Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание курсового проекта

Введение

1. Общая часть

1.1 Исходные данные задания на проектирование системы водоснабжения

1.2 Геолого-гидрогеологические условия района работ. Характеристика месторождения подземных вод

2. Расчетно-проектная часть

2.1 Определение размеров водопотребления

2.2 Оценка качества воды и выбор источника водоснабжения

2.3 Мероприятия по улучшению качества воды

2.4 Анализ гидрогеологических условий, их схематизация и обоснование расчетной гидрогеологической схемы

2.5 Обоснование количества и схемы расположения водозаборных скважин

2.6 Выбор метода расчета и расчетных формул

2.7 Гидродинамические расчеты по прогнозу условий работы проектируемого водозабора

2.8 Выбор схемы водоснабжения объектов

2.9 Гидравлический расчет водопроводной сети. Соотношение элементов системы водоснабжения по расходам и напорам

2.10 Обоснование конструкций водозаборных скважин и их оборудования

2.11 Организация и содержание зон санитарной охраны проектируемого водозабора

2.12 Перспективы организации искусственного пополнения запасов подземных вод

Заключение



Введение

Курсовой проект имеет целью закрепление полученных теоретических знаний и развитие навыков самостоятельной творческой работы и практического применения полученных знаний для решения одной из важнейших водохозяйственных задач - обеспечение водоснабжения народнохозяйственных объектов. Курсовой проект выполняется параллельно с изучением курсов "Динамика подземных вод" и " Водоснабжение и инженерные мелиорации ", знания по которым используются и закрепляются в процессе курсового проектирования. Выполнение курсового проекта осуществляется на основе выдаваемых каждому студенту типовых индивидуальных заданий, содержащих минимум необходимых сведений о геолого-гидрогеологических условиях района проектируемого водоснабжения и об объектах водоснабжения.



1. Общая часть

1.1 Исходные данные задания на проектирование системы водоснабжения

Население поселка (N)- 15000 жителей. В поселке находится предприятие, на котором работает (N₁)- 55% населения всего поселка. На данном предприятии имеются горячие цеха, в которых трудятся (N₂)-10% сотрудников данного предприятия. Технология производства рассчитано на определенный технологический расход воды в количестве- 2000 м³/сут. Расстояние водозабор-башня равно 1000 метров. Расстояние водозабор-поселок равно 200 метров. Расстояние поселок-предприятие равно 1500 метров. Поселок имеет квадратную конфигурацию. Этажность в поселке- 4. Сменность на предприятии- 2. Абсолютная отметка водозабора - абсолютная отметка уровня земли, у башни- +10 метров, у предприятия- +7 метров. По степени благоустройства здания поселка оборудованы внутренним водопроводом и канализацией, с централизованным горячим водоснабжением.

Существует потенциальная угроза загрязнения подземных вод: мутность и бактерицидное загрязнение.



1.2 Геолого-гидрогеологические условия района работ

Характеристика месторождения подземных вод.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Межгорная долина вытянута в меридиональном направлении и имеет ширину (L)3000, долина заполнена верхнечетвертичными отложениями. В бортах долины обнажаются коренные водонепроницаемые долины. В песчаногалечных отложениях на водоупоре, сложенных скальными породами, развит водоносный горизонт со свободным поверхностным уровнем. Глубина залегания УГВ около 15 метров. В 15 километрах ниже по долине наблюдается разгрузка подземных вод в виде источников с расходом (Q_p).

Естественный уклон поверхности уровня составляет (J).

Мощность водоносной толщи (h), коэффициент фильтрации (k), водоотдача (м). (данные приведены в Таблица 1).



Таблица 1 Исходные данные курсового проекта.

вариант	k, м/сут	h, м	м	L, км	Qp, л/сек	J
1	10	70	0,1	3	15	10-3



2. Расчетно-проектная часть

Расчетно-проектная часть является основной частью проекта, в которой выполняется гидрогеологическое обоснование и дается проект водозабора подземных вод для водоснабжения рабочего поселка и промышленного объекта в заданных природных условиях.

2.1 Определение размеров водопотребления

гидрологический водоснабжение месторождение подземный

Определение размеров водопотребления осуществляется на основе исходных данных задания на проектирование и установленных норм расхода воды на различные нужды. Основным документом, определяющим нормы расхода воды при проектировании систем хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения является СНиП, который пересматривается каждые 10-12 лет.

В рассматриваемых условиях при водоснабжении поселка и промышленного предприятия следует учитывать водопотребление для хозяйственно-питьевых целей в поселке и на предприятии и на производственные нужды предприятия, на поливку территорий и на пожаротушение. В других условиях могут определяться расходы воды и для других целей (орошение, обводнение и пр.). Следует иметь в виду, что при определении размеров водопотребления применительно к оценке возможностей источника водоснабжения (эксплуатационных запасов) руководствуются значениями средних норм водопотребления, однако для гидравлического расчета водопроводной сети используют максимальные значения норм, т.е. учитывается неравномерность водопотребления .

Расход воды для хозяйственно-питьевых нужд в поселке определяется исходя из численности его жителей N и среднесуточной за год нормы расхода воды q_ж на 1 жителя по формуле:



[м³/сут], (1)

где 10^-3 - коэффициент перевода л в м³;

K_Н- коэффициент, учитывающий расход воды на местные нужды и неучтенные потери (обычно =1.05ч1.1);

- норма водопотребления л/сут на 1 жителя (определяется по СНиПу, в зависимости от степени благоустройства и природно-климатических условий района проектируемого водоснабжения (см. табл.2) (для северных районов страны принимается минимальная, для южных - максимальная норма водопотребления));

N - число жителей в населенном пункте.

Таблица 2 Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенном пункте (на 1 жителя).

Степень благоустройства районов жилой застройки	Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенном пункте (на 1 жителя)
1. Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией без ванн 2. То же с ваннами и местными водонагревателями 3. То же с централизованным горячим водоснабжением	125 -160 160 - 250 230 - 350

Примечание:

1. Для районов застройки зданиями с водоиспользованием из водозаборных колонок qж принимается в диапазоне 30-50 л/сут.

2. Выбор норм водопотребления производится в зависимости от природно-климатических условий и степени благоустройства зданий (для северных районов страны принимается минимальная норма, для южных - максимальная).

3. Для сельских населенных пунктов с численностью до 3000 чел. принимается минимальная норма.

4. Количество воды на нужды местной промышленности и неучтенные расходы принимают в размере 5-10% от суммарного расхода на хозяйственно-питьевые нужды (т.е. Кн = 1.05ч1.1).

Q_ХПБ=10^-3•1,1•290•15000=4350 [м³/сут]

Расход воды на поливы территории поселка и предприятия определяется с учетом характера поливаемых площадей и норм расхода на поливы, установленных СНиПом (табл. 3). При отсутствии денных о площадях по видам благоустройства суммарный расход воды на поливы определяется, исходя из общей численности населения N и нормы расхода на поливы qпол исчисляемой на одного жителя (в зависимости от климатических факторов СНиПом рекомендована =50-90 л/сут:

. [м³/сут]. (2)

Таблица 3 Вода для нужд благоустройства.

Назначение воды	Измеритель	Нормы расхода на поливку (л/м2)
Механизированная мойка усовершенствованных покрытий проездов и площадей Механизированная поливка усовершенствованных покрытий проездов и площадей Поливка вручную Поливка городских зеленых насаждений Поливка газонов и цветников Поливка посадок в теплицах	1 мойка 1 поливка -//- -//- -//- 1 сутки	1.2 - 1.5 0.3 - 0.4 0.4 - 0.5 3 - 4 4 - 6 6 - 15

Примечание: При отсутствии данных о площадях по видам благоустройства (зеленые насаждения, проезды и т.п.) суммарный расход воды на поливку в пересчете на 1 жителя следует принимать в пределах 50-90 л/сут в зависимости от природно-климатических условии.

Q_бл=10^-3•70•15000=1050 [м³/сут].

Расход воды для хозяйственно-питьевых нужд на предприятиях определяется, исходя из численности работающих в холодных и горячих цехах и соответствующих им норм расхода воды на одного работника в смену и по формуле (табл. 4):

[м³/сут], (3)

По технологическому условию:

N(всего жителей)=15000 чел.

N₁ (работников предприятия)=55% от N=8250 чел.

N_г (работников в горячих цехах)=6% от N₁=495 чел.

N_х (работников в холодных цехах)=N-N₁=7755 чел.

n_дс и q_дс - соответственно количество душевых сеток и норма расхода воды на 1 душевую сетку (определяются по СНиПу в зависимости от характера производственного процесса);

n_c - количество смен на предприятии. Обычно принимают:

Q_дс=375-500 л/сут., где n - количество человек на 1 душевую сетку в зависимости от санитарных условий производственного процесса (n =3ч15 чел.) (табл. 5).

Таблица 4 Норма водопотребления на промышленных предприятиях.

Виды цехов	Норма хозяйственно-питьевого водопотребления на промышленных предприятиях на 1 человека в смену в л	Коэффициент часовой неравномерности водопотребления
В цехах с тепловыделением 20 Ккал на 1 м3/ч В остальных цехах	45 25	2.5 3



Таблица 5 Санитарные характеристики производственных процессов.

Группы производственных процессов.	Санитарные характеристики производственных процессов.	Количество человек на 1 душевую сетку
I II	а) не вызывающих загрязнение одежды и рук; б) вызывающих загрязнение одежды и рук; в) с применением воды; г) с выделением больших количеств пыли, либо особо загрязняющих веществ.	15 7 5 3

n_дс495/5•2=49,5

Q_ХПП(45•495+25•7755)•10^-3+49,5•375•2•10^-3=253 [м³/сут],

Расход воды на производственные нужды предприятия обычно задается (см. задание), либо определяется исходя из годового объема продукции предприятия Q_г и нормы расхода воды

q_ед в литрах в единицу продукции по формуле:

[м³/сут]. (4)

По заданию Q_тех=2000 [м³/сут].

Расход воды для пожаротушения Q_пож (пожарный запас воды) определяется исходя из расчетного количества одновременных пожаров n_п, их расчетной продолжительности t_п, нормы расхода воды на пожаротушение q_п и времени восстановления пожарного запаса по формуле:

[м³/сут], (5)

где исходные для расчета данные q_n, n_n, t_n и t_в определяются по СНиПу (обычно принимают t_n = 3ч, пункт 3.19 СНиП; t_в = 3 сут, пункт 3.26 СНиП) (табл. 6).



Таблица 6 Нормы расхода на пожаротушение.

Количество жителей в населенных пунктах в тыс.чел., до…	Расчетное количество одновременных пожаров.	Расход воды на наружное пожаротушение в населенных пунктах в л/с на 1 пожар
		Застройка зданиями высотой до 2-х этажей включительно	Застройка зданиями высотой 3 этажа и выше
5 10 25 50 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 2000	1 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4	10 10 10 20 25 - - - - - - - - -	10 15 15 25 35 40 55 70 80 85 90 95 100 100

Примечание:

1. В жилых районах, застроенных зданиями до 2-х этажей включительно, входящих в состав населенных пунктов с большей этажностью застройки допускается принимать расход воды для тушения пожара, соответствующий этажности застройки и количеству жителей в этих районах. При этом общий расход воды на пожаротушение в населенном пункте надлежит определять в зависимости от общей численности населения в нем.

2. Расчетный расход воды на наружное пожаротушение для сельских населенных пунктов численностью до 500 чел. допускается принимать 5 л/с при продолжительности пожара 3 ч независимо от этажности и степени огнестойкости зданий.

3. Расчетное количество одновременных пожаров и расход воды на 1 пожар для населенных пунктов с количеством жителей более 2 млн. чел. устанавливаются по согласованию с органами Государственного пожарного надзора.

Q_пож=(3,6•15•2•3)/1=324 [м³/сут]

Общие размеры водопотребления (иди суммарная производительность проектного водозабора) определяются как сумма расходов воды по всем видам водопотребления (т.е. определяемых по формулам 1-5):

Q_ОБЩ=Q_ХПБ+Q_бл+Q_ХПП+Q_тех+Q_пож, [м³/сут]. (6)

Q_ОБЩ =4350+1050+253+2000+324=7977 , [м³/сут].

2.2 Оценка качества воды

Подземные воды предполагается использовать для разных нужд, однако определяющим здесь является обеспечение хозяйственно-питьевых потребностей жителей поселка и работников предприятия. Поэтому вода источника водоснабжения по своему качеству должна отвечать требованиям, предъявляемым СанПиНом .

Химический состав:

Химический элемент	содержание	норматив
минерализация	0,6 мг/л	1 мг/л
рН	6	6-9
хлориды	100 мг/л	350 мг/л
сульфаты	200 мг/л	500 мг/л
железо	0,4 мг/л	0,3 мг/л
фтор	0,3 мг/л	0,7-1,5 мг/л
мышьяк	0,01 мг/л	0,05 мг/л
свинец	0,01 мг/л	0,03 мг/л
нитраты	5 мг/л	45 мг/л
цинк	2 мг/л	5 мг/л
стронций	1мг/л	7 мг/л
микроорганизмы	60 мг/л	50-100 мг/л
Коли-индекс	2	3

Анализируя качество воды, можем сделать вывод что, представленный образец соответствует требованиям СанПиНа для питьевой воды. Вода является пресной (минерализация 0,6), средней жесткости (общая жесткость 4), но выявлены некоторые превышения ПДК по коли-индексу и нитратам.

В мероприятиях по улучшению качества воды необходимо убрать превышения и решить потенциальную проблему по условию задания - бактериологического загрязнения и понизить мутность воды.

2.3 Мероприятия по улучшению качества воды

Согласно требованиям СанПиНа

2.4 Анализ гидрогеологических условий, их схематизация и обоснование расчетной гидрогеологической схемы

Схематизация - это обоснованное упрощение природных условий и действующих техногенных факторов с целью получения математической модели (расчетной схемы) исследуемого потока. Схематизация осуществляется в направлении, обеспечивающем получение так называемой типовой расчетной схемы, т.е. такой схемы, для которой имеется готовое математическое решение в виде уравнения, выражающего зависимость между дебитами водозаборных скважин и понижениями уровней. Схематизация гидрогеологических условий производится на основе учета характерных особенностей потоков подземных вод, а именно: режима движения воды, структуры и мерности потока, гидравлического состояния пласта, изменчивости свойств среды, интенсивности вертикального и горизонтального водообмена, воздействия внешних границ пласта.



Последовательность схематизации и виды потоков подземных вод.

Факторы схематизации	Виды потоков
Гидравлическое состояние пласта	Безнапорный пласт
Вид фильтрации	Квазистоционарный
Гидрогеологическая структура системы	Однопластовый
Гидродинамическая структура потока	Плоский
Мерность потока	Двухмерный
По строению фильтрационной среды	Однородный
По мощности потока	Закономерно изменяющаяся мощность потока
По влиянию границ потока	Полуограниченный
По типу граничных условий	III-рода
Форма границ потока	Пласт-полоса
По степени вскрытия пласта	Совершенная

В настоящее время в литературе можно найти описание большого числа типовых расчетных схем, которые охватывают достаточно большое разнообразие природных ситуаций, с которыми приходится встречаться на практике. Характерной особенностью большинства расчетных схем, используемых для расчетов водозаборов (в отличие от схем, применяемых для обработки опытных откачек) является наличие в них границ. Это обстоятельство объясняется большой длительностью расчетного времени, в течение которого влияние от работы водозабора обычно распространяется на всю область пласта, вплоть до его границ; как бы далеко от водозабора они не находились.

К числу закрытых структур относятся небольшие артезианские бассейны, располагающиеся в пределах распространения слабопроницаемых пород, мульды, внутри горные впадины. Их отличительной особенностью являются ограниченные размеры в плане, как правило, не превышающие сотен, редко первых тысяч кв. км. Водоносные пласты могут быть безнапорными (внутригорные впадины) или напорными, если они перекрыты в центральной части структуры мощной толщей водонепроницаемых пород, а по периферии выходят на поверхность. Запасы подземных вод в таких структурах, как правило, невелики. Влияние водоотбора распространяется до закрытых внешних границ.

Основным источником формирования эксплуатационных запасов в закрытых структурах при водоотборе является сработка статических запасов подземных вод.

Динамические запасы в закрытых структурах связаны обычно с инфильтрацией атмосферных осадков и поступлением воды из окружающих слабопроницаемых пород. На практике часто суммарная величина динамических запасов приближенно оценивается по расходам источников Qрод, выходящих на периферии структуры. При эксплуатации подземных вод возможен частичный или полный перехват родниковой разгрузки.

Размещение скважин площадное, кольцевое, линейное. Равномерное размещение скважин по всей площади структуры может быть рациональным при небольших величинах водопроводимости пласта и значительных статических запасах, то есть в грунтовых водах ограниченной мощности. Кольцевой водозабор следует использовать при ограниченной площади структуры, которая может быть схематизирована в виде пласта-круга. Линейные водозаборы размещаются на максимальном удалении от границ пласта, например, в полообразных пластах вдоль полосы, ближе к ее осевой части, в полуограниченных пластах - перпендикулярно закрытой границе.

В нашем случае мы выявили наличие естественного потока и зоны родниковой разгрузки подземных вод, следовательно, линейный ряд скважин располагается перпендикулярно направлению этого потока, например, перпендикулярно долине, либо параллельно линейному выклиниванию родниковой разгрузки.

Определение основной расчетной схемы:

Понижение уровня в одиночной скважине при выполнении условия



(39)

определяется по следующей формуле [4]:

,

где - ширина полосы; - расстояние от скважины до ближайшей границы пласта-полосы.

При размещении водозаборного ряда перпендикулярно пласт-полосе, причем длина ряда примерно соответствует ширине полосы, расчетная формула для оценки понижения в скважине имеет вид:

.

2.5 Обоснование количества и схемы расположения водозаборных скважин

Проектная производительность водозаборных скважин принимается либо на основе фактических дебитов разведочных скважин при их опробовании, либо на основе определения расчетной водозахватной способности водозаборных скважин Q_в. Последняя, в частности, определяется исходя из допустимой входной скорости воды в фильтр и площади рабочей части фильтра F_ф = 2рr₀l₀ соответственно по формуле:

Q_в.=v_доп· F_ф = 65k^1/3·2рr₀l₀=130· рr₀l₀ k^1/3 [м³/сут]. (7)



Длина рабочей части фильтра l₀ в пластах небольшой мощности (до 20-30 м) принимается примерно равной мощности пласта. В грунтовых потоках она принимается из условия, чтобы фильтр был затопленным, а остаточный столб воды обеспечивал заглубление насоса и проектный дебит скважины. Радиус скважины при таких расчетах может приниматься равным 0.1 м (r₀=0.1). С учётом возможного развития процессов кольматации фильтров проектный дебит скважин Q_с.п. назначают обычно порядка (0.5 ч 0.75) Q_в.

Общее количество водозаборных скважин для обеспечения суммарной потребности объектов в воде Q_сум, определяется с округлением и последующим уточнением дебита по формуле:

n= Q_сум / Q_с.п. . (8)

Количество резервных скважин в соответствии с требованиями СНиПа принимают равным 1-2 при количестве водозаборных скважин до 10 и 10-20% при большем их количестве.

Схема размещения водозаборных скважин (линейный или кольцевой ряд, площадное расположение и др.) устанавливается с учетом конкретных условий месторождения. Линейные ряды практикуются при наличии линейных контуров питания и в полосообразных пластах, кольцевые - в пластах, приводимых к круговым, в неограниченных пластах и т.д. (Скважины следует располагать в удалении от непроницаемых границ и контуров питания обычно не ближе 100-200 м, с учетом загрязненности поверхностной воды, ее очищаемости, затопляемости пойм и т.п.). Расстояние между скважинами следует устанавливать на основе повариантных расчетов, стремясь к тому, чтобы заданная производительность водозабора Q_сум обеспечивалась эксплуатацией наиболее компактного водозабора при величинах понижений в расчетных скважинах, не превышающих допустимого S_доп. Ориентировочно это будет отвечать наиболее оптимальной схеме расположения водозабора (при этом минимальное расстояние между скважинами, как правило, не должно быть меньше мощности продуктивного горизонта).

Таблица 7 Расстояния между водозаборными скважинами.

Гидравлическое состояние пласта	Водообильность и наличие границ
	Т>1000 м2/сут, вблизи контура питания	Т < 100 м2/сут, вблизи закрытой границы
Грунтовые воды	50	500
Напорные воды	200	2000

При выборе исходного расстояния между скважинами для реальных условий следует принимать промежуточные значения. Например, в неограниченном напорном пласте при Т=500 м²/сут - 500 м.

2.6 Выбор метода расчета и расчетных формул

При значительном количестве водозаборных скважин (практически при n>3) для повариантных расчетов следует использовать расчеты по методу обобщенных систем [2, 3, 5, 6], когда понижение уровня в расчетной скважине (самой нагруженной по понижению или дебиту) определяется как сумма S_p ⁼ S_об + ?S_с, где S_об - понижение уровня, обусловленное действием обобщенной системы; ?S_с - дополнительное понижение уровня в расчетной скважине, обусловленное ее положением относительно других скважин и степенью ее несовершенства. В общем виде формула для определения ?S_с в напорном и безнапорном потоках имеет соответственно вид:

и , (10)

где: r_п - условный радиус внутренней области влияния расчетной скважины (при контурном расположении скважин r_п=у/р; 2у - расстояние между скважинами, при площадном расположении ; F - площадь внутренней области влияния расчетной скважины); - поправка на несовершенство скважин, определяемая по специальным графикам и таблицам [2, 3, 5, 6, 11 и др.] в зависимости от l₀/m и m/r₀. (приложение 6, 7)

2.6.1 Учет несовершенства скважин

Как известно, различают два вида несовершенства скважин: по степени и по характеру вскрытия водоносного пласта. В соответствии с этим показатель не, входящий в формулу (7), можно представить в виде двух слагаемых:

_{нe = 1 + 2} (10)

Здесь ₁ - часть дополнительного сопротивления, определяемая неполнотой вскрытия; ₂ - часть, определяемая характером вскрытия водоносного пласта. Второе слагаемое обусловлено сопротивлением самого фильтра скважины и прифильтровой части пласта. Проницаемость пласта в этой зоне может ухудшаться за счет явлений кольматажа или увеличиваться за счет разуплотнения прифильтровой части при выносе мелких частиц потоком воды в скважину. В последнем случае дополнительное сопротивление имеет знак минус, и говорят об "отрицательном" несовершенстве скважины. Величина ₂ может быть определена только экспериментально по данным опытно-фильтрационных работ. Поэтому в дальнейшем она нами не рассматривается.

В пластах мощностью не более 30 м водозаборные скважины обычно проектируются совершенными по степени вскрытия. В пластах большей мощности устройство длинного фильтра нецелесообразно вследствие существенного возрастания гидравлических потерь при движении воды внутри фильтра. Здесь водоприток происходит главным образом в верхней части фильтра и скважина с длинным фильтром все равно практически оказываются несовершенной. Поэтому длину фильтра следует ограничивать 30 м и в пластах большей мощности учитывать несовершенство скважины по степени его вскрытия ₁.

Величина ₁ определяется по графикам в зависимости от соотношения мощности пласта - m, длины фильтра - l и его радиуса - r₀, которые применимы для случаев, когда водоприемная часть скважины примыкает к кровле или подошве пласта (рис.3).

Рис.3. График дополнительного сопротивления при несовершенстве скважин



Примечание: Для грунтовых вод средняя расчетная мощность определяется по формуле:

Где - мощность водоносного пласта в естественных условиях; Sj - полное расчетное понижение уровня в скважине.

Как уже отмечалось, для установления оптимальной (по гидродинамическим и косвенно по технико-экономическим показателям) схемы расположения скважин следует выполнять повариантные расчеты, варьируя как размерами водозабора (обязательно), так и положением относительно границ пласта (при необходимости).

2.7 Гидродинамические расчеты по прогнозу условий работы проектируемого водозабора

Пользуясь информацией из предыдущих пунктов, мы можем подставить свои данные в основную расчетную схему: проверить выполнение условия (39) и посчитать понижение в скважине.

, ,

T=10•(70-15)=550 (м²/сут),

=550/0,1, 5500 (м²/сут)

,

9125>(0,8 •5500/9000000), 9125 > 0,0004 , (условие выполняется)



2) При установки водозабора из одной скважины «с очень мощным насосом», мы опустим УГВ более чем на 37 метра ( допустимое понижение, в нашем водоносном горизонте = мощность горизонта (70м) - глубина залегания грунтовых вод (15м), 55*0,5=27,5 метра).

Посчитаем количество скважин, выберем расстояния между скважинами и посчитаем понижение при кустовой откачки за проектируемое время (9125час):

=65•10^1/3 =140

F_ф = 2рr₀ l₀ =2•3,14•0,1•30=18,84

Q_в.=v_доп· F_ф = 65k^1/3·2рr₀ l₀=130· рr₀ l₀ k^1/3 =140•18,84=2637,6 [м³/сут].

Qс.п. = (0.5 ч 0.75) Q_в=2637,6•0,75=1978,2 [м³/сут].

n= Q_сум / Q_с.п.=7977/2637,6= 3,0= 3 (скважины ).

3)По методу постепенного приближения рассчитаем расстояние между скважинами:

Зная, что: Т=550 (м²/сут) принимаем расстояние 2у между скважинами 150 метров.

q₀=Q_сум /2l=7977/300=26,59

.

=2,01+6,31=8,32 (м)

Теперь определим S_р = S_об + ?S_с, где S_об - понижение уровня, обусловленное действием обобщенной системы; ?S_с - дополнительное понижение уровня в расчетной скважине, обусловленное ее положением относительно других скважин и степенью ее несовершенства. В общем виде формула для определения ?S_с в безнапорном потоках имеет вид:

где: r_п - условный радиус внутренней области влияния расчетной скважины при контурном расположении скважин r_п=у/р=75/3,14=23,8.

2у - расстояние между скважинами; - поправка на несовершенство скважин, определяемая по специальным графикам и таблицам в зависимости от l₀/m=30/55=0,54 и m/r₀=55/0,1=550. ( В нашем случае водоносный пласт не большой и мы можем установить скважину до водоупора, тем самым пренебречь поправкой и считать скважину совершенной).



S_р = S_об + ?S_с =8,32+14,6=22,92 (м)

Для построения более наглядной схемы изменения расчетного понижения уровня, необходимо варьировать расстояния между скважинами и выбрать оптимально компактное расположение скважин, но не превышая максимально допустимое понижение УГВ.

Аналогично посчитаем S_p для:

2у=100 метров, S_p= 19,2 (м)

2у=150 метров, S_p= 22,92 (м)

2у=300 метров, S_p= 33 (м)

2у=500 метров, S_p= 46,26 (м)

Следовательно, оптимальное расстояние между скважинами 300 метров.

Вывод: для данного водозабора целесообразно установить 3 скважины «рабочих» и 2 «резервных». Проводя мониторинг работы скважин при ухудшении гидрогеологических условий, ввести «резервные» в эксплуатацию и дополнительно установить еще 2 «резервные» скважины.

Мы подсчитали естественные запасы. Для естественных ресурсов не достаточно информации (количество осадков, коэффициент фильтрации коренных пород…), после начала работы водозабора увеличатся искусственные и привлекаемые ресурсы, тогда станет возможным получить информацию об эксплуатационных запасах.



2.8 Выбор схемы водоснабжения объектов

Учитывая незначительные размеры и концентрированный характер водопотребления и линейное (друг за другом) расположение объектов водоснабжения следует ориентироваться на использование тупиковой водопроводной сети. Для повышения ее надежности в пределах жилого массива магистральные водоводы целесообразно расположить по его контуру (форма жилого массива считается заданной, а его площадь F_м может быть определена, исходя из численности населения в поселке N, нормы жилого массива на одного жителя f = 25 м² и этажности зданий в поселке (Эт) по формуле

F_м=N f /Эт=15000•25/3=125000 (м²)

На ответственных участках водопроводной сети для повышения надежности системы водоснабжения (по требованиям СНиП она должна отвечать 2-й категории надежности) могут быть предусмотрены параллельные водоводы.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 1. Схема расположения объектов. Условные обозначения: 1- Водозабор (насосная станция 1-го уровня); 2- Очистные сооружения; 3- Водонапорная башня (насосная станция 2-го уровня); 4- Поселок городского типа; 5- Промышленное предприятие; 6- Водоносный горизонт.

2.9 Гидравлический расчет водопроводной сети

Выполняется с учетом неравномерности водопотребления, т.е. для самых неблагоприятных условий ее работы (сеть должна быть рассчитанной на пропуск максимально возможных расходов воды, называемых расчетными или секундными расходами). Такие условия возникают в часы и сутки максимального водопотребления с учетом того, что в это же время осуществляется тушение расчетного количества пожаров. При этом в самой неблагоприятной точке сети (самой удаленной или самой высокой) должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы сети свободный (хозяйственный) напор Н_св, величина которого определяется по формуле:



Н_св=10+(Эт - 1)·4=22. (м)

Максимальные размеры водопотребления, необходимые для гидравлического расчета сети определяются по всем ранее рассмотренным категориям водопотребления с учетом коэффициентов суточной K_сут и часовой K_час неравномерности водопотребления. При этом допустимо не учитывать расходы на прием душа, поливы территории промышленного предприятия, мойку оборудования и другие нужды предприятия при обязательном учете максимальных расходов воды для пожаротушения. Максимальный расход воды для различных нужд Q_макс в л/с определяется как частное от деления максимального объема потребной воды на время ее расходования по следующим формулам:

Для хозяйственно-питьевых нужд в поселке

[л/с],

где: К_сут и К_час - коэффициенты суточной и часовой неравномерности, определяемые по СНиПу (пункт 3.3) в зависимости от характера объектов водопотребления.

Для К_{сут.макс} принимается диапазон 1.1ч1.3, а К_{час.макс} определяется из выражения:

К_ч.макс = б_макс·в_макс

где б - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия, принимаемый б_макс = 1.2ч1.4; в - коэффициент, учитывающий количество жителей в населенном пункте, принимается по табл. 8.



Таблица 8 Коэффициент количества жителей.

Количество жителей в тыс.чел.	до 1	1.5	2.5	4	6	10	20	50	100	300	1000 и более
в	2.0	1.8	1.6	1.5	1.4	1.3	1.2	1.15	1.1	1.05	1.0

Для поливов территории поселка при обшей длительности полива в часах t_пол:

q_{бл.макс.} = 10^-3·q_пол·N/3600·t_пол =Q_бл /3600•10=1050/36000=0,029 [л/с],

Длительность полива t_пол в зависимости от климатических условий принимается равной от 4 до 10 ч в сутки.

Для хозяйственно-питьевых целей на предприятии:

[л/с].

где: К_час,х и К_час,г - коэффициенты часовой неравномерности водопотребления соответственно в холодных и горячих цехах (определяются по СНиПу (см. гл.2.1 настоящего пособия, табл.3), обычно К_час,х=3, К_час,г=2.5); t_c -длительность рабочих смен в часах.

На производственные нужды предприятия, если особо не оговорена неравномерность водопотребления:

[л/с],

Для пожаротушения при одновременном возникновении расчетного количества пожаров n_п:



q_{пож.макс.}=q_п·n_п=15•2=30 [л/с],

где: q_п - расход воды в л/с для тушения одного пожара (по СНиПу).

Максимальный секундный расход Q_макс определяется как сумма всех определенных по формулам максимальных расходов:

q_макс. = q_{xпб.макс.} + q_{хпп.макс.} + q_{тех.макс.} + q_{пож.макс.}=94,25+7,37+23,1+30= 154,72 [л/с]

Для выполнения гидравлического расчета водопроводная сеть разбивается на участки, аналогичные по условиям работы для каждого из которых определяется так называемый расчетный расход, учитывающий отдачу воды непосредственно в пределах рассматриваемого участка (путевой расход Q_пут) и транспортировку воды, предназначенной для отдачи на последующих участках (транзитный расход Q_тp), т.е.

Q_р= Q_тp +0.5Q_пут

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение расчетных расходов на участках водопроводной сети:



Участок 1-2: Q_1-2=Q_общ.=7977/86,4=92,3(л/сек)

Участок 2-3: Q_2-3=q^max_общ.=154,72(л/сек)

Участок 5-7: Q_5-7=q_ХПП+q_ТЕХ+q_ПОЖ=7,37+23,1+30=60,47(л/сек)

Участок 3-4: Q_3-4=0,7[Q_тр +0.5Q_пут]=0,7[(q_ХПП+q_ТЕХ+q_ПОЖ+q_4-5+q_3-6+q_5-6)+(0,5q_3-4)]=0,7[(7,37+23,1+30+23,6+23,6+23,6)+(0,5•23,6)]=100,49(л/сек)

q_4-5=q_3-6=q_5-6=q_3-4=q_ХПБ/4=23,6 (л/сек)

Участок 3-6: Q_3-6=Q_3-4

Участок 4-5: Q_4-5=0,7[Q_тр +0.5Q_пут]=0,7[(q_ХПП+q_ТЕХ+q_ПОЖ+q_3-6+q_5-6)+(0,5q_4-5)] =0,7[(7,37+23,1+30+23,6+23,6)+(0,5•23,6)]=83,6(л/сек)

Участок 5-6: Q_4-5=Q_6-5

Определив расчетные (секундные) расходы по всем участкам сети, приступают к ее гидравлическому расчету. Расчет сети заключается в подборе диаметров труб D_i и определении потерь напора h_i на различных участках сети при известных значениях расчетных расходов Q_р. Для подбора используются таблицы Шевелева (см. приложение 5), обобщающие результаты специальных исследований и расчетов по определению потерь напора в трубах различного диаметра при различных значениях расчетного расхода. При подборе диаметров труб по известной величине расчетного расхода Q_p следует ориентироваться на обеспечение движения воды в трубах со средней экономичной скоростью v_э, отвечающей минимальному значению суммарных затрат на строительство водоводов и подачу по ним воды (при диаметре труб до 400 мм v_э=0.7ч1.0 м/с, для труб большего диаметра v_э= 1ч1.5 м/с). Результаты расчета (подбора) сводятся в таблицу и используются затем при определении соотношения элементов системы водоснабжения по напорам, в частности, для определения напоров насосных станций и высоты водонапорной башни.



Вид сводной таблицы

№ участка	Расчетные расходы Q, л/с	Длина участка l, м	Диаметр водовода D, мм	Экономичная скорость vэ, м/с	Потери напора на 100i м водовода, м	Полные потери напора на расчетном участке ?h,=100i·l/100, м
1-2	Q1-2=92,3	1000	400	0,86	0,299	2,99
2-3	Q2-3=154,72	77	200	350	0,92	0,391	0,78
		77	200	350	0,92	0,391	0,78
3-4	Q3-4=100,49	500	400	0,91	0,333	1,67
3-6	Q3-6=100,49	500	400	0,91	0,333	1,67
4-5	Q4-5=83,6	500	350	0,96	0,427	2,14
6-5	Q6-5=83,6	500	350	0,96	0,427	2,14
5-7	Q5-7=60,47	1500	300	0,82	0,369	5,17

Напоры насосных станций Н_Iп, Н_IIп и высота башни Н_б определяются, исходя из функции этих узлов в системе водоснабжения. Так, например, высота водонапорной башни Н_б, основной задачей которой является подача воды потребителям в часы максимального водопотребления при обеспечении свободного напора Н_св во всех расчетных точках сети, может быть определена по формуле:

Н_б = Н_св + ?h_б-р.т. + (z_р.т. - z_б)

Н_св.=10+(этажность -1)•4=10+(4-1)4=22 (м)

?h_б-р.т.=(0,78•2+1,67•2+2,14•2+5,17)=14,33 (м)

Н_б.=22+14,33+(7-10)=33,33(м)

где: ?h_б-р.т. - сумма потерь напора в трубах водопроводной сети от башни до расчетной точки, в м; (z_р.т. - z_б) - разность отметок поверхности в расчетной точке и у башни.

Напоры насосов, установленных в скважину и подающих воду непосредственно в водопроводную сеть для водоснабжения потребителей, определяются соответственно по формуле:



Н_Iп = б + S_р + H_ст + (z_б - z_в) + ?h_в-б

Н_Iп=3+22,92+15+(10-0)+2,99=38,91 (м)

где: б - заглубление насоса под динамический уровень воды (обычно б=3ч4 м), H_ст - глубина залегания статического уровня подземных вод от поверхности; (z_б - z_в) - разность отметок поверхности земли у башни и водозабора (скважины); ?h_в-б - потери напора в трубах на пути от водозабора до башни;

Если же установленные в скважинах насосы подают воду только для очистных сооружений, то это соответствующим образом учитывается в формуле (20), а для последующей после очистки подачи воды в водопроводную сеть устанавливаются насосные станции второго подъема, для которых напор определяется выражением:

Н_IIп = ?h_о-б + (z_б - z_о) + H_б + h_б

Н_IIп=0+(10-10)+33,33+10,56=43,89 (м)

где: ?h_о-б - потери напора в трубах на пути от очистных сооружений до башни.

Для компенсации несовпадения в режимах подачи и потребления воды в систему водоснабжения вводят регулирующие резервуары. В рассматриваемых условиях эта роль может быть отведена баку водонапорной башни, который должен в таком случае иметь достаточную емкость. При определении емкости бака водонапорной башни V_б учитывается необходимость хранения в нем пожарного запаса воды Q_пож и содержания регулировочного объема воды V_р (обычно принимается в размере среднечасового расхода воды с учетом обеспечения всех видов водопотребления, т.е V_р = 0.04·Q_общ) Таким образом



V_б = Q_пож + V_р = Q_пож + 0.04·Q_общ

V_б =324+0,04•7977=643(м³)

При известной емкости бака и его форме можно легко определить и его размеры. Так, например, для бака цилиндрической формы емкостью V_б диаметр D_б может быть определен по формуле:

D_б =

D_б ==10,29 (м)

Высота столба воды в баке h_б по конструктивным соображениям принимается в размере 0.75 D_б , т.е.

h_б =0.75·D_б.

h_б =0,75•10,29=7,72 (м)

2.10 Обоснование конструкций водозаборных скважин и их оборудования

Обоснование конструкции водозаборных скважин и их оборудования следует выполнять в полном соответствии с требованиями СНиП, используя знания, подученные при изучении курса "бурение" и сведения о геолого-гидрогеологических условиях конкретного месторождения. Основными вопросами, которые следует здесь решить, являются: выбор способа бурения; обоснование глубины скважины, числа, диаметров и глубин спуска обсадных колонн; типа и размеров водоприемной части; подбор необходимого насосного оборудования и глубины его установки.

Водоприемная часть скважины (ее оборудование и размеры) должна обеспечивать эксплуатацию скважины с расчетными дебитом и понижениями (радиус r_с и длина рабочей части скважины должны быть обоснованы и увязаны с гидродинамическими расчетами по прогнозу водозахватной способности и понижений в скважинах). Диаметр эксплуатационной колонны должен обеспечивать размещение в ней выбираемого для эксплуатации водоподъемного оборудования. Выбор водоподъемного оборудования осуществляется в соответствии с расчетными величинами дебитов скважин и напоров, которые оно должно обеспечивать. Число колонн и глубина их спуска, а также тампонаж и цементация должны обеспечивать надежную изоляцию продуктивного горизонта от смежных с ним в разрезе горизонтов и от поверхностных загрязнений.

Выбор способа бурения.

Бурение скважин на воду осуществляют одним из следующих способов:

· вращательным, с прямой или обратной циркуляцией промывочной жидкости;

· ударно-канатным;

· шнековым;

· гидродинамическим;

Из общего объема бурения скважин на воду более 85% выполняют вращательным способом с промывкой технической водой или глинистым раствором. Скорость бурения этим способом в породах мягких и средней твердости на любых глубинах примерно в 3 раза выше по сравнению с ударно-канатным.

Анализируя состав пород разреза и предполагаемую глубину скважины, выбираем шнековый способ бурения.

Шнековый способ бурения - разновидность вращательного бурения, при котором порода транспортируется на поверхность по спиральным лопастям (ребордам) колонны шнеков. Применяется, в основном в мягких и слабосцементированных породах.



Расчет фильтра

Ориентировочный расчет размеров фильтров производится по формуле:

D'=бQ/L,

где D'- наружный диаметр фильтра, мм;

Q - проектный дебит, м3/час;

L - длина фильтра, м;

б - коэффициент, характеризующий фильтрационные свойства водоносного пласта.

Для крупнозернистых песков принимаем:

б=30,

Q=128 м³/час, (Q_ОБЩ/3скв.=384/3=128)

L=15 метра,

D'=30•128/15=256 мм

Расчетный диаметр получим, если выберем трубы каркаса 219мм, проволоку для обмотки каркаса 3мм, сетку галунного плетения толщиной 1мм.

D=D'+2•dпр+2•д

D=256+2*3+2*1=264мм

Конструкции эксплуатационных скважин должны обеспечивать:

· высококачественное вскрытие продуктивных водоносных горизонтов с целью их эксплуатации при минимальных сопротивлениях прифильтровых зон;

· длительный срок эксплуатации и минимальный темп снижения производительности;

· выполнение ремонтных и восстановительных работ;

· тщательную изоляцию водоносных горизонтов друг от друга, за исключением тех, которые эксплуатируются совместно;

· экономичность (стоимость применяемых материалов, трудовые затраты и др.);

· минимально возможный диаметр ствола скважины;

· наименьшие сопротивления при подъеме воды насосом.

Глубина скважины определяется расстоянием до кровли водоносного горизонта или до верхней отметки наиболее водообильной части водоносного пласта и расчетной длиной фильтра с отстойником (длина отстойника принимается 2 м.). Таким образом, глубина скважины равна 70 метров.

Анализируя глубину скважины и геологический разрез, берем фильтровую и эксплуатационную колонну одного диаметра, а скважина будет пробурена сплошным забоем.

Выбор водоподъёмника (тип, диаметр, напор)

Для подъема воды из скважины применяются в основном погружные центробежные насосы с вертикальным валом и погружным электродвигателем, эрлифты и водоструйные насосные установки.

Погружные центробежные насосы получили наибольшее распространение типа ЭЦВ, а также иномарки типа GRUNDFOS.

Эрлифты применяются, как правило, на стадии освоения скважины и могут работать в воде с большим содержанием твердых частиц. Для эксплуатации скважин эрлифты не применяются из-за низкого КПД.

Водоструйные насосные установки применяются как на стадии освоения, так и на стадии эксплуатации и могут работать в безнапорных горизонтах в воде с большим содержанием твердых частиц.

Диаметры и марка погружного центробежного насоса выбирается исходя из требуемого напора, подачи и диаметра по таблице. В соответствии с напором, равным 60 метр, дебетом скважины - 128 м³/час и диаметром эксплуатационной колоны равным 256мм. принимаем насос марки GRUNDFOS SP 95 .

Насос опускается на колонне водоподъёмных труб, максимальное понижение воды в скважине не должно превышать глубину установки насоса, иначе это приведет к оголению электродвигателя и его выходу из строя. Для того, чтобы избежать сгорания электродвигателя при возможном понижении уровня воды, в скважине устанавливается датчик уровня воды и аппаратура для автоматического отключения его от сети.

2.11 Организация и содержание зон санитарной охраны (ЗСО)

В целях сохранения природного состава подземных вод и предотвращения их от загрязнения вокруг водозаборных скважин создается зона санитарной охраны (ЗСО), состоящая из трех поясов, в которых осуществляются водоохранные мероприятия.

Первый пояс - зона строгого режима устанавливается в целях устранения возможности случайного или умышленного загрязнения воды в местах непосредственного расположения водозаборных скважин. Граница первого пояса ЗСО на водозаборе определяется согласно СанПиН 2.1.4.1110-02 п. 2.2.1.1 и устанавливается на расстоянии 50 м от устья скважины, поскольку эксплуатируется не защищенный от поверхностного загрязнения водоносный горизонт. По результатам проведенного полевого обследования установлено наличие стационарных ограждений I пояса эксплуатационных скважин. Содержание наземных павильонов и территории ЗСО отвечает нормативным требованиям.

Второй пояс ЗСО предназначен для защиты водоносного пласта от микробного загрязнения. Поскольку второй пояс расположен внутри третьего пояса, он также предназначен и для защиты от химического загрязнения. Основным параметром, определяющим расстояние от границы второго пояса ЗСО до водозабора, является расчетное время (Т2) продвижения микробного загрязнения с потоком подземных вод к водозабору, которое согласно СанПиН 2.1.4.1110-02 п.2.2.2.2. для не защищенных подземных вод составляет 400 сут. Источников микробного загрязнения подземных вод при рекогносцировочном обследовании скважин не установлено.

Третий пояс ЗСО предназначен для защиты подземных вод от химического загрязнения. Размеры границ третьего пояса определяются исходя из условия, что если за его пределами в водоносный пласт поступит химическое загрязнение, то оно достигнет водозабора не ранее расчетного времени (Т3). Время продвижения загрязненной воды от границы третьего пояса ЗСО до водозабора должно соответствовать сроку эксплуатации водозабора 25 лет или 9125 сут. Источников химического загрязнения подземных вод при рекогносцировочном обследовании скважин не установлено.



Х и У - координаты точек НЛТ, м; J0 - напорный градиент естественного потока подземных вод; Q - суммарный расход водозабора, м3/сут.

Для построения НЛТ можно ограничиться точками пересечения ее с осями х и у и определить асимптоту линии при х>?

при у=0 Х_о == =-2312(м);

при х=0 Y₀= ==3626(м) ;

при х> ? ==7251(м)

Последнее выражение может быть получено из условия (уравнение Дарси).

Далее необходимо определить область пласта внутри НЛТ, в пределах которой частицы воды попадут в водозаборные скважины за определенный период времени. Самоочищение подземных вод от бактериального загрязнения происходит за 100-400 суток, в зависимости от климатического района. Самоочищение от химических загрязнений происходит очень медленно, оно соизмеримо с расчетным периодом эксплуатации или превышает его. Поэтому расчет должен быть выполнен на два срока - 100-400 суток и 25 лет. Для определения размеров области пласта, из которой частицы воды за расчетный период попадут в скважину, используем балансовое соотношение , преобразуя его относительно радиуса:

.

=303,9(м)-для ЗСО II пояса.

=1519,7(м)- для ЗСО III пояса.

2.12 Перспективы организации искусственного пополнения запасов подземных вод

Разведанное месторождения подземных вод характеризуется ограниченными эксплуатационными запасами. Дополнительное питание возможно лишь за счет инфильтрации. Весной, летом и осенью - за счет дождей. Зимой за счет снега. Необходимо проводить снегозадерживающие мероприятия: посадку хвойных просек, пропахивание борозд в зимний период; в весенне-летне-осенний период рыхление поверхностного слоя, так как в рыхлой почве вода быстрее просачивается, следовательно величина испарения будет меньше.



Заключение

1. Потребность в воде для проектируемых жилого посёлка и промышленного предприятия составляет 7977м³/сут.

2. Подземные воды разведаны в верхнечетвертичных отложениях межгорной впадины. В процессе эксплуатации водозабора будет происходить сработка гравитационной ёмкости с частичным восполнением за счет среднегодовой величины инфильтрации.

3. Проектный водозабор состоит из 3 скважин размещенных в виде продольного ряда. Длина ряда 600м. Максимальное снижение уровня - 33 м., что не превышает допустимого понижения. Рассчитанная потребность посёлка и предприятия в воде обеспечена эксплуатационными запасами подземных вод верхнечетвертичных отложений.

4. Качество подземных вод в основном соответствует требованиям ГОСТ-2874-82. Неудовлетворительными является санитарное состояние воды из- за повышенного содержания бактерий, Fe и мутности воды. Проектом предусмотрено проведение обеззараживание воды путём хлорирования перед подачей в водопроводную раздаточную сеть; для обезмучивания воды - ввод коагулянта до попадения воды в отстойник.