Podstawy wodociągów i kanalizacji
wykład 6.
9.04.10
c.d.
Każda studnia powinna mieć następujące wyposażenie:
1. Rurociąg, który może być rurociągiem ssawnym, gdy woda jest czerpana za pomocą pompy umieszczonej w obudowie studni albo poza nią, względnie rurociągiem tłocznym gdy pompa jest zatopiona w studni
2. Zasuwa odcinająca, umożliwiająca odłączenie studni od urządzenia czerpalnego
3. Klapa zwrotna na rurociągu tłocznym,
4. Wodomierz lub inne urządzenie pomiarowe umożliwiające pomiar ilości czerpanej wody,
5. Urządzenie do pomiaru położenia zwierciadła wody w studni, np. zwykłym urządzeniem jest gwizdawka (w momencie gdy końcówka osiągnie wodę - gwiżdże)
6. Urządzenia do czerpania wody, np. pompy, podnośniki wraz z wyposażeniem
7. Obudowa studni, (rys. 55, 64-68) powinna być wentylowana, posiadać zabezpieczone wejście, spód komory i ściany zabezpieczone przed wilgocią
Ad. 2e
Ujmowanie wody gruntowej za pomocą zespołu studzien
Rzeczywiste ujęcie dla miasta lub osiedla składa się z wielu studzien, nawet kilkuset. Wydajność pojedynczej studni jest większa niż każdej studni pracującej w zespole
Teoretyczna ilość studzien na ujęciu wyniesie
ns=Qu/Qe=(Qdmax+Qzw)/Qe
nrz=1/alfa ×ns+nr
Qe - wydajność eksploatacyjna pojedynczej studni
Qzw - woda na potrzeby własne wodociągu
Qdmax - max dobowe zapotrzebowanie wody przez miasto/osiedle
Qu - wymagana wydajność ujęcia,
Każde ujęcie powinno posiadać studnie rezerwowe (kilka do kilkunastu studni), i rzeczywista ilość studni wyniesie nrz (rzeczywista liczba studni):
α - współczynnik rzeczywistej wydajności zespołu studni,
gdy α=1 - przypadek nie oddziaływania studni na siebie, promienie depresji nie nakładają się,
gdy α<1 - studnie wzajemnie oddziaływają na siebie
Rozstaw studni powinien zapewniać nie oddziaływanie studni na siebie, lub oddziaływanie jak najmniejsze, a zależy on od wielkości promienia depresji R oraz od szerokości pasa zasilania L i wynosi przeważnie 30-200m (tab. 1.2, rys 71-72)
Studnie należy rozmieszczać w miarę możliwości prostopadle do kierunku spływu wód gruntowych, aby maksymalnie wykorzystywać zasoby wód gruntowych.
Zespół studni współpracujących połączony jest rurociągami ze zbiornikami wody skąd woda ponownie jest czerpana i przekazywana do dalszej obróbki (najczęściej do stacji uzdatniania, w małych ujęciach woda może być tłoczona bezpośrednio do sieci)
Rodzaje rurociągów:
- lewarowe - rys. 73-83
- ssące
- tłoczne
- grawitacyjne
Ad. 2d
Ujęcia wody gruntowe promienistej systemu
1) Raneya
2) Fehlmanna
3) Preussaga
Są to ujęcia za pomocą studni z filtrami poziomymi. Studnie te są w stanie zastąpić zespół studzien wierconych. Najbardziej nadają się do zastosowania w warstwach wodonośnych o dużych zasobach, zakłada się je pod zbiornikami wód powierzchniowych (pod rzeką, jeziorem). Ujęcia te oparte są na wodzie infiltracyjnej
Filtry zakładane są tutaj poziomo rys. 84. Gł. posadowienia filtrów 30-40m pod terenem. Woda infiltrująca do ujęcia powinna przebywać 30-40dni w gruncie w celu nabrania cech wody gruntowej.
1) ujęcia systemu Raneya
składa się ono ze studni zbiorczej, żelbetowej, śr 4-5m, zapuszczanej wgłąb warstwy wodonośnej (studnia z zabetonowanym dnem) oraz szeregów rur filtrowych o średnicy 200-250mm wciśniętych poziomo promieniście lub wachlarzowato w warstwę wodonośną (rys. 84-85)
Rury zakłada się na kilku poziomach (1-3), długości rur filtrowych 30-60m, a nawet do 100m. Dolna część studni jest wzmocniona
Wzmocnienie powinno znieść ciśnienia powstające podczas wciskania filtrów w grunt. Wzmocnienie wykonuje się w postaci płaszcza na zewnątrz i wewnątrz studni z otworami o średnicy 400mm dla wprowadzenia w grunt wodonośny rur filtrowych po zapuszczeniu studni na właściwą głębokość. Otwory zabezpieczone są filtrami (tulejami) zakończonymi od wewnątrz studni kołnierzami, a od zewn. kielichami założonymi szczelnie dębowymi pokrywami zamykającymi otwór w czasie zamykania studni. W tuleje te będą wprowadzone następnie rury filtrowe, a uszczelnienie dławicowe zabezpieczy przed wpływaniem do studni nawodnionego piasku
Rury stalowe grubościenne perforowane wciskane są bezpośrednio poziomo w grunt za pomocą pas ...(chyba jakiś wyraz albo dwa, jak ktoś ma niech uzupełni)... w odcinkach 2-4m spawanych ze sobą. Pierwszy odcinek rury zaopatrzony jest w tzw. but. Jest to stalowa głowica stożkowa, ułatwiająca wciskanie w grunt, a zarazem służy do usuwania z gruntu wodonośnego drobnego materiału przed posuwającą się rurą.
Materiał, który przeszedł przez otwory w bucie odpływa specjalnie założoną na czas wciskania wewnątrz rury filtrowej rurą o średnicy 50mm do studni zbiorczej, skąd usuwany jest wraz z wodą za pomocą pomp. Każda rura ma zamknięcie zasuwowe. Obj. wypłukiwanego z gruntu materiału wynosi zwykle trzykrotną objętość wtłaczanej rury filtrowej i stanowi 70-80% uziarnienia warstwy wodonośnej. Na skutek tego wokół rury powstaje naturalny filtr o średnicy 1,8-2,4m składający się z najgrubszych ziaren warstwy wodonośnej
Zaletą jest znaczne ujmowanie zasobów wód (do 90%, a niekiedy więcej). Bardzo duża wydajność takiego ujęcia zastępuje nawet kilkadziesiąt studni wierconych pionowych.
Do wad studni Raneya zaliczamy:
- konieczność stosowania kosztownych rur filtrowych
- trudności w dostosowywaniu perforacji rur w stosunku do uziarnienia gruntu
- trudności zastosowania rur filtrowych tego typu do ujęcia wody z utworów różnoziarnistych
Istnieją inne zmodernizowane zastosowania studzien promienistych, ale zasada działania jest podobna.
2) system Fehlmanna (rys. 86)
Zamiast rury filtrowej wciskane są (podobnie jak w ujęciach za pomocą studni wierconych pionowych) rury pełnościenne, stalowe, okładzinowe, zaopatrzone w głowicę (but perforowany) rozluźniającą grunt warstwy wodonośnej w miarę wciskania rur, zarazem umożliwiającą usunięcie wraz z wydobywającą się wodą drobnoziarnistych frakcji gruntu, które następnie rurą materiałową są odprowadzane do studni zbiorczej i stamtąd wypompowywane na zewnątrz. W tak przygotowany otwór wprowadza się rurę filtrową (cienkościenną) o perforacji dostosowanej do uziarnienia warstwy wodonośnej. Po założeniu rury filtrowej usuwamy rurę okładzinową (rury te można wykorzystywać wielokrotnie) odsłaniając filtr (but pozostaje w gruncie)
3) Preussaga - rys. 87
Tutaj postępuje się podobnie jak w systemie Fehlmanna, z tą różnicą, że w rurę okładzinową wprowadza się rurę filtrową o średnicy odpowiednio mniejszej od rury okładzinowej, a przestrzeń między rurą okładzinową a filtrową wypełnia się sposobem hydraulicznym posypką żwirową o granulacji dostosowanej do granulacji warstwy wodonośnej. Ten system może być wykorzystany do ujmowania wody z utworów drobnoziarnistych
System z poziomą warstwą drenującą (talerzowy) - polegający na wypłukiwaniu, po zapuszczeniu studni zbiorczej, z otoczenia studni, wodą pod ciśnieniem, drobnych frakcji warstwy wodonośnej i stworzeniu w ten sposób warstwy filtrującej gruboziarnistej, w którą następnie zakłada się krótkie rury filtrowe o odpowiedniej perforacji (długość filtrów około 10-20m).
Uwagi: odstępy między sąsiednimi studniami 500-600m, głębokość studni od kilkunastu do czterdziestu metrów. Wydajność ujęcia może wzrosnąć nawet kilkakrotnie w przypadku ujmowania wody pod ciśnieniem. (przykłady rys. 88-99).
Wzbogacanie wód podziemnych
W przypadku, gdy zasoby wód gruntowych są niewystarczające (np. przy istniejącym ujęciu wód gruntowych) sięgamy do ich sztucznego wzbogacenia z istniejących wód powierzchniowych.
Istnieje wiele sposobów wzbogacania, do najczęściej spotykanych można zaliczyć:
1. Infiltracja brzegowa (naturalna) (rys. 100) - występuje wówczas, gdy urządzenia do ujęcia wody gruntowej znajdują się w pobliżu wód powierzchniowych. Odległość ujęć od brzegu powinna wynosić 50-100m, aby zapewnić możliwie długi czas przepływu, który jest niezbędny do oczyszczenia się wody. Nie należy dopuszczać do zbyt dużych prędkości dopływu wody do studni, oraz napływu wody z rzeki do gruntu (może nastąpić zamulenie porów warstwy wodonośnej namułem wciąganym wraz z wodą).
2. Rowy i stawy infiltracyjne, studnie infiltracyjne (rys. 101-103) - są to najczęściej spotykane urządzenia do nawadniania (wzbogacania). Czas przepływu wody w gruncie, od miejsca infiltracji do miejsca ujęcia powinien wynosić 40-100 dni, woda w tym czasie nabiera cech wody gruntowej. Rowy bądź stawy wykonuje się w ten sposób, że dno wysypuje się warstwą drobnego piasku grubości 0.3-0.5m. Piasek zatrzymuje zanieczyszczenia niesione przez wodę i nie dopuszcza do kolmatacji gruntu wodonośnego. Po pewnym okresie (2x do roku) zgarnia się górną warstwę piasku z osadem (podobnie jak na filtrach powolnych) a po kilku takich czyszczeniach układa się nową warstwę filtrującą. Głębokość urządzeń (rowy lub stawy) infiltrujących około 1,2-2,0m.
Studnie infiltracyjne (chłonne) rys 103. Stosowane są, gdy wodę infiltracyjną należy wprowadzić na większą głębokość z powodu dużej warstwy przykrywkowej.
Konstrukcja ich przypomina studnie wiercone ujmujące wodę, ale zadanie ich jest odwrotne. Studnie te powinny być zaopatrzone w podwójny filtr siatkowy. Woda wprowadzana do studni powinna być oczyszczona dość dokładnie. Wtórne ujęcie wody następuje normalnie studniami wierconymi, umieszczonymi w odległości 70-100m od linii studzien chłonnych.
Dreny infiltracyjne (chłonne) zastępują rowy otwarte. Są to ciągi drenów zakładane w płytkich warstwach wodonośnych. Trudne do utrzymania i czyszczenia