Файл: Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов.pdf

Формулы (IX,26 и IX,29) можно использовать для определения величины понижения уровня в любой произвольной точке области фильтрации, расположенной на расстоянии г от действующей сква­ жины с заменой в них гс на г и 21 на р (где р — расстояние от рас­ сматриваемой точки до отображенной скважины, см. рис. 125).

Определение радиуса депрессионной воронки и величины гидравлического скачка

Определение радиуса влияния. Величина радиуса влия­ ния R входит в основные расчетные формулы установившегося движения подземных вод к скважинам. Поэтому от достоверности определения используемой в расчетах величины радиуса влияния R зависит достоверность прогноза производительности скважин, ус­ танавливаемого на основе использования при расчетах строгих ана­ литических формул, или прогноза условий работы проектируемых скважин.

В настоящее время радиус влияния R рассматривается, как не­ которая условная (расчетная) величина, отображающая размеры области питания скважины и ее влияние при откачке. По В. Н. Щелкачеву [109—111] эта величина называется приведенным радиусом питания, под которым, как уже отмечалось, понимается радиус некоторого кругового контура питания, концентричного скважине и обеспечивающего ее дебит при откачке.

Приведенный радиус питания, или, как его более часто называ­ ют, радиус влияния, обычно является функцией многих факторов, основные из которых следующие: условия питания водоносного го­ ризонта, его связь с поверхностными водами и другими смежными водоносными горизонтами, интенсивность и длительность откачек (величина дебита, понижения уровня и времени действия), филь­ трационные свойства водоносных пород и их водоотдача.

Расчетных формул, учитывающих в должной мере действие всех указанных факторов на величину радиуса влияния, не имеется. Поэтому наиболее достоверное определение радиуса влияния мо­ жет быть выполнено только на основе наблюдений за развитием воронок депрессии в процессе проведения опытных откачек или еще

фиксированными границами, граничные условия на которых пред­ определяют зону действия скважин и их питание. Аналитические выражения для определения расчетной величины радиуса влияния в таких условиях могут быть получены из сопоставления соответ­ ствующих рассматриваемым расчетным схемам решений с основны­

зывает, что при расположении скважины у реки и наличии тесной

гидравлической связи подземных вод с поверхностными (с рекой) условный радиус влияния R = 2l (где I — расстояние от скважины до реки). Аналогичным образом получены выражения для радиуса влияния R и для некоторых других типов расчетных схем (см. ра­ боты 24, 28, 49, 92а и др., а также стр. 297—302).

Методы определения радиуса влияния по результатам опытно­ фильтрационных работ изложены в гл. XI.

Многочисленные эмпирические и полуэмпирические зависимос­ ти, предложенные для определения радиуса влияния, в условиях установившейся фильтрации дают обычно приближенные его значе­ ния и во многих расчетах позволяют установить лишь порядок этой величины. Сопоставление вычисленных по различным полуэмпирическим и эмпирическим формулам значений радиусов влияния с их величинами, наблюдаемыми в процессе проведения длительных и интенсивных опытных откачек, выполненное Ю. В. Мухиным, пока­ зало, что ошибка в определении радиуса влияния по формулам составляет, как правило, 25—60% и больше. Поэтому использова­ ние такого* рода формул, не учитывающих полностью физических условий фильтрации и полученных на основе опыта в конкретной гидрогеологической обстановке, представляется нецелесообразным.

Как показывает практика, величина радиуса влияния при рабо­ те одиночных скважин изменяется в довольно широких пределах: от 100—200 до 300—500 м в безнапорных водоносных горизонтах, представленных рыхлыми зернистыми отложениями (в трещинова­ тых коллекторах до 1000 м), и от 250—500 до 1000—1500 м в на­ порных водоносных горизонтах [23, 24, 97, 98].

Из-за невозможности достоверного определения радиуса влия­ ния для прогноза производительности скважин, в условиях устано­ вившейся фильтрации, как правило, используются не строгие теоре­ тические формулы (IX,5 и IX,12), а кривые зависимости дебита от понижения Q = /(S C), получаемые в процессе проведения опытных

работ (см. стр. 348).

Достаточно подробный обзор применяемых для определения ра­ диуса влияния теоретических и эмпирических формул имеется в перечисленных работах [2, 37, 65, 67, 95, 97, 98 и др.].

В условиях неустановившейся фильтрации приведенный радиус влияния является величиной, переменной во времени, характери­ зующей область влияния скважины в конкретных гидрогеологиче­ ских условиях на тот или иной момент времени от начала ее дейст­ вия (см. подробно стр. 295—310).

Определение величины гидравлического скачка уровней при входе воды в скважину. Практикой и экспериментальными иссле­ дованиями установлено существование гидравлического разрыва или скачка в положении уровня воды непосредственно в скважине и у ее внешней стенки. Наличие разрыва уровней у наружной стен­ ки скважины и внутри нее объясняется потерями напора, которые затрачиваются на преодоление сопротивлений контактной зоны во­ доприемной части скважины (фильтра) с породой, входных сопро­ тивлений внутри скважины, а также деформацией потока в при­

скважин можно определять разрыв уровней по формуле (IX,30) как для совершенных скважин и увеличивать его в зависимости от степени несовершенства в 1,2—-1,5 раза.

В работе [29] рекомендуется ограничивать применение эмпири­ ческих формул для определения скачка Ahc и в качестве более пра­ вомерной и теоретически обоснованной предлагается формула, по­ лученная В. М. Шестаковым на основе приближенного аналитиче­ ского решения И. А. Чарного:

(IX,33)

Формула (IX,33) получена для грунтовых совершенных сква­ жин, однако она может использоваться и для несовершенных сква­ жин при замене в ней мощности потока hGна высоту столба воды в скважине [29, 92а]. В приведенном выражении (IX,33) учитывает­ ся величина разрыва уровней, обусловленная искривлением линий токов в прискважинной зоне (влияние других факторов не учиты­ вается), т. е. определяется минимально возможная величина гидравлического скачка.

Гидравлический скачок имеет место при работе и любых других водозаборных и дренажных сооружений. Формулы и методы его определения даются в специальной литературе [1—4, б, 7, 15, 20, 29, 49, 65, 92а, 98 и др.].

П р и м е р . Определить дебит совершенной артезианской сква­ жины, вскрывшей воду в неоднородных по водопроницаемости пес­ ках. Водоносный пласт состоит из трех слоев мощностью 3,5; 4,8 и 11.5 м, имеющих коэффициенты фильтрации соответственно 4,23; 3,72 и 8,87 м/сут. Пески перекрываются и подстилаются пластами

ке— 14,8 м. Диаметр сетчатого фильтра скважины 150 мм. Радиус влияния 400 м (см. рис. 126). Оценить величину разрыва уровней

Аhc.

Ре ш е н и е . Учитывая незначительные различия слоев по коэф­

УСТАНОВИВШЕЕСЯ ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД К НЕСОВЕРШЕННЫМ СКВАЖИНАМ

Различают два вида несовершенства скважин: а) по сте­ пени вскрытия и б) по характеру вскрытия водоносного пласта. Первый вид несовершенства определяется неполнотой вскрытия водоносного пласта по мощности (см. рис. 122, б), второй — по ха­ рактеру вскрытия, связан с особенностями самой водоприемной части скважины в пределах вскрытой мощности водоносного пласта