Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВНИИ ВОДГЕО) Госстроя СССР

ПОСОБИЕ

по проектированию сооружений для забора подземных вод
(к СНиП 2.04.02-84)

Утверждено

приказом ВНИИ ВОДГЕО

от 26 марта 1986 г. № 46

Рекомендовано к изданию решением секции “Инженерная гидрогеология” Научно-технического совета ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие разработано к СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

В Пособии приведены: основные положения по использованию подземных вод в народном хозяйстве, их охране от загрязнения и истощения, описание применяемых в современной практике водоснабжения типов водозаборов (скважин, шахтных колодцев, горизонтальных и лучевых водозаборов, каптажей источников), их конструктивных особенностей и гидрогеологических условий применения, состав исходных данных для проектирования водозаборов; требования к подготовленности эксплуатационных запасов подземных вод для разработки проектов и рекомендации по использованию материалов о наличии подземных вод для обоснования принятия их на предпроектных стадиях в качестве источника водоснабжения, методы проектирования водозаборных сооружений, условия выбора и технико-экономического обоснования типа водозаборов; методика расчета производительности водозаборов, данные по оборудованию водозаборов фильтрами, водоподъемниками и контрольно-измерительной аппаратурой, способы пополнения запасов подземных вод; необходимые резервы на водозаборах в подаче воды; указания об опробовании водозаборов, наблюдениях за режимом подземных вод на их участках, технические условия и способы восстановления производительности водозаборов.

В Пособии излагаются также основные положения по оценка качества воды и составлению проектов зон санитарной охраны водозаборов подземных вод.

Пособие отражает современный научно-технический и производственный уровни использования подземных вод для водоснабжения, опыт проектирования, строительства и эксплуатации водозаборов, а также последние научные достижения в области оценки эксплуатационных запасов подземных вод.

Пособие разработано ВНИИ ВОДГЕО (доктора техн. наук В. С. Алексеев, Н. П Куранов, А. Ж. Муфтахов, кандидаты техн. наук К. С. Боголюбов, Г. М. Коммунар, Н. Н. Лапшин), А. Е. Орадовская, В. Т. Гребенников, Э. М. Хохлатов), Союзводоканал-проектом (инженеры А. И. Арцев, А. Ф. Бриткин, А. С. Игнатович);

ПНИИИС (канд. техн наук Г. А. Разумов), ВНИИГС Минмонтажспецстроя СССР (канд. техн. наук В. В. Верстов)

1 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ И ПОДЗАКОННЫЕ НОРМАТИВНЫЕ АКТЫ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Основные законодательные акты

1.1. Подземные воды как природный объект в пределах территории СССР находятся в собственности государства и предоставляются хозяйственным, общественным организациям и отдельным гражданам только в пользование.

При использовании подземных вод в народном хозяйстве возникает круг водных отношений, подлежащих регулированию водным законодательством.

Таким единым для всей страны законодательным актом являются “Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик”.

Этим основным законодательным актом, имеющим юридическую силу, регулируются общие водные отношения в СССР по поводу природных запасов воды, их изучения, учета, использования, планирования, освоения, охраны от загрязнения и истощения, предупреждения и ликвидации вредного воздействия вод, устройства и эксплуатации водохозяйственных сооружений, прав и обязанностей водопользователей-предприятий, организаций, учреждений и граждан, контроля за использованием и охраной вод.

В отношении использования подземных вод статья 21 “Основ водного законодательства” гласит: “Использование подземных вод питьевого качества для нужд, не связанных с питьевым и бытовым водоснабжением, как правило, не допускается. В районах, где отсутствуют необходимые поверхностные водные источники и имеются достаточные запасы подземных вод питьевого качества, органы по регулированию использования и охране вод могут разрешить использование этих вод для целей, не связанных с питьевым и бытовым водоснабжением”.

В статье 24 указано: “Подземные воды (пресные, минеральные, термальные), не отнесенные к категории питьевых или лечебных вод, могут в установленном порядке использоваться для технического водоснабжения, извлечения содержащихся в них химических элементов, получения тепловой энергии и других производственных нужд с соблюдением требований рационального использования и охраны вод”, а в статье 14 сформулированы понятия о двух видах водопользования: общем - осуществляемом без применения сооружений или технических устройств, влияющих на состояние вод, и специальном - осуществляемом с применением таких сооружений или устройств. К специальному водопользованию в отдельных случаях может быть отнесено пользование водными объектами без применения сооружений и технических устройств, но оказывающее влияние на состояние вод. Отбор подземных вод водозаборами является специальным видом водопользования.

1.2. В полном соответствии с “Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик” в каждой союзной республике разработаны и утверждены в законодательном порядке и действуют в качестве республиканских законодательных актов “Водные кодексы”.

В отличие от Основ, регулирующих весь круг водных отношений и содержащих изложенные в общем виде принципиальные установки о правом режиме водных ресурсов, условиях и порядке их учета, использования и охраны применительно к Союзу ССР в целом, Водные кодексы, регулирующие также весь круг водных отношений, имеют силу закона лишь в пределах республик и содержат детальное изложение юридических норм, направленных на использование и охрану водных ресурсов,

Так, в Водном кодексе РСФСР, например в статье 45, имеются прямые указания об обязательном ведении наблюдений за режимом источников водоснабжения при их эксплуатации, а в статье 100 - об оборудовании водозаборов подземных вод “устройствами для систематического наблюдения за уровнем воды и водомерами для измерения дебита в процессе эксплуатации” и др.

Подзаконные нормативные акты, регулирующие отдельные стороны водных отношений.

1.3. Наряду с указанными основными законодательными актами имеется и действует ряд подзаконных нормативных актов, изданных на основании и во исполнение закона и также регулирующих те или иные стороны водных отношений как в СССР в целом, так и в союзных республиках.

В п. 1.4 и далее приводятся наименования подзаконных нормативных документов и изложение в них положений, подлежащих учету при проектировании водозаборов подземных вод.

1.4. Постановление Совета Министров СССР от 4 сентября 1959 г. “Об усилении государственного контроля за использованием подземных вод и о мероприятиях по их охране” с изменениями и дополнениями от 6 апреля 1982 г. и “Положение об охране подземных вод на территории СССР” (1984 г.).

Согласно Постановлению, бурение эксплуатационных скважин на воду, переоборудование разведочных скважин в эксплуатационные, строительство и переоборудование капотажных сооружений для использования подземных вод производятся только с разрешения министерства (управления) геологии союзных республик или производственных геологических объединений и по согласованию с местными органами государственного санитарного надзора и органами по регулированию использования и охране вод.

В Положении указано, что проектирование водозаборов подземных вод осуществляется организациями, имеющими право на проведение этих работ. Проект должен быть согласован с геологическими организациями, органами государственного санитарного надзора, органами по регулированию использования и охраны подземных вод, а также с землепользователем. Согласование проекта проводит генпроектировщик совместно с заказчиком, при необходимости привлекается проектная организация, разрабатывающая проект. В Положении указаны также необходимость оборудования скважин устройствами для наблюдений за уровнем воды в пласте, дебитом скважин и отбора из них проб воды на анализ; меры по охране подземных вод от загрязнения и истощения и меры контроля за их использованием.

1.5. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 29 декабря 1972 г. “Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов”. В нем, в частности, указано, что ответственность за организацию рационального использования подземных вод в народном хозяйстве и за охрану их от загрязнения и истощения несет Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР и что это же министерство осуществляет государственный контроль за рациональным использованием вод и их охрану от загрязнения и истощения. Установлено, что функции органов по регулированию использования и охране вод, предусмотренные “Основами водного законодательства СССР и союзных республик”, выполняются Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР, одноименными министерствами и другими союзно-республиканскими органами мелиорации и водного хозяйства союзных республик, подчиненными им бассейновыми (территориальными) управлениями по регулированию использования и охране вод, а также другими органами системы Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР.

Этим же постановлением функции контроля за охраной подземных вод от истощения и загрязнения возложены на Министерство геологии СССР. Введен с 1 июля 1973 г. государственный учет вод и их использования по единой для Союза ССР системе. Возложен учет вод и ведение Государственного водного кадастра на Государственный комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды совместно с Министерством геологии СССР (по разделу подземных вод) и Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР (в части учета потребления и распределения воды).

1.6. Постановление Совета Министров СССР от 10 марта 1975г. № 197, утвердившее “Положение о государственном учете вод и их использовании”, согласно которому государственный учет вод и их использование осуществляются по единой для Союза ССР системе Государственным комитетом СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды совместно с Министерством геологии СССР (по разделу подземных вод) и Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР (в части учета использования вод).

1.7. Постановление Совета Министров СССР от 2 июня 1976 г. «О порядке разработки и утверждения схем комплексного использования и охраны вод», в котором в соответствии с “Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик” указано, что в целях определения принципиальных направлений водного хозяйства страны и отдельных ее регионов должны разрабатываться генеральные схемы комплексного использования и охраны вод для страны в целом, бассейновые схемы для рек, территориальные схемы для экономических районов союзных республик и автономных республик, краев, областей.

В Постановлении выделяются схемы общесоюзного и республиканского значения и соответственно порядок их утверждения и утверждающие органы.

К схемам общесоюзного значения относятся:

генеральные схемы комплексного использования и охраны вод;

бассейновые схемы комплексного использования и охраны водных объектов, регулирование и пользование которыми отнесено к компетенции Союза ССР;

бассейновые схемы комплексного использования и охраны вод в случаях, когда бассейн расположен на территории двух или более союзных республик, а также в случаях, когда бассейн расположен на территории одной республики, но намечаемые в схеме мероприятия изменяют условия водообеспечения и состояние вод других союзных республик;

территориальные схемы комплексного использования и охраны вод в случаях, когда намечаемые в схеме мероприятия изменяют водообеспечение и состояние вод двух или нескольких союзных республик.

Остальные бассейновые и территориальные схемы комплексного использования и охраны вод относятся к схемам республиканского значения. Схемы комплексного использования и охраны вод общесоюзного значения утверждаются Госпланом СССР по согласованию с Госстроем СССР, а схемы республиканского значения - Советами Министров союзных республик или по их поручению госпланами союзных республик по представлению органов по регулированию использования и охране вод союзных республик.

1.8. Постановление Совета Министров СССР от 10 июня 1977 г. “О порядке согласования и выдачи разрешений на специальное водопользование” (с учетом изменений и дополнений от 11 февраля 1982 г.) и “Инструкция о порядке согласования и выдачи разрешений на спецводопользование” НВН 33-5.1.02-83, утвержденная Минводхозом СССР и согласованная с Госстроем СССР.

Разрешения на специальное водопользование выдаются:

Министерством мелиорации и водного хозяйства СССР, если специальное водопользование осуществляется на водных объектах, регулирование пользования которыми отнесено к компетенции Союза ССР;

управлением “Каспводнадзор”, если специальное водопользование осуществляется в зоне его деятельности.

Министерствами мелиорации и водного хозяйства и другими союзно-республиканскими органами мелиорации и водного хозяйства союзных республик и их органами на местах при осуществлении специального водопользования на водных объектах, регулирование пользования которыми не отнесено к компетенции Союза ССР, если указанные водные объекты используются в качестве источников для централизованного водоснабжения, отнесены к категории судоходных или лесосплавных путей, либо используются для добычи подземных вод с принудительным понижением уровня воды или для сброса сточных вод.

В остальных случаях разрешение на специальное водопользование выдается исполкомами местных Советов депутатов трудящихся в порядке, определяемом Советами Министров союзных республик.

Специальное водопользование на водных объектах, предоставленных в обособленное пользование предприятиям, организациям и учреждениям - первичным водопользователям, разрешается по согласованию с этими предприятиями, организациями, учреждениями. В случаях, установленных законодательством Союза ССР и союзных республик, разрешения на специальное водопользование на указанных объектах выдаются первичными водопользователями по согласованию с органами по регулированию использования и охране вод.

Разрешения на специальное водопользование для вновь строящихся, реконструируемых предприятий и других объектов представляет заказчик проектов при определении мест строительства объектов.

Разрешения на специальное водопользование выдаются после согласования водопользователем условий этого водопользования с органами, осуществляющими государственный санитарный надзор, во всех случаях (кроме случаев выдачи разрешений на молевой сплав леса, а также на сплав древесины в пучках и кошелях без судовой тяги в соответствии со статьей 26 “Основ водного законодательства Союза ССР и союзных республик”); с органами, осуществляющими охрану рыбных запасов - при выдаче разрешений на пользование рыбохозяйственными водоемами; с органами геологии - при выдаче разрешений на пользование подземными водами, а также на сброс сточных вод в подземные водоносные горизонты, если указанный сброс допускается действующим законодательством; с органами государственного горного надзора - при выдаче разрешений на пользование гидроминеральными ресурсами; с органами государственной ветеринарной службы - при выдаче разрешений на забор воды для нужд животноводства, рыбоводства и предприятий по переработке и хранению продуктов и сырья животного происхождения.

1.9. Указ Президиума Верховного Совета СССР от 1 октября 1980 г. “Об административной ответственности за нарушение водного законодательства” и “Методические рекомендации о порядке привлечения к административной ответственности лиц, виновных в нарушении водного законодательства в части охраны подземных вод от загрязнения и истощения”, утвержденные Министерством геологии СССР 8 октября 1981 г. В соответствии с Указом предусмотрены штрафы на должностных лиц от 50 до 100 руб. и на граждан от 30 до 50 руб.

1.10. Распоряжение Совета Министров СССР от 25 октября 1983 г. об инвентаризации самоизливающихся скважин и “Положение о порядке приемки выполненных работ по дооборудованию и ликвидации самоизливающихся артезианских скважин”, утвержденное Министерством геологии СССР 8 октября 1985 г. По указанному Положению на территории действия соответствующих ПГО создаются постоянно действующие комиссии, которые следят за работой самоизливающихся скважин и при необходимости принимают меры по их ликвидации.

1.11. Постановление Совета Министров СССР от 25 февраля 1983 г. № 177 “Об утверждении классификации эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод”, в котором, в частности, указано, что утверждение эксплуатационных запасов подземных вод не требуется при проектировании новых и расширении (реконструкции) действующих предприятий, добывающих и использующих подземные воды, если капитальные вложения на строительство водозаборных сооружений не превышают 500 тыс. руб., а по объектам железнодорожного транспорта - 1 млн. руб.*.

* В объем капитальных вложений входит строительная стоимость всех сооружений системы водопровода от сооружений на источнике. До потребителя воды, а также стоимость сооружений энергоснабжения, связи, дорог.

1.12. Постановление Госстроя СССР от 23 сентября 1976 г. № 150, в соответствии с которым проекты водозаборов подземных вод подлежат согласованию с организациями Союзводоканалниипроекта (табл. 1).

Таблица 1

1.13. Распоряжение Министерства геологии СССР от 12 декабря 1976 г. № 285-Д, согласно которому заявки на разведку подземных вод должны согласовываться с организациями Союзводоканалниипроекта по табл. 1.

1.14. Директивное письмо Госстроя РСФСР и Министерства мелиорации и водного хозяйства РСФСР от 17 мая 1979 г. и соответствующие указания госстроев союзных республик о порядке согласовании схем и проектов районной планировки и схем генеральных планов, согласно которому:

схемы районной планировки автономных, республик, краев и областей, а также проекты районной планировки групп административных районов согласовываются с Минводхозом РСФСР;

проекты районной планировки отдельных административных районов согласовываются с бассейновыми (территориальными) управлениями по регулированию использования и охране вод Минводхоза РСФСР и управлением “Каспводнадзор” Минводхоза СССР;

схемы генеральных планов промышленных узлов, упорядочения промышленной застройки районов городов и размещения промышленных предприятий согласовываются:

а) при стоимости водопроводно-канализационных сооружений до 1 млн. руб. - с бассейновыми (территориальными) управлениями по регулированию использования и охране вод Минводхоза РСФСР и управлением “Каспводнадзор” Минводхоза СССР;

б) при стоимости водопроводно-канализационных сооружений свыше 1 млн. руб. - с Минводхозом РСФСР.

1.15. В СНиП 2.04.02-84 централизованные системы водоснабжения по степени обеспеченности подачи воды подразделяются на три категории:

I - допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30 % расчетного расхода и на производственные нужды до предела, устанавливаемого аварийным графиком работы предприятий; длительность снижения подачи не должна превышать 3 сут. Перерыв подачи воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время выключения поврежденных и включения резервных элементов, но не более чем на 10 мин;

II - величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 10 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время выключения поврежденных и включения резервных элементов или проведения ремонта, но не более чем на 6 ч.;

III - величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 15 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время проведения ремонта, но не более чем на 24 ч.

Объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы населенных пунктов следует относить при числе жителей более 50 тыс. чел. - к 1 категории; от 5 до 50 тыс. чел. - ко II категории; менее 5 тыс. чел. - к III категории. При необходимости повышения обеспеченности подачи воды на производственные нужды промышленных и сельскохозяйственных предприятий (производств, цехов, установок) следует предусматривать локальные системы водоснабжения. Проекты локальных систем, обеспечивающих технологические требования объектов, должны рассматриваться и утверждаться совместно с проектами этих объектов.

1.16. “Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод”, утвержденная Постановлением Совета Министров СССР 25 февраля 1983 г. и устанавливающая единые для Союза ССР принципы подсчета и государственного учета эксплуатационных запасов подземных вод по степени их изученности и народнохозяйственному значению, условия, определяющие подготовленность месторождений подземных вод для промышленного освоения, а также основные принципы оценки прогнозных ресурсов подземных вод.

Эксплуатационные запасы подземных вод по степени изученности подразделяются на разведанные - категории А, В, С₁ и предварительно оцененные - категория С₂. Прогнозные ресурсы подземных вод по степени обоснованности относятся к категории Р.

Целесообразная степень изученности месторождений, подготовленных для промышленного освоения, определяется в зависимости от сложности гидрогеологических условий, а также экономических факторов - затрат средств и времени, требуемых на производство разведочных гидрогеологических работ.

С учетом этого, месторождения или участки крупных месторождений (объекты самостоятельного промышленного освоения) подразделяются на следующие группы:

1 - месторождения (участки) с простыми гидрогеологическими, гидрохимическими или геотермальными условиями со спокойным залеганием водоносных горизонтов, выдержанных по мощности и однородных по фильтрационным свойствам водовмещающих пород, что определяет возможность экономически эффективной разведки на месторождениях (участках) этой группы запасов категории А;

2 - месторождения (участки) со сложными гидрогеологическими условиями вследствие невыдержанности мощности и строения водоносных горизонтов и неоднородности фильтрационных свойств водовмещающих пород, либо со сложными гидрохимическими или геотермическими условиями. На месторождениях (участках) этой группы разведка запасов категории А в большом количестве нецелесообразна из-за недостаточной эффективности и высокой стоимости геологоразведочных работ. Запасы месторождений (участков) этой группы разведуются в основном по категории В и частично по категории А;

3 - месторождения (участки) с очень сложными гидрогеологическими условиями вследствие высокой изменчивости мощности и строения водоносных горизонтов и фильтрационных свойств водовмещающих пород или ограниченного (очагового) распространения водоносных горизонтов, а также месторождения (участки) с весьма сложными гидрохимическими или геотермическими условиями. К этой же группе относятся месторождения (участки) питьевых и технических вод, эффективная разработка которых возможна при искусственном подпитывании водозаборов или применении сложных систем водозаборов (горизонтальных, лучевых), что требует осуществления при разведке строительства разведочно-эксплуатационного водозабора. На месторождениях (участках) этой группы выявление при детальной разведке запасов категории А нецелесообразно вследствие высокой стоимости и низкой эффективности разведки. Запасы месторождений (участков) этой группы разведуются в основном по категории В и частично по категории C₁.

Разведанные месторождения (участки месторождений самостоятельного промышленного освоения) считаются подготовленными для промышленного освоения при, соблюдении следующих условий:

а) балансовые запасы подземных вод утверждены ГКЗ СССР или в соответствующих случаях территориальными комиссиями по запасам полезных ископаемых (ТКЗ) производственных объединений Министерства геологии СССР;

б) утвержденные в установленном порядке балансовые запасы подземных вод, используемые при проектировании новых и реконструкции действующих водозаборных сооружений и предприятий, добывающих и потребляющих подземные воды, должны иметь соотношение различных категорий по табл. 2.

Таблица 2

Указанные в табл. 2 соотношения различных категорий запасов воды должны быть достигнуты на участках водозаборов, намечаемых к строительству для удовлетворения заявленной первоочередной потребности.

Запасы для удовлетворения перспективной потребности в воде должны быть разведаны не ниже категории C₁.

Возможность промышленного освоения разведанных месторождений (участков) всех групп при меньших соотношениях балансовых запасов различных категорий по сравнению с указанными, устанавливается ГКЗ СССР (ТКЗ) при утверждении запасов воды на основе экспертизы материалов подсчета запасов.

При проектировании водозаборных сооружений и предприятий, добывающих и использующих подземные воды, учитываются балансовые запасы подземных вод, утвержденные в соответствии с классификацией (п. 1.16). В исключительных случаях с разрешения Совета Министров СССР проектирование таких объектов может производиться до утверждения запасов воды с обязательным последующим утверждением.

Разведанные в пределах месторождений (участков) запасы категории C₁ сверх соотношения, указанного в табл. 2, в процессе проектирования должны учитываться при определении возможных перспектив расширения водозаборных сооружений (при выборе сечений водоводов, мощности насосных станций, определении глубины и конструкций эксплуатационных скважин, установлении зон санитарной охраны и разработке мероприятий по охране водозаборных участков от засорения и загрязнения).

Выявленные в процессе поисков запасы категории C₂ учитываются при составлении схем комплексного использования и охраны вод, водохозяйственных балансов и при планировании дальнейших разведочных работ на подземные воды.

1.17. В “Инструкции по применению классификации эксплуатационных запасов подземных вод к месторождениям питьевых и технических вод”, утвержденной ГКЗ СССР 19 января 1984 г., даны основные понятия о запасах и ресурсах подземных вод по их генетическим признакам, а именно:

естественные запасы - объем гравитационной воды, заключенный в порах, трещинах, карстовых и других пустотах горных пород, а также упругие запасы-объем воды, высвобождающейся из напорного водоносного горизонта при понижении в нем пластового давления;

естественные ресурсы - величина питания водоносного горизонта в ненарушенных эксплуатацией подземных вод гидрогеологических условиях.

Эксплуатационные запасы подземных вод обеспечиваются естественными запасами, естественными ресурсами, привлекаемыми в процессе эксплуатации поверхностными водами, а также искусственными запасами и ресурсами, формирующимися в результате гидротехнического строительства, орошения земель, искусственного подпитывания водозаборов и т. п.

В Инструкции приведена формулировка понятия “месторождение подземных вод”; под месторождением подземных вод подразумевается пространственно ограниченная часть водоносной системы, в пределах которой под влиянием естественных или искусственных факторов создаются благоприятные по сравнению с окружающими площадями условия для отбора подземных вод в количестве, достаточном для целевого использования их в народном хозяйстве.

По геолого-гидрогеологическим условиям, определяющим закономерности формирования запасов подземных вод, выделяются следующие основные типы геологических структур и образований и соответственно типы месторождений подземных вод: месторождения в современных и погребенных речных долинах; в артезианских бассейнах, в конусах выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин;

в массивах трещиноватых и трещинно-карстовых пород и в зонах тектонических нарушений; в песчаных массивах пустынь и полупустынь; в надморенных и межморенных водно-ледниковых отложениях, в таликовых зонах области развития вечномерзлых пород.

В Инструкции приведены также группы месторождений подземных вод по сложности гидрогеологических условий.

К 1-й группе относятся месторождения с простыми гидрогеологическими и гидрохимическими условиями, со спокойным залеганием водоносных горизонтов, выдержанных по мощности, строению и фильтрационным свойством водовмещающих пород: месторождения артезианских бассейнов, конусов выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин, частично надморенных и межморенных водно-ледниковых отложений, а также расположенные в речных долинах при условии обеспеченного восполнения эксплуатационных запасов за счет поверхностных вод.

Ко 2-й группе относятся месторождения: со сложными гидрогеологическими условиями вследствие невыдержанности мощности, строения или фильтрационных свойств водовмещающих пород при простых гидрохимических условиях (в артезианских бассейнах, связанных с водоносными горизонтами трещиноватых пород, в надморенных и межморенных водно-ледниковых отложениях невыдержанной мощности и неоднородных по фильтрационным свойствам водовмещающих пород и др.); со сложными гидрохимическими условиями, характерными для многих месторождений в песчаных массивах пустынь, полупустынь и в артезианских бассейнах.

К этой же группе относятся месторождения, эксплуатационные запасы подземных вод в которых периодически восполняются за счет поверхностных: в подрусловых таликах области развития вечномерзлых пород, в речных долинах, в ограниченных по площади структурах или массивах трещинных или трещинно-карстовых пород.

К 3-й группе относятся месторождения: с очень сложными условиями вследствие высокой изменчивости мощности и строения водоносных горизонтов и фильтрационных свойств водовмещающих пород: месторождения в краевых частях артезианских бассейнов платформенного типа с -неявно выраженными источниками формирования эксплуатационных запасов подземных вод; с ограниченным распространением водоносных горизонтов (месторождения трещинно-карстовых и трещинно-жильных вод, не связанные с поверхностными водами, сквозных таликов в областях развития многолетнемерзлых пород); с очень сложными гидрохимическими условиями.

К этой же группе относятся месторождения питьевых и технических вод, эффективная разработка которых возможна только при искусственном подпитывании водозаборов или применении сложных систем водозаборов (горизонтальных, лучевых), когда при их разведке необходимо строительство разведочно-экспериментального водозабора.

1.18. В “Инструкции о содержании, оформлении и порядке представления в Государственную комиссию по запасам полезных ископаемых при Совете Министров СССР и территориальные комиссии по запасам полезных ископаемых Министерства геологии СССР материалов по подсчету эксплуатационных запасов питьевых и технических подземных вод”, утвержденной ГКЗ СССР 30 сентября 1983 г., установлено, в частности, разграничение функций ГКЗ СССР и ТКЗ по утверждению эксплуатационных запасов подземных вод.

ТКЗ утверждаются эксплуатационные запасы месторождений питьевых и технических подземных вод, предназначенных для использования небольшими объектами местного значения, а именно: для централизованного питьевого водоснабжения районных центров, городов и населенных пунктов районного подчинения, поселков городского типа, совхозов, колхозов; для питьевого и технического водоснабжения небольших промышленных предприятий с дополнительной или общей потребностью в воде до 15 тыс. м³/сут; для орошения земель и обводнения пастбищ с потребностью в воде (в пересчете на круглогодичный водоотбор) до 25 тыс. м³/cyт. В отдельных случаях, по поручению ГКЗ СССР, ТКЗ могут рассматривать материалы подсчета запасов питьевых и технических вод и по другим объектам.

В этой же Инструкции указаны и предпосылки качественного, количественного и временного порядка, при наличии которых эксплуатационные запасы подземных вод могут и должны быть переутверждены, а именно: “Эксплуатационные запасы месторождений (участков) питьевых и технических вод подлежат переутверждению в ГКЗ СССР (ТКЗ) в случаях:

пересмотра требований стандартов или технических условий к качеству подземных вод, нарушения водохозяйственных, природных или санитарных условий, применительно к которым были утверждены запасы, если это существенно отражается на целевом использовании подземных вод в народном хозяйстве, экономичности или масштабах их эксплуатации;

увеличения или уменьшения балансовых запасов категорий А+В+С₁ по сравнению с ранее утвержденными более чем на 20% в результате дополнительных геологоразведочных работ или наблюдений за режимом подземных вод, проведенных на разрабатываемом месторождении (участке);

превышения фактического срока эксплуатации подземных вод месторождения (участка) над принятым при утверждении запасов расчетным сроком водопотребления, если при этом возникает необходимость реконструкции водозаборных сооружений в связи с изменением условий эксплуатации”.

1.19. В “Положении о порядке проектирования и эксплуатации зон санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения”, утвержденном 18 декабря 1982 г. Главным государственным врачом Союза ССР, даны основные Принципы выделения зон санитарной охраны водозаборов подземных вод и определены основные санитарно-защитные мероприятия в их пределах. Рекомендации по гидрогеологическим расчетам для определения границ зон санитарной охраны водозаборов подземных вод приведены в главе 13.

1.20. В Приказе Министерства геологии СССР от 01.03.78 об утверждении “Подразделения геологоразведочного процесса на стадии (подземные воды)” и в “Методических указаниях о проведении геологоразведочных работ по стадиям (подземные воды)” приводятся стадии и подстадии геологоразведочных работ на воду от начальной до конечной, а именно:

I - гидрогеологическая съемка масштаба 1:200000; II - поиски; II-1 - общие поиски; II-2 - детальные поиски; III - предварительная разведка; IV - детальная разведка; IV-1 - детальная разведка нового месторождения; IV-2 - детальная разведка эксплуатируемого месторождения; V - эксплуатационная разведка.

Для каждой стадии определены: назначение работ, основное содержание работ, результаты работ. В частности, на стадии “эксплуатационная разведка” назначение работ состоит в выяснении соответствия режима эксплуатации прогнозным расчетам, выполненным по материалам разведочных работ; переоценка запасов подземных вод по данным эксплуатации; обоснование рационального режима эксплуатации; текущее планирование разработки (для промышленных вод);

получение материалов для оценки эксплуатационных запасов на других месторождениях и участках, находящихся в аналогичных условиях.

Основное содержание работ на этой стадии: наблюдения за дебитом эксплуатационных скважин, уровнем воды в наблюдательных и эксплуатационных скважинах, изменением качества воды и техническим состоянием скважин; бурение дополнительных наблюдательных и разведочных скважин (при необходимости); опробование отдельных эксплуатационных скважин.

Результаты работ - уточнение эксплуатационных запасов и технико-экономических показателей эксплуатации подземных вод; разработка рекомендаций по необходимой реконструкции водозабора и рационализации его режима; обоснование возможного расширения водозабора; при необходимости - переоценка запасов, утвержденных в ГКЗ СССР (ТКЗ). В этом случае для промышленных и термальных вод составляются и утверждаются новые кондиции. Работы на стадии “эксплуатационная разведка” выполняются силами гидрогеологической службы организации, эксплуатирующей водозабор, либо организациями системы Мингео СССР по договору с водопотребителем.

2.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

2.1. К числу общих вопросов проектирования использования подземных вод для водоснабжения относятся:

условия выбора для проектирования подземных вод как источника водоснабжения;

типы, состав водозаборных сооружений, область применения и их общая компоновка;

стадии проектирования;

исходные данные для проектирования;

степень подготовленности эксплуатационных запасов подземных вод, необходимая для данной стадии проектирования;

резервы водозаборных сооружений в заборе и в подаче воды потребителю.

Условия выбора для проектирования подземных вод в качестве источника водоснабжения

2.2. Выбор источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения должен производиться в соответствии с ГОСТ 2761-84. Выбор источника производственного водоснабжения, а также орошения следует проводить в соответствии с Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик и с учетом требований, предъявляемых потребителями к качеству воды и условиям эксплуатации (постоянный или периодический водоотбор, допустимые понижения напоров и т. д.).

2.3. Подземные воды как источник водоснабжения могут быть приняты для проектирования:

а) хозяйственно-питьевого водоснабжения:

если запасы подземных вод удовлетворяют потребность в воде, а при недостаточных запасах - если возможно их увеличение до расчетной потребности путем искусственного пополнения;

если качество воды удовлетворяет ГОСТ 2874-82;

если качество воды при его отклонении от указанных государственных стандартов может быть доведено до требуемой кондиции способами обработки, предусмотренными СНиП 2.04.02-84;

если вода с отклонением от государственных стандартов по отдельным ингредиентам своего химического состава по разрешению органов здравоохранения может быть подана водопотребителям;

если имеется возможность создать зону санитарной охраны водозабора в соответствии с Положением (см. п. 1.19);

если использование подземных вод для водоснабжения в каждом конкретном случае наиболее экономично по сравнению с использованием других источников (рек, каналов, озер, водохранилищ), в том числе и по сравнению с возможной подачей воды от уже существующей в районе системы водоснабжения;

если независимо от технико-экономических соображений использование подземных вод задано специальными условиями водоснабжения;

б) производственного водоснабжения или орошения сельскохозяйственных угодий:

если использование подземных вод для этих целей разрешено в соответствии со статьей 21 “Основ водного законодательства Союза ССР и союзных республик” и согласовано с государственными органами в соответствии с постановлением Совета Министров СССР от 10 июня 1977 г.;

если качество воды соответствует требованиям технологии данного производства и обеспечивает надлежащие санитарно-гигиенические условия работы.

Типы, состав водозаборных сооружений, область применения и их общая компоновка

2.4. Для отбора подземных вод из водоносного пласта применяются:

скважины; шахтные колодцы; горизонтальные линейные открытые или закрытые дрены, галереи, штольни (горизонтальные водозаборы);

горизонтальные скважины-лучи (лучевые водозаборы);

комбинированные водозаборы (горизонтальные дрены, галереи, штольни, шахтные колодцы с вертикальными скважинами, проходимыми со дна этих сооружений в расчете на самоизлив воды из напорного водоносного горизонта);

каптаж источников (родников).

2.5. В зависимости от типа водозахватных устройств определяется общий состав сооружений водозабора и схема их размещения на местности.

В общем случае внеплощадочная система водоснабжения из подземных вод состоит из следующих сооружений (рис. 1):

Рис. 1. Состав и схема расположения сооружений внеплощадочной системы водоснабжения из подземных вод

1 - водоприемные (каптажные) сооружения; 2 - насосные станции I подъема; 3 - трубопроводы от насосных станций I подъема к сборному водоводу; 4 - сборный водовод; 5 - сооружения очистки и подготовки воды; 6 - резервуары для очищенной и подготовленной воды; 7-насосная станция II подъема; 8 - магистральный водовод; 9 - сооружения, регулирующие напор и расход воды, подаваемой в водопроводную сеть потребителя; 10 - потребитель воды

а) водоприемные (каптажные) сооружения - для приема воды из источника (водоносного пласта);

б) насосные станции первого подъема воды из каптажных устройств;

в) сборные водоводы - для сбора воды из каптажных устройств и подачи ее на сооружения по подготовке и улучшению качества воды (при необходимости) или в резервуары для дальнейшего транспортирования к потребителям;

г) сооружения по подготовке и улучшению качества воды;

д) насосные станции и магистральные водоводы для транспортирования воды к потребителю;

е) сооружения, регулирующие напор и расход воды перед подачей ее во внутриплощадочную сеть.

Эта схема относится к наиболее часто встречающемуся в практике водозаборов подземных вод составу сооружений, когда в качестве водоприемных (каптажных) устройств применяются скважины или шахтные колодцы и когда извлекаемая из водоносного пласта вода нуждается в улучшении качества.

2.6. Показанная на рис. 1 схема водопроводных сооружений и взаимное расположение отдельных ее элементов могут существенно меняться в зависимости от природных и других местных условий (глубины залегания подземных вод, качества воды, мощности водозабора, удаленности источника водоснабжения от потребителя, количества водопотребителей и др.). Так, при сифонном способе отбора воды скважинами, шахтными колодцами насосные станции первого и второго подъема обычно совмещаются в одном здании; при отсутствии необходимости в улучшении качества воды и ее подготовки отпадает надобность в соответствующих сооружениях, а при необходимости более глубокой обработки воды, например, обезжелезивания и фторирования, комплекс этих сооружений расширяется. При значительном удалении водопотребителей от источника водоснабжения и относительно большом перепаде высот в рельефе разделяющей их местности на линии магистральных водоводов после насосной станции второго подъема сооружаются насосные станции третьего, четвертого подъема и т. д.

2.7. В состав сооружений горизонтального водозабора (когда не требуется обработка воды) входят: линейная вытянутая в плане, проложенная под некоторым уклоном к водосборному колодцу дрена (или несколько дрен), смотровые колодцы над ней, водосборный колодец; насосная станция, обычно совмещенная с водосборным колодцем.

2.8. Сооружения лучевого водозабора состоят из водонепроницаемого шахтного колодца, горизонтальных скважин-лучей, выводимых из колодца в водоносный пласт веерообразно в одной горизонтальной плоскости на одном или двух уровнях, и насосной станции, монтируемой в шахтном колодце.

2.9. Для приема естественных выходов на дневную поверхность подземных вод в виде источников (родников) сооружаются каптажи-камеры или колодцы, работающие дном (на восходящих источниках) или стенкой (на нисходящих источниках). Каптажи нескольких источников на одном участке соединяются трубами, по которым вода самотеком поступает в одну общую камеру-колодец.

При пластовом слабо выраженном выходе подземных вод сбор их и слив в камеру-колодец осуществляются с помощью горизонтальной дрены той или иной конструкции.

Из сборной камеры-колодца вода подается к потребителю по водоводу самотеком, если позволяют условия рельефа, или с помощью насоса.

2.10. При необходимости обработки воды состав сооружений горизонтальных лучевых водозаборов и каптажей родников дополняется соответствующими устройствами.

2.11. При искусственном пополнении запасов подземных вод к указанному выше составу сооружений водозабора (с водозахватными устройствами из скважин, шахтных колодцев, горизонтальных или лучевых водозаборов) добавляются сооружения для забора воды из источника восполнения запасов, предварительной подготовки воды (освобождение от взвешенных веществ) и инфильтрационные сооружения (открытые или закрытые, см. гл. 11) для перевода подготовленной воды в эксплуатируемый водоносный пласт.

2.12. Выбор типа водозахватных сооружений определяется геологическими и гидрогеологическими условиями, заданной производительностью водозабора и величиной приведенных затрат на их строительство и эксплуатацию.

2.13. Водозаборные скважины, являющиеся наиболее распространенным типом водозахватных устройств, применяются для добычи подземных вод в самых разнообразных гидрогеологических условиях из водоносных пластов, залегающих на глубинах 10-1000 м и более. Водозаборные скважины можно применять и при залегании водоносного пласта на глубине менее 10 м, если его мощность не менее 5-6 м.

2.14. Шахтные колодцы можно применять для добычи воды из водоносных пластов, залегающих на глубинах до 30 м:

из первых от поверхности земли безнапорных водоносных горизонтов мощностью до 5 м, сложенных рыхлыми (от песков до крупных галечников с валунами) водообильными отложениями - для водоснабжения крупных, средних и мелких водопотребителей;

из безнапорных водоносных горизонтов мощностью более 5 м с низкой водоотдачей (тонкозернистых пылеватых песков, плывунов, супесей, суглинков), когда потребность в воде может быть удовлетворена лишь путем создания в самих колодцах некоторого запаса воды с периодическим ее отбором - для водоснабжения мелких водопотребителей: небольших населенных пунктов, полевых станов, отгонных пастбищ, а также насосных станций и жилых поселков при них на магистральных нефте- и газопроводах, подстанций линий электропередачи, постов железных дорог и др., если в районах размещения таких потребителей отсутствуют иные источники воды, пригодные для хозяйственно-питьевого водоснабжения;

из напорных водоносных пластов мощностью до 5 м и более с низкой водоотдачей - для водоснабжения мелких водопотребителей.

2.15. Горизонтальные водозаборы применяются:

трубчатые с укладкой в открытой траншее - для получения подземных вод из первого от дневной поверхности безнапорного водоносного горизонта, имеющего подошву на глубине до 8 м;

галерейные или в виде штольни - для получения воды из водоносных горизонтов, залегающих на любой глубине при соответствующем технико-экономическом обосновании.

2.16. Лучевые водозаборы целесообразно применять для добычи воды из водоносных пластов мощностью 3-20 м, залегающих как непосредственно вблизи поверхности земли или под дном водотока (водоема), так и на глубине до 15-20 м, от дневной поверхности. Лучевые водозаборы устраиваются в песчано-галечниковых отложениях, не содержащих валунов (или содержащих их менее 10 %), имеющих в своем составе менее 60 % фракций размером 70 мм и более, в гидрохимической среде, исключающей возможность интенсивной кольматации пород водоносного пласта в прифильтровой зоне и самих фильтров солями различного состава.

2.17. Каптажи источников (родников) могут быть применены для использования естественных выходов подземных вод на дневную поверхность из различных пород.

2.18. Наряду с выбором типа водозабора важной частью проекта является определение схемы размещения водозахватных сооружений на местности, наиболее эффективной в гидрогеологическом отношении и экономичной по протяженности коммуникаций.

При размещении скважин или шахтных колодцев для отбора воды из водоносных горизонтов, имеющих региональное распространение, феодально выдержанных, характеризующихся в естественных условиях малыми уклонами поверхности подземных вод (водоносные пласты крупных артезианских бассейнов, обширных междуречных массивов, древних речных террас шириной в десятки километров), учет направления потока подземных вод принципиального значения не имеет. Схема размещения может быть линейной или дискретной, но, насколько это позволяют гидрогеологические условия, наиболее компактной.

2.19. На месторождениях с выраженной фильтрационной неоднородностью водоносных пластов группы любым образом расположенных скважин или ряды скважин следует размещать в местах, где эти пласты имеют наибольшую водопроводимость (например, большую мощность, водопроницаемость, наибольшую закарстованность, трещиноватость пород, например вдоль линий их тектонических нарушений, на крыльях синклиналей, на сводовых частях антиклиналей и т. д).

2.20. На конусах выноса предгорных равнин скважины следует располагать в виде линейных или дугообразных рядов нормально к направлению потока подземных вод Наилучшим по гидрогеологическим условиям и условиям эксплуатации (высота подъема воды) местом размещения скважин на конусе выноса является линия выше начала области разгрузки подземных вод.

2.21. В долинах рек с постоянным поверхностным стоком при прямой связи реки с водоносным горизонтом, в расчете на питание водозабора из реки, скважины располагаются вдоль ее берега. Расстояние от уреза воды в реке до ряда скважин принимается в зависимости от многих факторов. Следует учитывать мощность водоносного горизонта, качество речной воды (с оценкой, при необходимости, ее очищения на пути фильтрации из русла реки к скважинам), размываемость берегов, изменения уровня воды в реке, уровень, соответствующий расходу реки - 95 % обеспеченности, промерзание донных и береговых участков русла, степень закольматированности русла и возможность увеличения кольматации русловых отложений при эксплуатации водозабора.

2.22. В долинах рек с непостоянным поверхностным стоком, когда в расчете водозабора учитывается периодическая сработка естественных запасов подземных вод и их восполнение, скважины следует располагать на участках с наибольшей емкостью водовмещающих пород и наличием благоприятных естественных условий восполнения запасов в паводок.

2.23. На линзах пресных вод скважины должны быть удалены от границ соленых вод на максимально возможное расстояние. В общем случае схема размещения скважин в плане определяется расчетом времени подтягивания соленых вод к водозабору при его эксплуатации.

2.24. Горизонтальные водозаборы в долинах рек следует размещать параллельно линии уреза воды в реке; вне долин рек перпендикулярно к направлению потока подземных вод, а в отдельных случаях по потоку, если это целесообразно по условиям производства работ.

2.25. Лучевые водозаборы в долинах рек размещаются вблизи уреза воды в реке; лучи-скважины располагаются только на берегу, только под руслом реки или на берегу и под руслом, что определяется гидрогеологическими условиями места расположения водозабора и расчетом получения заданной производительности водозабора.

2.26. На участках с искусственным пополнением запасов подземных вод водозахватные сооружения любого типа (скважины, шахтные колодцы, горизонтальные, лучевые водозаборы) следует располагать по отношению к инфильтрационным устройствам так, как и в долинах рек с постоянным поверхностным стоком.

2.27. При размещении водозахватных сооружений водозабора на местности необходимо учитывать существующие требования в отношении расположения этих сооружений от магистральных газо- и нефтепроводов (СНиП 20506-85), от автомобильных дорог общегосударственного и республиканского значения и от линий электропередачи - ГОСТ 12.1.013-78 (табл. 3), а также расположение заповедных и заказных зон.

Таблица 3

Расстояние до водозаборных скважин от автодорог приведено в табл. 3а

Таблица 3а

Расстояние от водозаборных скважин до линий электропередачи приведено в табл. 3б.

Таблица 3б

Стадии проектирования

2.28. В соответствии с “Инструкцией о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений” (СНиП 1.02.01-85) проектирование нового строительства, расширение, реконструкция проводятся на основании утвержденных технико-экономических обоснований (ТЭО) или технико-экономических расчетов (ТЭР) в одну или две стадии:

в одну стадию - рабочий проект со сводным сметным расчетом стоимости - для предприятий, зданий и сооружений, строительство которых будет осуществляться по типовым и повторно применяемым проектам, а также для технически несложных объектов;

в две стадии - проект со сводным сметным расчетом стоимости и рабочая документация со сметами - для других объектов строительства, в том числе крупных и сложных.

2.29. Наряду с указанными двумя стадиями проектирования предприятий, зданий и сооружений проектирование использования и охраны подземных вод осуществляется и в составе ряда проектных работ, предшествующих проектным стадиям и условно называемым предпроектными стадиями:

а) схем генеральных планов промышленных узлов, разрабатываемых в соответствии со СНиП 1.02.25-87 “Правила выполнения работ по осуществлению функций территориальной проектной организации Госстроя СССР”. В схемах генеральных планов наряду с перспективным проектированием предусматриваются реальное проектирование и строительство объектов в текущем пятилетнем плане развития народного хозяйства;

б) схем размещения группы предприятий в промышленных районах городов и других населенных пунктов. В этих схемах реальное осуществление принятых в них решений намечается на время за пределами текущего пятилетнего плана развития народного хозяйства;

в) схем районной планировки, разрабатываемых на расчетный срок в 20 лет с выделением первой очереди строительства, включающей период завершения плана экономического и социального развития СССР текущего пятилетия и следующее пятилетие.

В числе основных задач схем и проектов районной планировки наряду с другими входит определение перспектив и масштабов развития городских, сельских поселений и оптимальных условий эффективного и комплексного использования природных, энергетических, материальных и трудовых ресурсов;

г) проектов районной планировки, разрабатываемых на основе принципиальных решений схем районной планировки и содержащих конкретные решения по размещению объектов промышленности и сельского хозяйства о перспективе на 20 лет, и на первую очередь-период текущего и следующего за текущим пятилетия экономического и социального развития СССР;

д) генеральных планов городов и других населенных пунктов, разрабатываемых на срок в 20 лет и на первую очередь - текущую и следующую за текущей пятилетку. Цель генерального плана населенного пункта - уточнение перспективы развития его градообразующей базы и расчетной численности населения. Генеральный план города служит основой для разработки проектов размещения строительства на очередные пятилетки;

е) проектов детальной планировки, разрабатываемых на срок, соответствующий расчетному сроку генерального плана города (населенного пункта), и содержащих уточнения планировочной структуры застраиваемой территории, установление красных линий, этажности домов, потребности в инженерном оборудовании и др.

2.30. Проектирование использования и охраны подземных вод осуществляется и в более широком плане, вне ближайшей связи с реальным проектированием и строительством предприятий и населенных пунктов, для определения принципиальных направлений развития водного хозяйства СССР. С этой целью разрабатываются:

а) генеральные схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов - для страны в целом;

б) бассейновые схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов - для бассейнов рек и других водных объектов на основе генеральной схемы;

в) территориальные схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов - для экономических районов страны, союзных и автономных республик, краев и областей на основе генеральных и бассейновых схем.

Решения, принятые в указанных схемах, подлежат обязательному учету при последующей разработке проектно-сметной документации по использованию и охране подземных вод.

Исходные данные для проектирования

2.31. Состав исходных данных для проектирования использования подземных вод для водоснабжения определяется в зависимости от стадии проектирования.

При разработке проектов на стадиях “проект” и “рабочий проект” исходными являются следующие материалы:

а) техническое задание, выданное проектной организации заказчиком (водопотребителем или генеральным проектировщиком) и служащее юридической основой для проектирования.

В техническом задании должны быть указаны: вид водопотребления - хозяйственно-питьевое, производственное, для орошения;

в последних двух случаях - требования к качеству воды, ее температуре и др.; объем водопотребления - общий с учетом перспективы, на проектный срок и по очередям в пределах проектного срока;

сроки ввода водозабора в эксплуатацию;

б) материалы разведки подземных вод в районе размещения водопотребителя, выполненной в соответствии с пп. 1.17 и 1.18, и при необходимости (см. п. 1.4) материалы утверждения эксплуатационных запасов в ГКЗ СССР или в соответствующих случаях в ТКЗ; для водозаборных сооружений стоимостью менее 500 тыс. руб. - материалы оценки запасов на НТС организации, выполнившей разведку подземных вод.

Утверждение ГКЗ СССР (ТКЗ) эксплуатационных запасов подземных вод, а также и их принятие на НТС производится применительно к определенной схеме водозабора, определенному шагу между скважинами, их дебиту, допустимому понижению уровня воды в водоносном пласте и часто на определенный срок эксплуатации месторождения подземных вод. Эти данные, являясь исходными для проектирования, в то же время не являются обязательными для неизменного воплощения их в проекте водозабора. Проектная организация, персонально отвечающая за качество проекта, может по техническим и технико-экономическим соображениям и расчетам изменить против принятых ГКЗ СССР (ТКЗ), НТС схему водозабора, количество скважин, шаг между ними, их дебит, не выходя из пределов эксплуатационных запасов и допустимых понижений, утвержденных ГКЗ СССР (ТКЗ), НТС. Эксплуатационные запасы должны быть выявлены по категориям в соотношении, указанном в табл.2;

в) разрешение на использование подземных вод для данного вида водоснабжения, получаемое заказчиком в установленном порядке (см. п. 1.4) и представляемое проектной организации вместе с техническим заданием на проектирование;

г) топографический план участка будущего водозабора для решения задач по размещению головных сооружений, их компоновке, взаимному расположению связывающих сооружения коммуникаций (трубопроводов, подъездных дорог, линий электроснабжения, связи и управления) и по общей вертикальной планировке участка водозабора.

Для проектирования линейных водозаборов топографический план может быть представлен в виде полосы шириной 200-500 м в масштабе 1:2000-1:1000. При расположении водозахватных сооружений в виде отдельных скважин или их групп представляется общий план всего участка в масштабах 1:5000-1:2000-для участка площадью более 5км²; 1:2000-1:1000-для участка площадью от 1 до 5км²; 1:1000-для участка площадью от 0,5 до 1 км² и 1:500 - для участка площадью менее 0,5 км².

Наряду с указанными рабочими топографическими планами для общего обзора местности и учета сложившейся на ней природной и хозяйственной ситуации используется топооснова более мелкого масштаба 1 : 10000-1 : 50000;

д) материалы для оценки возможных изменений качества подземных вод под влиянием природных или техногенных факторов - привлечение минерализованных вод снизу или со стороны, условия канализации и складирования стоков и отходов ближайших к водозабору промышленных предприятий. В этих материалах должны быть достаточно полные данные об имеющихся шламохранилищах, накопителях, испарительных бассейнах, составе складируемых в них стоков и отходов, режиме их эксплуатации, конструктивных особенностях этих сооружений - наличии в них экранов, дренажей и других противофильтрационных и защитных устройств; геолого-литологических и гидрогеологических условиях размещения этих сооружений; наличии в данное время фильтрации стоков и отходов в водоносный горизонт, принятый для водоснабжения, или возможности ее возникновения при эксплуатации проектируемого водозабора;

е) данные о возможном влиянии отбора подземных вод проектируемым водозабором на экологические, в том числе почвенно-ботанические и гидромелиоративные условия прилегающей к водозабору местности;

ж) данные об инженерно-геологических условиях участка размещения водозабора и отдельных его сооружений - характеристики физического состояния, физико-механических и водных свойств грунтов, агрессивности среды, в которой будут находиться сооружения при эксплуатации;

з) сведения о наличии в районе размещения проектируемого водозабора современных физико-геологических явлений и процессов (карста, оползней, обвалов, селей, подмыва, обрушения берегов), а также особых инженерно-геологических условий (вечномерзлые породы, сейсмичность, просадочность, набухаемость, пучение грунтов, подтопление, подработка территории); указания о возможном их негативном влиянии на сооружения водозабора, необходимости учета их в проекте и разработки мероприятий, исключающих это влияние;

и) сведения о местных строительных материалах, их запасах и качестве.

2.32. Для проектных работ, предшествующих собственно стадиям проектирования, в качестве исходных данных для разработки проектно-сметной документации по использованию и охране подземных вод служат:

а) техническое задание с указанием в нем водопотребителей и мест их размещения, а также (при возможности) потребного количества воды для их водоснабжения на расчетный срок и на перспективу, требований к качеству воды;

б) плановый материал - топографические карты и планы различных масштабов: от 1:10000 до 1:100000 и крупнее 1:10000 для отдельных объектов - при разработке генеральных планов промышленных узлов, схем упорядочения существующей застройки в промышленных районах городов и других населенных пунктов, схем размещения проектируемых промышленных предприятий; от 1:1000 до 1:10000 - при разработке проектов детальной планировки; от 1:10000 до 1:25000 - при составлении генеральных планов планировки городов и других населенных пунктов; от 1:25 000 до 1:100000 - при разработке проектов районной планировки; от 1:100000 до 1:300 000 - при разработке схем районной планировки и от 1:100000 до 1:1000000 - при разработке генеральных, бассейновых и территориальных схем использования и охраны вод;

в) данные о наличии подземных вод для использования по заданному назначению. При отсутствии таких данных проектная организация выдает задание геологическим организациям на разведку подземных вод.

Необходимая степень разведанности подземных вод для проектирования водозаборов

2.33. Для разработки проектно-сметной документации на строительство водозаборных сооружений в одну стадию (рабочий проект) или в две стадии (проект и рабочая документация) подземные воды участка предполагаемого размещения водозабора на месторождениях любой группы должны быть разведаны детально в полном соответствии с Инструкцией ГКЗ СССР, а эксплуатационные запасы выявлены по промышленным категориям в соотношении, указанном в табл. 2, и при необходимости пп. (1.11, 1.18) утверждены ГКЗ СССР или в соответствующих случаях ТКЗ (см. п. 1.16).

2.34. При разработке проектно-сметной документации на предшествующих проекту стадиях, когда разведочных работ для оценки эксплуатационных запасов подземных вод, выполненных специально для данной предпроектной стадии, как правило, не имеется, выбор источника водоснабжения и его обоснование могут быть произведены:

по имеющимся материалам различных стадий разведки подземных вод, а также разведки, выполненной для любого другого назначения;

по гидрогеологическим данным о возможности расширения действующих водозаборов. Под гидрогеологическими данными, подтверждающими возможность расширения действующих водозаборов, понимается наличие не полностью используемых по площади или по глубине (по понижению уровня) эксплуатационных запасов подземных вод действующим водозабором на разведанном месторождении, устанавливаемое путем сопоставления материалов оценки и утверждения эксплуатационных запасов подземных вод с материалами наблюдений за эксплуатацией водозабора (количеством отбираемой воды скважинами, понижениями уровня в них, качеством воды) и за режимом водоносного горизонта в зоне влияния действующего водозабора и на площадях, прилегающих к этой зоне.

Гидрогеологические данные о возможности расширения действующих водозаборов получаются в результате работ, выполняемых на стадии “эксплуатационная разведка” (см. п. 1.20):

по материалам изучения результатов длительной эксплуатации существующих водозаборов в аналогичных гидрогеологических условиях;

по данным об общем геологическом и гидрогеологическом строении.

Утверждение запасов в ГКЗ СССР или в ТКЗ на предшествующих проекту стадиях не является обязательным.

2.35. Для схем генеральных планов промышленных узлов обоснованием выбора подземных вод в качестве источника водоснабжения могут служить любые имеющиеся данные из перечисленных ниже по различным группам месторождений:

1-й группы - данные детальной разведки подземных вод; гидрогеологические данные о возможном расширении действующих водозаборов в пределах промышленного узла с обоснованием увеличения отбора подземных вод до требуемого объема водопотребления;

данные поисков или предварительной разведки подземных вод; заключение о возможном отборе подземных вод на участке размещения намечаемого водозабора по результатам обследования и изучения данных эксплуатации длительно действующих водозаборов в аналогичных гидрогеологических условиях;

2-й группы - данные поисков; предварительной или детальной разведки подземных вод; данные о возможном расширении действующих водозаборов;

3-й группы - данные предварительной или детальной разведки; данные о возможном расширении действующих водозаборов.

2.36. При отсутствии детально разведанных запасов, когда подземные воды в качестве источника выбраны по данным поисков, предварительной разведки, по данным возможного расширения действующих водозаборов или по аналогии с действующими водозаборами, проектная организация должна выдать соответствующей организации Мингео СССР, производственному геологическому объединению (ПГО) задание на детальную разведку подземных вод на намечаемом участке размещения водозабора 1-й очереди водопотребления и при необходимости утверждение эксплуатационных запасов ГКЗ СССР или ТКЗ.

2.37. При составлении схем размещения группы предприятий в промышленных районах городов и других населенных пунктов обоснованием выбора источника водоснабжения могут служить данные, указанные для обоснования схем генеральных планов промышленных узлов, а при их отсутствии - прогнозные ресурсы подземных вод с выдачей соответствующих заданий на разведку подземных вод и оценку их эксплуатационных запасов.

2.38. При разработке схем (проектов) районной планировки для обоснования выбора источника водоснабжения могут быть использованы те же данные, что и для обоснования схем генеральных планов промышленных узлов, а при отсутствии таких данных - прогнозные ресурсы подземных вод с выдачей задания на детальную разведку и при необходимости утверждения запасов подземных вод - для объектов первой очереди строительства.

2.39. Для обоснования генеральных планов городов и других населенных пунктов, а также проектов детальной планировки в части водоснабжения могут быть использованы данные о возможном расширении действующей системы водоснабжения, а также имеющиеся материалы поисков подземных вод в данном районе с выдачей при необходимости задания на детальную разведку и утверждение запасов подземных вод - для объектов первой очередности строительства.

2.40. При разработке отраслевых схем обеспеченность производства водными ресурсами принимается в соответствии с балансами вод, составляемыми в территориальном разрезе Минводхозом СССР и его территориальными подразделениями.

При разработке территориальных схем оценка водных ресурсов производится в сопоставлении с потребностью в воде хозяйства и населения республики (района). Эксплуатационные водные ресурсы определяются как остаток между реально возможным расходом воды и фактическим отбором ее в пределах водного бассейна (створа) республики (района) или населенного пункта. При этом используются все имеющиеся гидрогеологические и гидрологические данные по региону.

2.41. При составлении генеральной, бассейновой, территориальной схем комплексного использования и охраны вод учитываются запасы подземных вод обеих групп - балансовые запасы и забалансовые запасы, а также прогнозные ресурсы.

Проектирование резерва в заборе и подача воды потребителям

2.42. Системы хозяйственно-питьевого, производственного и сельскохозяйственного водоснабжения по степени надежности подачи ими воды для обеспечения непрерывной, без особого ущерба работы предприятий и условий проживания населения при критической ситуации на сооружениях системы и на источнике водоснабжения делятся на три категории.

Для каждой категории надежности установлены объем и срок допустимого снижения подачи воды, а также допустимый срок перерыва в подаче воды (см. п. 1.15).

2.43. При водоснабжении из подземных вод снижение подачи воды или перерыв в ее подаче потребителю могут возникнуть в результате неполадок на водозаборе:

из скважин - вследствие внезапного засорения фильтра скважины при обвале или оседании глинистых пород, лежащих над водоносным пластом, прорыва фильтрующей поверхности на каркасе фильтра и интенсивного пескования скважины, обрыва водоподъемных труб, поломки насоса или двигателя, а также при необходимости отключения (по плану ремонта или вне плана) одной или нескольких (по очереди) скважин для регенерации фильтров и пород прифильтровой зоны с целью восстановления производительности скважин;

из шахтных колодцев - вследствие обвала крепления и нарушения целостности фильтра, поломки насоса, двигателя;

горизонтальном - вследствие засорения на отдельных участках водоприемной или водопроводящей части водозабора, поломки насоса, двигателя в водосборном колодце;

лучевом - вследствие засорения фильтров-лучей, заиления русловых отложений над фильтрами-лучами, поломки водоподъемного оборудования в шахте.

2.44. При возникновении на водозаборе аварийной ситуации или при плановом выключении из работы отдельных скважин для их ремонта снижение подачи воды потребителю не должно превышать 3 % расчетного расхода, а полный расчетный расход должен быть восстановлен в указанные выше сроки (см. п. 1.15) соответственно категориям надежности. Для этого водозабор должен иметь резерв (запас) в водозахватных сооружениях (резерв по источнику) или в водоподъемном оборудовании (“горячий” резерв), или и в том и в другом одновременно.

2.45. Величина резерва определяется категорией системы водоснабжения, а средства резерва - типом водозабора и гидрогеологическими условиями.

Резерв на водозаборе подземных вод из скважин предусмотрен в СНиП 2.04.02-84 (табл. 4).

Таблица 4

* Исчисляется в % количества рабочих скважин.

2.46. В зависимости от гидрогеологических условий и при необходимом обосновании количество резервных скважин может быть увеличено (СНиП 2.04.02-84). При этом вместо увеличения числа резервных скважин в отдельных случаях возможно выбрать из общего количества скважин на водозаборе такие, которые при необходимости могут быть временно переведены на форсированный режим работы, - на большее понижение динамического уровня в них и больший их дебит. В этом случае на складе должны быть насосы с несколько большей производительностью, чем те, которыми оборудованы скважины для эксплуатации водозабора в нормальных условиях. При этом должен быть резерв мощности в электроснабжении.

2.47. Расположение резервных скважин на водозаборе определяется в зависимости от схемы водозабора и гидрогеологических условий.

При линейной схеме водозабора резервные скважины могут быть расположены или на его флангах с общим для водозабора шагом между скважинами, или в пределах ряда (что экономичнее) между скважинами (или ближе к скважинам), находящимися в лучших гидрогеологических условиях, допускающих временную эксплуатацию одновременно рабочей и резервной скважин с их проектным дебитом при большем, против проектного понижении в них уровня воды.

При группе различным образом расположенных рабочих скважин на водозаборе резервные могут быть размещены в любом месте в пределах водозабора с учетом гидрогеологических условий по указанному выше принципу.

Резервными могут быть любые из общего числа скважин, пробуренных на водозаборе.

Сказанное о проектировании резервных скважин в равной степени относится и к проектированию резервных шахтных колодцев.

2.48. Резерв на горизонтальных водозаборах следует предусматривать в его производительности на величину до 25 % больше расчетного расхода. При этом регулирование поступления в водозаборный колодец расчетного расхода воды при нормальных условиях работы водозабора может осуществляться щитком на сливе воды в водосборный колодец.

2.49. Резерв на лучевых водозаборах с размещением скважин-лучей на берегу и под руслом реки для водоснабжения крупных водопотребителей при двух и более рабочих водозаборах может быть запроектирован или целиком в виде одного резервного водозабора, или в виде резервных скважин-лучей в каждом водозаборе.

При водоснабжении некрупных водопотребителей одним рабочим лучевым водозабором резерв в нем следует предусматривать в виде резервных скважин-лучей,

Количество резервных скважин-лучей можно принимать по табл. 4а.

Таблица 4а

Резервные скважины-лучи целесообразно располагать под руслом реки (их производительность больше береговых скважин-лучей) и обязательно выше рабочих скважин-лучей по потоку с тем, чтобы при регенерации донных отложений над рабочими скважинами-лучами (которые на это время должны быть закрыты на входе в шахту) вода, поступающая в шахту по резервным скважинам-лучам, была бы свободной от взвешенных веществ.

2.50. Резервные скважины, шахтные колодцы, скважины-лучи на водозаборах подземных вод должны периодически включаться на короткий срок в работу для поддержания их в рабочем состоянии, о чем в проекте водозабора (в инструкции по его эксплуатации) должны быть специальные указания.

3. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Способы бурения водозаборных скважин.
Конструкции. Общие данные

3.1. Бурение водозаборных скважин производится в основном двумя способами - ударно-канатным и вращательным с прямой или обратной промывной Кроме того, применяют комбинированный, колонковый и реактивно-турбинный способы

При проектировании водозаборных скважин способ бурения выбирают исходя из общих геологических и гидрогеологических условий участка размещения водозабора - глубин залегания водоносных горизонтов, подлежащих вскрытию и эксплуатации, литологии пород, слагающих водоносный горизонт, а также из необходимого диаметра скважины и наибольшей технико-экономической целесообразности способа бурения в данных конкретных условиях.

Технико-экономическая целесообразность применения того или иного способа бурения скважин определяется по совокупности трех показателей: качество и долговечность скважины, продолжительность ее сооружения, стоимость сооружения В случаях, когда не представляется возможным согласовать все три показателя, решающим должен быть, как правило, первый показатель.

При выборе способа бурения водозаборных скважин необходимо руководствоваться рекомендациями, приведенными в табл. 5.

Таблица 5

3.2. При вращательном способе бурения скважин следует предусматривать промывку, при этом:

а) при прямой промывке забоя в скальных и полускальных породах применять чистую воду, а в песчаных породах - безглинистые промывочные жидкости, например водогипановый раствор Глинистый раствор допускается применять при бурении по напорному водоносному горизонту и по непродуктивным интервалам; необходимость его применения должна быть обоснована проектом. Параметры промывочной жидкости надлежит подбирать с учетом гидрогеологических условий проходимых пород;

б) при обратной промывке забоя буровую установку обеспечивать водой на весь период бурения в количестве, определяемом мощностью и проницаемостью проходимых пород Разность отметок между установившимся уровнем воды в скважине и поверхностью земли должна быть не менее 3 м. При залегании уровня воды на глубине менее 3 м от поверхности земли проходку скважин следует осуществлять буровыми станками с поднимающимся ротором и выводом кондуктора выше поверхности земли, чтобы обеспечить необходимое превышение полного гидростатического давления столба в скважине над пластовым.

Глина и вода, используемые при бурении, должны удовлетворять санитарным требованиям.

3.3. Типы станков для бурения скважин на воду, и некоторые их технические показатели приведены в табл. 6.

Таблица 6

* Допускается изменение номинальной глубины в зависимости от изменения конечного диаметра скважины.

Для бурения водозаборных скважин необходимо отведение земли в следующих минимальных размерах (табл. 7).

Таблица 7

3.4. При бурении скважин роторным способом в качестве породоразрушающего органа применяются долота лопастные (ОСТ 26-02-1282) и шарошечные (ГОСТ 20692-75*) и каталог “Шарошечные долота и бурильные головки”, изданный ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ в 1987 г.), а при бурении ударно-канатным способом - желонки и долота крестовые округленные и двутавровые (ТУ 24-8 805-75) Выбор типа бурового инструмента проводится с учетом крепости буримых пород.

Классификация горных пород в зависимости от трудности проходки и способа бурения указана в СНиП IV-2-82, т. 1.

Диаметр долота при бурении водозаборных скважин следует принимать

а) при вращательном способе бурения - на 100 мм больше диаметра обсадных труб; для создания уширенного контура гравийной обсыпки в песках следует применять различные типы расширителей, размер каверны определяется проектом. Серийно выпускаемые долота имеют диаметры 98,4-490 мм;

б) при ударно-канатном способе бурения в устойчивых грунтах - на 100 мм больше диаметра обсадных труб; в неустойчивых грунтах - на 6 мм меньше внутреннего диаметра обсадных труб. При проходке водоносных песков диаметр желонки должен быть на 100 мм меньше внутреннего диаметра обсадных труб.

При реактивно-турбинном бурении применяют двухтурбинные буры диаметром 394-1020 мм, изготовляемые в соответствии с ТУ 26-02-367-79

3.5. При необходимости увеличить диаметр скважины в песчаных породах в каком-либо интервале по ее глубине (например, в интервале установки рабочей части фильтра для увеличения толщины его обсыпки) можно пользоваться расширителями системы Востокбурвод (ТУ 200-81) или конусными башмаками-расширителями системы Промбурвод (ТУ 200-81) Диаметры обсадных труб, в которые можно опустить башмаки-расширители, приведены в табл. 8

Таблица 8

3.6. Для повышения эффективности проходки крепких пород ударно-канатными станками рекомендуется применять виброударные буровые снаряды ВС-1 и ВС-2 (рис. 2), разработанные ВНИИГСом и трестом Промбурвод (табл. 9).

Виброударные буровые снаряды обеспечивают нанесение по забою посредством подпружиненного ударника серии дополнительных ударов в момент контакта долота с породой в промежутке между основными ударами, что дает возможность увеличить интенсивность динамического воздействия на забой благодаря более эффективному использованию кинетической энергии снаряда. Такой режим работы позволяет рационально использовать усталостные свойства разбуриваемой твердой породы и увеличить скорость ее бурения в 1,5-2 раза. Кроме того, применение виброударных снарядов исключает возможность прихвата долота породой. Особенности бурения скважин с применением виброударных снарядов изложены в руководстве

3.7. Для крепления стенок скважин при бурении и на период их эксплуатации применяют обсадные стальные трубы, изготавливаемые по ГОСТ 10704-76* Трубы с тонкими стенками 7-8 мм следует применять при свободной посадке их в скважину, а с толщиной стенок 10-12 мм-при принудительной посадке.

Рис. 2. Виброударный буровой снаряд ВС для ударно-канатных станков

1 - трос; 2 - канатный замок; 3 - ножницы; 4 - виброударная штанга; 5 - наковальня; 6 - боек; 7 - пружина; 8 - корпус; 9 - дополнительный ударник; 10 - долото

Таблица 9

Проектная глубина скважины назначается в зависимости от глубины и мощности водоносного горизонта, принятого для эксплуатации подземных вод, а ее начальный и конечный диаметры - в зависимости от размеров и конструкции фильтра, насоса, намечаемых к установке, и от способа бурения. При этом следует учитывать, что насосы с погружным двигателем (ЭЦВ) могут быть установлены в трубках, диаметр которых соответствует номинальному диаметру насоса, а насосы с двигателем на устье скважины (АТН) - в трубах, диаметр которых на 50 мм больше номинального диаметра насоса.

3.8. Скважины крепятся обычно несколькими колоннами обсадных труб в зависимости от глубины скважин, необходимого конечного их диаметра, способа бурения и гидрогеологических условий места их заложения. Разница в диаметрах между предыдущей и последующей колоннами обсадных труб должна быть не менее 100 мм.

3.9. Выход колонн обсадных труб (максимальная длина одной колонны) в зависимости от их диаметра и устойчивости проходимых пород при принудительной посадке приведен в табл. 10.

При свободном спуске обсадных труб в породах разных типов выход колонны может быть более 1000 м.

При наличии агрессивных вод в используемых и гидравлически связанных с ними водоносных горизонтах должна предусматриваться антикоррозионная защита обсадных труб.

Таблица 10

Для крепления стенок скважин глубиной до 250 м при свободной посадке колонны труб можно применять пластмассовые трубы с затрубной цементацией. Указания по применению этих труб изложены в “Инструкции по креплению скважин пластмассовыми трубами при бурении скважин на воду”, ВСН 01-80 Минсельстроя УССР.

При использовании для крепления стенок скважин пластмассовых труб соотношение между их диаметром и диаметром скважины (по диаметру долота) должно соответствовать указанному в таблице 11.

Таблица 11

3.10. Для уменьшения металлоемкости конструкций скважин, сокращения расхода обсадных труб, а также для повышения выработки на станок целесообразно посадку обсадных труб при ударно-канатном бурении осуществлять вибромолотом БВС-1 (рис. 3) конструкции ВНИИГС и треста Промбурвод (табл. 12).

Таблица 12

Рис. 3. Вибромолот БВС-1 для погружения и извлечения обсадных труб при ударно-канатном бурении скважин на воду

1 - мачта бурового станка; 2 - днище вибромолота; 3 - забавная головка; 4 - ударный стакан; 5, 6, 7 - забиваемые трубы, 8 - тяговая лебедка; 9 - ограничитель натяжения троса; 10, 11 - блоки; 12 - пульт управления; 23 - натяжной трос; 14 - вибромеханизм

При забивке вибромолот не требует жесткого крепления на трубе, высокая погружающая способность вибромолота достигается виброударным режимом работы с натяжением рабочих пружин в ходе забивки отдельной тяговой лебедкой или полиспастной системой бурового станка. Для извлечения промежуточных колонн при обнажении фильтров вибромолот с помощью самозаклинивающего захвата жестко соединяется с трубой и перенастраивается таким образом на эффективный для этого вида работ вибрационный режим. Вибромолот БВС-1 позволяет довести выход в породу обсадных труб до 50-60 м, повысить более чем в два раза скорость посадки труб, сократить в среднем в три раза число переходов от желонирования к посадке, исключить отбор из ствола скважины лишнего объема водоносных песков вследствие опережающей обсадки всей их толщи, избегать возникновения в ходе работ аварийных ситуаций, связанных с прихватом труб, невозможностью обнажения фильтра и т. п, Применение вибромолота, конструкция которого отвечает специфике ударно-канатного бурения, требует минимальных затрат времени на вспомогательные операции. Правила работ с вибромолотом БВС-1, методика выбора оптимальных параметров для конкретных условий применения регламентированы ВСН 388-77/ММСС СССР.

3.11. Интервал установки рабочей части фильтра определяется проектом и уточняется в процессе проходки скважины в соответствии с документацией и геофизическими исследованиями. При определении длины рабочей части фильтра соединительные муфты в секции не учитываются.

Для погружения в процессе ударно-канатного бурения фильтровых колонн труб при устройстве гравийно-проволочных фильтров с конусным башмаком-расширителем рационально использовать созданные ВНИИГС и трестом Промбурвод вибраторы ВПФ с центральным проходным отверстием (рис. 4).

Рис. 4. Вибратор ВПФ для погружения фильтровых колонн при устройстве гравийно-проволочных фильтров с конусным башмаком-расширителем

а, б, в - соответственно начальный, промежуточный и окончательный этапы работы; 1 - вибратор; 2 - захват; 3 - муфта фильтровой колонны; 4, 5 - эксплуатационная и фильтровая колонна; 6 - гравийная засыпка; 7 - конусный башмак-расширитель; 8 - кровля водоносного горизонта; 9 - водоупорная порода

Вибраторы ВПФ-1 и ВПФ-2 (см. табл. 12) аналогичны по конструкции, но различны по мощности и диаметрам погружаемых труб. Достоинством этих машин является возможность работы на забое скважины породоразрушающего инструмента или желонки с одновременным вибрационным погружением трубы. Вибраторы позволяют эффективно преодолевать встречающиеся в водоносном слое - плотные прослойки пород, осуществлять надежную посадку фильтра в требуемый интервал и устранять возникновение прихвата фильтра в ходе бурения скважины и засыпки гравия. Вибраторы ВПФ-1 и ВПФ-2 можно применять также для вибрационного погружения и извлечения обсадных труб соответствующих размеров.

3.12. Для изоляции скважин от проникновения в них поверхностных вод, вод используемых водоносных горизонтов, песка из вышележащих пластов и др. могут применяться следующие способы. При ударном бурении: а) забивка или задавливание колонны труб в слой естественной глины; б) подбашмачная цементация обсадной колонны труб при условии создания каверны; в) цементация пространства между двумя колоннами обсадных труб.

При роторном способе бурения - затрубная цементация колонн труб с доведением цементного раствора до отметок, предусмотренных проектом.

Для цементации скважин следует применять портландцементы тампонажные (ГОСТ 25597-83). Для герметичного заполнения затрубного пространства, скважины цементным раствором следует применять смеси цемента с расширителями:

а) 75-85% портландцемента тампонажного и 25-15% гипсо-глиноземного расширителя (ГОСТ 11052-74);

б) 58-80 % портландцемента тампонажного, 10-25 % молотой негашеной извести (ГОСТ 9179-77) и 10-20% активной кремнеземной добавки (например, гранулированного доменного шлака, трепела, опоки).

Цементацию следует проводить одноступенчатым способом с двумя разделительными пробками.

Для производства работ следует применять цементировочную головку 2ГУЦ-400. Для приготовления цементной смеси рекомендуется использовать цементно-смесительные машины СМ-50, 2СМН-20, СМП-20 или цементировочные агрегаты 1 АС-20, ЭАС-20 и ЗАС-30.

Качество тампонажных работ можно проверять нагнетанием воды в скважину, геофизическими методами или запуском в затрубное пространство индикатора (поваренной соли или красителя) с последующим наблюдением за составом воды или цветом при откачке из скважины.

3.13. Водозаборные скважины, непригодные к эксплуатации, подлежат ликвидационному тампонажу или, по согласованию с территориальными организациями Мингео СССР, переоборудованию в наблюдательные. Проект тампонажа разрабатывается специализированной проектной организацией согласно “Правилам ликвидационного тампонажа буровых скважин различного назначения, засыпки горных выработок и заброшенных колодцев для предотвращения загрязнения и истощения подземных вод” и подлежит согласованию с органами Государственного санитарного надзора. Рекомендуется использовать также рекомендации ПГО “Центргеология” Мингео РСФСР “Ликвидация скважин” (ТП 31-12.03-85).

В соответствии с Правилами подлежащая ликвидационному тампонажу водозаборная скважина прочищается до забоя, хлорируется.

Ствол скважины в пределах водоносного слоя засыпается чистым песком, а вышележащая часть забрасывается глиной, заливается глинистым раствором или цементом.

Обсадные трубы по возможности извлекаются. На ликвидационный тампонаж составляется акт с участием представителя СЭС.

3.14. В скважинах, пробуренных роторным способом или ударно-канатным способом без обсадки скважины трубами, необходимо проводить электрический каротаж - измерение кажущегося сопротивления (КС) и потенциала самопроизвольно возникающего электрического поля (ПС) вдоль ствола скважины - для определения литологического состава пород, пройденных скважиной (расчленение разреза), и выделения водоносных горизонтов (уточнения глубины их залегания и мощности по разрезу скважины).

Необходимо также отбирать боковым грунтоносом (изготовляемым по ГОСТ 25735-83) пробы грунта из выделенных с помощью КС и ПС водоносных пластов для контроля соответствия принятой конструкции фильтра составу пород.

Для более надежной интерпретации результатов КС и ПС целесообразно проведение по скважине резистивиметрии и расходометрии, с помощью которых выявляются также места притока воды в скважину.

В скважинах, пробуренных и обсаженных трубами, для литологического расчленения разреза и выделения водоносных горизонтов следует применять радиоактивный каротаж-определение изменения интенсивности естественного гамма-излучения пород, пересеченных скважиной (гамма-каротаж - ГК), или нейтронный гамма-каротаж (НГС).

3.15. .При необходимости определения технического состояния скважин можно применять: термокаротаж - для определения высоты подъема цемента после тампонажа обсадных колонн труб, мест затрубного движения воды, температурных условий в скважине; инклонометрию - для определения угла искривления и азимута наклона ствола скважины; кавернометрию - для определения фактического диаметра скважины.

3.16. В отдельных случаях (например, при значительной изменчивости мощности и состава водоносного горизонта в рыхлых осадочных породах) при отсутствии разведочных скважин на месте проектируемых эксплуатационных скважин целесообразно бурить пилотные скважины малого диаметра (до 100 мм) с отбором проб и выполнением в них комплекса геофизических исследований, что позволит корректировать конструкцию скважины и фильтра.

3.17. Конструкции скважин состоят из следующих основных элементов: кондуктора, технических колонн труб, эксплуатационной колонны, цементной защиты, фильтра скважины - водоприемной части с отстойником и надфильтровой колонной. Эти элементы принимаются в том или ином сочетании при бурении скважин в зависимости от способа бурения, глубины скважины и гидрогеологических условий места ее заложения. Если породы устойчивы или если в кровле водоносных песков залегают устойчивые породы, то допускается проектирование бесфильтровых скважин.

3.18. При неполном извлечении из скважин технических колонн труб (при вырезке на определенной глубине) верх обрезанной трубы должен быть выше башмака предыдущей колонны труб, оставляемой в конструкции скважины на эксплуатацию, не менее чем на 3 м и закрепляться сальником.

3.19. Диаметр фильтра для скважин ударно-канатного бурения при его спуске в обсадные трубы (при неустойчивых породах) или в не обсаженный трубами интервал скважины (в скальных или полускальных устойчивых породах) должен быть меньше внутреннего: диаметра обсадных труб или долота не менее чем на 50 мм; для скважин роторного бурения - не менее чем на 100 м.

При установке фильтра впотай верх его надфильтровой трубы должен быть на 3-5 м выше башмака эксплуатационной колонны труб и при необходимости закрепляться сальником.

3.20. Конструкции скважин должны разрабатываться на бурение и на эксплуатацию. Их изображения на чертеже могут быть: раздельными при сложных конструкциях или совмещенными в одном - рисунке при простых конструкциях.

3.21. При разработке конструкций водозаборных скважин следует исходить из гидрогеологических условий места их заложения - литологического состава пород водоносного горизонта, глубины его залегания и мощности, состава и характера обводненности пород, покрывающих водоносный горизонт, проектного дебита скважин и соответствующего ему насосного оборудования, способа бурения и учитывать положения, изложенные в пп. 3.7, 3.8.

3.22. В проектах водозаборных скважин наряду с разработкой их конструкций указываются требования к бурению, оборудованию и опробованию; даются конструкции фильтров, спецификации труб и других материалов, необходимых для осуществления проекта.

3.23. При проектировании глубоких скважин, для сооружения которых требуются мощные буровые установки (например, УВБ-600, БУ-75), наряду с проектом собственно скважин составляется проект производства работ. В нем указываются:

состав и объем подготовительных работ (доставка оборудования на площадку, планировка площадки, сооружение земляных амбаров для промывной жидкости, водоснабжение, энергоснабжение, теплоснабжение, топливоснабжение, строительство фундаментов под буровую установку, подсобных сооружений - складов, конторы и др.);

технология бурения, оборудования и опробования скважины;

мероприятия по технике безопасности.

К проекту производства работ составляется строительный генеральный план и технологическая карта работ.

3.24. При проектировании бурения самоизливающихся скважин кондуктор следует оборудовать отводом для слива воды и последующего отведения за пределы участка; при этом должны быть приняты меры к недопущению размыва поверхности земли.

Цементацию всех обсадных колонн и качество цементации надлежит проверять геофизическим методом или способом нагнетания воды; для тампонажа необходимо применять расширяющийся цемент. Устье скважины по окончании бурения следует оборудовать задвижкой и штуцером для манометра. Если до наступления отрицательных температур скважина не будет оборудована для эксплуатации, то она должна быть утеплена местным материалом.

3.25. Бурение скважин в условиях вечномерзлых пород производится в соответствии с имеющимися специальными инструкциями.

3.26. Бурение эксплуатационных (разведочно-эксплуатационных) водозаборных скважин начинают при наличии: разрешения геологических организаций Министерства геологии СССР, решения об отводе земельного участка для бурения скважин и акта на заложение скважины; проекта производства работ и геолого-технического наряда.

Примечание. К бурению скважин в песчаном водоносном горизонте рекомендуется приступать при условии, если скважины будут введены в эксплуатацию не позднее шести месяцев после окончания бурения и опробования. При вводе скважин в эксплуатацию по истечении шести месяцев следует не реже одного раза в три месяца производить периодическую прокачку скважин, осуществляемую силами заказчика.

Запроектированные скважины следует выносить в натуру путем закрепления их устья реперами. На них должны быть составлены акт и схема, в которой указывается привязка скважины к имеющимся на местности трем постоянным ориентирам (строения, существующие скважины), расположенным вблизи или в координатах.

До начала буровых работ на территории возможного расположения существующих подземных коммуникаций местоположение намечаемых скважин должно быть согласовано с организациями, эксплуатирующими коммуникации, и выполнены мероприятия, обеспечивающие технику безопасности при проведении работ.

3.27. В процессе бурения скважин все виды работ должны отражаться в буровом журнале по мере их выполнения (проходка, диаметр бурового инструмента, обсадка и извлечение труб, цементация, замеры уровней воды и другие операции). При этом следует отмечать наименование пройденных пород, их классификацию, цвет, плотность (крепость), трещиноватость, гранулометрический состав пород, водоносность, величину пробки, появившийся и установившийся уровни воды всех встреченных водоносных горизонтов, поглощение промывочной жидкости. Замер уровня воды в скважинах следует производить перед началом работ и в процессе их выполнения не менее одного раза в смену. При фонтанирующих скважинах уровень воды следует определять после наращивания труб или манометром. Правильность выполнения хода работ должна периодически проверяться работниками гидрогеологической буровой организации, а также начальником (прорабом) участка, о чем делается соответствующая запись в буровом журнале. 48

Образцы пород следует отбирать по одному из каждого слоя, при однородном слое - через 10 м.

При бурении ударно-канатным способом в песчаных породах в интервале отбора образца вся порода из желонки должна выливаться в специальный сосуд; после отстоя воду следует слить, породу тщательно перемешать, сократить объем образца до нужных размеров.

По заключению проектной организации на детально изученных участках водозабора образцы допускается отбирать не из всех скважин.

По окончании бурения и опробования скважины верх эксплуатационной трубы должен быть заварен металлической крышкой и иметь отверстие диаметром 10-15 мм с резьбой под болт-пробку (для временного замера уровня воды). На трубе должны быть нанесены: проектный и буровой номер скважины, сокращенное наименование буровой организации и год бурения.

Для последующей эксплуатации скважина в соответствии с проектом должна быть оборудована приборами для замера уровней воды и дебита. Если скважина оборудуется фильтром с обсыпкой, следует до обсыпки фильтра песчано-гравийной смесью опустить между фильтровой и обсадной колоннами пьезометрическую трубку внутренним диаметром не менее 15 мм, перфорированную в интервале водоносного горизонта; трубка в верхней части приваривается к обсадной колонне, а сверху закрывается резьбовой пробкой.

3.28. Буровая организация при сдаче скважины передает заказчику образцы пройденных пород и, согласно СНиП 3.05.04-85, - исполнительную геолого-техническую документацию - паспорт скважины, к которому прилагается: геолого-литологический разрез с конструкцией скважины, откорректированный по данным геофизических исследований; акты на заложение скважины, установку фильтра, цементацию обсадных колонн; сводную каротажную диаграмму с результатами ее расшифровки, подписанную организацией, выполнившей геофизические работы, данные о результатах химических, бактериологических анализов и органолептических показателях воды по ГОСТ 2874-82, заключение санитарно-эпидемиологической службы.

Паспорта скважин со всеми приложениями до сдачи их заказчику должны быть проверены и подписаны проектной организацией.

Глубина скважины принимается по данным каротажной диаграммы или по контрольному спуску бурового снаряда.

Способы освоения скважин

3.29. В практике освоения скважин нашли применение гидростатические (прямая, обратная, поинтервальная и комбинированная промывка, нагнетание воды в пласт, продувка воздухом), гидроимпульсные (виброимпульсная обработка, взрывная и пневмоимпульсная обработка), химические и комбинированные (виброреагентная обработка, взрывная или пневмоимпульсная обработка в реагенте) способы. Способы освоения скважин требуют применения специального оборудования, монтаж которого и последовательность технологических операций даны в специальных руководствах и инструкциях. Необходимо учитывать, что применение гидростатических и гидроимпульсных способов не обеспечивает в полной мере удаление глинистых кольматирующих образований из прифильтровой зоны скважин.

3.30. Среди гидроимпульсных способов наибольшая эффективность достигается при виброимпульсном способе разглинизации скважин, разработанном ВНИИГС и трестом Промбурвод, при котором одновременно с прокачкой скважины осуществляют гидродинамическую обработку фильтра и призабойной зоны вибрирующим вдоль продольной оси скважины рабочим органом с дисками (рис. 5). Для колебаний рабочего органа используют виброустановки ВУР (табл. 13).

Рис. 5. Вибрационная гидродинамическая обработка скважин при разглинизации или восстановлении их производительности виброустановкой ВУР

1 - подвеска; 2 - пружины; 3 - направляющие стержни; 4 - электродвигатель; 5 - вибромеханизм; 6 - герметизатор устья скважины; 7 - патрубок для отвода воды; 8 - фланцы; 9 - переходник; 10 - эксплуатационная колонна; 11 - труба; 12 - рабочий орган; 13 - отвод; 14 - шланг для подачи воздуха; 15, 16 - резино-металлические диски для фильтров малого и большого диаметра

Таблица 13

Комбинированное действие гидродинамического давления и потока откачиваемой воды обеспечивает эффективное разрушение глинистой корки на стенках скважины и фильтра, а также вынос глинистых частиц из призабойной зоны. Вибрационная гидродинамическая обработка скважины в течение одного-двух часов позволяет сократить время освоения скважин до одной-двух рабочих смен при достижении в период этого срока полного осветления откачиваемой воды.

При освоении скважин на воду виброустановки ВУР целесообразно применять со специализированными самоходными агрегатами, позволяющими комплексно решать все вопросы этого вида работ и сократить до минимума вспомогательные операции и ручной труд (табл. 14).

Таблица 14

Особенности технологии работ при вибрационной гидродинамической обработке скважин с помощью виброустановок ВУР и специализированных самоходных агрегатов приведены в ВСН 219-79/ ММСС СССР.

3.31. В отличие от гидравлических и гидроимпульсных способов разглинизации скважин применение реагентных способов позволяет наиболее полно произвести удаление кольматирующих образований не только с фильтра скважины, но и из ее прифильтровой зоны.

Освоение скважин с применением солянокислотной обработки пласта производится в карбонатных породах или при использовании меловых растворов.

При освоении скважин, каптирующих песчаные водонасыщеные породы, используют так называемые глино-кислотные растворы, представленные смесями соляной кислоты и плавиковой или ее солями, например 10-15% HCl+3-5% NH₄F×HF. Для стабилизации раствора рекомендуется вводить в него до 2 % уксусной кислоты СН_зСООН. Процесс растворения глинистых образований интенсифицируется при нагреве раствора не свыше 50 °С.

Эффективное разрушение глинистых кольматирующих образований на фильтре и в прифильтровой зоне производят раствором гидразина солянокислого N₂H₄^.2HCl с концентрацией 8-10 %, композицией реагентов, состоящих из бисульфата натрия водного NaHSО₄H₂O (5-7%) и гидразина сернокислого N₂H₄^.H₂SО₄ (1,5-3%), карбоната натрия Nа₂СО₃ (10-12%) и перекиси водорода H₂O₂ (1,5-3 %), солей аммония (1,5-3 %) и перекиси водорода (1,5- 3 %). Процесс разрушения глинистых образований этими растворами интенсифицируется в диапазоне температур 40-60°С. Технология реагентной обработки скважин рассмотрена в разд. 19. При правильной технологии реагентной разглинизации скважин время обработки не превышает трех часов.

3.32. Среди комбинированных способов освоения скважин наиболее совершенным является способ виброреагентной разглинизации скважин с использованием раствора гидразина солянокислого и бисульфата натрия с добавкой гидразина сернокислого. Общее время обработки скважин этим способом находится в пределах 1,5-2 ч.

Шахтные колодцы

3.33. Шахтные колодцы представляют собой вертикальные выработки с большими размерами поперечного сечения по сравнению с водозаборными скважинами. Их применение, как уже отмечалось, должно быть ограничено эксплуатацией подземных вод водоносных горизонтов, залегающих на сравнительно небольших глубинах, обычно до 30 м.

Шахтные колодцы состоят из следующих конструктивных элементов: надземной части - оголовка, ствола, водоприемной части, водосборной части-зумпфа (рис. 6).

Рис. 6. Общая схема шахтного колодца

1 - отмостка; 2 - оголовок; 3 - замок; 4 - ствол шахты; 5 - водоприемная часть; 6 - зумпф

Оголовок предназначен для защиты от попадания в колодец загрязненных поверхностных вод сверху, а также для создания удобных в эксплуатации условий (подъема и разбора воды, наблюдений за состоянием колодца и т.п.). В местах с низкими температурами устройство оголовка в сравнительно неглубоких колодцах необходимо также и для защиты от промерзания. Для предохранения колодца от обрушения и загрязнения его стенки укрепляют.

Возвышение оголовка колодца над поверхностью земли по санитарным условиям должно приниматься не менее 0,8 м. Для предохранения от загрязнений оголовок перекрывается крышкой, над ним устраивают навесы или будки. Вокруг колодца (в земле) укладывают глиняный замок, а поверхность земли для лучшего отвода воды замащивается или асфальтируется с уклоном в сторону от колодца.

Оголовок и ствол должны быть непроницаемы, чтобы вода (поверхностная или грунтовая) из самых верхних водоносных горизонтов не могла проникать в колодец.

3.34. Водоприемная часть шахтных колодцев в зависимости от гидрогеологических условий и глубины устраивается только в дне или стенках или же в дне и стенках колодца. Дно колодца при приеме воды через него должно быть снабжено гравийным фильтром или оборудовано плитой из пористого бетона. В стенках при приеме воды через них должны быть устроены специальные окна из пористого бетона или окна, заполненные гравийным фильтром.

Зумпф устраивается в том случае, когда в колодцах необходимо иметь некоторый запас воды; его размеры определяются величиной необходимого запаса воды.

В зависимости от рода материала, используемого для крепления стенок, существующие конструкции шахтных колодцев могут быть подразделены на деревянные, из каменной и кирпичной кладки, бетонные и железобетонные.

В настоящее время наиболее перспективны шахтные колодцы из сборных железобетонных элементов (колец, панцирных плит).

Шахтные колодцы для глубин 10, 20 и 30 м сооружаются из сборных железобетонных колец с фальцами высотой 1,05 м и внутренним диаметром 1 м при толщине стенок 8 см (рис. 7).

В устойчивых грунтах стык колец в стволе заделывается цементным раствором, а в песчаных грунтах (когда благодаря заклиниванию может происходить нависание колонны) применяются специальные конструкции стыка, работающие на разрыв.

Водоприемная часть принята в виде кольца из пористого бетона, армированного такой же сеткой, как и обсадные железобетонные кольца ствола колодца, причем для придания большей прочности в кольцах верхней и нижней частей имеются пояса из бетона. В нижней части колодца укладывается трехслойный обратный фильтр (см. рис. 7).

Рис. 7. Конструкция несовершенного шахтного колодца из сборных железобетонных колец

а - план и разрез: б - деталь водоприемной части; в - телескопическая конструкция колодца; 1 - фильтр; 2 - кольца; 3 - вентиляционная труба; 4 - щебеночное крепление; 5 - глиняный замок; 6 - донная плита из пористого бетона; 7 - вкладыши из пористого бетона; 8 - гравийная подсыпка; 9 - металлическое кольцо опускного приспособления; 10 - тампон из бетона; 11 - щебень; 12 - гравий; 13 - песок

При вскрытии песчаных и плывунных грунтов крепление колодца осуществляется кольцами диаметром 0,65 м. В этом случае в несовершенных колодцах донный фильтр устраивается в виде бетонной армированной плиты, укладываемой на щебеночно-гравийную обсыпку, толщина которой принимается равной 30 см.

Совершенные колодцы глубиной 20 и 30 м имеют несколько иную конструкцию, включающую устройство зумпфа из железобетонных колец (рис. 8).

Рис. 8. Конструкция совершенного шахтного колодца из сборных железобетонных колец

1 - кольца; 2 - вентиляционная труба; 3 - щебеночное крепление; 4 - глиняный замок; 5 - водоносный грунт; 6 - водоупорный грунт; 7 - зумпф

3.35. Проходка шахтных колодцев с креплением их железобетонными кольцами может быть механизирована с помощью агрегатов КШК-25 и КШК-30 и др.

Технические данные агрегата КШК-25:

Длина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                                  6700 мм

Ширина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                                2149 мм

Высота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                                3200 мм

Масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                                5250 кг

Диаметр шахты до установки обсадных колец . . . . . . . . . . . . . . . . . .                          1230 мм

Наибольшая глубина бурения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                            30 м

Мощность машины от двигателя ГАЗ-МК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                             22,1 кВт

Средняя производительность на глубину

до 25 м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                                1-165 м/ч

Расход горючего на 1 ч работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                            10 кг

Высота вышки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                               5500 мм

Численность обслуживающего персонала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .                            1 моторист

                                                                                                                                                   и 2 рабочих

В связных грунтах диаметр проходки шахты таким агрегатом составляет 1230 мм. В песчаных и плывунных грунтах колодец приходится разрабатывать телескопическим способом (см. рис. 7), при этом (в случае заклинивания колонны из колец диаметром 1 м) дальнейшая проходка ствола шахты производится буром диаметром 560 мм с уширителем диаметром до 850 мм и закрепляется железобетонными кольцами диаметром 650 мм (последние опускаются на тросах с помощью ручных лебедок и наращиваются на суженную колонну по мере углубления шахты). Донную плиту опускают моторной лебедкой агрегата без предварительного понижения уровня воды в колодце. По окончании спуска ее прижимают буровыми штангами и производят откачку воды (бадьей агрегата), после чего плиту закрепляют вручную с помощью четырех вкладышей.

4. ФИЛЬТРЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН

Типы и конструкции фильтров

4.1. При отборе воды из рыхлых и неустойчивых полускальных и скальных пород в скважинах устанавливают фильтры.

Фильтр состоит из водоприемной (рабочей) части, надфильтровых труб и отстойников.

4.2. Длина надфильтровых труб зависит от конструкции скважины. Когда фильтр находится на колонне, то расположенные выше него надфильтровые трубы являются одновременно и эксплуатационной колонной.

В случае, когда эксплуатационная колонна имеет больший диаметр, чем фильтр, последний устанавливается впотай, причем верхняя часть надфильтровой трубы должна находиться выше башмака эксплуатационной колонны труб не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем, на 5 м при большей глубине скважины.

В плывунных и мелкозернистых песках и при установке фильтров впотай длина надфильтровой трубы должна приниматься не менее 5 м при любой глубине скважины.

Между эксплуатационной колонной и надфильтровой трубой должен быть установлен сальник.

Применяются сальники из различных материалов: резиновые, пеньковые, свинцовые, цементные и др. При установке гравийных фильтров роль сальника выполняет слой гравия высотой 3-5 м, засыпаемого между эксплуатационной колонной и фильтром.

4.3. Длина отстойников в фильтрах, как правило, должна приниматься 0,5-1 и не более 2 м. При этом также отстойники следует устраивать в основном для установки фонарей-центраторов и подъема фильтров с закреплением приспособлений для извлечения в его нижней части.

4.4. Конструкции фильтров должны отвечать следующим требованиям:

1) обладать необходимой механической прочностью и достаточной устойчивостью против коррозии и эрозионного воздействия воды;

2) диаметры фильтровых каркасов должны быть рассчитаны на максимальный пропуск воды со скоростью, не превышающей 1,5- 2 м/с;

3) водопроницаемость фильтров должна быть значительно выше водопроницаемости водоносных пород, в которых они устанавливаются, и для данных гидрогеологических условий должна предусматриваться максимальной с учетом возможного химического и биологического кольматажа при эксплуатации водозаборов.

4) фильтры должны быть доступны для проведения мероприятий по восстановлению производительности скважин химическими реагентами и быть устойчивы к воздействию импульсных (взрыв ТДШ, пневмовзрыв и др.) и комбинированных методов (виброреагентных, пневмореагентных и др.).

4.5. Фильтры состоят из каркаса и водоприемной поверхности. Выпускаются следующие типы каркасов: стержневые; трубчатые с круглыми или щелевыми отверстиями; каркасы из штампованного листа; спирально-проволочные. Каркасы являются основой для водоприемной поверхности, которая устраивается из: проволочной обмотки, штампованного листа, металлических и неметаллических сеток.

В гравийно-галечниковых откложениях, а также в неустойчивых полускальных и скальных породах указанные типы каркасов могут использоваться без дополнительной водоприемной поверхности.

4.6. Наиболее распространенным и эффективным типом фильтров с точки зрения обеспечения длительной и устойчивой эксплуатации скважин являются гравийные фильтры, которые, в свою очередь, подразделяются на засыпные, кожуховые, блочные. Кожуховые и блочные фильтры собираются на поверхности и в готовом виде устанавливаются в скважинах.

Гравийные фильтры могут иметь в качестве поддерживающей основы непосредственно фильтры-каркасы (стержневые, трубчатые и др.) или различные водоприемные поверхности - проволочные обмотки, сетки и т. д.

Основные конструктивные схемы фильтров представлены на рис. 9, и в табл. 15-18 дана их краткая характеристика.

Рис. 9. Основные схемы конструкций фильтров водозаборных скважин

а - на основе стержневых каркасов; б - на основе трубчатых каркасов со щелевой перфорацией; в - на основе трубчатых каркасов с круглой перфорацией; г - гравийные фильтры; 1 - стержневой каркас на опорных кольцах; 2 - трубчатый каркас с круглой перфорацией; 3 - щелевой трубчатый каркас; 4 - проволочная обмотка из нержавеющей стали; 5 - опорная проволочная спираль; 6 - лист, штампованный из нержавеющей стали; 7 - опорные проволочные стержни под проволочную обмотку и лист; 8 - сетка из нержавеющей стали или латуни; 9 - сетка подкладная, синтетическая; 10 - рыхлая обсыпка; 11 - гравийная обсыпка в кожухе; 12 - гравийный блок

Таблица 15

Таблица 16

Таблица 17

Таблица 18

4.7. Рекомендации по применению различных типов фильтров в зависимости от гидрогеологических условий приведены в табл. 19.

Таблица 19

Примечания: 1. При применении фильтров на стержневых каркасах снижается расход металла. Стержневые и спирально-проволочные фильтры обладают лучшими гидравлическими свойствами и обеспечивают более эффективную работу скважин при длительной эксплуатации в водах неустойчивого химического состава, когда возникает опасность зарастания фильтров железистыми и карбонатными отложениями, в результате чего уменьшается производительность скважин. Фильтры на стержневых каркасах рекомендуется применять в скважинах глубиной до 200 м. 2. Фильтры из стальных труб предпочтительнее применять при больших глубинах скважин (более 200м). 3. Фильтры щелевые штампованные из листа толщиной 4 мм с антикоррозионным покрытием могут устанавливаться в скважинах глубиной до 100 м. 4. Применение сеток из латуни на стальных каркасах без антикоррозионной защиты не рекомендуется из-за возможности электрохимической коррозии. 5. Применение сеток и проволоки из простых и оцинкованных сталей в фильтрах, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, не допускается. 6. Блочные фильтры, как правило, предназначены для отбора небольшого количества воды. 7. Для антикоррозионной защиты фильтров допустимо применение следующих видов покрытий: полиэтиленовых; эмалевых; этиленовых; резиновых на основе жидких наиритов; перхлорвиниловых; кремнийорганических.

Подбор и расчет фильтров

4.8. Конструкция и размеры фильтра принимаются в зависимости от гидрогеологических условий, дебита и режима эксплуатации с учетом требований п. 4.4.

4.9. Прочностные показатели, характеризующие статическую устойчивость фильтров и определяющие предельно возможную глубину их установки, указываются в соответствующих технических условиях заводов-изготовителей.

4.10. Степень химической коррозии фильтров зависит от содержания в воде некоторых компонентов, обусловливающих растворение металлов. Такими компонентами являются CO₂, О₂, H₂S, HC1, H₂SO₄. При каптаже вод питьевого качества с небольшой минерализацией возможность коррозии за счет нарушения углекислотного равновесия можно прогнозировать, используя показатель Ризнера - Ri,

                                                           Ri=2рН_s-рН,                                                                                   (1)

где рН_s - показатель водородных ионов, отвечающий равновесному содержанию в воде углекислых соединений.

При Ri<9 вода коррозионная, если 7<Ri<9, то возможно развитие процессов коррозии с малой скоростью. При Ri<7 вода склонна к выделению кольматирующих образований. Фильтры из низкоуглеродистой стали без антикоррозионных покрытий применимы при Ri = 7-8, при наличии в конструкции латунных материалов следует иметь в виду, что оптимальная область их применения находится при Ri = 6,5-8,5; нержавеющая сталь характеризуется максимальной устойчивостью и применима даже при Ri = 12-15.

При каптаже скважинами подземных вод, содержащих сероводород, скорость коррозии стальных водоподъемных и обсадных труб может достигать значительных величин-8-10 мм/год, поэтому в этих случаях обязательно применение антикоррозионных конструкций.

Электрохимическую коррозию следует предотвращать, используя ; в конструкции фильтров металлы с близкими электродными потенциалами.

Если в процессе эксплуатации скважин возможно привлечение грунтовых вод с заболоченных участков, следует учитывать наиболее вероятное уменьшение величины рН отбираемых вод и увеличение концентрации H₂S, что способствует более интенсивному проявлению коррозионных свойств подземных вод.

4.11. Диаметр фильтра-каркаса устанавливается исходя из проектного дебита скважины, параметров водоподъемного оборудования и с учетом возможности устройства гравийной обсыпки. По условиям ремонта скважин минимальный диаметр каркаса фильтра следует принимать не менее 100-150 мм. Скорость движения воды в водоподъемных трубах не должна превышать 1,5-2 м/с.

4.12. Длина фильтра в однородных водоносных пластах мощностью m = 10-15 м принимается равной 0,8-0,9 от (фильтр должен устанавливаться на расстоянии не менее 0,5-1 м от кровли и подошвы пласта).

При мощности m > 10-15 м длина фильтра определяется в зависимости от производительности скважин, изменения водопроницаемости пород и гидрохимических условий.

Теоретически в однородных пластах величина гидравлических потерь в фильтре растет до определенных пределов, и при некоторых соотношениях размеров фильтра (его диаметра, длины, скважности) "гидравлические потери и приток к скважине должны оставаться постоянными.

Тем не менее в реальных условиях, учитывая неоднородность водоносного горизонта и возможность интенсивного химического зарастания фильтров, следует увеличивать длину и размеры отверстий фильтров. При этом в первую очередь фильтры должны устанавливаться в наиболее водопроницаемых зонах водоносного горизонта.

В безнапорных водоносных горизонтах длина фильтра определяется с учетом понижения динамического уровня в скважине: в этом случае мощность mh_e-S_o/2, где h_e - первоначальная мощность безнапорного горизонта; S_o - проектное понижение уровня в скважине.

4.13. При выборе типа фильтра для оборудования скважины необходимо исходить из применения конструкции, коэффициент водопроницаемости которой равен или превышает коэффициент водопроницаемости водоносных пород или гравийных обсыпок, контактирующих с фильтром. Наиболее предпочтительно использование фильтров-каркасов. Сравнительные данные о проницаемости различных фильтров приведены на рис. 10. Коэффициент водопроницаемости каркасно-стержневых фильтров изменяется от 1,5 до 2,15 см/с, проволочных конструкций на трубчатом каркасе - от 0,42 до 1,8 см/с, фильтра с водоприемной поверхностью из штампованного листа- от 0,23 до 0,52 см/с, сетчатых фильтров с сеткой галунного плетения - от 0,08 до 0,37 см/с.

Рис. 10. Изменение проницаемости различных фильтров от скважности

1 - каркасно-стержневого; 2 - проволочного на трубчатом каркасе; 3 - с мостообразными отверстиями; 4 - с водоприемной поверхностью из штампованного листа; 5 - с сеткой галунного плетения

Фильтрационные характеристики существенно ухудшаются в блочных конструкциях и при усложнении водоприемной поверхности. Величина коэффициента водопроницаемости новых модификаций рекомендованных фильтров устанавливается индикаторным методом.

4.14. Размер проходных отверстий фильтра назначают с учетом гранулометрического состава пород, слагающих водоносный горн-зонт, и соответствующего размера частиц гравийной обсыпки. Для подбора размера отверстий фильтров рекомендуются следующие эмпирические соотношения (табл. 20).

Таблица 20

Примечания: 1. , d₅₀, d₆₀, d₁₀-размеры частиц, меньше которых в водоносном пласте содержится соответственно 10, 50 и 60 % (определяется по графику гранулометрического состава). 2. Меньшие значения численных коэффициентов при d₅₀ относятся . к мелкозернистым породам, большие - к крупнозернистым.

4.15. Размеры проходных отверстий фильтров при устройстве гравийной обсыпки должны приниматься равными среднему диаметру частиц слоя обсыпки d₅₀, примыкающего к стенкам фильтра.

Основным требованием к подбору гравийных обсыпок является обеспечение суффозионной устойчивости пород в прискважинной зоне при сохранении относительно небольших контактных потерь напора.

При подборе гравийного фильтра в относительно однородных грунтах (К_н<5) должно выдерживаться соотношение

                                                        8-12,                                                                             (2)

где d₅₀ и D₅₀ - средний диаметр частиц соответственно водоносных пород и материала обсыпки.

Для подбора размера частиц обсыпки в существенно суффозионных породах, при значительной их неоднородности (K_н<5) можно пользоваться диаграммой рис. 11. Расчетную величину среднего диаметра обсыпки получают умножением на 5 найденной по графику величины характерного диаметра (на пересечении с кривой зернового состава).

Например, точке А на рис. 11 на пересечении кривой гранулометрического состава водоносных пород с кривой характерного диаметра (пунктирная линия) соответствует расчетный диаметр 2,6 мм. Следовательно, d₅₀ гравия обсыпки будет 2,6x5 = 13 мм.

Рис. 11. График для определения состава гравийной обсыпки

1 - кривые зернового состава песков; 2 - кривая характерного диаметра

Подбор механического состава материала при устройстве двух и трехслойных гравийных обсыпок фильтров надлежит производить по соотношению  = 4-6, где D и D - средние диаметры частиц материала соседних слоев обсыпки.

4.16. Материал обсыпки должен быть однородным. Во всех случаях количество частиц максимального и минимального диаметра а составе обсыпки не должно превышать 10 %.

Оптимальная толщина обсыпки должна составлять 150-200 мм. Минимальную ее величину следует выбирать в зависимости от размера зерен гравия и песка (табл. 20а).

Таблица 20а

В скважинах с многослойной обсыпкой толщина слоя из мелкого гравия (песка) не должна приниматься меньше толщины опорного слоя гравия. Применение для гравийных фильтров гравия неоднородного состава нецелесообразно из-за существенного расслоения его в процессе засыпки.

Примечание. Материал, используемый для гравийных фильтров, должен быть незагрязненным, не содержать глинистых, пылеватых частиц и быть надежным в санитарном отношении.

5. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН И ШАХТНЫХ КОЛОДЦЕВ

Общие положения

5.1. Основными задачами гидрогеологических расчетов водозаборных скважин и шахтных колодцев являются:

а) определение дебита скважин и колодцев и понижения уровня подземных вод в процессе эксплуатации водозаборного сооружения;

б) оценка возможного влияния данного водозабора на существующие или намечаемые к строительству водозаборы на других участках;

в) оценка влияния проектируемого водозабора на окружающую природную обстановку (поверхностный сток, растительность и др.).

Одновременно с решением этих задач на основе гидрогеологических расчетов уточняют схему расположения водозаборных скважин и колодцев, их количество и размеры (глубину, диаметр).

5.2. При гидрогеологических расчетах водозаборов обычно в качестве исходной величины принимается дебит Q, соответствующий проектируемому водопотреблению. Довольно часто, однако, приходится определять максимальный дебит Q_макс, который может быть получен на рассматриваемом участке водоносного пласта или на всей площади его распространения. В обоих случаях расчетами устанавливаются размеры водозаборного сооружения, количество, расположение и дебиты скважин и колодцев при заданном времени эксплуатации и максимально допустимых понижениях уровня S_доп.

Гидрогеологические расчеты выполняются обычно для нескольких вариантов расположения водозаборов, по которым производятся технико-экономическое сопоставление и выбор оптимальной схемы водозабора.

Во всех вариантах расчетные понижения уровня сопоставляются с допустимыми понижениями.

При S_рас>S_доп проектируемый дебит водозабора не может считаться обеспеченным. В этом случае необходимо увеличить число скважин (колодцев), уменьшив дебит каждой из них, или распределить их на большей площади.

При S_рас<S_доп дебит водозабора может быть увеличен, а если в этом нет надобности, то может быть сокращено количество скважин (колодцев) и уменьшено расстояние между ними.

Приближенно величина допустимого понижения уровня может быть определена следующим образом:

для безнапорных вод

                                            ,                                                      (3)

для напорных вод

                            ],                                   (4)

где h_e и Н_е - соответственно первоначальная глубина воды до водоупора (в безнапорных пластах) и напор над подошвой горизонта (в напорных пластах); _нас и _нас - максимальная глубина погружения насоса (нижней его кромки) под динамический уровень воды в скважине; _ф и _ф - потери напора на входе в скважину; т - мощность напорного пласта.

Гидрогеологические расчеты водозаборных сооружений могут быть сделаны при той или иной степени схематизации гидрогеологической обстановки различными методами, используемыми при оценке запасов подземных вод, а именно; гидродинамическими, гидравлическими, балансовыми, гидрогеологической аналогии, а также комбинированными.

Гидродинамические методы расчетов водозаборов основаны на аналитическом или численном решении краевых задач теории фильтрации. подземных вод. Соответственно они подразделяются на аналитические методы и методы моделирования на аналоговых (АВМ), электронных цифровых (ЭВМ) или гибридных (АЦВМ) вычислительных машинах. При достаточно простых гидрогеологических условиях (однородные фильтрационные и емкостные свойства, прямолинейные границы водоносных пластов, неизменяющиеся условия на границах) целесообразнее всего применять аналитические методы, обеспечивающие достаточную для решения практических задач точность.

В сложных гидрогеологических условиях, характеризующихся существенной неоднородностью гидрогеологических параметров, сложной конфигурацией границ пласта и контуров некондиционных вод, изменяющимися во времени источниками формирования эксплуатационных запасов, наличием нескольких взаимосвязанных водоносных горизонтов, а также при значительном количестве проектируемых водозаборов и большом числе вариантов их размещения следует применять методы моделирования.

Гидравлические методы заключаются в определении расчетного дебита водозабора или прогнозных понижений уровней в скважинах по эмпирическим данным, непосредственно полученным в процессе проведения опыта и комплексно учитывающим влияние различных факторов, определяющих режим работы водозабора.

Балансовый метод применяется при определении величины сработки естественных запасов подземных вод, а также частичного или полного перехвата водозабором расхода естественного потока и привлекаемых источников питания. Балансовый метод является приближенным методом расчета, поэтому он используется, главным образом, как дополнительный в сочетании с гидродинамическим и гидравлическим методами.

Метод гидрогеологической аналогии заключается в определении модуля эксплуатационных запасов (или отдельных его составляющих) оцениваемого водоносного горизонта, устанавливаемого в пределах наиболее изученных участков по данным детальных разведочных работ или эксплуатации действующих водозаборов Метод основан на переносе данных о режиме эксплуатации подземных вод на участках действующих водозаборов на оцениваемые участки, находящиеся в аналогичных условиях с эксплуатируемыми.

Все указанные методы расчетов производительности водозаборов подземных вод имеют свои достоинства и недостатки. Поэтому иногда целесообразным является применение комбинированных методов, т. е. совместного использования при расчетах одновременно нескольких методов.

Основные расчетные зависимости, полученные аналитическими методами для оценки производительности водозаборных скважин и колодцев, работающих в относительно простых и наиболее часто встречающихся гидрогеологических условиях, приведены для:

а) долин рек (полуограниченные пласты с прямолинейным контуром питания и пласты-полосы);

б) артезианских бассейнов (в частности, в неограниченных по площади распространения изолированных и слоистых водоносных горизонтах);

в) ограниченных по площади распространения пластов (для некоторых схем закрытых и полузакрытых водоносных структур).

Аналитические решения для расчета водозаборов в более сложных природных условиях приведены в ряде специальных монографий и статей. При весьма сложных природных условиях или недостаточно полной гидрогеологической информации следует применять другие методы расчета (аналоговое или численное моделирование, гидравлические методы и др.).

5.3. Общая расчетная зависимость для определения понижений уровней подземных вод в любой точке водоносного горизонта может быть представлена следующим образом:

для безнапорных водоносных горизонтов

                                      ;                                                         (5)

для напорных водоносных горизонтов

                                               .                                                               (6)

Здесь Q - суммарный дебит водозабора; k - коэффициент фильтрации водовмещающих пород, т - мощность водоносного горизонта; km - водопроводимость водоносного горизонта, h_e - естественная (до начала откачки) мощность грунтового потока, гидравлическое сопротивление, зависящее от гидрогеологических условий и типа водозаборного сооружения.

При определении понижения уровня подземных вод непосредственно в скважине или шахтном колодце в формулах (5) и (6) следует принимать

                                                  R = R₀+,                                                             (7)

где R_o - значения гидравлического сопротивления R в точке расположения скважины (колодца);  - дополнительное сопротивление, учитывающее фильтрационное несовершенство скважины или колодца,  = Q_o/Q - отношение расхода рассматриваемой скважины Q_o к суммарному расходу водозабора Q.

Расход водозаборного сооружения определяется по следующим зависимостям:

для безнапорных водоносных горизонтов

                                                        ;                                                            (8)

для напорных водоносных горизонтов

                                                                                   .                                                          (9)

Здесь S_доп - максимально допустимое понижение уровня подземных вод.

Указания по методике определения величин R, R_о даны в табл. 21, 23 и др.;  в формулах (8) и (9) должна определяться для скважин (колодцев), работающих на наиболее нагруженном участке водозабора, где ожидается наибольшее понижение уровня подземных вод.

Расчеты береговых водозаборов (в долинах рек)

5.4. Важнейшим фактором, определяющим условия эксплуатации береговых водозаборов, является наличие постоянных поверхностных водотоков, с которыми гидравлически связаны водоносные горизонты. Благодаря этому производительность береговых водозаборов обеспечивается, в основном, за счет инфильтрации речных вод в эксплуатируемые водоносные горизонты. Привлечение поверхностного стока приводит к быстрой стабилизации уровней подземных вод в скважинах береговых водозаборов.

В табл. 21 приведены расчетные зависимости для определения гидравлических сопротивлений R и Ro при работе водозаборов различного типа вблизи совершенных рек в условиях установившейся фильтрации. Под совершенными в фильтрационном отношении реками понимаются такие, в которых фильтрация поверхностных вод в водоносный пласт через русловые отложения происходит без существенных потерь напора и деформации потока в подрусловой зоне, в связи с чем уровни подземных и поверхностных вод на урезе реки практически совпадают. К совершенным рекам можно отнести реки значительной ширины (ширина больше мощности водоносного горизонта под руслом реки) без илистого или кольматированного донного слоя, препятствующего инфильтрации речных вод в водоносные горизонты. Условные обозначения к формулам приведены в табл. 21.

Таблица 21

Численные значения функции f, используемой в формуле 14 табл. 21, даны в табл. 22.

Таблица 22

Приведенные в табл. 21 зависимости можно использовать также для расчета нескольких взаимодействующих водозаборов при различном их расположении. В этом случае суммарное понижение уровня можно найти по формулам:

для безнапорных водоносных горизонтов

                                                                                   (22)

для напорных водоносных горизонтов

                                                                                                                 (23)

где S_i - понижение, обусловленное действием отдельного i-ro водозабора (i = l, 2, …,n), п - общее количество водозаборов.

Пример расчета. Водозабор состоит из трех скважин, расположение которых указано на рис. 12 Требуется найти понижение уровня воды в скважине 2. Дебиты скважин одинаковы и равны Q = 2 тыс. м³/сут. Величина водопроводимости напорного водоносного горизонта равна km = 500 м²/сут. Радиус скважины 2r₀ = 0,2 м, скважина совершенная.

Рис. 12. Схема к примеру расчета

Общее понижение уровня в скважине 2 найдено по формуле (23), которая в данном случае будет иметь вид

S_сум ⁼ S₁+ S₂ + S₃,

где S₁ и S₂ - срезка уровня на скважине 2 соответственно от скважины 1 и 3; S₂ - понижение уровня, обусловленное действием скважины 2.

Находим соответствующие гидравлические сопротивления для скважин 1 и 3 по формуле (10) табл. 21:

 = 2,05;

R₃ = = 1,28;

для скважины 2 - по формуле (11) табл. 21:

R₂ = ln = 7,82.

Отсюда по формуле (6):

S₁ = 1,3 м;

S₂ = 7,82 = 4,6 м;

S₃ = 1,28 = 0,8 м.

Следовательно,

S_сум = 1,3+4,6+0,8 = 6,7 м.

Расчеты водозаборов в артезианских бассейнах (неограниченные пласты)

5.5. Для артезианских бассейнов характерно этажное строение водоносной толщи Хорошо проницаемые водоносные отложения чередуются здесь с водоупорными или слабопроницаемыми раздельными слоями. В соответствии с этим можно выделить следующие расчетные схемы изолированные, не ограниченные по площади водоносные горизонты; слоистые водоносные горизонты

5.6. Изолированные неограниченные пласты характеризуются отсутствием внешних источников питания подземных вод. Дебиты водозаборов обеспечивают притоком воды за счет осушения водоносных пород и сработай напоров подземных вод. В связи с этим при эксплуатации водозаборных сооружений даже в течение весьма длительного времени имеет место неустановившаяся фильтрация, т е. уровни подземных вод при работе водозаборов непрерывно снижаются.

Эксплуатация водозаборов в изолированных неограниченных пластах сопровождается обычно образованием обширных воронок депрессии, захватывающих площади в десятки и даже сотни квадратных километров. При проектировании водозаборов здесь необходимо учитывав возможное влияние намечаемого водоотбора на существующие водозаборные сооружения.

Основные расчетные зависимости для определения гидравлических сопротивлений R и R_0, при работе водозаборов в изолированных неограниченных пластах приведены в табл. 23.

Обозначения, используемые в табл. 23, даны на соответствующих схемах. Кроме того, используются следующие обозначения: t - время, на которое рассчитывайся понижение уровня подземных вод; а - коэффициент пьезопроводности пласта, a = km/;  - водоотдача пород; r_вл = 1,5; f() - функция, численные значения которой даны в табл. 22.

Таблица 23

5.7. Все приведенные в табл. 21-24 расчетные зависимости справедливы при постоянном расходе водозаборных сооружений. В случае если дебит водозабора изменяется во времени, следует представить действительный график изменения расхода водозабора ступенчатой линией. Тогда понижения уровня подземных вод находятся по формулам, указанным в таблицах, в которых величина Q принимается равной начальному значению дебита водозабора q₁, а вместо гидравлического сопротивления подставляется величина R, равная:

                                                                                                                              (32)

где R(t-t_j) - гидравлическое сопротивление при постоянном расходе (см. табл. 23), которое определяется на момент времени (t-t_j); t_j  - время начала действия j-й ступени; j - номер ступени с постоянным средним значением расхода водозабора:

;           ,

k - количество выделенных ступеней изменения дебита водозабора.

5.8. Расчет понижений уровня в пласте при заданном постоянном уровне на водозаборе при достаточно большом времени (at/r >500; r₀ - размеры водозабора в плане) приближенно может быть проведен по следующим формулам:

;                                         (33)

Здесь R - гидравлическое сопротивление водозабора при постоянном расходе; Rо - значение этого сопротивления в точке расположения водозабора; Q(t) - изменяющийся во времени расход водозабора; So - заданное понижение уровня на водозаборе.

Понижения уровня при действии нескольких водозаборов находятся по рекомендациям, изложенным в п. 5.4, формулы (22) и (23).

5.9. В слоистых водоносных пластах формирование запасов подземных вод происходит под влиянием перетекания подземных вод в эксплуатируемый горизонт из соседних питающих пластов через слабопроницаемые раздельные слои в кровле или подошве горизонта. Режим работы водозабора в общем случае неустановившийся, но при больших запасах воды в питающих пластах и интенсивном перетекании понижения уровней на водозаборе могут стабилизироваться.

Основные расчетные зависимости для определения гидравлических сопротивлений R и Ry приведены в табл. 24. Формулы (34) и (35) табл., 24 относятся к случаю, когда верхний слой имеет весьма слабую проницаемость (k_o<<k), содержит воды со свободной поверхностью и обладает значительной водоотдачей (>>*). Нижний эксплуатируемый пласт сложен хорошо проницаемыми породами. Такая схема характерна для неглубоко залегающих артезианских водоносных пластов.

В схеме трехслойной толщи эксплуатируемый пласт гидравлически связан с соседним питающим водоносным горизонтом с параметрами (km)_п и _п. Эта связь осуществляется путем перетекания подземных вод из питающего пласта в эксплуатируемый через раздельный слой с параметрами k₀m₀. Если при этом понижения уровня воды в питающем водоносном горизонте невелики (S0), то по истечении некоторого времени фильтрация подземных вод к водозабору приобретает установившийся характер, формулы (37) и (39) табл. 24. Численные значения функции K_o(z) даны а табл. 25.

Расчетные зависимости, приведенные в табл. 24, характеризуют работу одиночной скважины. При расчете системы взаимодействующих скважин следует использовать рекомендации, данные в п. 5.4, формулы (22) и (23).

Пример расчета. Напорный водоносный горизонт (коэффициент фильтрации k = 20 м/сут, мощность m = 50 м, упругая водоотдача * = l0^-4) перекрыт сверху слоем суглинка мощностью m_o = 10 м с коэффициентом фильтрации k_o = 0,1 м/сут и водоотдачей  = 0,08. В суглинках развит безнапорный водоносный горизонт, гидравлически связанный с нижележащим напорным горизонтом. Требуется найти понижение уровня воды в совершенной скважине (r_о = 0,2 м) при отборе Q = 4 тыс. м³/сут в течение 25 лет 10⁴ сут.

Для расчета используем формулу (35) табл. 24.

Обобщенный коэффициент пьезопроводности в данном случае равен:

 м³/сут.

Следовательно,

r_вл = 1,51 = 1,68^.10⁴ м.

Тогда

R₀ =  = 11,3,

а понижение уровня по формуле (6)

S =  = 72 м.

Таблица 24

Таблица 25

Расчеты водозаборов в ограниченных (закрытых, полузакрытых) водоносных пластах

5.10. Под закрытыми пластами понимаются структуры, ограниченные со всех сторон непроницаемыми контурами, через которые приток воды в эксплуатируемый пласт можно считать практически равным нулю. В полузакрытых структурах непроницаемые границы лишь частично закрывают пласт.

Основными источниками питания водозабора здесь являются статические и упругие запасы подземных вод в центральных, а также статические запасы воды в краевых частях структуры, где водоносные горизонты выходят на поверхность. При эксплуатации водозаборов в закрытых и полузакрытых структурах обычно имеет место неустановившийся режим фильтрации.

В табл. 26 приведены формулы для определения гидравлических сопротивлений R и R₀. Рассмотрены ограниченные пласты с 1-2 непроницаемыми границами и полностью закрытые водоносные горизонты.

В табл. 26 дан такой случай, когда при работе водозабора, располагающегося в области напорных вод (водоотдача ), происходит осушение пласта на участке выхода его на поверхность (водоотдача ), формулы (42) и (43). Численные значения специальных функций erfc(z) и ierfc(z), входящих в некоторые формулы табл. 26, даны в табл. 25.

Таблица 26

Расчет взаимодействующих скважин в ограниченных пластах может быть выполнен по формулам (22) и (23) п. 5.4.

Периодически действующие водозаборы подземных вод

5.11. Водозаборы при таком режиме устраиваются в случае периодически изменяющегося водопотребления. В частности, это имеет место при использовании подземных вод для орошения, когда водозаборы включаются в эксплуатацию только в вегетационный период. График водоотбора при этом имеет циклический характер и повторяется из года в год (рис. 13). Аналогично и уровни подземных вод на водозаборе испытывают периодические колебания. Понижения уровня могут быть найдены по формуле

                                                         S = S_cp+S,                                                       (48)

где S_cp - среднее понижение уровня, обусловленное постоянным во времени средним водоотбором Q_cp, причем

                                                         Q_cp = ,                                                        (49)

где Q_ср - средний расход водозабора в период его эксплуатации; t_o - длительность периода работы водозабора (при орошении - продолжительность поливного периода); Т - длительность полного цикла работы водозабора (обычно год).

13. График периодического водоотбора

Понижение S_cp находится по соотношениям, в которых Q = Q_cp. Гидравлические сопротивления R или R_o в зависимости от строения водоносного пласта рассчитываются на момент времени t от начала первого включения водозабора.

Величина S, в формуле (48) представляет собой дополнительные колебания уровня относительно среднего положения. Приближенно она может быть оценена по следующей формуле

                               ,                                      (50)

здесь R(t^*) - гидравлическое сопротивление R (или Ro) при t = t*; t* - время от начала последнего включения водозабора; R(t*-to) - гидравлическое сопротивление при t = t*-t₀. Максимальное понижение уровня будет при t* = t_о. Тогда второй член в квадратных скобках в формуле (50) равен нулю.

Таким образом, при периодической эксплуатации водозабора темп сработки уровня и использования запасов подземных вод определяются .в значительной мере средним расходом водозабора за все время эксплуатации.

Пример расчета. В напорном водоносном горизонте с параметрами km = 300 м²/cyт, а = 10⁵ м²/сут работает водозаборная скважина (r_о = 0,2 м). Отбираемая вода используется для орошения, в связи с чем скважина эксплуатируется лишь 4 мес в году с расходом Q = 3 тыс. м²/сут. Требуется определить максимальное понижение уровня на скважине при эксплуатации ее в течение 25 лет = 10⁴ сут.

Так как скважина работает в изолированном неограниченном пласте, для расчетов используем формулу (25) табл. 23.

Прежде всего найдем среднее понижение уровня S_cp. Для этого по формуле (49) определяем среднюю величину водоотбора Q_cp. В данном случае tо = 4 мес 120 сут, T = 365 сут, следовательно,

Q_cp =  = 986 м³/сут.

Радиус влияния равен: r_вл = 1,5  = 4,5^.10⁴ м. При этом по формуле (25) табл. 23 находим

R₀ =  = 12,3.

Следовательно, по формуле (6)

S =  = 6,4 м.

Дополнительное колебание уровня  будет наибольшим в конце периода эксплуатации скважины, т. е. при t* = t = 120 сут, поэтому гидравлическое сопротивление R(t*) в формуле (50) определяем именно на этот момент времени. Радиус влияния, соответствующий t = to, равен:

r_вл =  = 5,2.10³ м,

и по формуле (35) табл. 24 получаем

R₀(t^*) =  = 10,2.

Следовательно формула (50),

 =  = 10,9 м.

Таким образом, максимальное понижение уровня в водозаборной скважине составит

S = 6,4 + 10,9 = 17,3 м.

Оценка “плановой” (по площади распространения) фильтрационной неоднородности водоносных пластов

5.12. Плановая неоднородность водоносных пластов обусловлена изменением фильтрационных параметров (водопроводимости и коэффициента пьезопроводимости) по простиранию водоносных горизонтов. Выделяются следующие типовые схемы неоднородного в плане пласта, состоящего из двух зон:

1) с прямолинейной границей раздела;

2) с круговой границей раздела.

Понижения уровня в случае неоднородного строения водоносного пласта для зоны расположения скважины находятся по формулам (5) и (6), в которых следует принимать km = (km)₁, а гидравлическое сопротивление R = R₁.

Если исследуемая точка находится в соседней зоне II (см. схемы в табл. 27), то R = R₂.

Расчетные зависимости для определения сопротивлений R₁ и R₂ а также R₀, характеризующего уровни на скважине, приведены в табл. 27. Значения функции , используемой в формулах (51)- (53) табл. 27, даны в табл. 28 в зависимости от параметров

            .

Взаимодействующие скважины в неоднородном пласте могут быть рассчитаны по формулам (22) и (23) п. 5.4.

5.13. Реальные неоднородные водоносные горизонты обычно имеют более сложное строение, чем представленные в табл. 27. Это относится прежде всего к величине водопроводимости пласта, которая подвержена гораздо большим изменениям, чем коэффициент пьезопроводности.

Таблица 27

Для приближенной оценки производительности водозаборов в сложных условиях можно использовать следующие практические приемы.

Вся исследуемая область в пределах зоны влияния водозабора схематично представляется в виде двух областей. В первой, в которой располагается водозабор, сохраняется присущее этой области значение водопроводимости; во второй, соседней области, величина водопроводимости осредняется

,                                          (57)

где (km)₁, (km)₂, .... (km)_n - водопроводимости пласта в различных зонах; F₁, F₂,… Fn. - площади этих зон в области влияния водозабора.

Дальнейший расчет водозаборного сооружения проводится в зависимости от вида полученной таким образом схематизированной области по формулам (51)-(53) или (54)-(56) табл. 27.

При этом, если водоносный пласт в пределах области влияния водозаборного сооружения всюду имеет напорный характер или всюду является безнапорным, то коэффициент пьезопроводности пласта можно принята одинаковым (средним) для всей области. Тогда функция  в формулах (52)-(53) будет равна нулю. Если же в пределах исследуемой области имеет место напорно-безнапорная фильтрация, величина поправки  может быть оценена по табл. 28.

Таблица 28