где kф =5 м/сут - коэффициент фильтрации (для БВГ).
3. Действительная (фактическая) скорость фильтрации воды в породах с учетом их физического состояния(трещина, поры и т.п.)
V 0.01
U= = =0.5м/сут,
µ 0.02
где µ - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи.
4. Глубина залегания зеркала воды определяется разностью абсолютных отметок поверхности земли и зеркала воды, взятых для одной и той же точки.
т.1 187-177=10м
т.2 188-176=12м
5. Мощность водоносного горизонта определяется разностью абсолютной отметки зеркала воды и кровли водоупора, на котором сформировался водоносный горизонт.
т.1 177-154=23м
т.2 176-153,5=22,5м
II. Расчетная часть для напорного водоносного горизонта
1. Определяем гидравлический градиент
H1-H2 173-172
i = = = 0,003
l 350
2. Приведенная скорость фильтрации
v=i k =0,003*12=0,036 м/сут,
где k=12 м/сут - коэффициент фильтрации для НБГ
3. Действительная (фактическая) скорость фильтрации воды.
V 0.036
U= = =3,6 м/сут,
µ 0.01
где µ - эффективная пористость породы, численно равная величине водоотдачи.
4. Глубина залегания ПУНВГ (установившегося пьезометрического уровня) равна разности отметок поверхности земли и отметок ПУНВГ.
т.1 188-173=15м
т.2 187-172=15м
5. Мощность НВГ равна мощности вмещающих его трещиноватых известняков перхуровского возраста и составляет 15м
6. Определяем напорность НВГ, которая равна разности отметок ПУНВГ и кровли водоносного пласта (почвы верхнего водоупора)
т.1 173-147,5=25,5м
т.2 172-151,5=20,5м.
4.2 Определение скоростной высоты
Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил и на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.
P= *h*g=1*8*9,8=78,4 т/м2=0,78кПа,
где - плотность воды,
h=8м - высота столба метра,
g=9,8м-с2- ускорение свободного падения.
На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давление Р=100КПа=0,1МПа.
Энергетическим показателем воды, которая находится в порах горных пород, является гидростатический напор Нг, представляющий совокупность пьезометрической hp и геометрической z высот. Для безнапорного водоносного горизонта в центральной скважине применительно к выбранной т.А.
HГ=hp+ z=8+20=28м.
Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) hv.
u2 3,62 (3.6/86400)2
hv= = = =8.85.10-6м,
2g 19,6 19,6
где u - действительная скорость движения воды, размерность которой при расчетах переводится в м/с.
Тогда HГ=hp+ z+ hv=28+8,85.10-6 м,
где h - высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки, z- это геометрическая высота от дна выработки до горизонтальной плоскости сравнения напоров.
Т. к. скоростная высота слишком мала и стремиться к нулю, то ею можно пренебречь.
4.3 Движение подземных вод
4.3.1 Движение подземных вод в напорном пласте
Рассчитаем приток воды НВГ в подземную выработку шириной В=100м, находящуюся между скважинами и и вскрывающую водоносный пласт трещиноватых известняков на всю его мощность т.
Определяем расход потока с учетом действительной скорости движения вод
mBkф(H1-H2)
Q= =m.B.u=6*100*3,6=2160 м3/сут.
l .???????????????????????????????????
Расход потока на его ширине, равной единице, называется единичным расходом и обозначается q. Для нашей выработки определяем q на 1 погонный метр:
mkф(H1-H2) B
q= = m u=6*3,6=21,6 м3/сут.
l .???????????????????100
Единичный расход позволяет оперативно определить приток воды в выработку при проходке и вовремя вводить в действие откачивающее оборудование. Например. Если за смену пройдено 6 м штрека, то дополнительный расход составит
Q=q6=21,6 . 6=129,6 м3/сут.
Уравнение депрессионной кривой
x 175
Н=Н1- (H1-H2)=172- (172-171)=171,5 м;
l 350
x 180
Н=Н1- (H1-H2)=173- (173-172)=172,5 м;
l 360
x 260
Н=Н1- (H1-H2)=174- (174-173)=173,5 м.
l 520
Таким образом, депрессионная кривая подземных вод для данного примера является прямой линией, что свидетельствует об установившемся режиме движения подземных вод.
4.3.2 Движение подземных вод в безнапорном пласте
Определяем приток воды в траншею длиной 100 м, пройденную перпендикулярно направлению фильтрации между скважинами и до плотных глин московского возраста.
Расход потока при его ширине В равен с учетом фактической (действительной) скорости движения воды в БВГ
Bkф(H12-H22) 100 . 5(1762-1752)
Q=qB= = =8775 м3/сут.
2l . ????????????????????? 2 . 350 . 0.02
Уравнение для единичного расхода потока через известный напор H1 и неизвестный напор Н в сечении на расстоянии х от начала координат:
kф(H12-H22) 5(1762-1752)
q= = =87,75 м3/сут.
2l . ? 2 . 350 . 0.02
Уравнение депрессионной кривой
x 175
Н= H12 - (H12-H22) = 1762- (1762-1752) =175,5 м;
l 350
x 270
Н= H12 - (H12-H22) = 1772- (1772-1762) =176,5 м;
l 540
x 160
Н= H12 - (H12-H22) = 1792 - (1792-1782) =178,5 м.
l 320
Задаваясь любыми значениями х в пределах х<l и получая соответствующие им значения Н, можно по точкам построить депрессионную кривую между скважинами. Эта кривая является параболой.
4.4 Движение подземных вод к искусственным дренам
Горные выработки, из которых производится откачка воды, являются искусственными дренами водоносного пласта. Они подразделяются на горизонтальные (канавы, траншеи, галереи, штреки и т.п.) и вертикальные (скважины, стволы, колодцы, шурфы и т.п.). как вертикальные, так и горизонтальные горные выработки по степени вскрытия водоносного пласта делятся на совершенные (вскрывающие пласт на всю мощность и по всей его мощности имеющие водопроницаемые стенки) и несовершенные (вскрывают только часть пласта или имеют водопроницаемые стенки не по всей мощности).
Линия пересечения депрессионной воронки, образующейся вокруг выработки, из которой производится откачка воды, с вертикальной плоскостью, проходящей через ось выработки, называется депрессионной кривой, которая имеет максимальный наклон у стены выработки, а по мере удаления от нее постепенно выполаживается и практически сопрягается с линией первоначального напора Н. Расстояние от оси колодца до точки сопряжения депрессионной кривой с линией первоначального напора называется радиусом влияния выработки R.
Сниженный в результате продолжительной откачки уровень воды в вертикальной выработке (например, скважине), соответствующий напору ho в ней, называется динамическим уровнем, в отличие от статического уровня, который соответствует первоначальному напору Н в пласте. Величина S, на которую понижается уровень воды в скважине, называется понижением. Следовательно, понижение S=H - h. Уровень воды в дренажной скважине ниже уровня воды h за стенкой ее на величину h=h - ho, называемой гидравлическим скачком или высотой высачивания.
4.4.1 Движение напорных вод к совершенной вертикальной дрене
Данные для выполнения расчетов:
kф=12 м/сут - коэффициент фильтрации;
m=6 м - мощность водоносного пласта;
S - понижение
r=1 м - радиус выработки;
R=1,73 at - радиус влияния дрены, м,
kф H
a= - коэффициент уровнепроводности, м2/сут;
?
t=1год=365суток, время для которого определяется радиус влияния.
Предположим, что мы 365 суток производим откачку воды из т.1. принимаем водопонижение до середины пласта трещиноватых известняков московского горизонта - отметка 150м. Следовательно, водопонижение составит S=H -150=173,5-150=23,5 м.
Радиус выработки r=1 м;
Коэффициент уровнепроводности с учетом фактической скорости
kф . i . H 12 . 0,003 . 173,5
движения воды, a= = =624,6 м2/сут;
? 0,01
Время, для которого определяется радиус влияния t=365 суток.
Определяем радиус влияния дрены:
R=1,73 at =1,73 624,6 . 365=826 м.
Расход Q потока подземных вод к выработке через это сечение
2,73 kф m S 2,73 . 12 . 6 . 23,5 4619,16
Q = = = = 1593 м3/сут.
lgR - lgr lg826 - lg 1 2,9
Уравнение депрессионной кривой имеет вид:
Q
y = H - 0,366 (lgR - lgx).
kф m
Для построения кривой принять:
х1=0,1R=0,1 . 826=82,6м;
x2=0,15R=0,15 . 826=123,9м;
х3=0,2R=0,2 . 826=165,2м;
x4=0,3R=0,3 . 826=247,8м;
x5=0,5R=0,5 . 826=413м;
x6=0,8R=0,8 . 826=660,8м.
Тогда:
1593
y1=173,5 - 0,366 (lg826 - lg82,6)=165,4;
6 . 12
1593
y2=173,5 - 0,366 (lg826 - lg123,9)=166,9;
6 . 12
1593
у3=173,5 - 0,366 (lg826 - lg165,2)=167,9м;
6 . 12
1593
y4=173,5 - 0,366 (lg826 - lg247,8)=169,3м;
6 . 12
1593
y5=173,5 - 0,366 (lg826 - lg413)=171,1м;
6 . 12
1593
y6=173,5 - 0,366 (lg826 - lg660,8)=172,9м.
6 . 12
4.4.2 Движение безнапорных вод к совершенной вертикальной дрене
