Приложение А (рекомендуемое). Расчет водопонизительных (дренажных) систем

Приложение А
(рекомендуемое)

Расчет водопонизительных (дренажных) систем

Общие указания

А.1 Для расчета водопонижения необходимо схематизировать природные условия и водопонизительную систему. Толща горных пород разбивается на условно-однородные водоносные и водоупорные (или условно-водоупорные) слои. Водоносный слой может быть принят неограниченным или ограниченным (полностью или частично) контуром питания или водонепроницаемым контуром. Питание водоносных слоев принимается за счет притока подземных вод из водоема или водотока, инфильтрации атмосферных осадков, перетекания из одного водоносного слоя в другой.

Водопонизительные системы схематизируются по этапам их развития и приводятся, как правило, к одной из следующих схем: кольцевой, неполно-кольцевой, линейной или групповой (не приводимой к схеме круга или прямой линии).

А.2 Расчеты водопонижения производятся для установившегося и неустановившегося режимов фильтрации. Расчеты для установившегося режима должны выполняться, как правило, во всех случаях (за исключением водопонижения в закрытых водоносных слоях, не имеющих питания). Расчеты по неустановившемуся режиму выполняются для периода с начала откачки до момента, соответствующего наступлению установившегося режима, определяемого в зависимости от условий питания водоносных слоев.

В закрытых водоносных слоях, не имеющих питания, расчет ведется только по неустановившемуся режиму.

А.3 Общий порядок расчета водопонизительной (дренажной) системы следующий:

устанавливается требуемое понижение уровня подземных вод (в зависимости от поставленной задачи водопонижения);

производится расчет притока к водопонизительной (дренажной) системе;

определяются параметры водопонизительной системы (число скважин, их глубина, производительность, диаметр, положение динамических уровней воды в скважинах, диаметр и пропускная способность трубчатых дренажей, параметры других водопонизительных устройств), исходя из общего притока определяются ординаты и производится построение депрессионных поверхностей подземного потока;

подбирается оборудование и рассчитываются водоотводящие устройства.

А.4 Приток подземных вод к водопонизительной системе следует определять в зависимости от требуемого понижения уровня подземных вод в расчетной точке по формуле

(А.1)

Допускается при соответствующем обосновании вместо величин h и k вводить в формулу (А.1) величину водопроводимости kh, , значение которой непосредственно определяется по результатам опытных откачек.

А.5 Общие притоки подземных вод к водопонизительным системам и горным выработкам определяются как сумма притоков из каждого водоносного слоя, дренируемого водопонизительной системой или непосредственно выработками.

Определение притока при установившемся режиме фильтрации

А.6 При определении по формуле (А.1) притока подземных вод к кольцевым, неполнокольцевым и линейным водопонизительным системам, а также горным выработкам при отсутствии или наличии противофильтрационной завесы значение Ф следует вычислять по формулам таблицы А.1. приложения А.

Таблица А.1

Продолжение таблицы А.1

Продолжение таблицы А.1

Окончание таблицы А.1

А.7 Приведенный радиус водопонизительной системы (выработки по границе высачивания подземных вод, противофильтрационной завесы по ее внутренней грани) следует определять по формулам:

для контурной водопонизительной системы (выработки или контурной завесы) с отношением сторон, равным или менее 10

(А.2)

для контурной водопонизительной системы (выработки или контурной завесы) с отношением сторон свыше 10 и для коротких (I < 2L) линейных водопонизительных систем

r = 0,25l; (А.3)

для длинной () линейной водопонизительной системы (траншей)

r = 0. (А.4)

А.8 Значение радиуса депрессии для контурных и коротких линейных водопонизительных систем и устройств следует принимать равным радиусу области фильтрации, когда ее граница - контур питания - может быть принята круговой формы, а для других граничных условий - по формулам таблицы А.2 приложения А, для длинных линейных водопонизительных систем и устройств - по формуле

. (А.5)

А.9 При двустороннем притоке к длинным линейным водопонизительным системам (устройствам) приток подземных вод определяется раздельно с каждой стороны (в зависимости от соответствующих расстояний до области питания) и суммируется.

Таблица А.2

Определение притока при неустановившемся режиме фильтрации

А.10 Для начального периода неустановившегося режима (депрессия не достигает области питания) значение функции понижения Ф следует определять по формулам схемы 1 таблицы A.3 или принимать равным значению величины Ф, определяемому по формулам установившегося режима (таблицы А.1), исходя из значений радиуса депрессии , вычисленных для соответствующих моментов времени по формуле

. (А.6)

Значение величины а определяется опытным путем или по формулам:

; . (A.7)

В дальнейшем, когда депрессия достигнет области питания, значения функции понижения для определения притока подземных вод к контурным и коротким линейным водопонизительным системам по формуле (А.1) следует принимать по формулам схем 2-7 таблицы А.3.

Значения примененной в таблице А.3 функции Ei(-u) приведены в таблице А.4.

Таблица A.3

Окончание таблицы A.3

Таблица А.4

u	Ei(-u)	W (u, v) при v
		0,05	0,1	0,2	0,6	1,0	2,0	5,0
0		6,228	4,854	3,505	1,555	0,842	0,228	0,007
0,01	-4,038	4,043	3,815	3,288	1,555	0,841	0,228	0,007
0,02	-3,355	3,326	3,344	2,852	1,553	0,841	0,228	0,007
0,03	-2,959	3,037	2,887	2,690	1,542	0,841	0,228	0,007
0,04	-2,681	2,748	2,629	2,482	1,521	0,841	0,228	0,007
0,06	-2,468	2,458	2,427	2,311	1,493	0,841	0,228	0,007
0,06	-2,295	2,312	2,262	2,167	1,459	0,839	0,228	0,007
0,07	-2,161	2,166	2,123	2,044	1,423	0,836	0,228	0,007
0,08	-2,027	2,021	2,003	1,935	1,386	0,832	0,228	0,007
0,09	-1,919	1,754	1,898	1,839	1,349	0,826	0,228	0,007
0,1	-1,823	1,487	1,805	1,763	1,312	0,819	0,228	0,007
0,2	-1,223	1,221	1,216	1,194	0,996	0,715	0,228	0,007
0,3	-0,906	1,000	0,902	0,890	0,778	0,601	0,216	0,007
0,4	-0,702	0,779	0,700	0,693	0,621	0,502	0,205	0,007
0,5	-0,560	0,559	0,558	0,553	0,504	0,421	0,194	0,007
0,6	-0,454	0,476	0,453	0,450	0,415	0,354	0,177	0,007
0,7	-0,374	0,393	0,373	0,370	0,345	0,300	0,161	0,007
0,8	-0,311	0,310	0,310	0,308	0,289	0,254	0,144	0,007
0,9	-0,260	0,223	0,260	0,258	0,244	0,217	0,128	0,007
1,0	-0,219	0,136	0,219	0,218	0,206	0,186	0,114	0,007
2,0	-0,049	0,049	0,049	0,049	0,047	0,044	0,034	0,005
5,0	-0,001	0,001	0,001	0,001	0,001	0,001	0,001	0,000
8,0	0	0	0	0	0	0	0	0

А.11 При определении притока подземных вод к контурной или короткой линейной водопонизительной системе в толщах, сложенных из нескольких неоднородных слоев, неограниченных или ограниченных с одной стороны (имеющих одну прямолинейную границу), значения функции понижения для слоя, из которого производится откачка, следует принимать по формулам

для неограниченного слоя

; (А.8)

для слоя, ограниченного с одной стороны,

. (А.9)

Здесь знаки "" соответствуют: "плюс" - непроницаемому контуру, "минус" - контуру питания. Значения функции W (u, v) определяются по таблице А.4, где:

, (А.10)

определяется для соответствующих расчетных схем по формулам таблицы А.5.

Таблица А.5

Для центра и контура системы .

А.12 При определении притока подземных вод к длинным линейным водопонизительным системам по формуле (А.1) значения функции понижения Ф вычисляются по формуле

. (А.11)

Значения функций F(u) определяются по графику рисунка А.1.

А.13 Значение функции понижения при разновременном пуске или остановке элементов водопонизительной системы, когда на каждом i-м промежутке времени и график расхода Q(t) изображается ступенчатой линией (рисунок А.2), следует определять для n-го промежутка времени по формуле

(А.12)

А.14 Продолжительность неустановившегося режима допускается принимать равной значению времени t, при котором вычисляемая по таблице А.3 функция понижения Ф достигает значения, определяемого для соответствующих схем и условий питания по таблице А.1.

Расчет скважинных водопонизительных систем

А.15 Расположение водопонизительных скважин, их число и заглубление следует принимать исходя из притока подземных вод и необходимого понижения их уровня.

Расчетную производительность скважин следует определять с учетом полученных опытных данных.

При отсутствии опытных данных производительность скважины, при которой обеспечивается длительная и эффективная работа водопонизительной скважины с учетом проницаемости осушаемой породы и конструктивных параметров скважины, допускается определять по эмпирической формуле

(А.13)

А.16 При расчете водопонизительных скважин, предварительно задаваясь их параметрами (глубиной, диаметром и длиной смоченной части фильтра) и руководствуясь опытными данными, а при их отсутствии - формулой (А.13), необходимо определить производительность одной скважины. Исходя из производительности одной скважины и общего притока подземных вод к водопонизительной системе, намечают число скважин и их расположение, принимая на каждую их них примерно равную нагрузку. При этом необходимо принимать во внимание особенности гидрогеологических условий, а также уменьшение с течением времени производительности скважин по мере сработки уровней подземных вод и в результате процессов кольматации, коррозии и химического зарастания фильтров.

А.17 При принятых расположении и производительности скважин необходимо проверить величины понижения уровня подземных вод в расчетных точках на линии водопонизительных скважин и в самих скважинах.

Понижения в расчетных точках при контурных и линейных водопонизительных системах следует вычислять исходя из значений функции понижения Ф, определяемых по формулам схем 1 и 2 таблицы А.1 и формуле (А.1) при напорном потоке - непосредственно, при безнапорном - после подстановки в формулу (А.1)

. (А.14)

А.18 Понижение уровня подземных вод на линии скважин определяется по формуле (А.1) по значениям Ф при для контурных и для линейных систем.

Связь между понижениями уровней воды в совершенных скважинах и на их линии для напорного потока выражается формулой

. (А.15)

Связь между уровнями воды в совершенных скважинах и на их линии для безнапорного потока имеет вид

. (А.16)

Ордината уровня воды на линии скважин определяется по формуле

. (А.17)

Для совершенных скважин показатель внутреннего фильтрационного сопротивления

; (А.18)

. (А.19)

Для несовершенных по степени вскрытия водоносного слоя скважин показатель внутреннего фильтрационного сопротивления с учетом дополнительного гидродинамического сопротивления из-за неполного вскрытия водоносного слоя определяется по формуле

, (А.20)

в напорных условиях

, (А.21)

где определяется по графику рисунка А.3.

В безнапорных условиях в формуле (А.21) и при определении значения по графику рисунка А.3 следует вместо значения подставлять и вместо значения h подставлять .

При расчете систем из несовершенных скважин в формулы (А.15) и (А.16) следует вместо значения подставлять .

А.19 При выбранных числе, расчетной производительности и расположении водопонизительных скважин групповой системы следует проверить достижение требуемого понижения уровня подземных вод в расчетных точках и в самих скважинах путем суммирования действий каждой скважины в отдельности:

. (А.22)

Значения функций понижения для расчетных точек вне скважины определяются по формулам таблицы А.6, а в совершенной скважине от ее собственного действия - по формуле

. (А.23)

При расчете систем из несовершенных скважин по формулам (А.21)-(А.23) значение функции понижения входит в выражение расчетного радиуса , совершенной скважины, эквивалентной по дебиту действительной несовершенной скважине:

; . (А.24)

Расчет производится как для совершенных скважин с подстановкой в формулу (А.23) вместо величины расчетного радиуса .

А.20 Окончательная глубина скважин и глубина погружения скважинного насоса, а также диаметр и длина фильтра устанавливаются на основании определенных по А.18 и А.19 понижений и отметок уровней воды в самих скважинах.

Для длительного срока службы фильтр, как правило, следует располагать ниже уровня воды в скважине. При соответствующем обосновании допускается использовать водопонизительные скважины с незатопленным фильтром, например, на конечном этапе при понижении уровня воды до водоупора. В этом случае при определении длины действующей (смоченной) части фильтра следует учитывать высоту высачивания, определяющую уровень воды за скважиной, и вычислять длину действующей части незатопленного фильтра , м:

для совершенных скважин - по формуле

, (А.25)

для несовершенных скважин в формулу (А.25) вместо течения величины следует подставлять .

Расчет трубчатых и галерейных дренажей

А.21 При принятой глубине заложения кольцевого дренажа приток подземных вод к нему следует вычислять по формуле (А.1) и формулам схем 3 и 4 таблицы А.1.

Это же значение величины притока следует принимать при определении понижения уровней подземных вод согласно А.18 в точках, являющихся внешними по отношению к контуру дренажа.

А.22 Понижение уровня подземных вод в центре кольцевого дренажа при заданной глубине его заложения, а также требуемую глубину заложения кольцевого дренажа при заданном понижении в его центре следует определять из уравнения

Для схемы 3 таблицы А.1 ; для схемы 4 той же таблицы ;

. (A.27)

Значения функций ; и определяются соответственно по графикам рисунка А.5.

Уравнение (27) следует решать подбором или графически.

Таблица А.6

А.23 При заданной глубине заложения линейного дренажа приток подземных вод к нему следует определять по формуле (А.1) и формулам схем 5 и 6 таблицы А.1, а уровень подземных вод в точках на расстоянии х от оси линейного дренажа - по указаниям А.17 исходя из величины притока, вычисленной по формуле (А.11).

А.24 При заданном требуемом понижении в точке на расстоянии х от оси линейного дренажа следует вначале определить приток подземных вод к нему по формуле (А.1) и формулам схемы 2 таблицы А.1, затем, используя формулы схем 5 и 6 той же таблицы, определить подбором необходимую глубину заложения линейного дренажа.

А.25 Буквенные обозначения, входящие в формулы, приведены в приложении В.