Основи гідравліки (стр. 11 из 19)
 . | (7.2) |
В цих формулах υ – середня швидкість фільтрації; Q – витрата фільтраційного потоку; ω – повна площа перерізу фільтраційного потоку, яка є сумою площі пор ωп і площі перерізу частинок грунту ωгр; J – гідравлічний нахил, що являє собою втрату напору по довжині і на одиницю довжини фільтраційного потоку:
; k – коефіцієнт фільтрації.Коефіціент фільтрації (см/с чи м/с) залежить в основному від розміру і форми зернин грунту, наявності в ньому глинястих частинок і температури рідини. Значення коефіціентів фільтрації деяких грунтів наведені в табл. 7.1
Таблиця 7.1
Коефіцієнти фільтрації ґрунтів
| Тип грунту | k, см/с |
| Гравій з розміром зерен 4-7 мм | 3,5 |
| Гравій з розміром зерен 2 мм | 3 |
| Пісок чистий | 1,00…0,01 |
| Пісок з домішками глини | 0,01…0,005 |
| Піщано-глинисті ґрунти | 5·10-3…10-4 |
| Глина | 10-4…10-7 |
| Глина щільна | 10-7…10-10 |
| Торф’яні ґрунти | 10-2…10-3 |
| Мулкі ґрунти | 10-2…10-3 |
Границі застосування формул Дарсі визначають по критерію переходу від ламінарної фільтрації до турбулентної.
Н.Н.Павловський запропонував критерій існування ламінарної фільтрації у вигляді:
 | (7.3) |
де ν – кінематична в’язкість рідини; d – середній діаметр зернин ґрунту, ν – середня швидкість фільтрації; m – коефіцієнт пористості ґрунту, рівний відношенню площі пор до повної площі перерізу фільтраційного потоку:
.Значення коефіцієнта пористості для деяких ґрунтів наведені в таблиці 7.2.
Таблиця 7.2.
Коефіцієнти пористості ґрунтів
| Грунт | m |
| Гравій (2≤d≤20 мм) | 0,30…0,40 |
| Пісок (0,06≤d≤2 мм) | 0,33…0,45 |
| Супісь | 0,35…0,45 |
| Суглинок | 0,35…0,50 |
| Глинистий грунт | 0,40…0,55 |
| Торф’яний грунт | 0,60…0,80 |
Якщо (7.3) не виконується, то має місце турбулентна фільтрація, для якої середню швидкість визначають залежністю
 , | (7.4) |
де показник степеня n знаходиться в межах
.7.4.2 Приплив води до дренажних колодязів
При проектуванні водоприймачів підземних вод однією з основних задач є розрахунок продуктивності водозабору. Цей розрахунок виконують на основі закону фільтрації, з урахуванням гідравлічних умов стану підземного потоку, а також розташування водоприймальної частини колодязя в пласті, що обраний до експлуатації.
Приплив води до досконалого дренажного колодязя. Для досконалого колодязя, тобто такого, що досягає водонепрохідного шару (рис.7.10), і при рівномірному відкачуванні води з нього (Q=const), глибина води в колодязі знизиться від Ho до ho, тобто на величину Z. Рівень вільної поверхні води в грунті (водоносному пласті) навколо колодязя буде плавно зменшуватися від природного рівня ґрунтових вод (РГВ) до відмітки в колодязі і утворювати депресивну поверхню. В плоскому перерізі рівень ґрунтових вод на ділянці водозниження буде характеризуватися кривою депресії.
Приплив води (дебіт) до такого колодязя при уклоні водонепрохідного шару
J=0 визначають за формулою Дюпюї:  | (7.5) |
де H0 – глибина (потужність) водоносного пласту; h0 – глибина води в колодязі; k – коефіцієнт фільтрації ґрунту; r0 – радіус колодязя; R0 – радіус впливу колодязя (радіус депресійної воронки).
Для попередніх розрахунків радіуса впливу значення R0 (м) – можуть бути прийняти такими:
дрібнозернисті ґрунти – R0=100...200 ;
cередньозернисті ґрунти - R0=250..600;
крупнозернисті ґрунти – R0=700...1000.
На практиці для визначення радіуса впливу колодязя часто користуються емпіричною формулою Зихарда:
 , | (7.6) |
в якій Z=H0-h0.
Рис. 7.10. Круглий досконалий колодязь:
1- природний рівень ґрунтових вод; 2 – крива депресії; 3 – водоносний шар; 4 – водотривкий шар
Приплив води до досконалого артезіанського колодязя. Артезіанський колодязь забирає воду з водоносного шару, обмеженого зверху і знизу водонепроникними грунтами (рис.7.11). Вода в такому шарі знаходиться під тиском і зветься артезіанською водою. В цьому випадку статичний напір H0 і напір у будь-якому перерізі h відрізняється від потужності
а, водоносного шару.Дебіт (витрата) артезіанського колодязя визначається за формулою:
 | (7.7) |
Рис.7.11. Приплив води до круглого колодязя
Дебіт недосконалих колодязів. Для недосконалих колодязів при усталеному русі підземних вод їх продуктивність визначають за формулами
напірні водоносні пласти:
 | (7.8) |
безнапірні водоносні пласти:
 | (7.9) |
Фільтраційний опір ξ в цих формулах визначають за допомогою графіків (рис.7.12) в залежності від співвідношення l/a і а/r0, тобто від довжини водоприймальної частини колодязя l і потужності водоносного пласта а, а також потужності і радіуса колодязя r0.
Рис.7.12. Графіки додаткового опору ξ, обумовленого недосконалістю свердловини за ступенем розкиття пласта:
а – при примиканні фільтра колодязя до водоупору; б – при розташуванні фільтра колодязя в середній частині шару
7.5 Водоочисні споруди
Якість природних джерел води, особливо поверхневих, в більшості випадків не відповідає вимогам санітарних норм до питної води. Тому використовувати її без попереднього очищення не можна. Очищення води полягає в її прояснені (освітленні), знебарвлюванні, знезаражуванні і дезодорації (усуненні запахів і присмаків).
Воду можна очищати як з використанням хімічних реагентів, так і без них. Але за нашого часу більшість водоочисних станцій працюють за схемою з хімічною обробкою води.
На рис. 7.13 зображена широко розповсюджена технологічна схема для глибокого прояснення води з самопливним рухом води, яку використовують при будь-якій продуктивності водоочисної станції і будь-якої якості води.
Рис. 7.13. Схема водоочисної станції з камерою пластівцеутворення, відстійниками і фільтрами
Природна вода подається насосною станцією першого підйому 1 до змішувача 3. Хімічні речовини, так звані (реагенти або коагулянти), для хімічної обробки води, заготовлюються в реагентному цеху 2 і також надходять до змішувача 3, де змішуються з усією масою води, що підлягає обробці. Зі змішувача вода потрапляє в камеру пластівцеутворення 4. Тут відбувається фізико – хімічний процес агломерації (об’єднання) колоїдних і змулених частинок у порівняно великі пластівці, що швидко осідають. Далі вода надходить до відстійників 5, в яких осідає основна маса пластівців. Після відстійників вода проходить через фільтри 6, де затримуються всі частинки, що не встигли осісти у відстійниках.
Прояснена і знебарвлена вода, якщо вона використовується як питна підлягає потім знезаражуванню і збирається в резервуарах чистої води 7. З резервуарів за допомогою насосної станції другого підйому 8 вода подається в мережу.
7.6 Водопровідна мережа
Водопровідна мережа – один з основних елементів системи водопостачання. Вона являє собою сукупність водопровідних ліній (трубопроводів) для подачі води до місць споживання. Водопровідна мережа складається з водоводів, магістральної мережі і розподільних трубопроводів.
Водоводи прокладають для транспортування від джерела водопостачання до очисних споруд і від резервуарів чистої води до магістральної мережі. Згідно з санітарними нормами і правилами (СНіП), водоводи повинні мати не менше, ніж дві паралельні лінії трубопроводів з відстанню між ними 10…100м і пропускною спроможністю не менше 70% розрахункової витрати системи водопостачання.
Мережа міського, або іншого населеного пункту, призначена для розподілення води по його території, забезпечення можливості відбирання в заданих точках потрібної кількості води і створення необхідних вільних напорів. Крім того, мережа повинна мати певну надійність, тобто підтримувати заданий рівень забезпечення водою споживачів при будь-яких можливих аваріях її ліній.