PROJEKT UJĘCIA WODY PODZIEMNEJ ZA POMOCĄ STUDNI WIERCONYCH.

Studnie wiercone, zależnie od rodzaju ujmowanych wód gruntowych, można podzielić na studnie ciśnieniowe - ujmujące wodę o napiętym zwierciadle i bezciśnieniowe - ujmujące wodę o swobodnym zwierciadle. Zależnie od głębokości zapuszczenia rury filtrowej w warstwę wodonośną można wyróżnić studnie o całkowitym zagłębieniu - zwane zupełnymi i częściowym zagłębieniu zwane - niezupełnymi. Obliczenie ujęcia wody podziemnej można podzielić na kilka etapów:

a) ustalenie charakterystyki wydajności studni - ujęcie ma być zlokalizowane w warstwie wodonośnej o swobodnym zwierciadle wody przy całkowitym zagłębieniu rury filtrowej w warstwę wodonośną. Charakterystykę studni ustala się wykorzystując wzory:

gdzie:

Q_s - wydatek studni, m³/s,

k_f - współczynnik filtracji, m/s,

s - depresja, m. ,

H - wysokość położenia statycznego zwierciadła wody w studni (nad dnem studni), m. ,

R - zasięg leja depresji, m. ,

r  - promień studni, m.

b) ustalenie charakterystyki wydajności filtru - eksploatacyjna wydajność studni zależy od średnicy i długości filtru i może być określona jako wydajność filtru ze wzoru:

gdzie:

Q_f - wydajność filtru, m³/s,

d_f - średnica zewnętrzna filtru, m. ,

l - długość filtru, m. ,

v - średnia prędkość wlotowa do filtru studziennego, m/s.

W celu wyznaczenia charakterystyki wydajności filtru należy określić dopuszczalną prędkość wlotową wody do filtru. Przez prędkość wlotową rozumie się prędkość przepływu wody podziemnej na granicy między warstwą wodonośną a zewnętrzną powierzchnią filtru. Dopuszczalna prędkość jest to największa prędkość wlotowa, która nie powoduje sufozji mechanicznej gruntu i obsypki, a także kolmatacji chemicznej filtru i przyległej warstwy gruntu. Oblicza się ją ze wzoru:

Z przecięcia się charakterystyk Q_s i Q_f otrzymuje się punkt pracy studni. Na podstawie rzędnych tego punktu określa się depresję S_max i wydatek Q_emax.

c) ustalenie niezbędnej liczby studni - niezbędną liczbę studni dla pokrycia zapotrzebowania na wodę oblicza się ze wzoru:

Ze względu na konieczność okresowego czyszczenia studni przyjmuje się większą ich liczbę. Co najmniej jedną na każde 10 studni, ale nie więcej niż 4 - 6. Są to studnie rezerwowe. A więc całkowita ilość studni wynosi: nc = n + nr. W przypadku ujęcia składającego się z zespołu studni często występuje zjawisko wzajemnego ich oddziaływania, prowadzące do zmniejszenia wydatku studni (przy tej samej depresji) w porównaniu z wartością uzyskiwaną przy pracy jednej studni. Współczynnik "b" określono ze stosunku L/R gdzie:

L - odległość między studniami,

R - promień leja depresji.

Obliczono poprawioną ilość studni: n = Q_dmax / b*Q_exp.

d) ustalenie parametrów pracy grupy studni - rzędną powierzchni obniżonego poziomu wody w jednej ze współdziałających studni lub depresję można obliczyć przy założeniu, że wydajność Q_s, odległość od granic leja depresji R, średnica filtru r i wartość współczynnika filtracji k, dla każdej ze współdziałających studni są jednakowe i oblicza się je ze wzoru:

gdzie:

hi - wzniesienie zwierciadła wody w studni i - tej ponad podłożem nieprzepuszczalnym, m. ,

H - wzniesienie statycznego zwierciadła wody nad spągiem warstwy nieprzepuszczalnej, m. , Q - wydajność studni, m³/s,

kf - współczynnik filtracji, m/s,

si - depresja i - tej studni współdziałającej z grupą studni, m. ,

Rg - promień leja depresyjnego wywołanego działaniem grupy studni, m. ,

Ro - zastępczy promień ujęcia grupowego, m. ,

a - odległość skrajnych współdziałających studni ustawionych w szeregu, m. ,

r - promień filtru, m. ,

L - odległość między studniami, m.

e) zaprojektowanie i obliczenie hydrauliczne przewodów tłocznych - obliczenia hydrauliczne polegają na wyznaczeniu średnicy - d, jednostkowego spadku linii ciśnienia - i, strat liniowych - h. Obliczenia przeprowadzono przy wykorzystaniu nomogramu do wymiarowania przewodów wodociągowych z rur żeliwnych lub stalowych przy k=1,5. Średnicę przewodu dobierano, zakładając prędkość w przewodzie v =1 m/s.

f) obliczenia rzędnych linii ciśnienia - rzędne linii ciśnienia ustala się przy uwzględnieniu wymaganego ciśnienia na stacji uzdatniania, które wynosi ok. 7,0 m. słupa wody nad poziomem terenu (wymagane ciśnienie dla prawidłowej pracy urządzeń ciśnieniowych stacji). Rzędne linii ciśnienia oblicza się ze wzoru:

gdzie:

R_zi - i-ta rzędna linii ciśnienia, m. ,

Rz_suw - rzędna stacji, m. ,

ქh _{i - suw} - suma strat do punktu i, m. ,

Wymaganą wysokość podnoszenia pompy w studni oblicza się ze wzoru:

gdzie:

Hp - wymagana wysokość podnoszenia pompy, m. ,

Rz_stud - rzędna studni, m. ,

Rz_zd - rzędna zwierciadła dynamicznego w studni

Dobór pompy.

Dobór pompy przeprowadzono dla dwóch pomp 1 i 9.(wartości zaokrąglono do liczb całkowitych)

Pompa 1: H_p = 41,84 Q=
=

Pompa 2: H_p = 39,00 Q=
=

Dla wartości tych dobrano pompę firmy hydro-vacuum oznaczoną symbolem GC.3.03

Charakterystyka pompy.

Dla potrzebnego strumienia Q odczytano z wykresu wysokość pompowania. Jest ona wyższa niż nam potrzebna należy więc zastosować dławienie.

Wartości wysokości dławienia H_d dla poszczególnych obliczono ze wzoru:

H_d=H_h-H_p

Gdzie:

H_h - wysokość podnoszenia odczytana z wykresu charakterystyki

Hp - wymagana wysokość tłoczenia

Wartości wysokości dławienia dla pomp wyniosły odpowiednio:

H_d1 = 43,00-41,84- = 1,16 [m]

H_d2 = 43,00-39,00 = 4 [m]

PROJEKT

z przedmiotu

SIECI ORAZ OBIEKTY WIK

Projekt sieci wodociągowej

Łukasz Mazurek ISIW-2Temat: Obliczanie zaopatrzenie miasta w wodę przez studnie

Zadanie polegało na zaprojektowaniu pompowego układu ujęcia wody za pomocą studzien wierconych o wydajności odpowiadającej maksymalnemu dobowemu zapotrzebowaniu na wodę w ćwiczeniu nr1 - Q_dmax=14573,22 [m³/d] = 0,1687 [m³/s]

Dane wyjściowe:

• wysokość ciśnienia piezometrycznego nad spągiem warstwy wodonośnej H=20[m]

• miąższość warstwy wodonośnej m=15 [m]

• współczynnik filtracji k_f= [m/d] = 0,00015046 [m/s]

• średnica zewnętrzna filtru dz= 457 [mm]=0,457 [m]

• położenie statycznego zwierciadła wody w studni pod powierzchnia terenu 30[m]

Zakres ćwiczenia obejmuje obliczenia ilości studzien i parametrów ich pracy, opracowanie schematu rozmieszczenia studzien i przewodów tłocznych, obliczenia hydrauliczne przewodów tłocznych, sporządzenie wykresu linii ciśnienia, dobór pomp głębinowych.

Korzystając z poniższych wzorów wyznaczono charakterystyki filtru i studni.

Wzór na charakterystykę filtru:

gdzie:

r- promień filtru

l- wysokość filtru

v_dop-prędkość dopuszczalna:

Przykładowe obliczenie dla l=7

[m³/s]

Wzory na charakterystykę studni:

gdzie s jest to wielkość depresji

Przykładowe obliczenie dla s =2

[m]

[m³/s]

Charakterystyki przedstawiono na poniższym wykresie:

Wartość Q_e=0,0213 [m³/s] dla której odczytano wartość s = 5,75 [m]

Założono wartość Qs=0,0192 [m³/s]

Ilość studzien obliczono ze wzoru:

gdzie: n- liczba studzien

liczbę studzien zaokrąglamy w górę czyli n=9 (+dwie studnie zapasowe)

Obliczamy wartość Q'_s ze wzoru:

[m³/s]

Obliczamy wartość Q_s'':

[m³/s]

spełnia warunek

Teraz należy odczytać wartość depresji s.

s = 5,55 [m] → R=157,175 [m] → Q(_rz)=0,0202 [m³/s] =Q''_s

Ostatecznie depresja wyniesie s = 3,85 [m]

Qe > Q''s=0,0213 [m³/s] > Q_s' - czyli poprawnie

Przystępujemy do rozrysowania schematu rozmieszczenia studzien:

Będziemy używać wartości :

s =5 ,75 [m]

R = 234,74 [m]

Q = 0,0206 [m³/s]

Promień leja depresyjnego wywołanego działaniem grupy studzien obliczono ze wzoru:

gdzie:

R_o - oznacza zastępczy promień ujęcia grupowego

a - oznacza odległość skrajnych studzien ustawionych w szeregu

Dla naszego przypadku:

m

Wzajemne oddziaływanie studni między sobą.

gdzie:

t_x- obniżenie zwierciadła wody w studni odległej o x od studni pracującej

reszta jak wyżej

oznaczenia jak wyżej

Q'=

Obliczenia dla studni 1(na jej działanie wpływa studnia 2)

Łatwo zauważyć że studnie 3, 4, 6, 7, 8, 9, 11 również pracują w takich samych warunkach i mają takie same charakterystyki. (razem 6 studni + 2 rezerwowe)

Obliczenia dla studni 2 ( na jej działanie ma wpływ studia 1 oraz 3)

Łatwo zauważyć że studnie 5 oraz 10 również pracują w takich samych warunkach i mają takie same charakterystyki.( razem trzy studnie)

Obliczamy rzeczywistą wartość Strumienia wody pompowanej ze studni -Qu:

Q_u= 6*Q₁' + 3*Q₂' = 6*0,01438 + 3*0,01413 = 0,1738 [m3/s]

Ilość wody dostarczanej ze studni Q_u pokrywa zapotrzebowanie czyli jest większa niż Q_dmax. Ponieważ wartość ta jest o 7% procent większa niż zapotrzebowanie należało by skorygować wydajność pojedynczej studni przez zmniejszenie wysokości filtra za czym idzie zmniejszenie ilości pompowanej wody.

Rzędna terenu
=0 m

Obliczenie rzędnej linii ciśnienia na wlocie do stacji uzdatniania -
.

[m]

Rzędną linii ciśnienia w pozostałych węzłach przewodu tłocznego
obliczamy ze wzoru:

gdzie:

- suma strat ciśnienia na drodze od stacji uzdatniania do punktu i

Obliczenia w tabeli:

Numer węzła	Numer odcinka	Pprzepływ na odcinku [dm^3/s]	Długość odcinka L [m]	Średnica D [mm]	Prędkość [m/s]	Jednostkowy spadek linii ciśnień i	Strata ciśnienia na odcinku	Rzędna linii ciśnień m.n.p.m
1	2	3	4	5	6	7	8	9
St1								15,36
	ST1-A	14,37	40,85	150	0,7	6,5	0,265525
A								15,1
	A-B	14,37	140	150	0,7	6,5	0,91
B								14,19
	B-C	28,51	140	200	0,85	6,5	0,91
C								13,28
	C-D	42,89	200	200	1,3	16	3,2
D								10,08
	D-J	85,77	400	300	1	2,7	1,08
J								9
	L-StU	128,66	400	300	1,2	5	2
stU								7
st11								11,47
	st11-H	14,38	40,85	150	0,7	6,5	0,265525
H								11,21
	H-I	14,38	140	150	0,7	6,5	0,91
I								10,3
	I-J	28,76	200	200	0,85	6,5	1,3
J								9

*wartości średnicy, prędkości oraz jednostkowego spadku linii ciśnień odczytano z Nomogramu do obliczania strat hydraulicznych i natężenia przepływu w rurach żeliwnych i stalowych.

Wykres linii ciśnień załączono na końcu sprawozdania w załączniku nr 1.

Wymaganą wysokość podnoszenia pompy w studni
możemy obliczyć ze wzoru:

gdzie:

-rzędna linii ciśnienia w przewodzie tłocznym studni

-rzędna zwierciadła dynamicznego w studni

Dla studni pierwszej St1 wysokość podnoszenia będzie.

m (dla Q'₁ =
)

dla studni jedenastej St11 wysokość podnoszenia będzie

m (dla Q'₁₁ =
)

Dobór pompy.

Dobór pompy przeprowadzono dla dwóch pomp 1 i 9.(wartości zaokrąglono do liczb całkowitych)

Pompa 1: H_p = 41,84 Q=
=

Pompa 2: H_p = 39,00 Q=
=

Dla wartości tych dobrano pompę firmy hydro-vacuum oznaczoną symbolem GC.3.03

Charakterystyka pompy.

Dla potrzebnego strumienia Q odczytano z wykresu wysokość pompowania. Jest ona wyższa niż nam potrzebna należy więc zastosować dławienie.

Wartości wysokości dławienia H_d dla poszczególnych obliczono ze wzoru:

H_d=H_h-H_p

Gdzie:

H_h - wysokość podnoszenia odczytana z wykresu charakterystyki

Hp - wymagana wysokość tłoczenia

Wartości wysokości dławienia dla pomp wyniosły odpowiednio:

H_d1 = 43,00-41,84- = 1,16 [m]

H_d2 = 43,00-39,00 = 4 [m]

4

---