|
и В. Мацкрле — 43 где К, К0 — текущий и начальный коэффициенты фильтрации. Ю. М. Шехтман [142] обобщил теорию фильтрации на случай кольматации и суффозии. Автор считает, что процесс осаждения или срыва частиц зависит от концентрации движущейся суспензии. Разработанная Ю. М. Шехтманом теория кольматации грунта водными малоконцентрированными суспензиями, фильтрующимися через грунт, рассматривает влияние фильтрации в более широком понимании, чем это делалось раньше. На основании этой теории фильтрации малоконцентрированных суспензий нами была разработана модель механизма кольматации руслового аллювия взвешенными наносами над подрусловой дреной и применена при расчете дебитов подрусловых инфильтрационных сооружений. Начальная пористость, коэффициенты фильтрации предполагаются известными, концентрация взвеси соответствует натурным аналогам, а недостающие параметры определялись опытным путем. 1.4.2. Гидравлические режимы инфильтрационных сооружений и их влияние на интенсивность термокольматационных процессов Радиус депрессии К. 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. Эго подтверждается также численными подсчетами К по различным формулам: В. Зихарда 3300* 5К!/2, И.П. Кусакина 575* 5 (КН)1/2, В.С. Ильина 0,25 Н/1 для установившегося режима фильтрации; Победоносцева [/21/т ^ОфН к] для неустановившсйся фильтрации (8 понижение уровня в колодце, м; Оф приток к колодцу, м; <р~2/3т; т пористость грунта; Н — мощность водоносного слоя, м; \\() — глубина воды в колодце, м; ^ гидравлический уклон фильтрационного потока). Поэтому большинство обследованных инфильтрационных водозаборов в Сибири и на Дальнем Востоке, за единичными исключениями, являются близкорасположенными сооружениями, для которых характерно подсасывание поверхностных вод в русловой аллювий. Вместе с тем многие из сооружений в течении длительного времени показывают хорошие результаты работы и дебит их снижаегся. Снижение происходит при незначительном понижении уровня воды в сборном колодце. Поэтому и эффективность применения инфильтрационных водозаборов в смысле устойчивости их дебитов кольматации зависит прочих равных условиях, например при одинаковых коэффициентов фильтрации русловых отложений или одинаковом водном режиме рек водоисточников, от степени откачки и инфильтрата из сборных колодцев, определяемой отношением рабочих дебитов к максимально |
4.3. Процессы инфильтрации речных вод в русловой аллювий под воздействием водозаборов..................................................................................83 4.4. Относительные величины речных потоков в общем дебите подрусловых инфильтрационных водозаборов.................................................... 85 4.5. Гидравлические режимы инфильтрационных сооружений и их влияние на интенсивность термокольматационных процессов 87 4.6. Влияние русловых деформаций на термокольматацию, подвижность аллювиальных отложений и синхронность пиков жидкого и твердого стоков.............................................................................................93 4.7. Водный режим и типизация гидрографов стоков для прогнозирования эффективности водозаборов инфильтрационного типа.................... 95 5. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОДОЗАБОРОВ В ЗОНЕ АКТИВНОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ КРУПНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ.............................................................................................. 99 5.1 Математическая постановка задачи фильтрации.................................... 99 5.2 Гидравлический расчет линейного ряда совершенных скважин..........102 5.3 Гидравлический расчет группы произвольно расположенных скважин..................................................................................................... 105 5.4 Гидравлический расчет скважин в условиях значительного колебания уровня подземных вод.................................................................. 108 5.5 Гидравлический расчет водозаборных сооружений с учетом термических характеристик и деформаций пористой среды.................... 117 5.6 Гидродинамический расчет скважин с постоянным понижением.......121 5.7 Пример расчета........................................................................................122 6. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОДОЗАБОРОВ НА ТЕРРИТОРИЯХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД ... 125 6.1 Постановка задачи ..................................................................................125 6.2 Гидравлический расчет инфильтрационных водозаборных сооружений берегового типа............................................................................ 126 6.3 Гидравлический расчет подрусловых инфильтрационных сооружений ....................................................................................................... 129 6.4 Процессы тепломассообмена водоносных горизонтов........................134 6.5 Зимний режим работы подрусловых водозаборов в суровых климатических условиях и на вечномерзлых грунтах..................................137 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИОПТИМИЗАЦИЯ ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОДОЗАБООВ 145 7.1. Задачи экономических исследований.................................................... 145 7.2. Прогнозирование дебита подрусловых инфильтрационных сору жений.........................................................................................................148 7.3. Взаимосвязь технических, эксплуатационных и экономических параметров................................................................................................150 3 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 верхностных вод в русловой аллювий. Вместе с тем многие из сооружений в течение длительного времени показывают хорошие результаты работы и дебит их не снижается. Снижение происходит при незначительном понижении уровня воды в сборном колодце. Поэтому и эффективность применения инфильтрационных водозаборов в смысле устойчивости их дебитов кольматации зависит при прочих равных условиях, например при одинаковых коэффициентах фильтрации русловых отложений или одинаковом водном режиме рекводоисточников, от степени откачки инфильтрата из сборных колодцев, определяемой отношением рабочих дебитов к максимально возможным в данных условиях, которые устанавливаются по пробным откачкам или гидравлическим расчетам. Примером устойчивости работы водозаборов при малых откачках инфильтрата из сборных колодцев может служить водозабор г. Кызыла (рис. 4.4) производительностью в настоящее время 6,0 тыс. м3/сут. (Управление водоснабжения Министерства коммунального хозяйства Республики Тывы). Это сооружение расположено в районе устья р. Каа-Хэм (Малый Енисей), сливающегося с Бий-Хэмом (Большим Енисеем). Эти реки образуют начало собственно Енисея Улу-Хэма (Верхнего Енисея). Рис. 4.4. Водозабор на р. Каа-Хэм (Малый Енисей) в г. Кызыле: а производительность по годам эксплуатации (правая вертикальная ось относительные дебиты в процентах к максимальному проектному 600-610 м3/ч); б типовой гидрограф внутригодового распределения стока в верхнем течении р. Енисея в месте слияния Каа-Хэма и Бий-Хэма на высоте 1560м над уровнем моря (левая вертикальная ось доли от нормы) 88 |