ГЛАВА 9. РАСЧЕТЫ ВОДОЗАБОРОВ В УСЛОВИЯХ ЗАКРЫТЫХ СТРУКТУР

9.1. Особенности эксплуатации месторождений

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.

При наличии напорных водоносных горизонтов в начальный период водоотбор обеспечивается упругой отдачей пласта V_упр. Однако, как правило, эти запасы в закрытых структурах невелики. При снижении уровня ниже кровли водоносного пласта и безнапорных водах основную роль в обеспечении водоотбора играют гравитационные запасы V_гр.

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 Q_род, выходящих на периферии структуры. При эксплуатации подземных вод возможен частичный или полный перехват родниковой разгрузки. В связи с этим баланс эксплуатационных запасов представляется в следующем виде [4]:

где , и – коэффициенты, показывающие какая часть упругих, гравитационных запасов и перехвата родниковой разгрузки может обеспечивать эксплуатационный водоотбор. Коэффициенты и обычно не превышают 0,6, коэффициент не более 1.

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 полоообразных пластах вдоль полосы, ближе к ее осевой части, в полуограниченных пластах – перпендикулярно закрытой границе. При наличии естественного потока подземных вод линейный ряд располагается перпендикулярно направлению этого потока, например, перпендикулярно долине, либо параллельно линейному выклиниванию родниковой разгрузки.

9.2.Схематизация гидрогеологических условий

Схематизация гидрогеологических условий в закрытых структурах связана в основном с их геометрическими размерами, расположением водозабора относительно границ и строением водосодержащей толщи. При малых размерах структуры, таких, что радиус влияния водоотбора значительно превышает расстояние до границ пласта, пласт в плане представляется в виде круга радиуса R_к, равновеликого по площади распространения реальному водоносному пласту :

.

При вытянутых в плане размерах водоносных зон, например, приуроченных к трещиноватым известнякам или внутригорным долинам, так что длина структуры значительно (в 10 раз и более) превышает ее ширину, пласты представляются в виде полосы неограниченной длины («пласт-полосы»).

Для значительных по размерам структур и при размещении водозабора в краевой его части, так что радиус влияния значительно превышает расстояние до ближайшей границы, но соизмерим или больше расстояния до других границ в плане, водоносный пласт представляется в виде полуограниченного пласта.

Учет неоднородного строения пласта в плане, при расположении границ неоднородности в виде концентрических окружностей, осуществляется методом фильтрационных сопротивлений. При этом общее понижение уровня в водозаборе, определяется как сумма понижений, вычисляемых отдельно для каждого однородного участка кусочнонеоднородной области.

При слоистом строении пласта, так что k_max/k_min<10 среднее значение коэффициента фильтрации определяется как отношение суммарной водопроводимости всех слоев к их общей мощности, величина водоотдачи принимается как средняя в верхней части разреза, где происходит снижение уровня при водоотборе. Для субнапорных водоносных горизонтов допустимо пренебрегать сработкой упругой емкости, если ее величина не превышает 5% от суммы статических гравитационных запасов, т.е.

Статический уровень при этом отсчитывается от подошвы верхнего водоупора, т.е. избыточным напором в пласте пренебрегают [11].

9.3. Основные расчетные схемы

Рассматриваются схемы кругового изолированного пласта, кругового пласта с боковым (инверсия родниковой разгрузки) или дополнительным инфильтрационным (орошение) питанием, схемы полуограниченного пласта и пласта-полосы с закрытыми границами.

Круговой изолированной пласт

Понижение уровня в одиночной скважине, располагающейся в центре кругового пласта, для времени

(34)

определяется зависимостью:

, (35)

где

При произвольном размещении водозаборной скважины использование уравнения (9.5) возможно для времени

. (36)

Эксплуатационный водоотбор формируется за счет сработки статических запасов. Формула (35) показывает, что при откачке из скважины в закрытом пласте понижение уровня складывается из двух частей:

а) понижения линейно зависящего от времени и одинакового для всех точек пласта;

б) понижения не зависящего от времени и обусловленного деформацией потока к скважине как точке в пласте.

Круговой пласт с учетом дополнительного питания

Расчетная зависимость для определения понижения уровня при реализации условия (36), имеет вид

(37)

где Q_доп – инверсия родниковой разгрузки или испарения, либо дополнительная инфильтрация от орошения. В этом случае, если Q_доп>Q,первый член в формуле (37) равен нулю и рассматриваемая схема переходит в схему стационарной фильтрации к скважине, аналогичную рассмотренной в главе 3.

Для группы и взаимодействующих скважин уравнение (37) имеет вид:

где .

При удалении водозаборных скважин от центра пласта на расстояние не более 0,5R_к,принимаем r_i – расстояние от i-й взаимодействующей скважины до центральной, в которой определяется понижение.

В начальный период откачки, определяемый зависимостью (34), пока радиус влияния не достиг контура пласта, водоотбор формируется за счет статических запасов. Далее происходит последовательное увеличения доли привлекаемых запасов за счет инверсии родниковой разгрузки или бокового питания из внешних по отношению к круговому пласту слабопроницаемых пород. Полная инверсия родников или перехват бокового питания достигается за период времени определяемый зависимостью (36), после чего в пласте наступает условие квазистационарной фильтрации.

Полуограниченный пласт

Если участок водозабора располагается вблизи одной из закрытых границ пласта, а остальные границы находятся на расстояниях, превышающих радиус влияния откачки, то пласт можно рассматривать как полуограниченный. К закрытым границам пласта может быть отнесена граница резкого изменения коэффициента водопроводимости так, что водопроводимость уменьшается более чем в 100 раз.

Понижение уровня в одиночной скважине при выполнении условия ,

где L – расстояние до закрытой границы, определяется зависимостью:

, (38)

Для группы и взаимодействующих скважин уравнение (38) имеет вид:

.

При условии, что r_i,max≤0.5L.

Водоотбор формируется за счет сработки статических запасов.

Пласт – полоса с непроницаемыми границами

Понижение уровня в одиночной скважине при выполнении условия

(39)

определяется по следующей формуле [4]:

,

где L – ширина полосы; L₁ – расстояние от скважины до ближайшей границы пласта-полосы.

При определении понижения уровня подземных вод в группе взаимодействующих скважин используются нижеследующие зависимости.

При значительной длине водозаборного ряда – 2l, располагающегося вдоль пласта-полосы, так, что выполняется условие (39) и кроме того

2l>0.7L, (40)

формула имеет вид:

,

где ; . Здесь 2l, 2 и r₀ – длина водозаборного ряда, расстояние между скважинами и радиус скважины в которой определяется понижение уровня.

При небольшой по сравнению с шириной полосы длине водозаборного ряда так, что условие (40) не выполняется, имеем:

.

Последняя формула записана для случая размещения водозабора в центре пласта-полосы, так, что L₁=0.5L.

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

.

Водоотбор формируется за счет сработки статических запасов. Размеры зон санитарной охраны (ЗСО) в закрытых структурах определяются по зависимостям для неограниченных в плане пластов. Однако в случае, если расчетные границы ЗСО оказываются расположенными дальше, чем контур, ограничивавдий пласт, граница ЗСО проводится по этому граничному контуру.

Дата добавления: 2014-10-02; просмотров: 619; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!