Transcript UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH

UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH
- RODZAJE, BUDOWA,
PROJEKTOWANIE
Wykład nr 5
„Systemy zaopatrzenia w wodę”
Ruch wód podziemnych – dopływ wody z warstwy
wodonośnej:
1. Wzór Darcy’ego (zjawisko filtracji)
Q  k  F i
gdzie: Q – wydatek filtracji
k – współczynnik filtracji
h dz
i

l
dx
- spadek hydrauliczny wyrażony różnicą wysokości
słupów wody lub różnicą ciśnień Δh na drodze l
(lub spadek ciśnienia dz na drodze dx)
h
QkF
l
lub
dz
QkF
dx
2. Dopływ wody do rowu otwartego lub drenu
- dopływ jednostronny wody do rowy na 1 m jego
długości:
dz
q  k  F  i  k  z 1
dx
q
z  dz   dx
k
Całkując w granicach od x1 i z1 do x2 i z2 otrzymujemy:
z2

z1
x2
q
z  dz 
dx
kx

1
=>


1 2
q
2
z1  z 2  x2  x1 
2
k
k z12  z 22
q
2 x2  x1 


Podstawiając x1 = 0, z1 = h0; x2 = R, z2 = H oraz
uwzględniając dopływ obustronny do rowu otrzymujemy:

k 2
Q  2q  H  h02
R

3. Dopływ wody podziemnej do studni wierconej zupełnej
przy swobodnym (poziomym) zwierciadle wody
dz
Q  k  F  i  k  2  x  z
dx
z2

z1
Q
z  dz 
2  k
x2

x1
dx
x
z 22  z12 
x
Q
ln 2
2  k x1
Podstawiając x1 = r, z1 = h0; x2 = R, z2 = H
H 2  h02
H 2  h02
Q  k
 1,36  k
R
R
ln
lg
r
r
h0  H  s0
2 Hs0  s02
Q  1,36  k
R
lg
r
4. Dopływ wody podziemnej do studni wierconej zupełnej
przy napiętym zwierciadle wody
dz
Q  k  F  i  k  2  x  m
dx
z2

z1
Q
dz 
2  m  k
x2

x1
dx
x
z 2  z1 
x
Q
ln 2
2  m  k x1
Podstawiając x1 = r, z1 = h0; x2 = R, z2 = H
H  h0
H  h0
Q  2  m  k
 2,73  m  k
R
R
ln
lg
r
r
h0  H  s0
Q  2,73  m  k
s0
R
lg
r
5. Zasięg leja depresji - R
wzór Kusakina (dla studni o zwierciadle swobodnym)
R  575  s  k  H
wzór Sichardta (dla studni artezyjskich)
R  3000 s  k
Współczynnik filtracji warstwy wodonośnej,
zależny od rodzaju gruntu - k [m/s]
Rodzaj gruntu
k [m/s]
żwir piaszczysty
(1,74 – 0,87) x 10-3
piaski gruboziarniste
żwirowate
piaski gruboziarniste
(1,16 – 0,58) x 10-3
piaski średnioziarniste
(0,29 – 0,12) x 10-3
piaski drobnoziarniste
(0,12 – 0,023) x 10-
(0,87 – 0,29) x 10-3
3
Studnie kopane - z odprowadzeniem wody pompami lub
lewarami,
stosowane przy zaleganiu wód na głębokości 10-20 m i
wydajności wodociągu poniżej 90 m3/h;
budowane zwykle na potrzeby pojedynczych domów lub
niewielkich zgrupowań
Charakterystyka studnie kopanych (szybowych)
stosowanych w wodociągach:
-średnica 2,0 – 5,0 m;
-głębokość zapuszczenia 10 – 15 m;
-wykonane z cegieł (starsze), betonu lub żelbetu (nowsze)
-składają się z: wieńca (noża), muru płaszczowego,
obudowy górnej
Przykłady wieńców: a) drewniany, b) żeliwny, c) stalowy
Mur płaszczowy może być wykonany z:
- cegły (np. klinkierowej) o grubości 0,25 – 0,63 m (1 – 2,5
cegły, zależnie od średnicy studni Dw)
- betonu lub żelbetu o grubości
gm  0,1 Dw  (0,05  0,10)
[m]
Grubość ścian płaszcza studni powinna zapewnić
odpowiedni jej ciężar, tak aby pokonać opory tarcia gruntu
i umożliwić zapuszczanie studni w głąb warstwy
wodonośnej.
Mury ceglane i betonowe muszą być zabezpieczone przed
urwaniem się w czasie zapuszczania, na skutek
przechwycenia przez nacisk ziemi (np. specjalne kotwy
biegnące od wieńca do górnych segmentów studni).
Obudowa studni kopanej – studnię kończy się od góry
pokrywą, lub wykonuje się w jej górnej części pomieszczenie
np. dla pompowni. Można też obudowę studni wykonać na
powierzchni terenu.
Wykonywanie studni kopanej
- wykonuje się poprzez opuszczanie studni w głąb
warstwy wodonośnej
- początkowo wykonuje się wykop o głębokości 2-3
m, w którym umieszcza się wieniec (poziomo na
balach drewnianych lub lekkim betonie)
świder dwuwerkowy
- na wieńcu wykonuje się mur studni (należy
równomiernie obciążać wieniec)
- następnie wybiera się ziemię z wnętrza studni, po
uprzednim usunięciu podpory wieńca, dokładając
jednocześnie kolejne segmenty studni w miarę jej
zagłębiania się (z ewentualnym dociążaniem)
koparka dwuszczękowa
Wydajność studni zasilanej przez ściany boczne:
a) wydajność studni
b) powierzchnia otworów
2 Hs0  s02
Qb  1,36  k
R
lg
rz
Qb
Fo 
   dop
gdzie: α – współczynnik kontrakcji dopływu (= 0,7)
υdop – dopuszczalna prędkość wlotowa wody [m/s]
c) średnica zewnętrzna studni
Fz  (8  10)  Fo
Fz
Dz 
 h
Wydajność studni zasilanej przez dno:
a) wydajność studni – wzór Forchheimera
Qd 
  k  s  rw
rw
1
R
gdzie: β – współczynnik zależny od kształtu dna i strug dopł. wody
rw – promień wewnętrzny studni
R – promień leja depresji
s – depresja
k – współczynnik filtracji gruntu
Wydajność studni zasilanej przez ściany boczne i dno:
a) wydajność studni – Qs = Qb+Qd
3. Studnie wiercone - budowa
- kolumna rur okładzinowych (eksploatacyjnych),
zabezpiecza otwór wiertniczy przed przedostawaniem się
do wnętrza studni materiału ziarnistego, zbudowana z
połączonych ze sobą rur stalowych;
- kolumna filtrowa, składająca się z filtru właściwego
(dopływ wody do wnętrza studni), rury podfiltrowej
(osadnik drobnych cząstek stałych) i rury nadfiltrowej
(rura wiertnicza łącząca filtr z rurą eksploatacyjną,
umożliwia założenie uszczelnienia, montaż pompy
głębinowej lub przewodu ssawnego pompy wodoc.)
Długość filtru powinna być dostosowana do miąższości
warstwy wodonośnej z uwzględnieniem depresji
zwierciadła wody
Obudowa studni –
chroni studnię przed
uszkodzeniem i
wpływami
atmosferycznymi.
W obudowie umieszcza
się uzbrojenie.
Ujęcia promieniste