UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Zakład Technologii Wody , Ścieków i Odpadów

Projekt nr 1

Temat :

Ujęcie wód podziemnych studnią wierconą

wykonał:

Marcin Drabkowski

grupa 25 ISDM

Ujęcie wód podziemnych studnią wierconą :

Zaprojektować studnię wierconą oraz wykonać obliczenia hydrogeologiczne dla ustalenia zasobów eksploatacyjnych, dynamicznych i statycznych ujęcia wód podziemnych znając profil litologiczny oaz wyniki próbnych pompowań.

1. Wykonać obliczenia:

- zasobów eksploatacyjnych Q_exp

- współczynnika filtracji k₁₀

- promienia leja depresji R

- współczynnika U na podstawie:

1. analizy składu ziarnowego

2. próbnych pompowań

- wydajności jednostkowej

Gdzie:

Q - wydajność studni [m³/h]

S - depresja [m]

2. Określić rodzaj dopływu wody do studni

3. Ustalić zasoby dynamiczne ujęcia

4. Ustalić zasoby statyczne ujęcia

5. Wykonać obliczenia wielkości stref ochronnych:

a) bezpośredniej

b) biologicznej

c) zasobowej

d) chemicznej

6. Wykonać projekt studni wraz z obudową

7. Dobrać wielkość i rodzaj filtru i osypki

Dane:

1. Wycinek z mapy sytuacyjno-wysokościowej z projektowaną studnią

2. Karta dokumentacyjna otworu studziennego

3. Wykres uziarnienia gruntu wodonośnego

Gdzie:

R - promień leja depresji

H - wysokość ciśnienia statycznego

M - miąższość warstwy wodonośnej

S - depresja wody w studni

h - głębokość wody w studni w czasie pompowania

r- promień studni

Q₁ = 3,8 + 0,1 * 7 = 4,5 [m³/h] S₁ = 11,3 + 0,04 * 7 = 11,58 [m]

Q₂ = 8,1 + 0,1 * 7 = 8,8 [m³/h] S₁ = 20,6 + 0,04 * 7 = 20,88 [m]

Q₃ = 12 + 0,1 * 7 = 12,7 [m³/h] S₁ = 35,5 + 0,04 * 7 = 35,78 [m]

Miąższość warstwy wodonośnej M

M = 10 + 0,3 * 7 = 12,1 [m]

Q_exp - ilość potrzebnej wody

Q_exp = 2 + 0,1 * 7 = 2,7 [m³/h]

∇ - poziom wody nawierconej

∇ = 47 + 7 = 54 [m]

M - poziom wody ustabilizowanej

M = 20 + 7 = 27 [m]

Średnica studni 0,2 [m]

Promień studni r = 0,1 [m]

I. Obliczenia :

1. Obliczyć współczynnik filtracji na podstawie :

a) analizy składu ziarnowego :

Obliczenie współczynnika filtracji na podstawie analizy sitowej wg Krügera

dla d₁₀>0,02 [mm]

k₁₀ - współczynnik filtracji wody przez warstwę wodonośną w temperaturze 10^oC

n - porowatość gruntu z warstwy wodonośnej, dla żwiru z piskiem n = 0,35

a - sumaryczna powierzchnia właściwa cząstek gruntu zawartych w 1 cm³,wyrażona [cm²/cm³]

Gdzie:

N - liczba przedziałów obliczeniowych z analizy sitowej

i - kolejny numer przedziału

g_i - część objętości próbki gruntu w [g]; dana frakcja wyrażona w ułamku

G - całkowita waga próbki [g]

d_i - uśredniona średnica ziaren przedziału [mm]

d_g - górna średnica sita w przedziale [mm]

d_d - dolna średnica sita w przedziale [mm]

Tabela pomocnicza do określenia „a”:

Nr działu	Zawartość [%]	Średnica w mm			gi w ułamku
				dg			dd	di
1	6	0,004	0	0,002	0,06	30
2	4	0,01	0,004	0,007	0,04	5,714
3	4	0,025	0,01	0,0175	0,04	2,286
4	5	0,06	0,025	0,0425	0,05	1,176
5	8	0,15	0,06	0,105	0,08	0,762
6	5	0,3	0,15	0,225	0,05	0,222
7	7	0,6	0,3	0,45	0,07	0,156
8	6	1	0,6	0,8	0,06	0,075
9	8	2,5	1	1,75	0,08	0,046
10	9	5	2,5	3,75	0,09	0,024
11	6	8	5	6,5	0,06	0,009
12	6	15	8	11,5	0,06	0,005
13	8	40	15	27,5	0,08	0,003
14	9	70	40	55	0,09	0,002
15	9	100	70	85	0,09	0,001
	∑ = 100				∑ = 1,00	∑ = 40,481

a = 60 * (1 - 0,35) * 40,481 = 1578,759 [cm²/cm³]

k₁₀ = 1350 *
= 1,896·10^-4 [cm/s] = 0,0001896 [cm/s] = 0,0000001896 [m/s]

b) próbnych pompowań - metoda kolejnych przybliżeń :

Z karty otworu wiertniczego przyjmujemy n = 7

Q₁ = 3,8 + 0,1 * 7 = 4,5 [m³/h] S₁ = 11,3 + 0,04 * 7 = 11,58 [m]

Q₂ = 8,1 + 0,1 * 7 = 8,8 [m³/h] S₂ = 20,6 + 0,04 * 7 = 20,88 [m]

Q₃ = 12 + 0,1 * 7 = 12,7 [m³/h] S₃ = 35,5 + 0,04 * 7 = 35,78 [m]

2.Współczynnik filtracji k i promień leja depresji R :

R = 3000 * S *
[m]

[m/s]

Gdzie:

Q - wydajność [m³/h]

M - miąższość [m]

S - depresja [m]

R - zasięg promienia leja depresji studni [m]

M = 10 + 0,3n = 10 + 0,3 * 7 = 12,1 [m]

r = 0,1 [m]

Dla pierwszego stopnia pompowania:

R₁ = 3000 * 11,58 *
= 47,84 [m]

k₁ =
[m/h] = 0,00000875 [m/s]

R₁' = 3000 * 11,58 *
= 102,76 [m]

k₁' =
0,035 [m/h] = 0,00000972 [m/s]

Dla drugiego stopnia pompowania:

R₂ = 3000 * 20,88 *
= 195,29 [m]

k₂ =
0,042 [m/h] = 0,0000117 [m/s]

R₂' = 3000 * 20,88 *
= 214,26 [m]

k₂' =
0,0425 [m/h] = 0,0000118 [m/s]

Dla trzeciego stopnia pompowania:

R₃ = 3000 * 35,78 *
= 368,72 [m]

k₃ =
0,038 [m/h] = 0,0000106[m/s]

R₃' = 3000 * 35,78 *
= 349,47 [m]

k₃' =
0,038 [m/h] = 0,0000106 [m/s]

Średni współczynnik filtracji:

k_śr =

k_śr =
= 0,000010707 [m/s]

3.Obliczanie wydajności jednostkowej, q :

a) ruch laminarny :

q =

Gdzie:

Q - wydajność [m³/h]

S - depresja [m]

q₁ =
= 0,389

q₂ =
= 0,421

q₃ =
= 0,355

q' =
=
= 1,18

b) ruch turbulentny (burzliwy) :

q =

Gdzie:

Q - wydajność [m³/h]

S - depresja [m]

q₁ =
= 1,322

q₂ =
= 1,926

q₃ =
= 2,123

q'' =
=
= 1,606

Wniosek:

Ponieważ stosunek
jest najbliższy jedności, jest to ruch laminarny.

Średnia wydajność jednostkowa, q_śr . :

q_śr =
=
= 0,388 [m³/h·m]

4.Obliczanie depresji eksploatacyjnej S_exp :

S_exp =
=
= 6,96 [m]

5.Promień leja depresji eksploatacyjnej, R_{exp :}

R_exp = 3000 * S_exp
[m]

R_exp = 3000 * 6,96 *
= 68,32 [m]

Warunki pracy studni:

Warunki pracy studni określane są przez zasoby eksploatacyjne ujęcia, wyznaczające ilość wody podziemnej, którą można pobierać w określonej jednostce czasu bez ujemnego wpływu na ilość i jakość ogólnych zasobów tej wody.

Q_exp = 2,7 [m³/h]

S_exp = 6,96 [m]

R_exp = 68,32 [m]

6.Obliczanie maksymalnej dopuszczalnej wydajności studni, Q_max.

Q_max =  * d * l * V_dop [m³/h]

Gdzie:

d - średnica filtru [m], d = 0,2 [m]

l - długość części roboczej filtru [m], l = 6,2 [m]

V_dop - dopuszczalna prędkość wlotowa na filtrze [m³/h]

Q_max - maksymalna przepustowość filtru [m³/h]

l ≥
M - warunek dla studni

6,2 m ≥
· 12,1 m

6,2 m > 4,03 m - warunek dla studni został spełniony

V_dop = 65

k_śr = 0,000010707 * 60 * 60 * 24 = 0,925 [m/doba]

V_dop == 65
= 63,33 [m/doba] = 2,64 [m/h]

Q_max =  * 0,2 * 6,2 * 2,64 = 10,28 [m³/doba]

Q_exp ≤
Q_max

Q_exp ≤
* 10,28

Q_exp ≤ 5,14 [m³/h]

2,7 [m³/h] < 5,14 [m³/h]

II. Ustalanie zasobów dynamicznych ujęcia wody.

Zasoby dynamiczne obejmują ilość wody, która w jednostce czasu przepływa przez przekrój poprzeczny określonego poziomu wodonośnego.

Q_dyn = b * k * M * J [m³/s]

Gdzie:

Q_dyn - zasoby dynamiczne [m³/s]

b - szerokość przekroju,dla którego oblicza się Q_dyn, [m]

k - współczynnik filtracji [m/s]

M - miąższość warstwy wodonośnej [m]

J - spadek hydrauliczny; J =
[· ]

b = 2 * R_exp = 2 * 68,32 = 136,64 [m]

k = 0,000010707 [m/s]

M = 12,1 [m]

J =
0,102

Q_dyn = 136,64 * 0,000010707 * 12,1 * 0,102 = 0,0018 [m³/s] = 6,48 [m³/h]

III. Zasoby statyczne ujęcia wody.

Q_st = M * F *  [m³]

Gdzie:

M - miąższość warstwy wodonośnej [m]

F - powierzchnia warstwy wodonośnej [m²]

 - współczynnik odsączalności [·]

M = 12,1 [m]

F =  * R²_exp =  * 68,32 ² = 14663,77 [m²]

 = 0,593 *
= 0,116

Q_st = 12,1 * 14663,77 * 0,116 = 20582,07 [m³]

Czas pracy studni bez dopływu wody:

t_ps =

t_ps =
0,87 [roku]

IV. Strefy ochronne ujęcia wody:

a) strefa ochrony bezpośredniej:

Dla studni wierconych jej promień wynosi 10 m. Strefa ta powinna być odgrodzona, a jej powierzchnia pokryta naturalną murawą. Nie można na tym terenie prowadzić żadnej działalności gospodarczej .W strefie tej może znajdować się tylko urządzenie do poboru wody, stacja pomp, hydrofornia.

b) strefa ochrony biologicznej:

Warunkiem ochrony biologicznej ujęcia wody jest zapewnienie samooczyszczania się wody zanieczyszczonej mikroorganizmami na drodze infiltracji. Jako wskaźnik czystości wody przyjmuje się wskaźnik typu Coli (bakteria kałowa o żywotności około 30 dni). W strefie tej nie powinno być farm zwierzęcych. Promień wynosi 32 metry, strefa powinna być ogrodzona.

[m]

Gdzie:

L - droga przepływu wody podziemnej, na której nastąpi samooczyszczenie się wody z drobnoustrojów chorobotwórczych, [m]

k - współczynnik filtracji [m/doba]

H - różnica ciśnień = S_exp

t - okres żywotności mikroorganizmów; średnio 30 dni.

 - współczynnik przenikania mikroorganizmów w stosunku do prędkości rzeczywistej filtracji wody

 - współczynnik odsączalności

k = 0,925 [m/doba]

H = S_exp = 6,96 [m]

t - 30 dni

 - 0,66

 - 0,12

= 32,59 [m]

c) strefa ochrony zasobowej:

Wielkość strefy ochrony zasobowej zostaje wyznaczona przez promień leja depresji eksploatacyjnej R_exp = 68,32 [m]. Nie powinno być składowisk odpadów i oczyszczalni ścieków.

d) strefa ochrony chemicznej:

Określa ją czas przepływu wody podziemnej , od granic potencjalnego ogniska zanieczyszczenia chemicznego w obrębie obszaru zasilania , niezbędny do podjęcia środków zaradczych w celu jego likwidacji.

t_c =
[doba]

Gdzie:

t_c - czas przepływu wody [doba]

k - współczynnik filtracji [m/doba]

J - spadek hydrauliczny

L_c - odległość potencjalnego źródła zanieczyszczenia od studni [m]

- współczynnik odsączalności

a) L_c = L = 32,59 [m]

t_c =
41,45 [dób]

b) L_c = R_exp = 68,32 [m]

t_c =
86,89 [dób]

V. Dobór pompy :

H _tłoczenia > H _{poziomu wody} + S_exp + 1 m

H poziomu wody	27,00 [m]
Sexp	6,96 [m]
bezp	1 [m]
	∑ = 34,96

H _tłoczenia > 34,96 [m]

Na podstawie dokonanych obliczeń dobrano rodzaj pompy z katalogu .

Pompa o zasilaniu 380V. Przeznaczona do zasilania niewielkich osiedli lub wiosek. Średnica agregatu 148 lub 178 mm.

Typ : GBA1

Q_max = 12 m³/h

H_max = 358 m H₂O

VI. Filtr i osypka:

Średnica filtru 200 mm, promień 100 mm.

Ujęcie wody z warstw wodonośnych luźnych wykonano za pomocą filtra siatkowego. Filtr ten stosuje się do odwadniania gruntów piaszczystych. Zbudowany jest z filtra szkieletowego lub perforowanego, na który nakłada się siatkę metalową lub geowłókninową . Otwory w szkielecie filtru są duże, a procent perforacji dochodzi do 40%.

1. Dobór siatki filtru :

a) Dobór filtru (filtr szczelinowy z obsypką z rury perforowanej, okładzinowej)

b) Dobór wymiarów siatki :

Należy obliczyć U i w zależności od jego wartości dobrać średnicę , szerokość szczelin i bok kwadratu siatki .

U =

U =
400

U > 400

Zasady wymiarowania otworów przelotowych :

Piaski i żwiry
otwory	różnoziarniste , U > 400	równoziarniste , U ≤ 400
średnica , ø	ø = (3 4)d50	ø = (2,0 3,0)d50
b) szerokość szczelin , ls	ls = (1,5 2,0)d50	ls = (1,25 1,5)d50
c) bok kwadratu siatki , l	l = ( 2,0 2,5 )d 50	l = ( 1,5 2,0)d 50

d₅₀ - średnica ziaren piasku odczytana dla 50 % zawartości piasku z krzywej składu ziarnowego warstwy wodonośnej.

- średnica:

ø = (3
4)d₅₀ = (3
4)1,7 = (5,1
6,8)

Dobrano średnicę otworów filtru szczelinowego 6,8 mm.

- szerokość szczelin w filtrze szczelinowym

l_s = (1,5
2,0)d₅₀ = (1,5
2,0)1,7= (2,55
3,4)

Szerokość szczelin wynosi 3,4 mm.

- szerokość kwadratu siatki

l = ( 2,0
2,5 ) · d ₅₀ = ( 2,0
2,5 ) · 1,7 = ( 3,4
4,25 )

Szerokość kwadratu siatki ( bok siatki ) wynosi 4,25 mm.

2. Dobór średnicy ziaren obsypki (D₅₀).

4 <
< 6

4 <
< 6

Z tabeli obsypek dobrano obsypkę o uziarnieniu ( 6,8
10,2 ) mm.

3. Wyznaczenie długości rury perforowanej osadnika wg wzoru Ćwiertniewskiego.

Gdzie:

L₀ - długość osadnika [m]

L - długość konstrukcji filtru, L = 7,0 [m]

 - współczynnik przepuszczalności wg tabeli

 - współczynnik zanieczyszczenia wody w otworze wg tabeli

H - miąższość warstwy wodonośnej

Wartości współczynników do wzoru Ćwiertniewskiego.

Współczynnik	Charakterystyka warstwy filtrowanej
		Piaski drobne i pylaste	Piaski średnie	Piaski grube i żwiry
	0,03	0,02	0,01
	0,40	0,35	0,30

L₀ = 7,0 * 0,30 + 12,1 * 0,01 = 1,221 [m]

4. Długość konstrukcji nadfiltrowej.

Według Ćwiertniewskiego dla warstw wykształconych jako z, P₀, P_r, P_s, wyznaczamy ze wzoru:

L_n = 2,5 + 0,02 * H [m]

Gdzie:

H - miąższość warstwy wodonośnej

L_n - długość rury nadfiltracyjnej bez uszczelnienia i głowicy

L_n = 2,5 + 0,02 * 12,1 = 2,742 [m]

Zbiorcze zestawienie wyników wiercenia studziennego

Lokalizacja otworu (szkic)				Miejscowość: ……………Zielona Góra Gromada: …………………………….………….. Powiat: …………………………………………... Województwo:…………………………. Lubuskie Inwestor bezpośredni (użytkownik) ujęcia: ………..………………... Gospodarstwo domowe					Wykonawca (pieczęć): Geolog dokumentator (imię, nazwisko, podpis): ………………………………………………….
								Współrzędne geograficzne: …γ = 51^056' ……. = 15^050' Rzędna wysokościowa: 162 m nad poziomem morza
								Czas trwania robót wiertniczych: od………………….do………………. System i sposób wiercenia:…………………….. wiercenie mechaniczne Sposób pobierania próbek skał:………………………………………….. Miejsce przechowywania próbek skał: ………….Instytut Środowiska UZ
								Wyniki badań i obliczeń hydrogeologicznych dla warstwy wodonośnej ujęcia według niżej przedstawionego szkicu konstrukcyjnego: Q1 = …4,0 [m^3/h] S1 = …11,38 [m] T1 = …24 [h] q1 = …0,35 [m^3/h/ 1m depresji] Q2 = …8,3 [m^3/h] S2 = …20,68 [m] T2 = …24 [h] q2 = …0,40[m^3/h/ 1m depresji] Q3 = …12,2[m^3/h] S3 = …35,58 [m] T3 = …24 [h] q3 = …0,34 [m^3/h/ 1m depresji] k10 = …0,00048 [m/s] wyznaczono na podstawie wyniku przesiewów wzorem kśr = …….0,000012 [m/s] wyznaczono na podstawie wyników próbnego pompowania wzorem Qexp ujęcia = …2,2[m^3/h] Qdop filtru = …10,28 [m^3/h] Przy Qexp ujęcia: S = 6,11 [m], R = 63,50 [m]
Skala 1:100	Schemat zarurowania i zafiltrowania, sposób zamknięcia wód (rysunek konstrukcyjny)	Poziom wód podziemnych - w metrach poniżej terenu ∇ - powierconej ∇- ustabilizowanej	Profil litologiczny (graficznie)	Głębokość - w metrach poniżej terenu	Opis litologiczny warstw, typ facjalny itp.	Stratygrafia	Kategoria gruntu	Stosowane narzędzia wiertnicze (rodzaj i średnica)		Przebieg robót wiertniczych; zachowanie się ścian otworu podczas wiercenia, krzywienie otworu, zastosowane zabiegi specjalne (sposób likwidacji otworu)	Inne badania hydrogeologiczne i specjalne, rodzaj badania i wyniki np. najbardziej charakterystyczne wskaźniki fizyko - chemicznych, bakteriologiczne wody pitnej, zawartość składników przekraczających normy wody pitnej, próbne pompowania i badania wody z nie ujętych poziomów wodonośnych, badania mikropaleontologiczne itp.	Uwagi (np. krótkie uzasadnienie pominięcia warstwy wodonośnej itp.)
1	2	3	4	5	6	7	8	9		10	11	12

-3 -6 -9 -12 -15 -18 -21 -24 -27 -30 -33 -36 -39 -42 -45 -48 -51 -54 -57 -60 -63 -66 -69 -72				1 3 7 9 22,5 33 40,5 48 58,3	Gleba Glina zwałowa Iły Gliny zwałowe Iły zielone Iły szarozielone Iły poznańskie Mułowiec Piaski grube i żwir Glina				bez uwag	Wyniki badania wody pobranej dnia:…………………...…… ……. po…............godzinach pompowania BADANIE FIZYKO - CHEMICZNE Temperatura: ………..……12…. ^0C Mętność: ………..0,9…. mg/l SiO2 Barwa: ………………14.….mg/l Pt Zapach: …………………………... Odczyn ………………..7,2….. pH Twardość ogólna:…..190….. mval/l Twardość ogólna: ………………^0n Twardość niewęglanowa:…...mval/l Zasadowość:………………….…^0n Zasadowość alkaliczna:…… mval/l Żelazo ogólne:……0,19……mg/l Fe Chlorki: ……………220….mg/l Cl Amoniak: …………..0,30….mg/l N Azotyny:…………. 0,009.…mg/l N Utlenialność: ……………..mg/l O2 Sucha pozostałość..……228…mg/l Pozostał. po prażeniu: ……….mg/l Strata przy prażeniu.: ………..mg/l Zawiesiny: ……………0,02…mg/l Zawiesiny lotne: ……………..mg/l Zawiesiny mineralne: ………..mg/l Azot organiczny: ……0,5….mg/l N Azot albuminowy: …………mg/l N Mangan:………….0,04…. mg/l Mn Siarczany: ………..210…..mg/l SO4 Siarkowodór: …0,004…... mg/l H2S Krzem: …………22……. mg/l SiO2 Chlor wolny:……………... mg/l Cl Wapń: ……………..160 ….mg/l Ca Magnez:…………….30….mg/lMg Fluor:……………….0,57…..mg/l F BADANIA BAKTERIOLOGICZNE Ogólna il. kolonii w 1 ml wody na żelatynie po 18 [h] w T = 20^0C..19.. Ogólna il. kolonii w 1 ml wody na żelatynie po 24 [h] w T = 37^0C…... Miano Coli……………...50….. ml
														- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

---