Генплан населеного пункту наведено в Додатку 1 (рис.1).
2. Визначення потреби у воді
Визначимо максимальну добову потребу населеного пункту в воді (м 3 / добу) за формулою:
де F - площа населеного пункту (визначається за планом), га;
n- щільність населення, чол. / га;
q - максимальна добова норма водоспоживання, л / чол.
Площі населених пунктів визначимо як площа опуклого чотирикутника за формулою:
де d1, d2 - діагоналі чотирикутника, м;
# 945; - кут між діагоналями.
F = 0,5 · 1380 · 1460 · sin90 = 100,74 га.
Розраховуємо максимальну добову потребу в воді:
Qсут = 100,74 · 130 · 180 · 10 -3 = 2375,3 м 3 / сут.
3. Обгрунтування місця розташування свердловини
Проаналізувавши генплан населеного пункту видно, що сама висока точка місцевості знаходиться на позначці горизонталі 58 м. Саме на ній і будемо проектувати свердловину.
Обраний ділянка знаходиться в найбільш сприятливих в санітарному відношенні умовах, що виключають можливість забруднення використовуваних підземних вод побутовими і промисловими стічними водами або водами з підвищено мінералізацією, газонасиченості і шкідливими компонентами.
4. Вибір експлуатаційного водоносного горизонту
За відомостями гідрогеологічного управління на ділянці буріння гідрогеологічні умови характеризуються даними, які наведені в таблиці 2.
Видно, що на території розташовано два основних водоносних горизонти. Перший від поверхні, безнапірний водоносний горизонт, міститься в середньо зернистих пісках. Потужність його близько 20 м, глибина залягання непостійна і залежить від рельєфу місцевості. Цей водоносний горизонт є поверхневим шаром і харчується за рахунок атмосферних опадів.
Другий водоносний горизонт, містить також безнапірні води, укладені в крупнозернистих пісках. Залягає на глибині 50 - 80 метрів. Має статистичний рівень води до 55 метрів від поверхні. Цей водоносний горизонт добре захищений від проникнення поверхневих вод, не залежить від атмосферних опадів, володіє постійним складом води і не вимагає пристрою водоочисних споруд.
Внаслідок усього вищесказаного, вибираємо в якості джерела водопостачання - другий водоносний горизонт.
Так як свердловина буде одиночній, то її проектування будемо вести як розвідувально-експлуатаційної свердловини, глибиною 80 метрів.
5. Розрахунок конструкції свердловини
Довжина проектованої свердловини становить близько 80 метрів, що дозволяє бурити свердловину ударно-канатним способом. Саме цей спосіб вибираємо для буріння свердловини, тим більше, що його застосування дозволяє уникнути глінізація експлуатаційних водоносних горизонтів, а також дозволяє випробувати водоносний горизонт при бурінні.
Початковий і кінцевий діаметр свердловини приймаються в залежності від сортаменту труб, способу буріння, розмірів і конструкції фільтра та насоса. Свердловини кріпляться декількома колонами обсадних труб, число яких залежить від глибини свердловини і виходу колон труб. Колона обсадних труб найбільшого діаметру називається кондуктором. Ці труби не входять в число безпосередніх технічних колон. Глибина опускання кондуктора призначається до першого водонепроникного пласта із заходом в цей пласт на 1 метр. З гідрологічних умов відомо, що перший водонепроникний шар - глина, яка перебуває на глибині залягання від 30 до 50 метрів. Отже, перша обсадна колона - кондуктор буде довжиною 31 метр.
Приплив води до свердловини в більшій мірі залежить від діаметра робочої частини фільтра, ніж від його довжини. Тому для збільшення припливу, а, отже, для зменшення числа свердловин, спочатку призначається максимальне значення діаметра труб, щоб отримати максимальний діаметр фільтра.
Максимально можливий діаметр кондуктора, згідно сортаменту сталевих труб, а також обмеження діаметрів занурюються труб, дорівнює 530 мм. Різниця в діаметрах між кондуктором і першою колоною, а також між попередніми та наступними колонами обсадних труб, повинна бути не менше 100 мм. Значить, наступну колону приймаємо діаметром 426 мм. Так як після пласта глини залягає водоносний шар крупного піску, від 50 до 80 метрів, то колона діаметром 426 мм буде останньою. Водоносний шар піску - безнапірний, отже, довжина колони повинна бути довгою до робочої частини фільтра і дорівнює 67,5 метрів.
Перша колона обсадних труб діаметром 530 мм встановлюється з подальшим затрубних цементуванням колони і підйомом цементного розчину до гирла свердловини. Експлуатаційна колона діаметром 426 мм виводиться на 0,5 метра над денною поверхнею з метою попередження потрапляння в свердловину поверхневих вод.
Далі складаємо схему конструкції свердловини (Додаток 1, рис.3) і проводимо розрахунки основних елементів (припливу води до свердловини і пропускної здатності фільтру).
На підставі схеми конструкції свердловини визначаємо максимально допустимий зниження рівня води за формулою:
де Lф - довжина робочої частини фільтра, яка залежить від потужності водоносного шару,
Приймаємо Lф = 12 м, і встановлюємо фільтр на відстані 0,5 метрів від підошви.
Довжину відстійника приймемо рівної 1 метр.
А - надфільтрової ділянку,
де Lн - загальна довжина насосу (зазвичай становить 2 -2,5 м), приймаємо Lн = 2м;
ас - необхідний для нормальної роботи стовп води над насосом, приймаємо ас = 1 м;
в - відстань від нижньої частини насоса до фільтра, приймаємо в = 2м;
Lн.ф. - верхня частина надфільтрової труби, яка повинна бути в обсадної трубі на ділянці 3 ... 5 м.
Оскільки довжина свердловини більше 30м, то Lн.ф. приймають не менше 5 м. Приймаємо Lн.ф. = 5 м.
Розраховуємо надфільтрової ділянку:
Максимально допустимий зниження рівня води:
S = 25 - (10 + 12 + 0,5) = 2,5 м.
Розрахуємо приплив води до досконалої свердловині в безнапірному водоносному шарі відповідно до розрахункової схемою (Додаток 1, рис.3), за формулою:
,
де до - коефіцієнт фільтрації водомістких порід, м / добу;
тому Водовмісні порода - крупний пісок, приймаємо для нього к = 30;
Н - потужність водоносного шару, м;
S - зниження рівня води в свердловині, при обов'язковому виконанні умови, що S≤0,5Н
2,5≤12,5 - умова виконується.
r - радіус свердловини в його водоприймальної частини, м;
де dф - діаметр фільтра.
При ударному бурінні діаметр фільтра повинен бути на 50 мм менше внутрішнього діаметра обсадної колони. Приймаємо діаметр фільтра dф = 356 мм.
r = 0,5 · 3,56 = 1,78 м.
R - умовний радіус припливу води до свердловини, м.
Так як добова потреба населеного пункту в воді становить 2377,3 м 3 / сут, а добовий приплив води до свердловини 2722 м 3 / сут, значить однієї свердловини - досить.
Розрахуємо пропускну здатність фільтра (Додаток 1, рис. 4).
Для крупного піску середній діаметр частинок становить 0,5 ... 1 мм. Для такого піску необхідно встановлювати фільтри трубчасті або стрижневі з дротяною обмоткою, штамповані листи з квадратним перетином сітки.
Розмір прохідних отворів при сітчастому покритті визначимо за формулою:
Оскільки маємо безнапірний водоносний шар, то потужність його обмежена, а, отже, і обмежена довжина фільтра. Визначимо діаметр фільтра:
,
6. Підбір водопідіймального обладнання
Виходячи з добової потреби у воді населеного пункту Qсут = 2357,3 м3 / добу, визначимо годинну потреба:
Qч = Qсут / 24 = 2357,3 / 24 = 98,22 м 3 / ч.
За годинниковою потреби підбираємо марку насоса - ЕЦВ 12-160-100, який має технічні характеристики, представлені в таблиці 3.
Таблиця 3 Характеристика відцентрового насоса ЕЦВ 12-160-100
Діаметр водопідйомних труб дорівнює 114 мм.
7. Вибір конструкції оголовка
Залежно від місцевих умов і типу обладнання гирлі свердловини слід розташовувати в наземному павільйоні або заглибленою камері.
Так як грунтові води не залягають близько до поверхні, то є можливість побудувати заглиблений павільйон.
Для свердловин, обладнаних насосом типу ЕЦВ, також переважно будувати заглиблений павільйон, що і робимо.
Навколо свердловини відкопується яма, глибиною 2,2 метра і 2 метри шириною. Відсипається гравійна подушка 40 см, яка служить фільтром при весняному підвищенні рівня грунтових вод - в свердловини не намивають глина. Завдяки гравійної подушці, взимку зберігається плюсова температура в приямку. На гравійну подушку ставляться два залізобетонних кільця діаметром 1,5 метра, які скріплюються цементом. Скинений монтується залізобетонна кришка. Отвір в кришці має знаходитися строго над свердловиною, на випадок проведення ремонтних робіт зі свердловиною. Далі йде цегляна кладка 40 см і чавунний люк. Із зовнішнього боку кільця обробляються бітумом.
Свердловина обладнується рівнеміром і витратоміром для періодичних вимірів динамічного рівня і дебіту.
Установка погружного насоса в свердловину проводитися після спорудження павільйону насосної станції.
Після установки насоса проводитися герметизація гирла свердловини.
У будівлі насосної станції розміщені: пульт керування насосом, водомірний вузол, регулююча та запірна арматура, обладнані вузли для подачі води.
Герметизація гирла свердловини здійснюється за допомогою оголовка, конструкція якого прийнята за типовим рішенням серії 4.901-16 "Герметизовані оголовки трубчастих колодязів", і досягається створенням ущільнень з гумових прокладок (схему оголовка см. В Додатку 1 рис. 2). Конструкція оголовка забезпечує повну герметизацію, що виключає проникнення в міжтрубний і затрубний простір свердловини поверхневої води і забруднень.
Облік обсягу откачиваемой води здійснюється лічильниками холодної води.
Трубопроводи і трубопровідна арматура, встановлені в будівлі станції, забезпечую подачу води в резервуари чистої води.
8. Визначення розмірів зони санітарної охорони
Відповідно до СНиП 2.04.02-84 і СанПіН 2.1.4.1110-12 зона санітарної охорони (ЗСО) джерела водопостачання (свердловин) повинна складатися з трьох поясів: першого - суворого режиму, другого і третього - режимів обмеження.
Санітарно-оздоровчі та захисні водоохоронні заходи встановлюються для кожного поясу ЗСО відповідно до його призначення та виконуються як одноразові заходи, здійснювані до початку експлуатації водозабору (наприклад, знесення будівель, пристрій огорожі та ін.), Або як постійні заходи режимного характеру (заборона будь-якого будівництва, використання отрутохімікатів і ін.).
В околиці водозабору встановлюється зона санітарної охорони (ЗСО), в якій здійснюються спеціальні заходи, що виключають можливість надходження забруднень в водозабір і в водоносний пласт в районі водозабору.
При організації ЗСО враховується вид забруднень (мікробне, хімічне), що визначає їх стійкість (стабільність) і можливу довжину шляху просування в водоносному шарі.
У разі, коли залягає над водоносним горизонтом товща порід не забезпечує природної захищеності підземних вод від поверхневого забруднення, захист водозабору в межах ЗСО реалізується спеціальними заходами так, щоб можливі джерела забруднень були віддалені від кордонів ЗСО на відстань, при якому тривалість руху забруднень по пласту буде не менш заданої.
Буріння свердловин проектується на водоносний горизонт крупного піску. Горизонт надійно захищений від поверхневого забруднення потужною товщею вишезалегающіх водотривких порід (глина). В межах всіх трьох поясів зони санітарної охорони свердловини і відноситься по гідрогеологічних характеристикам до типу захищених.
Крім того, проектована конструкція свердловин передбачає ряд технічних заходів, що забезпечують надійність санітарного стану свердловин:
- інтервал 0 - 21 м перекриваються колоною обсадних труб діаметром 530 мм з цементування затрубного простору і підйомом цементного розчину до гирла свердловини; колона виводитися на 0,5 м вище денної поверхні;
- інтервал 0 - 67,5 м перекриваються колоною обсадних труб діаметром 426 мм з цементування затрубного простору і підйомом цементного розчину до гирла свердловини; колона виводитися на 0,5 м вище денної поверхні;
Кордон першого поясу ЗСО встановлюємо на відстані 30 м навколо свердловини і розміром близько 0,25 га, тому що використовуємо захисні підземні води.
Територія першого поясу повинна бути огороджена парканом, захищена смугою зелених насаджень і забезпечена охороною. Планування її необхідно проводити так, щоб поверхневий стік відводився за межі території в водовідвідні канави. Територія навколо свердловини, підземного резервуара, а також проїзди, обов'язково асфальтіруем.
Другий пояс зони санітарної охорони включає територію, яка забезпечує запобігання експлуатаційного водоносного шару від забруднення.
На території другого поясу забороняється розташовувати тваринницькі ферми ближче, ніж на 300 м від кордону першого пояса, а також стійбища і випас худоби ближче, ніж на 100 м від кордону першого поясу.
Завданням розрахунку ЗСО другого поясу є встановлення меж, які забезпечують запобігання попаданню в свердловину як нестійких (бактеріальних, радіоактивних та ін.), Так і стійких (хімічних) забруднень.
Тому видалення кордонів зони передбачається таке, при якому або виключається приплив води до свердловини з території, розташованої далі встановлених меж, або часу, протягом якого вода пройде від кордонів зони до свердловини, буде не менше розрахункового терміну експлуатації свердловини.
Схема припливу води до свердловини і межі зони припливу показані на рис. 5 (Додаток 1).
Визначимо ширину зони на ділянці, розташованій від свердловини проти напрямку руху підземних вод:
А = 2 · 982 = 1964 м.
В результаті проведених розрахунків отримуємо, що для побудови свердловини необхідно близько двохсот неоподатковуваних мінімумів доходів громадян.
2. Каліцун В.І. Кедрів В.С. Ласків Ю.М. Гідравліка, водопостачання і каналізація. Підручник для вузів. - М.: Стройиздат, 1980. - 359 с.
3. Лишак Ю.Н. Ожерельев П.Є. Вибір і обгрунтування способу буріння і конструкції водозабірних свердловин. - М. ВЗІІТ, 1989.
Всі матеріали в розділі "Будівництво"