|
Nie obrażaj więc mojej inteligencji poprzez czynione na pokaz zaniżanie własnej.
6. Ustalanie zasobów eksploatacyjnych
ujêæ wód podziemnych Zasoby eksploatacyjne wód podziemnych to iloæ wód mo¿liwa do pobra- nia w przyjêtej jednostce czasu w okrelonych warunkach hydrogeologicz- nych i technicznych za pomoc¹ ujêcia w postaci pojedynczego otworu wiert- niczego, grupy tych otworów, obudowanego ród³a naturalnego lub innego wyrobiska konstrukcyjnie przygotowanego do korzystania z wód podziem- nych. Ustalenie zasobów eksploatacyjnych wi¹¿e siê z koniecznoci¹: stwierdzenia wystêpowania wód podziemnych okrelonego poziomu wodo- nonego w danym otworze wiertniczym lub ich zespole, wykonania pompowañ badawczych (otwór rozpoznawczy pojedynczy lub hydrowêze³), przeprowadzenia obserwacji stacjonarnych naturalnego ród³a przewidzia- nego do ujêcia, uzyskania wyników badania jakoci wód w postaci analizy fizyczno-chemicz- nej i bakteriologicznej w zakresie unormowanym przepisami sanitarnymi, oceny odnawialnoci zasobów wód podziemnych w ujêtym poziomie wodo- nonym w nawi¹zaniu do wyników regionalnych badañ hydrogeologicznych i analiz zasobów wód podziemnych w jednostce bilansowej (zlewni), w ob- rêbie której projektowane ujêcie jest zlokalizowane, wykonania obliczeñ hydrogeologicznych niezbêdnych do okrelenia wydaj- noci studni lub ród³a przy zachowaniu jakoci wody, któr¹ mo¿na pobie- raæ z ujêcia. W obliczeniach hydrogeologicznych musz¹ byæ uwzglêdnione zarówno czyn- niki przyrodnicze, zwi¹zane z dop³ywem do ujêcia wody z warstwy wodononej i jej otoczenia, jak i czynniki techniczno-hydrogeologiczne wynikaj¹ce z: kon- strukcji otworu studziennego (studnia zupe³na, studnia niezupe³na), oporów hy- Ustalanie zasobów eksploatacyjnych ujêæ wód podziemnych 143 draulicznych i sprawnoci studni, wydajnoci eksploatacyjnych zwi¹zanych z wy- miarami filtra i prêdkociami dopuszczalnymi przep³ywu wody podziemnej. Z definicj¹ prawn¹ zasobów eksploatacyjnych cile s¹ zwi¹zane takie pojêcia jak: depresja zwierciad³a wody podziemnej na ujêciu i w jego otoczeniu, obszar wp³ywu ujêcia (leja depresji), obszar sp³ywu wody, obszar zasilania ujêcia, i wresz- cie jego obszar zasobowy. Pojêcia te musz¹ znaleæ swój graficzny i liczbowy wyraz w ka¿dej ze sporz¹dzanych dokumentacji hydrogeologicznych, ustalaj¹cych za- soby eksploatacyjne ujêcia wód podziemnych. Proces ustalania zasobów eksploatacyjnych wymaga wiêc znajomoci wie- lu metod obliczeñ hydrogeologicznych, dobieranych przez hydrogeologa sto- sownie do stwierdzonych warunków hydrogeologicznych, stopnia ich z³o¿o- noci, wielkoci zapotrzebowania na wodê analizowanego w stosunku do potencjalnej zasobnoci i stanu eksploatacji wód w badanym poziomie wo- dononym. 6.1. Obliczanie wydajnoci ujêcia za pomoc¹ metod analitycznych 6.1.1. Metody hydrodynamiczne Jest to grupa najdok³adniejszych i najpewniejszych metod obliczeñ anali- tycznych do prognozowania wydajnoci studni i ujêæ wód podziemnych, uto¿- samianych w praktyce z ocen¹ ich zasobów eksploatacyjnych. Metody hydro- dynamiczne rolê tê mog¹ spe³niaæ pod warunkiem, ¿e sporz¹dzony schemat hydrogeologiczny jest wiarygodny i dokonano wyboru poprawnego schematu obliczeniowego, uwzglêdniaj¹cego warunki graniczne, w tym w³aciwie okre- lono zasiêg leja depresji. Warto podkreliæ, ¿e równania z zakresu hydrody- namiki s¹ równoczenie równaniami bilansowymi, poniewa¿ pierwotne po³o- ¿enie powierzchni piezometrycznej wód podziemnych stanowi odwzorowanie wielkoci ich naturalnego zasilania. Wskazanym jest, aby przy pos³ugiwaniu siê metodami hydrodynamicznymi korzystaæ równolegle z metod ustalania zasobów odnawialnych, które to metody pozwalaj¹ na obliczenie zasobów dynamicznych w oparciu o d³ugoterminowe obserwacje stanów wód podziem- nych (sieæ SOH w obserwacji PIG, sieæ IMGW w zakresie wód gruntowych) lub analizê odp³ywu podziemnego rzek (sta³a sieæ IMGW, sieci okresowe zwi¹- zane z hydrogeologicznymi dokumentacjami regionalnymi). Oszacowane mo- du³y odp³ywu podziemnego mog¹ byæ bardzo pomocne przy wymiarowaniu obszaru zasilania ujêcia wód podziemnych. Zestawienia tabelaryczne oraz kartograficzne zobrazowanie wielkoci tego modu³u mo¿na znaleæ w publi- kowanych opracowaniach hydrologicznych, sporz¹dzanych dla poszczególnych zlewni rzecznych oraz dokumentacjach hydrogeologicznych zbiorników wód podziemnych. 144 Metodyka okrelania zasobów eksploatacyjnych Metody hydrodynamiczne obejmuj¹: q obliczenia wydajnoci wed³ug wzorów filtracji ustalonej Dupuita na dop³yw wody do pojedynczej studni, q wzory na wielk¹ studniê w przypadku obliczeñ wydajnoci dla zespo³u studni, q obliczenia wed³ug wzorów Theisa i Hantusha w przypadku koniecznoci prognozowania wydajnoci w warunkach d³ugotrwa³ej filtracji nieustalonej, q ca³kowanie graficzne siatki hydrodynamicznej w przypadku dysponowania map¹ hydroizohips. A. Obliczenia ustalonego dop³ywu do pojedynczej studni w warstwie nieograniczonej Do obliczeñ wydajnoci przy ustalonej filtracji stosuje siê wzory Dupuita. Dla wód o zwierciadle swobodnym: H 2 - h 2 0 H 2 - h 2 0 Q = p k = 1 36 k [6.1] R R ln lg r r 0 0 lub podstawiaj¹c h o =H-s Q = p k ( 2 H - s ) s [6.1a] R ln r 0 a dla wód o zwierciadle naporowym: Q = 2 p km ( H - h ) = 2 73 km ( H - h 0 ) [6.2] R 0 R ln lg r r 0 0 lub podstawiaj¹c H-h o =s oraz km=T Q = 2 p Ts [6.2a] R ln r 0 gdzie: Q dop³yw wody [m 3 /h], k wspó³czynnik filtracji [m/h], H wysokoæ statycznego zwierciad³a wody [m], h o wysokoæ dynamicznego zwierciad³a wody w studni [m], s = H h o depresja zwierciad³a wody [m], m mi¹¿szoæ warstwy wodononej [m], R promieñ leja depresji [m], r o promieñ studni [m]. Zasiêg promienia leja depresji oblicza siê orientacyjnie za pomoc¹ wzorów empirycznych: Ustalanie zasobów eksploatacyjnych ujêæ wód podziemnych 145 Ø dla wód o zwierciadle swobodnym wed³ug wzoru Kusakina: R 575 = s k H [6.3] Ø dla wód o zwierciadle naporowym wed³ug wzoru Sichardta: R 3000 s k [6.4] gdzie: k wspó³czynnik filtracji w m/s; pozosta³e oznaczenia bez zmian. Wyniki obliczeñ wed³ug wzorów empirycznych s¹ zwykle orientacyjne. W zwi¹z- ku z tym przy obliczeniach wydajnoci studni na potrzeby oszacowania zasobów eks- ploatacyjnych, tam gdzie nie stosowano pompowañ hydrowêz³owych, pozwalaj¹cych na bezporednie okrelenie zasiêgu leja depresji pomiarami terenowymi, nale¿y obliczenia empiryczne porównaæ z przeliczeniem kontrolnym zasiêgu leja depresji R jako równowa¿nego promieniu ko³a obejmuj¹cego swoim zasiêgiem obszar zasi- lania zwi¹zany ze wstêpnie oszacowan¹ wielkoci¹ zasobów eksploatacyjnych: R = e M [6.5] p gdzie: Q e szacowana wstêpnie wielkoæ zasobów eksploatacyjnych [m 3 /h], M d modu³ zasobów odnawialnych przyjêty z hydrogeologicznych badañ re- gionalnych (modelowanie) albo badañ hydrologicznych (odp³yw podziemny rzek) [m 3 /h/km 2 ]. W obliczeniach wydajnoci trzeba odrêbnie potraktowaæ przypadki studni, które w swojej konstrukcji nie spe³niaj¹ za³o¿eñ przyjêtych w schemacie Dupui- ta i tylko czêciowo ujmuj¹ dan¹ warstwê wodonon¹ (studnie niezupe³ne). P. For- chheimer (1930) przedstawi³ obliczenia odpowiednich poprawek, które wpro- wadzone do wzorów odnosz¹cych siê do studni zupe³nych [6.1] i [6.2] umo¿liwiaj¹ poprawne obliczenia wydajnoci studni niezupe³nych. Wydajnoæ studni niezupe³nej Q n jest wówczas równa: d Q n = Q × b [6.6] gdzie: Q wydajnoæ studni zupe³nej [m 3 /h], b poprawka Forchheimera [1]. Poprawkê Forchheimera okrela siê z zale¿noci: Ø dla warstwy wodononej o zwierciadle swobodnym: b = L 2 h 0 - L [6.7] 4 h h 0 0 = Q 146 Metodyka okrelania zasobów eksploatacyjnych Ø dla warstwy wodononej o zwierciadle naporowym: b = L 4 2 m - L [6.8] m m gdzie: L d³ugoæ czêci czynnej filtra [m], h 0 wysokoæ dynamicznego (obni¿onego) zwierciad³a wody w studni [m], m mi¹¿szoæ warstwy wodononej [m]. Inne sposoby obliczania poprawki na niezupe³noæ studni, bardziej szczegó- ³owe ze wzglêdu na po³o¿enie filtra w warstwie wodononej, podane s¹ w do- stêpnej literaturze (np. Turek red., 1971; Jarodzki, 1972). B. Obliczenia dop³ywu ustalonego do pojedynczej studni w warstwie wodononej ograniczonej jednostronnie granic¹ zasilaj¹c¹ Wzory Forchheimera (1930) dla warstwy zasilanej np. z rzeki, której koryto spe³nia warunek granicy H=const maj¹ nastêpuj¹c¹ postaæ: Ø wydajnoæ studni w warstwie o zwierciadle swobodnym: Q = p k ( 2 H - s ) s [6.9] 2 a ln r 0 Ø wydajnoæ studni w warstwie o zwierciadle naporowym: Q = 2 p Ts [6.10] 2 a ln z r gdzie: a z odleg³oæ studni od granicy zasilaj¹cej, pozosta³e objanienia oznaczeñ jak wy¿ej w tekcie. Dla odleg³oci a z = 0,5 R wzory [6.9] i [6.10] s¹ identycz- ne z wzorami [6.1] i [6.2]. 0 C. Obliczenia dop³ywu ustalonego do studni w warunkach jej wspó³dzia³ania w zespole ujmuj¹cym warstwê nieograniczon¹ Wspó³dzia³anie dwóch otworów studziennych ma miejsce, gdy odleg³oæ pomiê- dzy nimi L jest mniejsza ni¿ suma promieni przez nie wytworzonych: (rys. 6.1-1.) Zmniejszenie wydajnoci studni w warunkach ich wspó³dzia³ania okrela wspó³- czynnik interferencji: a = Q ¢ [6.11] Q gdzie: Q wydajnoæ studni w warunkach wspó³dzia³ania, Q wydatek studni pracuj¹cej indywidualnie. |
Menu
|