6.9. Приплив ґрунтових вод до водозаборів

6.9.1. Депресійна вирва і радіус впливу.

При відкачуванні води внаслідок тертя між водою та частками ґрунту відбувається лійкоподібне зниження рівня. Утворюється вирва депресії, що має у плані колоподібну форму. У вертикальному перерізі вирва обмежується кривими депресії, кривизна яких зростає при наближенні до місця відкачування.

Радіус вирви депресії називають радіусом впливу R. Величина R входить до багатьох розрахункових формул. Найчастіше радіус впливу визначається за формулою Кусакіна

R = 1.95S ,

де S - зниження рівня води у центрі вирви під час відкачування, м; H - потужність горизонту ґрунтових вод, м; K_ф - коефіцієнт фільтрації, м/добу.

Для напірних водоносних горизонтів радіус впливу розраховують за формулою Зіхгарта:

R = 10S

Найбільш вірогідні значення R одержують спостереженням за рівнем води в свердловинах, що пробурені у двох чи трьох поперечниках від дослідної свердловини.

Розмір депресійної вирви залежить від гранулометричного складу і величини пор в гірських породах. Піски та гравій мають широкі вирви з великими радіусами впливу, малопроникні суглинки - менші вирви з невеликими радіусами впливу.

Для орієнтовних розрахунків можна використовувати табличні значення радіуса депресії (див. табл.2).

Таблиця 2

Середні значення радіуса депресії

Назва породи	Радіус депресії R, м
Супісок	40 ... 50
Пісок пилуватий	90 ... 140
Пісок дрібнозернистий	150 ... 200
Пісок середньозернистий	225 ... 350
Пісок крупнозернистий	275 ... 400
Пісок гравелистий	450 ... 500
Сильно тріщинуваті породи	> 600

6.9.2. Приплив ґрунтових вод до водозаборів.

Прогнозування можливого припливу ґрунтових вод до свердловин, колодязів, будівельних котлованів і траншей (канав) має велике практичне значення. Воно дозволяє запроектувати найкращу систему водозаборів або запропонувати ефективні заходи зниження рівня ґрунтових вод.

В залежності від конфігурації виробки бувають круглі (свердловини, колодязі), квадратні (колодязі та котловани) і прямокутні (траншеї, рови, канави). Котловани, свердловини і колодязі відносять до вертикальних водозабірних споруд, канави і траншеї – до горизонтальних.

Свердловини, котловани, колодязі та траншеї, дно яких досягає водотривів, називають довершеними, а якщо дно знаходиться вище від водотриву - недовершеними. Рівень води до відкачування називається статичним, а під час відкачування - динамічним.

Колодязі (котловани).При відкачуванні води із колодязя, свердловини або котловану утворюється депресійна вирва, рівень води у виробці знижується. Продуктивність виробки визначається величиною дебіту. Дебіт - це та кількість води, яку може дати виробка в одиницю часу при постійному водозниженні. Якщо води відкачується більше, ніж величина дебіту виробки, тобто більше тієї кількості, яка припливає до неї, тоді рівень води в водозаборі різко знижується.

Приплив води до довершеного колодязя або котловану визначають за формулою:

де Q - витрата (дебіт) свердловини, колодязя або котловану при відкачуванні, м³/добу; К_ф - коефіцієнт фільтрації, м/добу; Н – статичний рівень води у виробці, м; h – динамічний рівень води у виробці, м; r - наведений радіус (радіус кола, рівновеликого за площею колодязю або котловану), м; R - радіус впливу колодязя (котловану), м.

Рис. 19 Схема припливу безнапірних підземних вод а - до довершеного колодязя; б- до недовершеного: 1- водотрив; 2 – водоносний горизонт; 3 – зона аерації; 4 – колодязь; 5 – статичний рівень води; 6 – крива депресії; 7 –умовний водотрив

До недовершенного колодязя (котловану) вода прибуває через його стінки і дно. Дебіт таких виробок менший, ніж довершених. При відкачуванні вода прибуває тільки із частини водоносного шару (із активної зони його). Глибина активної зони H_a дорівнює 4/3 висоти стовпа води у колодязі до відкачування.

Дебіт недовершеної виробки (котловану) визначають за формулою Дюпюі

,

R_k = R + r,

де R визначається з формули І.П. Кусакіна, S - глибина зниження рівня підземної води при відкачуванні, м.

Траншеї, канави і рови призначенні для зниження рівня грунтових вод. Вони належать до системи дренажних устроїв. Вода до траншеї може прибувати з обох боків або з одного. Дебіт довершеної траншеї із двобічним припливом води визначають за формулою

На схилах вода до траншеї може надходити з одного боку. Дебіт траншеї з однобічним припливом – за формулою

,

де Q - витрата (дебіт) траншеї, м³/добу; К_ф - коефіцієнт фільтрації м/добу; l- довжина траншеї (канави), м; h - висота стовпа води у канаві, м; R - радіус впливу, м.

Витрати недовершених траншей та канав визначають за формулою:

Q_н = Q t/Н

де Q_н - витрата недовершеної канави (траншеї), м^з/добу; Q - витрата довершеної канави, м³ /добу; t - відстань від дна канави до РПВ, м;

Н – потужність горизонту ґрунтових вод, м.

Дренажні траншеї або канави (відкриті траншеї) працюють ефективно, коли відстань між ними <2R, тобто за умови перетинання депресійних кривих, так званого взаємовпливу водозаборів.

Одночасне відкачування води з траншей викликає змикання вирв депресії, виникає спільна зона зниження рівня підземних вод. Сумарний дебіт водозабірних споруд, що зазнають взаємовпливу, завжди менший, ніж сума дебітів тих же споруд, якщо вони працюють поодиноко. Розрахунок взаємовпливу складний, є в довідниках.