Перспективы организации искусственного пополнения запасов подземных вод

Курсовой  проект по водоснабжению

МОСКВА 2012.

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.

Список использованной литературы.

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.

   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 (μ).

(данные приведены в Таблица 1).

Таблица 1 Исходные данные курсового проекта.

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.

  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   =1.05÷1.1);

       – 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).

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 = 1.05÷1.1).

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.

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 =3÷15 чел.) (табл. 5).

 Таблица  4 Норма водопотребления на промышленных предприятиях.

   Таблица 5 Санитарные характеристики производственных процессов.

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.

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:

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.

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 = 2πr₀l₀ соответственно по формуле:

Q_в.=v_доп· F_ф = 65k^1/3·2πr₀l₀=130· πr₀l₀ 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 ÷ 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).