|
22 д подрусловыс совершенные горизонтальные дрены, нормальные оси движения речного потока; е лучевые водозаборы — береговые и подрусловые совершенные горизонтальные дрены, радиально сходящиеся к шахтному колодцу. Методы расчета производительности инфильтрационных водозаборов разрабатываются на основе общей теории фильтрации, получившей отражение в фундаментальных трудах Н.Н. Павловского, Л.С. Лейбензона, П.Я. Полубариновой Кочиной. Для расчета исключительную ценность представляют исследования общетеоретического и прикладного характера В.Н. Щелкачева, И.А. Чарного, М.А. Гуссейн — Заде, Ю.П. Борисова и многих других специалистов в области нефтяной подземной гидравлики. Широко используются ддя этих целей также фильтрационные расчеты в гидротехнике и в области водопонижения и дренажа: работы С.К. Абрамова, С.Ф. Аверьянова, В.И. Аравина, Н.Н. Веригина, В.М. Григорьева, В.П. Нсдрига, С.Н. Нумсрова, Л.Н. Павловской, А.В. Романова, В.С. Усенко, В.М. Шестакова и других. Однако наряду с общностью проблем подземной гидродинамики в различных областях необходимо иметь в виду и специфические особенности гидрогеологических задач, возникающих в связи с применением инфильтрационных водозаборов. Эти особенности определяются главным образом тем, что при длительной и интенсивной эксплуатации данного вида сооружений происходит заиление (кольматация) русловых отложений. В последнее время в гидрогеологическую практику, как и в другие отрасли, все шире внедряются методы моделирования на аналоговых приборах и расчетов на электронно вычислительных машинах. Как показано ниже, такие методы могут быть применены и при расчетах производительности инфильтрационных водозаборов в кольматируемых руслах для прогнозирования их дебитов на длительный период. Нужно, однако, иметь в виду, что точность и надежность гидрогеологических расчетов находятся в прямой зависимости от точности и достоверности исходных данных, которыми характеризуется природная гидрогеологическая обстановка. Это в равной мере относится и к аналитическим расчетам, и к моделированию. Исключительное разнообразие естественных природных условий, крайне изменчивый в пространстве и во времени гидрогеологический режим рек водоисточников, невозможность заранее предусмотреть, в каком направлении он будет изменяться, все это обуславливает приближенность расчетов. |
4. ЭФФЕКТИВНОСТЬПРИМЕНЕНИЯ ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХВОДОЗАБОРОВ 4.1. Основныеконструктивныесхемы инфильтрациоиныхводозаборов Расчетные инфильтрационные водозаборы используют подрусловые и грунтовые воды аллювиальных отложений в условиях постоянного их пополнения фильтрацией из рек водоисточников. Их выполняют в виде вертикальных скважин, береговых шахтных колодцев, горизонтальных галерей, лучевых водозаборов (рис. 4.1). По расположению водоприемных частей инфильтрационные водозаборы делят на вертикальные и горизонтальные сооружения, составляющие шесть основных схем. На рис. 4.1 показаны: а одиночные несовершенные шахтные колодцы (вертикальные скважины) с питанием только через дно и боковые стенки; б — ряд близкорасположенных взаимовлияющих береговых несовершенных шахтных колодцев (вертикальные скважины); в береговые несовершенные горизонтальные дрены, параллельные оси движения речного потока; г подрусловые несовершенные горизонтальные дрены, параллельные оси движения речного потока; д подрусловые несовершенные горизонтальные дрены, нормальные оси движения речного потока; е лучевые водозаборы береговые и подрусловые несовершенные горизонтальные дрены, радиально сходящиеся к шахтному колодцу. Методы расчета производительности инфильтрациоиных водозаборов разрабатываются на основе общей теории фильтрации, получившей отражение в фундаментальных трудах Н. Н. Павловского, Л. С. Лейбензона, П. Я. Полубариновой-Кочиной. Для расчета исключительную ценность представляют исследования общетеоретического и прикладного характера В. Н. Щелкачева, И. А. Парного, М. А. Гуссейн-Заде, Ю. П. Борисова и многих других специалистов в области нефтяной подземной гидравлики. Широко используются для этих целей также фильтрационные расчеты в гидротехнике и в области водопонижения и дренажа: работы С. К. Абрамова, С. Ф. Аверьянова, В. И. Аравина, Н. Н. Веригина, В. М. Григорьева, В. П. Недрига, С. Н. Нумерова, Л. Н. Павловской, А. В. Романова, В. С. Усенко, В. М. Шестакова и других. Однако наряду с общностью проблем подземной гидродинамики в различных областях необходимо иметь в виду и специфические особенности гидрогеологических задач, возникающих в связи с применением инфильтрациоиных водозаборов. Эти особенности определяются главным образом тем, что при длительной и интенсивной эксплуатации данного вида сооружений происходит заиление (кольматация) русловых отложений. 78 и! 77&7-7Т??' г у77777~7/7777777/ / / , / > ; / ГГ > / / >>> / / ? / ’/ ■? г>-Г/П'> / > Г / / / / > >/ ) гг> гг о Рис. 4. /. Схемы инфшътрациониых водозаборов В последнее время в гидрогеологическую практику, как и в другие отрасли, все шире внедряются методы моделирования на аналоговых приборах и расчетов на электронно-вычислительных машинах. Как показано ниже, такие методы могут быть применены и при расчетах производительности инфильтрационных водозаборов в кольматируемых руслах для прогнозирования их дебитов на длительный период. Нужно, однако, иметь в виду, что точность и надежность гидрогеологических расчетов находятся в прямой зависимости от точности и достоверности исходных данных, которыми характеризуется природная гидрогеологическая обстановка. Это в равной мере относится и к аналитиче79 ским расчетам, и к моделированию. Исключительное разнообразие естественных природных условий, крайне изменчивый в пространстве и во времени гидрологический режим рекводоисточников, невозможность заранее предусмотреть, в каком направлении он будет изменяться, все это обуславливает приближенность расчетов. Полностью избегать такой приближенности расчетов практически невозможно, так как подробное освещение естественной обстановки во многих случаях связано с необходимостью значительных затрат на изыскательские и гидрометрические работы. В этих условиях вполне справедливы приближенные прогнозы на основе схематизации природной обстановки и соответствующих аналитических решений. Вместе с тем следует подчеркнуть, что аналитические решения даже при неизбежной схематизации природной обстановки дают возможность в более полной мере выявить основные закономерности и относительную роль различных природных и эксплуатационных факторов, сопутствующих работе водозаборов. Они служат также и для разработки самой методики моделирования. 4.2. Термокольматационныепроцессыиихвлияние напроизводительностьводозаборныхсооружений Опыт и наблюдения за эффективностью работы инфильтрационных водозаборов показывают, что их эксплуатация всегда сопровождается закупоркой (кольматацией) внутренних пустот руслового грунта взвешенными в воде частицами. Этот процесс неизбежно приводит к уменьшению производительности инфильтрационных сооружений. Неизученность механизма кольматации, трудность в более или менее четком предсказании направленности гидравликогидрологических процессов, протекающих в речном русле, вынуждают использовать натурные обследования работы водозаборов как основное средство комплексного изучения кольматации. Следует, прежде всего, отметить данные Л. И. Арцева о результатах многолетней работы инфильтрационных водозаборов на реках Южного Урала, Башкортостана и Татарстана. Он полагает, что при длительной работе водозаборов дебиты будут снижаться до тех пор, пока питание их будет осуществляться исключительно за счет грунтовых вод в водоносных горизонтах. В этом случае грунтовые воды, относящиеся к аллювиальным отложениям речных террас, могут представлять собой надежный источник водоснабжения. На основании своих наблюдений А. И. Арцев пришел к выводу, что мнение об интенсивном заиливании русел в зонах действия инфильтрационных водозаборов при их эксплуатации не всегда соответствует действительности. Снижение фактического дебита по сравнению с расчетным проявляется в первые же месяцы или в первый год эксплуатации водозабора, когда влияние кольматации не должно быть столь значительным. Происходит это тем раньше, чем меньше объем статических запасов грунтовых вод в зоне действия водоза80 |