Горизонтальних водозборів

Частина 1

Дана тема описує процеси фільтрації в зоні впливу горизонтальних водозборів (дренажів). Дається поняття про досконалі та недосконалі горизонтальні водозбори. Розглядаються різні типи дренажів, гідродинамічні розрахунки горизонтальних водозборів в умовах усталеної фільтрації, особливі явища, що при цьому виникають..

Запитання, що розглядаються в даній темі:

1. Що називається “горизонтальними водозборами”?

Горизонтальними водозборами (водозаборами) називаються такі штучні споруди, що призначені для збору (каптажу) підземних вод та маються довжину, що в багато разів перевищує інші розміри.

2. Які штучні споруди відносяться до горизонтальних водозборів?

Це відкриті канали (осушувальні), канави, траншеї, галереї, підземні штреки, трубчасті горизонтальні дрени.

3. Що називається “досконалим водозбором”?

Досконалими називаються такі водозбори, стіни яких відкривають водотривке ложе водоносного горизонту та депресійну поверхню безнапірного водоносного горизонту, що утворилась під дією водозбору.

4. Що називається недосконалим водозабором?

Недосконалими називаються такі водозбори, що не відповідають вимогам поставленим до досконалих водозборів.

5. Як класифікуються горизонтальні водозбори за умовами відкриття водоносних пластів?

- досконалі траншеї в безнапірних водоносних горизонтах;

- досконалі трубчасті дрени;

- досконалі траншеї в напірних водоносних горизонтах;

- недосконалі траншеї в безнапірних водоносних горизонтах;

- недосконалі трубчасті дрени;

- недосконалі траншеї в напірних водоносних горизонтах.

4. Що таке дебіт водозабору?

Та кількість води, що відбирається з горизонтального водозбору за одиницю часу.

6. Що таке динамічний рівень води у горизонтальному водозаборі?

Горизонт води, розташований нижче природної поверхні підземних вод, що виникає під дією відбору води з горизонтального водозбору.

7. Що таке депресійна поверхня?

Зона знижених напорів в порівнянні з природним станом поверхні підземних вод, в межах якої відбувається фільтрація води у напрямку до водозбору.

8. Як відбувається процес розвитку депресійної поверхні в часі?

Зразу після початку дії горизонтального водозбору з обох сторін від нього розвивається штучний неусталений потік, а зона знижених напорів весь час збільшується. Дебіт водозбору в цей час формується за рахунок бокового притоку та живлення водоносного горизонту по площі. З часом процес уповільнюється і наступає стан гідродинамічної рівноваги, а потік, що прямує до водозбору вважається усталеним.

9. Що таке усталена межа впливу?

Відповідно до процесу розвитку депресійної поверхні збільшується і межа впливу горизонтального водозбору, що також стабілізується при досягненні усталеного режиму фільтрації. Це і є усталена межа впливу горизонтального водозбору, під якою розуміється відстань від водозабору до перерізу де депресійна поверхня співпадає з природною.

10. Що таке “контур живлення” горизонтального водозбору?

При відсутності живлення по площі – це та відстань від горизонтального водозбору до перерізу, що відповідає межі природного потоку

11. Які залежності придатні для розрахунку горизонтальних досконалих водозаборів і чому?

В зв’язку з тим, що дрена приймається нескінченної довжини, потік підземних вод, що розвантажується у горизонтальний водозбір являє собою полосоподібний відкритий потік, однією з меж якого являється сама дрена, а іншою контур живлення. Тому для виконання розрахунків горизонтальних досконалих водозборів (визначенню дебіту та положення депресійної поверхні) в умовах усталеної фільтрації можна використовувати ті ж розрахункові залежності, що і для природних потоків.

12. За якими залежностями розраховується напірний потік з постійною водопровідністю?

Питома витрата такого потоку визначається за залежністю:

, де

водопровідність потоку, м²/добу; та - напір на межі потоку та в дрені,м; - усталена межа впливу горизонтального водозбору,м.

Положення депресійної кривої в точці визначається за такою залежністю:

13. За якими залежностями розраховується безнапірний горизонтальний відкритий потік?

Питома витрата такого потоку визначається за залежністю:

, де

коефіцієнт фільтрації водовмісних порід, м/добу; та - напір на межі потоку та в дрені,м; - усталена межа впливу горизонтального водозбору,м.

Положення депресійної кривої в точці визначається за такою залежністю:

14. Що таке ділянка витікання води (виточування) і чому вона виникає? Передумова Дюпюі?

Внаслідок значного викривлення ліній току поблизу горизонтальної відкритої дрени, в безнапірному потоці на стінках дрени, виникає так звана ділянка витікання, тобто потік розвантажується в дрену дещо вище ніж динамічний рівень води у горизонтальному водозборі. Ця величина позначається як і має бути врахована визначенні положення депресійної поверхні. Величина визначається за залежністю:

, при , та , при 0< <1. Тут величина - відношення основи дрени до її висоти.

15. Як визначається величина впливу дрени у гідродинамічних розрахунках?

Якщо дрена діє в обмеженому потоці, то величина її впливу фіксується як відстань від дрени до межі потоку.

В необмеженому потоці величина межі впливу визначається умовами живлення підземних вод. При відсутності бічного притоку та при наявності інфільтраційного живлення по площі межа впливу дрени визначається за такою залежністю:

.

При живленні безнапірного потоку за рахунок перетікання із нижче залягаючого напірного водоносного горизонту визначається за залежністю:

.

При живленні напірного потоку за рахунок перетікання з залягаючи вище та нижче напірних потоків визначається так:

.

Величини та - співвідношення потужності до коефіцієнту фільтрації відповідно верхнього та нижнього роздільних шарів.

Додаткові запитання до теми:

1.Як

Задача № 10.1

Умова та варіанти завдань:

Розрахунок горизонтальної дрени в умовах усталеної фільтрації.

Визначити:

1.Дебіт дрени.

2.Положення депресійної поверхні з кроком 50м з врахуванням ділянки витікання за такими даними:

Параметри дрени

Варіант	Нпр.,м	Ндр.,м	Нвод.м	Довж.,м	Глиб.,м	Шир.м	W, м/добу	K, м/добу
		58,5				0,5	0,00025	0,35
		58,5				0,5	0,00021	0,3
		58,5				0,5	0,00023	0,5
		58,5				0,5	0,00025	0,44
		58,5				0,5	0,00025	0,35
		58,5				0,5	0,00025	0,15
		58,5				0,5	0,00025	0,5
		58,5				0,5	0,00025	0,8
		58,5				0,5	0,00022	0,4
		58,5				0,5	0,00025	0,25
		58,5				0,5	0,00025	0,15
		58,5				0,5	0,00024	0,25

Частина 2

Тема розкриває підхід до розрахунку горизонтальних водозборів в умовах неусталеної фільтрації. Дається поняття про систематичний горизонтальний дренаж та методи його розрахунку.

Запитання, що розглядаються в даній темі:

1. Як орієнтовно визначається час настання неусталеного режиму фільтрації?

В умовах безнапірного потоку для цього використовується така залежність:

, де

відстань до найближчої межі пласту;

коефіцієнт рівнепровідності пласту.

2. Що таке неусталена межа впливу дрени?

Це відстань від дрени до перерізу де депресійна поверхня співпадає з природною поверхнею рівня підземних вод, що має місце в ході розвитку процесу неусталеної фільтрації (). Для визначення розроблені формули Павловця та Жернова.

3. Які причини викликають необхідність застосування для недосконалих горизонтальних водозаборів наближених математичних методів та особливих прийомів схематизації?

Це пов’язано з тим, що недосконала горизонтальна дрена не розділяє природний потік на дві частини, що приводить до виникнення в районі дрени складного потоку, викликає додатковий опір при вході води в дрену через дно, що приводить до зменшення дебіту дрени.

4. Як визначається фільтрація до неусталеної досконалої дрени?

Для розрахунків недосконалих горизонтальний дрен запропоновані такі методи:

- розрахунки за аналітичними залежностями Аверьянова;

- метод розподілу фільтраційного потоку з наступним використанням методу конформних відображень (метод Чугуєва);

- метод заміни недосконалої дрени на досконалу (метод Щестакова).

Найбільш поширеним в практиці гідродинамічних розрахунків являється матод Шестакова.

5. У чому суть методу Аверьянова для розрахунку недосконалих горизонтальних водозаборів?

Метод заснований на визначенні поправочного коефіцієнту на недосконалість , що вводиться в розрахункові залежності для досконалих дрен. Коефіцієнт визначається за емпіричними формулами для пластів з постійною водопровідністю. Існують формули для визначення в умовах симетричного та асиметричного потоків.

6. У чому суть методу Чугаєва для розрахунку недосконалих горизонтальних водозаборів?

Згідно з методом Чугаєва однорідний горизонтальний симетричний потік розділяється на дві зони:

- верхня зона обмежена депресійною поверхнею та горизонтальною лінією, що проведена через дно дрени;

- нижня зона обмежена горизонтальною лінією, що проведена через дно дрени та горизонтальним водотривам.

При цьому верхня зона розглядається як безнапірна, а нижня як напірна. Притік до дрени розраховується окремо зліва та справа, а також з напірної зони за формулами Романова. Відповідна залежність існує і для розрахунку положення депресійної поверхні.

7. У чому суть методу Шестакова для розрахунку недосконалих горизонтальних водозаборів?

Вводиться поправка на недосконалість, шляхом збільшення довжини потоку на величину еквівалентну гідравлічному опору, що виникає в зоні деформацій ліній току поблизу недосконалої дрени.

8. В яких умовах можна застосувати метод Шестакова?

Метод розроблений для умов однорідного пласта, двохшарового пласта, з дреною розміщеною у верхньому шарі та двохшарового пласта, з дреною розміщеною у верхньому шарі при співвідношенні коефіцієнтів фільтрації .

9. Чому необхідно враховувати скінченну довжину дрени?

Для більш точного визначення притоку до горизонтальної дрени слід враховувати ту кількість води, що поступає у дрену з її торців. При цьому, біля торців горизонтальної дрени, виникає подібний до радіального потік, що додає деяку кількість води у дрену, а в розрахунки вводить коефіцієнт короткості дрени.

10. Що таке “коефіцієнт короткості дрени”?

Визначається за залежністю:

, де

коефіцієнт короткості дрени (визначається за таблицею); довжина дрени, м; - усталена межа впливу дпени.

11. Як визначається загальний дебіт скінченної дрени?

Визначення ведеться за залежністю:

, де

загальний дебіт дрени, м³/добу;

питомий дебіт дрени, м²/добу;

довжина дрени, м;

коефіцієнт короткості дрени.

12. Що таке “систематичний горизонтальний дренаж”?

Це система, що складається з багатьох недосконалих взаємодіючих дрен, розміщених по площі в зв’язку з рельєфом території, забудовою та конкретними гідрогеологічними умовами

14. В яких випадках використовується систематичний горизонтальний дренаж?

Використання систематичного горизонтального дренажу доцільне в місцях де існує інфільтраційне живлення по площі. Наприклад, на зрошувальних територіях, для відводу надлишків поливних вод. Крім цього систематичний горизонтальний дренаж для захисту різноманітних інженерних споруд, наприклад в місцях, де на великих площах необхідно підтримувати рівень підземних вод на певній заданій глибині (аеродроми),

15. Як виконується схематизація для розрахунків систематичних горизонтальних дренажів?

Приймається, що недосконалі дрени необмеженої довжини повинні бути розташовані паралельно на однаковій відстані одна від одної, мати однакову глибину, щирину та довжину. При цьому дрени діють при рівних зниженнях рівня в безнапірних водоносних горизонтах, а їх дебіт складається з води, що вивільнюється при зниженні вільної поверхні та живлення по площі.

Така схематизація дозволяє розглядати замість системи взаємодіючих дрен одиночну недосконалу дрену, що знаходиться в середньому обмеженому фрагменту, бічними межами якого є перерізи проведені посередині між дренами.

Додаткові запитання до теми:

1.Як

Задача №10.2

Умова та варіанти завдань:

Визначити загальний дебіт в досконалої горизонтальної дрени з врахуванням кінцевої довжини дрени на період 15,30,60,90 діб в умовах горизонтального обмеженого безнапірного пласта за таким даними:

110м, 112м, 200м, 98м, 500м,

5м/добу, 0,2.

Для розрахунків використати формули І.Є.Жернова та І.М.Пав ловця. Порівняти отримані результати.

Задача №10.3

Умова та варіанти завдань:

Визначити питому витрату закритої недосконалої трубчастої горизонтальної дрени, що закладена в асиметричному горизонтальному відкритому потоці за такими даними:

105м, 103м, 0.5м, 100м, 200м,

101м, 100м, 1м/добу.

В розрахунки ввести поправку на недосконалість.