|
28 1.3.4. Относительные величины речных потоков в общем дебите подрусловых инфильтрационных водозаборов Вопрос о выяснении количественных соотношений между поверхностными и грунтовыми притоками, поступающими в сборные колодцы инфильтрационных водозаборов, поставлен Н.Н. Абрамовым [1]. Встречаются данные, что пополнение эксплуатационных запасов подземных вод в подрусловом аллювии происходит главным образом за счет инфильтраций речных вод и может достигать 25% от общего притока. Представляют интерес результаты специальных наблюдений, приведенных Хабаровским производственным управлением водоснабжения на водозаборе Северном (о. Заячий на р. Амуре) (рис.1.3). В период его эксплуатации с 1939 по 1969 гг. питание береговых скважин производилось за счет поверхностных вод. Доказательством этому служит факт, что в зимнее время, когда запасы грунтовых вод минимальны, работали только те скважины, которые расположены около глубоких понижений (ям) в русле реки. Скважины у пологих участков зимой или совсем не работали, не обеспечивая поступления инфильтрата, или давали расход не более 10-12% от летнего поступления. Известно, что период речного половодья и паводков при подъеме уровней создаются условия для инфильтрации поверхностных вод в русловой аллювий, а спад уровней приводит к отеканию этих вод обратно в русло. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод характеризуется двумя противоположными процессами: грунтовым питанием поверхностных водотоков и потерями речного стока на питание подземных вод. Это явление, называемое регулирование, приводит к перераспределению руслового стока во времени, в определенной мере трансформируя гидрографы половодья и паводка в более плавные кривые. По некоторым данным, подземный (подрусловой) сток в среднем за год достигает 0,01-0,05% от руслового (поверхностного) стока. Масштабы и особенности такого регулирования, определяемые гидрогеологическим строением речной долины и водным режимом реки, накладывают отпечаток и на работу инфильтрационных водозаборов. Будем рассматривать наиболее распространенные безнапорные водоносные пласты, имеющие постоянную гидравлическую связь с рекой. Режим питания водозабора для таких условий определяется дренирующим питание реки и закономерностями водообмена при береговом регулировании, зависящем от соотношения уровня воды в реке с уровнем подземных вод. Если водозабор расположен близко к реке и радиус депрессионной воронки Я больше расстояния от сооружения до уреза воды I, при высоких паводочных горизонтах, взмученные поверхностные воды подсасываются в водозаборные колодцы. |
Рис. 4.2. Подрусловой инфилътрационный водозабор на р. Томь: а производительность по годам эксплуатации; б схема водозабора; в конструкция дрены За меньший период один год полностью кольматируется подрусловая водосборная дрена, выполненная из ряжей на р. Туиме в г. Шира Республики Хакасия. Дрена построена в 1961 г. на дебит около 50 м3/ч и служит для водоснабжения служб МПС. После ежегодной кольматации в весенний паводок ее дебит снижается до 3-5 м3/ч. С помощью гидроманиторных струй давлением (5-10) -9,81 • 104 Па занесенные частицы вымываются (так же и для водозаборов в г. Междуреченске и на станциях Балыксу и Теба). Для этого сооружения весьма характерными недостатками являются близкое расстояние к поверхностному потоку и почти полное отсутствие грунтовой составляющей в инфильтрате. В таких же условиях работала подрусловая инфильтрационная дрена для водозабора Сибирского завода тяжелого машиностроения в г. Красноярске (р. Енисей). За пять лет интенсивной эксплуатации (1949-1954 гг.) она полностью заилилась и вышла из строя. 4.4. Относите.!ьныевеличиныречныхпотоковвобщем дебитеподрусловыхинфильт'рационныхводозаборов Вопрос о выяснении количественных соотношений между поверхностным и грунтовым притоками, поступающими в сборные колодцы инфильтрационных водозаборов, поставлен Н. Н. Абрамовым [1]. Встречаются данные, что пополнение эксплуатационных запасов подземных вод в русловом аллювии происходит главным образом за счет инфильтраций речных вод и может достигать 25 % от общего притока. Представляют интерес результаты специальных наблюдений, проведенных Хабаровским производственным управлением водоснабжения на водозаборе Северном (о. Заячий на р. Амуре (рис. 4.3). 85 Рис. 4.3. Водозабор на р. Амуре в г. Хабаровске: а план; б разрез; 1 скважины в русле реки на песчаной отмели, затопляемые во время высоких горизонтов и соединенные дюкерами с системой колодцев; 2 -мерные шурфы для наблюдения за уровнем депрессионной кривой при фильтрации в береговые колодцы (размеры в м) В период его эксплуатации с 1939 по 1969 гг. питание береговых скважин производилось за счет поверхностных вод. Доказательством этому служит факт, что в зимнее время, когда запасы грунтовых вод минимальны, работали только те скважины, которые расположены около глубоких понижений (ям) в русле реки. Скважины у пологих участков зимой или совсем не работали, не обеспечивая поступления инфильтрата, или давали расход не более 10-12% от летнего поступления. Известно, что в период речного половодья и паводков при подъеме уровней создаются условия для инфильтрации поверхностных вод в русловой аллювий, а спад уровней приводит к стеканию этих вод обратно в русло. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод характеризуется двумя 86 противоположными процессами: грунтовым питанием поверхностных водотоков и потерями речного стока на питание подземных вод. Это явление, называемое регулированием, приводит к перераспределению руслового стока во времени, в определенной мере трансформируя гидрографы половодья и паводка в более плавные кривые. По некоторым данным, подземный (подрусловой) сток в среднем за год достигает 0,01-0,0$ % от руслового (поверхностного) стока. Масштабы и особенности такого регулирования, определяемые гидрогеологическим строением речной долины и водным режимом реки, накладывают отпечаток и на работу инфильтрационных водозаборов. Будем рассматривать наиболее распространенные безнапорные водоносные пласты, имеющие постоянную гидравлическую связь с рекой. Режим питания водозабора для таких условий определяется дренирующим питанием реки и закономерностями водообмена при береговом регулировании, зависящем от соотношения уровня воды в реке с уровнем подземных вод. Если водозабор расположен близко к реке и радиус депрессионной воронки Я больше расстояния от сооружения до уреза воды I при высоких паводочных горизонтах, взмученные поверхностные воды подсасываются в водозаборные колодцы. Расчетный высокий горизонт воды при этом определяется максимальной концентрацией взвешенных наносов р. Для рек с опережением или опаздыванием пика твердого расхода 0=р расход воды) расчетный горизонт может не совпадать с максимальным расходом. Кольматация руслового аллювия при этом усиливается. В данных условиях изучение такого вида сооружений является весьма сложной и актуальной задачей. 4.5. Гидравлическиережимыинфильтрационныхсооружений иихвлияниепаинтенсивностьтермокольматационныхпроцессов Радиус депрессии Я для установившихся инфильтрационных потоков обычно достаточно велик: так, для ориентировочных расчетов он принимается от 100-150 до 80-1000 м соответственно для мелкозернистых и крупнозернистых грунтов. Это подтверждается также численными подсчетами Я по различным формулам: В. Зихарда 3 3 0 0 И . П. Кусакина 575-5(КИ)1/2, В. С. Ильина 0,25 Н/1 для установившегося режима фильтрации; Победоносцева [3()фХ/<рп-(2Н-}10)]1П, И. Козени (121/тл[0ф^ ) для ^установившейся фильтрации (5 понижение уровня в колодце, м; ^ф приток к колодцу, м3/с; ф ~2/3т\ т пористость грунта, Н мощность водоносного слоя, м; И0 глубина воды в колодце, м; 3гидравлический уклон фильтрационного потока). Поэтому большинство обследованных инфильтрационных водозаборов в Сибири и на Дальнем Востоке, за единичными исключениями, являются близкорасположенными сооружениями, для которых характерно подсасывание по87 |