–250 атмосфер. Общий метраж трубопроводов под землей – не одна тысяча км. В случае аварии образуются огромные соляные озера, которые постепенно фильтруются в водоносные горизонты.

Изучение режима (ведение мониторинга) – необходимость. Ведутся наблюдения за tº, УГВ, химическим составом, загрязнением воды в зависимости от условий и от поставленных задач – ежедневно, неделями, месяцами, годами. Наблюдения проводятся в эксплуатационных скважинах, наблюдательных, источниках (родниках), при необходимости бурят дополнительные скважины.

Движение подземных вод происходит постоянно при малейшем уклоне. Гидрогеологами доказано, что при скорости водного потока в горных породах менее 500 м/сут, движение воды носит ламинарный характер. Поскольку скорости более 500 м/сут очень редки и могут встречаться в закарстованных или сильнотрещиноватых породах, то за основной вид движения подземных вод примем ламинарное.

При полном насыщении горных пород движения воды в них происходит под влиянием разности напоров.

Движение воды в песчаных и большей частью трещиноватых горных породах подчиняется линейному закону фильтрации, известному как закон Дарси (французский ученый). Закон, гласит: количество воды (Q), просачивающейся через породу в единицу времени, пропорционально падению напора (разность в верхнем и нижнем уровнях), площади поперечного сечения породы (F) и обратно пропорционально длине пути фильтрации (l), измеренной по направлению движения воды (рис.19):

Q=Kф·∆Н·F/l (м3/сут; л/с) (14)

Кф – коэффициент пропорциональности, зависящий от физических свойств породы и жидкости (коэффициент фильтрации), м/сут.

Преобразуем формулу – разделим обе части уровнями на площадь сечения (F).

Обозначим Q/F через V,

Рис. 19 Фильтрация грунтового потока.

1 – поверхность земли, 2 – водовмещающая порода (песок), 3 – направление грунтового потока, 4 – водоупор, I и II – ось скважин № 1 и № 2 соответственно, Н1 и Н2- величины напоров, ∆Н – падение напора, l – расстояние между скважинами.

Очевидно, что V – расход фильтрующейся воды, отнесенный к единице площади фильтрующегося потока (Q/F), следовательно, V имеет размерность скорости. Величина V носит название скорости фильтрации. Отношение разности уровней подземных вод в двух точках, т.е. напора, к расстоянию между этими точками – называется напорным (гидравлическим) градиентом грунтового потока и обозначается через I, т.е.

Таким образом,

т.е. скорость фильтрации пропорциональна первой степени напорного градиента. Из последней формулы получаем:

примем I=1, получим Кф=V, т.е. величина коэффициента фильтрации равна скорости фильтрации при напорном градиенте равном единице. Размерность – обычно м/сутки. Но скорость фильтрации не истинная скорость в породе, она характеризует скорость как бы в пустой трубе. Но у нас реальные условия в породе. В действительности площадь занята микрочастицами или трещинами. Но мы знаем такую величину пористости, как коэффициент пористости. Значит, чтобы получить значение коэффициент фильтрации, т.е. с учетом реальной площади сечения, надо значение этой скорости умножить на коэффициент пористости. Действительную скорость подземного потока определяют просто: две скважины, расстояние между ними известно, в одну бросают красящий индикатор – замеряют в другой.

По водопроницаемости все породы, довольно условно можно разделить:

Хорошо водопроницаемые Кф>10 м/сут (карст, галечники Кф>200, гравий Кф>50, кр/з пески Кф>25 м/сут).

Водопроницаемые (пески, трещиноватые породы) Кф>1 м/сутки.

Слабо водопроницаемые (суглинки, супеси, слабо трещиноватые породы) Кф>0,001 м/сутки.

Непроницаемые, практически водоупорные (глины, монолитные породы) Кф<0,001 м/сутки.

Водопроницаемость определяют в лабораторных и в полевых условиях.

Но в природных условиях водоносный горизонт обычно далеко не однороден по составу, пористости и трещиноватости, поэтому лабораторные данные очень часто недостаточны. Поэтому водопроницаемость или Кф определяют опытным путем, опытными откачками.

Можем определить зависимость, насколько понизится уровень грунтовых вод между дренами, какое количество воды будет в них поступать, на каком расстоянии друг от друга они должны располагаться, чтобы понизить уровень на определенную величину. Такой расход, поступление (водоприток) воды через стенки дрены (канавы) или котлована измеряют в л/сек или м3/сутки.

Каналами можно осушать или добывать воду только из верхних горизонтов. А если глубже? Для этого бурят скважины (или выкапывают колодцы) и из них начинают качать воду (для добычи или для осушения горных пород – разрезов). В результате откачки вода движется к скважине в виде радиального сходящегося потока, из-за трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня (депрессионная воронка), в плане форма круга. В вертикальной плоскости воронка ограничивается кривыми депрессии (рис. 20).

Рис. 20 Депрессионная воронка

1 – точка откачки, 2–6 – наблюдательные скважины, УГВ – уровень грунтовых вод до откачки, S – понижение уровня воды в 1 скважине, R – радиус воронки (влияния).

Чем больше величина Кф, тем большей мощности насосы мы должны установить, чтобы обеспечить необходимое понижение уровня.

Расстояние от центра скважины до края депрессионной воронки, образовавшейся в результате откачки – радиус влияния скважины (R).

Радиус депрессионной воронки (R влияния) и крутизна кривых депрессии зависят от водопроницаемости пород, у хорошо водопроницаемых пород – широкие воронки, большой радиус влияния, у слабоводопроницаемых пород (суглинки, супеси) – узкие воронки и малые величины радиуса влияния.

Установление границ депрессионной воронки необходимо:

– для определения kф водовмещающих пород,

– выделения зон санитарной охраны,

– определения осушаемых площадей,

– определения расстояния между соседними водозаборами.

Откачки различают: одиночные (из одной скважины) и кустовые (центральная скважина и две, три или более наблюдательных).

Производительность скважины – дебит (максимальное количество воды в единицу времени при постоянстве уровня (Q, м3/сут).

Направление потока определяется:

– по карте гидроизогипс – перпендикуляр к 2-м смежным гидроизогипсам, – от более высоких отметок уровня к более низким;

– методом трех скважин;

– методом красителей.

Величина R определяется: бурением скважин, по аналогии с действующими водозаборами, по формулам (Кусакина и Зихарда).

Водозаборы – сооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод.

Типы водозаборов:

Вертикальные – буровые скважины, колодцы.

Горизонтальные – галереи, канавы, траншеи.

Лучевые – колодцы с водоприемными лучами-фильтрами.

Одиночные – состоят из одной скважины.

Групповые – из нескольких скважин.

Совершенные – вскрывающие водоносный горизонт на полную мощность (до водоупора).

Несовершенные – до водоупора не доходит.

Строительный – снижение уровня только на период строительства (временно).

Дренаж – снижение уровня на весь период эксплуатации объекта.

Поглощающий колодец для сброса воды в грунтовый горизонт. При поглощении воды колодцем вокруг него возникает воронка поглощения, по форме аналогичная депрессионной, но обращенная выпуклостью вниз.

Взаимодействие водозаборов:

Для водоснабжения расстояние между водозаборами (скважинами), обеспечивающее каждому постоянный дебит должно быть больше двух депрессионных радиусов (>2R).

Для понижения уровня грунтовых вод (на строительной площадке) расстояния между точками водопонижения (скважинами, канавами) не может превышать 2R, т.е. депрессионные воронки должны пересекаться.

Водопонижение на строительных площадках.

1. Самотек грунтовых вод – зависит от рельефа местности (откосные дренажные системы, подземные галереи).

2. Принудительная откачка: насосами, иглофильтровыми установками (тонкие металлические трубы 7–9 м, с фильтром на конце). ЛИУ – понижение 4,5 м (один ярус) в песках при кф – 1–50 м/сут; эжекторными иглофильтрами (вакуумное понижение) – пески, супеси с кф – 0,01–1,0 м/сут.

3. Отвод подземных вод по горизонтали – дренажная траншея (открытые и закрытые), по вертикали – скважины или колодцы.

4.Системы дренажей:

Линейная схема (головная – перехват воды выше объекта, береговая – вдоль берега водоема);

Систематическая (многолинейная – при малой мощности водоносного слоя) длительное осушение большой площади;

Кольцевая – отдельное здание с глубоким фундаментом;

Пластовая – в основании сооружения на водоносный грунт, гидравлически связана с трубчатой дреной (с наружной стороны фундамента ~ 0,7 метра).

Пристенная состоит из дренажных труб на водоупорном грунте с наружной стороны сооружения. Применяется в том случае, если основанием служит водоупорный грунт.

Охрана подземных вод

Истощение запасов подземных вод – сработка в процессе отбора вод без восполнения (прогрессирующее понижение динамических уровней эксплуатируемого водоносного горизонта).

Загрязнение подземных вод – изменение качества (общей М, органолептических свойств, превышение допустимых компонентов).

Типы загрязнения подземных вод.

– естественное (минерализованные подземные или морские воды);

– химическое (органическое и неорганическое);

– бактериальное;

– радиоактивное;

–механическое (песок, шлак из сточных вод);

–тепловое (смешивание с нагретыми техническими сточными водами).

Меры борьбы с загрязнением

Очистка сточных вод;

Создание безотходных производств;

Перехват профильтровавшихся стоков дренажем;

Экранирование чаш бассейнов;

Расположение водозаборов выше по потоку источников загрязнения;

Устройство зон санитарной охраны

Зоны санитарной охраны.

Зоны санитарной охраны – территории с особым режимом, исключающим загрязнение подземных вод.

Зоны санитарной охраны организуются в составе трёх поясов:

Первый пояс (строгого режима) – окружность радиусом 50 м, центр которой находится в точке расположения источника водоснабжения.

Второй пояс – зона бактериологического загрязнения.

Третий пояс – зона химического загрязнения.

Размер второго и третьего пояса определяется гидродинамическим расчётным путём.

Подземные воды – как источник водоснабжения. Поиск и разведка месторождения подземных вод. Бурение скважины, определяют все параметры, производят моделирование, взаимосвязь с другими горизонтами подземных вод, сколько скважин необходимо, с какой производительностью, определяют зоны санитарной охраны (обычно их две), где нет коммуникаций и источников загрязнения, определяют химический состав воды, возможную степень загрязнения и др. Здесь руководствуются требованиями СанПиН.

К содержанию Учебника

Депрессионная воронка

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *