Гидродинамические расчеты потоков подземных вод в районе действующего водозабора

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ)

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра Гидрогеологии им. В.М. Швеца

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: Гидродинамические расчеты потоков подземных вод в районе действующего водозабора

Составил студент группы РГК-18-1

Мамедова Севиль Ахмедовна

Москва, 2020 г.

Содержание

• Задание
• Введение
• 1. Характеристика области фильтрации и проектируемого объекта
• 1.1 Описание основных гидрогеологических подразделений
• 1.2 Характеристика целевого водоносного горизонта
• 1.3 Характеристика проектируемого объекта
• 2. Схематизация гидрогеологических условий целевого водоносного горизонта и составление расчетной схемы в естественных условиях
• 2.1 Описание фильтрационной схемы области фильтрации
• 2.2 Определение показателей и свойств среды, подлежащих упрощению
• 2.3 Уточнение гидродинамических показателей по результатам опытно-фильтрационных работ
• 2.4 Составление расчетной схемы и ее словесное описание
• 3. Расчет потоков подземных вод в зоне влияния водозабора
• 3.1 Расчет производительности водозаборных скважин и предварительное определение их количества в водозаборном узле
• 3.2 Расчетная схема области фильтрации с водозабором в напорных водах
• 3.3 Оценка обеспеченности запасов водозабора естественными ресурсами пласта
• Заключение
• Список используемой литературы
• Задание

1. Выполнить гидродинамический расчет потока подземных вод в естественном залегании: путем схематизации фильтрационной неоднородности определить фильтрационные параметры горизонта, уточнить полученные данные обработкой результатов кустовой откачки, построить расчетную схему, определить гидродинамические характеристики потока, определить естественные динамические ресурсы целевых водоносных горизонтов, коэффициент водообмена со смежным горизонтом.

2. Выполнить гидродинамический расчет водозабора, определить необходимое количество скважин, обеспечивающее заданный водоотбор при соблюдении условия Sрасч ? Sдоп; обосновать схему водозабора; оценить обеспеченность заявленной потребности в подземных водах динамическими естественными ресурсами области фильтрации от разных источников; оценить опасность миграции загрязняющих веществ со стороны рек и из смежных водоносных горизонтов при эксплуатации водозабора в целевом горизонте, учесть несовершенство скважин с фильтром длиной l0, примыкающим к кровле горизонта.

3. Дать оценку изменений гидродинамических условий области фильтрации при функционировании водозабора.

Сделать заключение по проделанному проекту.

Введение

Курсовая проект выполнен по дисциплине "Динамика подземных вод" с целью закрепления теоретического материала, полученного во время учебного процесса для решения конкретных практических задач.

При выполнении курсового проекта были использованы учебники авторов Н.В. Фисун, Н.Н. Ленченко "Динамика подземных вод. Краткий курс лекций и лабораторный практикум" [2], конспекты лекций и материал практических занятий.

Цель проектируемых работ - выполнение гидродинамического расчета естественного и техногенного потоков подземных вод в зоне влияния водозабора, оценка изменений гидрогеологических условий в зоне его влияния.

Курсовой проект составлен в соответствии с учебно-методическим пособием по дисциплине «Динамика подземных вод», авторами которого являются Фисун Н.В., Фисун О.Н. [1]

1. Характеристика области фильтрации и проектируемого объекта

1.1 Описание основных гидрогеологических подразделений

Область фильтрации характеризуется фильтрационной схемой и планом, изображенными на Рисунок 1 и Рисунок 2. Она представляет собой гидрогеологическую систему, состоящую из пяти гидрогеологических подразделений:

1. Надъюрский водоносный горизонт (K-Q_IV), объединяющий литологически и генетически разнородную толщу, сложенную проницаемыми породами с общим уровнем безнапорных вод, слагающую междуречье рек А и Б. Горизонт содержит пресные подземные воды с минерализацией 0,3 г/дм³.

2. Верхнеюрский водоупорный горизонт (J₃), образованный плотными глинами, содержащими линзы и прослои песка, и развитый повсеместно. Разделяет надъюрский и верхнекарбоновый водоносные горизонты.

3. Верхнекарбоновый водоносный горизонт (С₃), развитый повсеместно. Водосодержащими породами служат трещиноватые известняки с прослоями мергеля и глин в нижней части. Наиболее водообильной является верхняя часть целевого горизонта. Подземные воды горизонта напорные с величиной избыточного напора над кровлей 35 м. Воды горизонта пресные с минерализацией 0,5 г/дм³, по всем показателям соответствуют СанПиН 2.1.4.1074-01 и могут использоваться для централизованного питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения.

4. Нижнекарбоновый водоупорный горизонт (С₁), развитый повсеместно и сложенный мощной толщей плотных глин.

5. Верхнедевонский водоносный горизонт (D₃), приуроченный к трещиноватым известнякам и доломитам с прослоями мергеля. Содержит соленые воды и рассолы. Служит потенциальным источником некондиционных вод, которые могут поступать в вышележащий водоносный горизонт.

Так как целевым является верхнекарбоновый водоносный горизонт, при дальнейшем описании будут рассматриваться только три верхних горизонта.

Рисунок 1. Фильтрационная схема в разрезе

1.2 Характеристика целевого водоносного горизонта

Целевым водоносным горизонтом является верхнекарбоновый водоносный горизонт (С3), развитый повсеместно. Водосодержащими породами служат трещиноватые известняки с прослоями мергеля и глин в нижней части. Наиболее водообильной является верхняя часть целевого горизонта. Подземные воды горизонта напорные с величиной избыточного напора над кровлей 80 м. Мощность водоносного горизонта верхнего карбонам m (С3) 40м. Активная пористость известняков верхнего карбона; горизонтальных вод и могут быть использованы для централизованного питьевого и хозяйственно- бытового водоснабжения.

Рисунок 2. План области фильтрации

1.3 Характеристика проектируемого объекта

Проектируемое возведение водозабора предназначено для изучения потока подземных вод, формирующегося в зоне его влияния под воздействием возмущения, которое создается в пласте в течение всего периода эксплуатации скважинами, количество которых будет вычислено в ходе решения курсового проекта. В соответствии с данными водозабор расположен в середине междуречья на расстоянии 33 м. Защищаемый объект располагается на расстоянии x = 1000 м от реки Б. Ширина водохранилища В= 5000 м. Радиус скважин r0=0,08 м. Река, на которой поднимают уровень воды - Б. Подъем уровня воды в водохранилище составит 40 м. Норма осушения составляет hoc = 11 м, Q = 5000 м3 /сут. Эксплуатационные характеристики проектируемого водозабора и показатели строения и свойств гидрогеологических подразделений: m₀ =10 м, k₀ =0,00008 м/сут, m=80 м, Q= 5000м³/сут, Ie=0,0008, r₀=0,08м, hизб=40 м, Н_ср= 780 м, tэ_ксп= 9125сут.

2. Схематизация гидрогеологических условий целевого водоносного горизонта и составление расчетной схемы в естественных условиях

2.1 Описание фильтрационной схемы области фильтрации

Область фильтрации с напорными водами приурочена к водоносному горизонту верхнего карбона. Пласт условно однородный, неограниченный в плане и ограниченный в разрезе. Режим фильтрации принимаем за квазистационарный, дальнейшие расчеты будут производиться по формуле Тэйса.

2.2 Определение показателей и свойств среды, подлежащих упрощению

Область фильтрации с грунтовыми водами приурочена к надъюрскому водоносному горизонту и, как следует из исходных данных(Рисунок 1) и фильтрационной схемы (Рисунок 2), сложена неоднородными по литологическому составу и фильтрационным свойствам породами (k?const), залегающими на наклонном водоупорном верхнеюрском горизонте (z1?z2). Поток имеет инфильтрационное питание, несовершенные внешние границы, что позволяет оценивать тип водообмена как горизонтально - вертикальный, структуру потока - профильную двухмерную.

Вычислим среднюю отметку залегания водоупора:

Zср = 0,5(Z1+ Z2)=0,5(740+740)=740 м

Вычислим мощность потока:

h1= H1 - Zср = 800-740 = 60 м

h2= H2 - Zср = 780-740 = 40 м

hср= 0,5(h1+h2) = 0,5(60+40) = 50 м

Определяем несовершенство вреза рек А и Б, принимая ДLнд=3Чhср

ДLнд = 3*hср = 3*50= 150 м

0,05L = 0,05*6000 = 300 м

150 м < 300 м, врез совершенный. Критерий ?L ? 0,05L выполняется. Поток имеет совершенные прямолинейные границы, фильтрация одномерная, линейная.

Вычислим уклон водоупора: ?=Z2?Z1/L= 740-740/6000=0

Водоупор залегает горизонтально, так как выполняется условие критерия 3.1 (приложение 2), i=0

Оценим критерий однородности для верхнего слоя делювия и мелких песков:

k_max/k_min= 30 / 2,1 = 14,3 м/сут

Оценив критерий k_max/k_min = 14,3 м/сут, принимаем этот слой с кусочной неоднородностью как условно однородный слой со средним коэффициентом фильтрации:

K_ср= = = 9,6 м/сут

Определим среднее значение коэффициента фильтрации для слоистой тощи:

Kср= = (20*9,6+15*30)/(20+15) = 18,3 м/сут

Вычислим составляющие водообмена:

Q_г = *к_ср*h_ср = м²/сут

Q_в=м²/сут

K_ВО= qв/ qг=0.6/2.6= 0,2

0.2, ? 0,1 , значит водообмен горизонтально-вертикальный

Используя полученные данные построим расчётную схему:

Рисунок 3 Расчётная схема для безнапорного потока

2.3 Уточнение гидродинамических показателей по результатам опытно-фильтрационных работ

Для уточнения параметров водоносного горизонта в зоне предполагаемого водозабора выполнена кустовая откачка. Куст скважин состоит из центральной и трёх наблюдательных скважин, которые удалены от центральной на расстояние 25, 50 и 100 м соответственно. Дебит откачки составил 3800 м³/сут, продолжительность - 10080 мин. Схема проведения откачки приведена на Строим индикаторный график откачки, предварительно подготовив исходные данные в виде таблицы в редакторе Excel:

Рисунок 4 Расчетная схема откачки

Таблица 1 Исходные данные опытно-фильтрационных работ