Приток грунтовых вод к скважинам

 

Напомним, водонепроницаемый слой, расположенный снизу, называется водоупором, или подстилающим слоем. Средний его уклон обозначается буквой I и называется уклоном дна. Уклон свободной поверхности грунтового потока (депрессионной кривой) одновременно является и гидравлическим уклоном, т.к. скорость фильтрации незначительна. Пористый слой грунта, заполненный водой, называется водоносным слоем.

На рис. 62 показана схема цилиндрического колодца (скважины), доведенного до водоупора, – это совершенный колодец, питается он за счет боковых стенок. На рис. 62 приняты следующие обозначения: Н – мощность водоносного пласта; r _к – радиус колодца; h – глубина воды в колодце; z – глубина от УГВ (кривой депрессии) до водоупора; r – радиус депрессионной воронки на глубине z; s – глубина откачки; R – радиус влияния.

Несовершенный грунтовый колодец – глубина такого колодца не доходит до водоупорного слоя. Здесь вода поступает в колодец не только через его боковые стенки, но и через дно.

Через некоторое время после того, как колодец будет выкопан в грунте, он заполнится водой, причем уровень воды в нем будет совпадать с горизонтом А-А, отвечающим естественному горизонту грунтовых вод. Представим себе, что из такого колодца начали откачивать определенный расход воды Q= const. При этом уровень воды в колодце будет понижаться; причем по направлению к колодцу начнется движение грунтового потока с образованием депрессионной воронки, симметричной при однородном грунте. По мере понижения уровня расход воды, поступающей из грунта в колодец, будет увеличиваться. Вскоре наступает такой момент, когда расход воды, поступающей из грунта в колодец, сделается равным расходу Q, откачиваемому из колодца. При этом получается установившееся движение грунтовой воды, которому отвечает определенная глубина h в колодце. В этом случае уровень воды в колодце и отметки кривой депрессии будут постоянны.

Кривую депрессии можно построить по уравнению Дюпюи (186), причем радиус влияния определяют по эмпирической формуле В. Зихарда

. (187)

Понятие радиуса влияния колодца носит несколько условный характер, это расстояние до точек, где влияние колодца на положение уровня грунтовых вод прекращается. Величину R иногда назначают по данным практики – в зависимости от рода грунта, например для мелкозернистого грунта R =250 м, для крупнозернистого R =1000 м.

Кривую депрессии можно построить по уравнению:

, (188)

обозначения приведены к рис. 62.

Тогда для глубины H (мощности водоносного слоя) уравнение (188) запишется:

. (189)

Приток воды к колодцу рассчитывается:

(190)

Пользуясь формулой (190), можно определить коэффициент фильтрации по зависимости:

(191)

Здесь значения r _к и Н известны, а величины Q, Н и R определяются опытной откачкой. В частности, радиус влияния R может быть установлен по наблюдательным скважинам, это будет точнее. Можно его определить по формуле (187).

Литература

1. Калицун, В.И. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учебник для вузов / В.И. Калицун, В.С. Кедров, Ю.М. Ласков, П.В. Сафонов. – М.: Стройиздат, 1980. – 359 с.

2. Основы технической гидродинамики: Методические указания к решению задач по гидравлике для студентов специальности 1203 – «Гидротехническое строительство речных сооружений и гидроэлектростанций» и специальности 1209 – «Водоснабжение и канализация» / В.Н. Козин. – Горький: ГИСИ, 1984. – 97 с.

3. Рабинович, Е.З. Гидравлика: Учебн. пособие для вузов / Е.З. Рабинович. – М.: Недра, 1980. – 280 с.

4. Расчет каналов, имеющих замкнутый поперечный профиль, в условиях безнапорного равномерного движения и определение критических глубин в них: Методические указания к решению задач по дисциплине «Гидравлика» / В.Н. Козин. – Горький: ГИСИ, 1980. – 50 с.

5. Сборник задач по гидравлике: Учебн. пособие для вузов / Под ред. В.А. Большакова. – Киев: Вища школа, 1979. – 336 с.

6. Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П.Г. Киселева. – М.: Энергия, 1972. – 312 с.

7. Чугаев, Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов / Р.Р. Чугаев. – Л.: Энергия, 1982. – 672 с.

Содержание

1. ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ.. 3

1.1. Основные понятия и определения. Гидравлические элементы потока. 3

1.2. Два режима движения жидкости. 5

1.3. Основные виды движения жидкости. 6

1.4. Уравнение неразрывности (сплошности) потока. 7

1.5. Уравнение Бернулли в случае установившегося движения. 8

1.5.1. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной (невязкой) жидкости. 8

1.5.2. Геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли. 10

1.5.3. Уравнение Бернулли для потока идеальной (невязкой) жидкости. 12

1.5.4. Уравнение Бернулли для потока реальной (вязкой) жидкости. 14

1.6. Потери напора при установившемся движении жидкости. 16

2. ИСТЕЧЕНИЕ ИЗ ОТВЕРСТИЙ, ЧЕРЕЗ НАСАДКИ И ВОДОСЛИВЫ.. 23

2.1. Истечение из малого отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. 23

2.2. Типы сжатия струи. Инверсия струи. 25

2.3. Истечение через затопленное отверстие при постоянном напоре (под уровень) 27

2.4. Истечение через большое прямоугольное отверстие в боковой стенке. 29

2.5. Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке при непостоянном напоре 30

2.5.1. Опорожнение резервуара. 30

2.5.2. Выравнивание уровней в сообщающихся сосудах. 31

2.6. Истечение жидкости через насадки (патрубки) при постоянном напоре. 32

2.7. Истечение жидкости через водосливы.. 38

2.7.1. Классификация водосливов. 38

2.7.2. Расчет водослива. 40

2.7.3. Прямой водослив с тонкой стенкой. 41

2.7.4. Мерные водосливы.. 43

3. РАСЧЕТ НАПОРНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ.. 44

3.1. Назначение и классификация трубопроводов. 44

3.2. Общие указания для гидравлических расчетов трубопроводов. 44

3.3. Длинные трубопроводы.. 47

3.3.1. Простой трубопровод. 47

3.3.2. Трубопровод с последовательным соединением труб разного диаметра 49

3.3.3. Сложный трубопровод. Параллельное соединение. 50

3.4. Короткие трубопроводы.. 51

3.5. Гидравлический удар. 57

4. РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ОТКРЫТЫХ РУСЛАХ.. 60

4.1. Особенности движения. Расчетные формулы.. 60

4.2. Распределение скоростей по сечению потока. Допустимые скорости движения 63

4.3. Гидравлические элементы живого сечения потока в канале. 64

4.4. Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала. 66

4.5. Основные задачи при расчете каналов на равномерное движение воды.. 67

5. РАСЧЕТ КАНАЛОВ ЗАМКНУТОГО ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ (БЕЗНАПОРНЫХ ТРУБ) 68

5.1. Общие сведения. 69

5.2. Особенности гидравлического расчета. 69

6. ДВИЖЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД.. 72

6.1. Состав грунта. 73

6.2. Скорость фильтрации. Основной закон ламинарной фильтрации (формула Дарси) 74

6.3. Приток грунтовых вод к скважинам. 77

Литература. 79