CC BY
47
УДК 631.372
ВЛИЯНИЕ ВЕРХНИХ ПЛАСТОВ ТЕРРИТОРИИ ВОДОСБОРА ГРУНТОВЫХ ВОД
НА ВЕЛИЧИНУ ИХ СТОКА
Дунаев А.И., доцент кафедры природообустройства и водопользования
ФГБОУВПО «Брянская ГСХА»
Аннотация. Приводятся результаты и анализ лабораторных исследований по увеличению водоотдачи верхнего водоносного пласта при работе вертикального водозабора -скважины (колодца). Даны практические рекомендации по оптимальному расположению на территории водосбора технических мероприятий по увеличению притока воды к скважинам и колодцам.
Ключевые слова: водоносный горизонт, вертикальный подземный водозабор, скважина, колодец, грунтовый сток, водоотдача грунта, капиллярный вакуум, территория водосбора.
Annotation. Here is provided the results and analysis of laboratory researches on increasing of water yield, of the upper aquifer during the work of the vertical water--well. Here is given the practical recommendation on the optimal location of the technical measures for water flow increasing on the boreholes and wells on the catchment area.
Key words: aquifer, an underground vertical water intake, well, the soil runoff, water loss, soil capillary water catchment area of the vacuum.
В последние годы существенно обострилась проблема использования подземных вод для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения. Это связано в основном с их истощением из-за интенсивного использования, а также с различного рода загрязнениями. Для условий Брянской области, согласно прогнозам ведущих специалистов, эта проблема в ближайшие годы может существенно обостриться и превратиться в одну из актуальных экологических проблем.
Поиск путей увеличения притока воды к подземным водозаборам без нарушения запасов подземных вод -- это один из предлагаемых научных подходов для решения этой проблемы.
Вакуум, образующийся при водоотдаче в капиллярах почвогрунта, является одной из причин, снижающих приток грунтовых вод к скважинам и колодцам. Наличие уплотнений на поверхности водосбора значительно увеличивает возвратное воздействие вакуума, величина которого в зависимости от типа поверхности может достигать 5...20%.
Воздействие вакуума можно оценивать по изменению скоростного коэффициента в
-- скоростной коэффициент; Нвв -- расстояние от оси отсчета до водоупора, см; тк -- расстояние от оси отсчета до дна водозабора, см; £ -коэффициент, учитывающий форму водосбора; X -- общие фильтрационные сопротивления, учитывающие несовершенство водозабора по степени и характеру вскрытия пласта; ^ -- время от начала расчетного периода, сут; D, И -соответственно скоростные коэффициенты инфильтрации и испарения.
Чтобы выяснить, каким образом влияют на воздействие вакуума расположение уплотнений относительно водозабора и их площадные размеры в общей водосборной площади, были проведены соответствующие исследования в лаборатории БГСХА на фильтрационном лотке с песчаным грунтом. Коэффициент фильтрации песка составлял 1,0-1,5м/сут. В качестве уплотнения на поверхности использовался слой глины плотностью 1,8-1,9 г/см3. Геометрический масштаб гидравлической модели вертикального водозабора (скважины, колодца) и его водосбора был принят 1:100.
Основная суть произведенных исследований
уравнении кинетики грунтовых вод [1]:
заключалась в следующем:
г,
, см (1)
с+и-в 7 _ ^
1 + Х ст Х 0 _ е -(дНвв-В+Иж- в-тк )■ I
где 20 .. уровень грунтовых вод в начале расчетного периода, см; Хст -- глубина
стабилизации уровня грунтовых вод при стекании по водоупору и возвратном воздействии вакуума, см;
Исследованиями были охвачены следующие варианты режимов работы модели, установленной на фильтрационном лотке:
- исходный режим с уплотнением в виде слоя глины по всей поверхности;
- обычный режим работы с песчаным грунтом при полном отсутствии каких-либо уплотнений;
- режим с устройством проколов в уплотнении в различных местах на водосборе;
- создавался определенный характер поверхности водосбора посредством устройства окон-проемов (проколов) или «гидрогеологических окон» в уплотнении на поверхности;
- проводились наблюдения за стоком до полного окончания водоотдачи;
- получаемые результаты сопоставлялись с исходным режимом водоотдачи (вариант, когда вся поверхность водосбора была уплотнена).
- режим с устройством сплошных окон разных размеров с расположением их у водозабора;
- режим с устройством одинаковых окон, но с различным их расположением на водосборе.
Обобщенные результаты исследований, полученные посредством математической обработки результатов измерений, приводятся в таблице 1.
Таблица 1 - Изменение водоотдачи водоносного пласта в зависимости от характера уплотнений на поверхности водосбора
Расположение
№ варианта Размер окон -проемов окон-проемов на водосборе Увеличение
№ п/п Проводимые мероприятия мероприяти в % от от водозабора водоотдачи,
я площади водосбора в % от длины (по линии главного потока ГВ) %
1 Уплотнение из глины на всей поверхности водосбора исход-ный 0 - -
2 Отсутствие уплотнений на водосборе 1 100 - 15,4
3 Устройство окон-проемов равномерно 1 0,045 60 0,9
по площади 2 0,045 40 1,6
0,045 60
0,045 20
3 0,045 40 2,7
0,045 60
0,045 0
4 0,045 20 5,8
0,045 40
0,045 60
1 10 - 9,1
Устройство сплошных око-проемов, прилегающих к
4 2 20 - 12,6
водозабору 3 30 - 12,9
4 40 - 13,0
1 10 5 9,1
Устройство окон-проемов 2 10 15 8,7
5 в различных местах площади 3 10 25 7,8
водосбора 4 10 35 5,9
5 10 45 4,3
6 10 55 2,9
Заключение и выводы
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
- чрезмерное увеличение размеров окон не дает существенного увеличения водоотдачи, что указывает на необходимость поиска оптимального варианта;
- мероприятия по увеличению притока к водозабору, связанные с разрушением структуры верхних слоев почвогрунта и имеющие большое распространение по площади, целесообразно проводить в первой половине водосбора, прилегающей к водозабору;
- устройство проколов в зоне, превышающей 60% площади от водозабора, не оказывает существенного влияния, следовательно, это
мероприятие желательно применять в зоне непосредственной близости к водозабору (1030%);
- проведение каких-либо мероприятий в зоне водосборной площади, прилегающей к водоразделу (20-30%), не имеет смысла, так как устройство здесь даже больших окон не оказывает заметного влияния на приток воды к водозабору.
Список литературы
1. Василенков В.Ф., Дунаев А.И. Математическое описание динамики уровня грунтовых вод при вертикальном водозаборе. Сборник: Достижения науки и передовой опыт в производстве. - Брянск: БГСХА, 1995.
