Расчёты размеров второго и третьего поясов ЗСО

Гидрогеологические параметры для расчёта ЗСО:

Qфактическая величина водоотбора по данным утвержденного водохозяйственного расчета водопотребления и водоотведения;

Тх — расчётное время: для второго пояса ЗСО — 200;400 суток, для третьего пояса ЗСО- 10 000 суток;

m — мощность водоносного горизонта;

nпористость водовмещающих пород водоносного горизонта — 0,03.

Радиус второго пояса ЗСО будет составлять:

R2 = ;

Радиус третьего пояса ЗСО будет составлять:

R3 =.

Область питания водозабора отделяется от внешней части области фильтрации раздельной, или нейтральной, линией тока (траекторией движения). На этой линии располагаются одна или несколько важных с точки зрения охраны водозаборов раздельных, или критических, точек N. Вблизи этих точек образуется застойная зона, а в самих точках N скорость движения воды равна нулю.

Область питания следует отличать от области влияния водозабора, т. е. части водоносного пласта, в пределах которой эксплуатация водозабора вызывает практически ощутимые понижения; уровней подземных вод. Прежде всего, эти области могут существенно отличаться по расположению и площади. Например, точки, А и В на рис. 1 расположены вблизи водозабора и поэтому могут находиться в области влияния водозабора, но в то же время они находятся за пределами области его питания. Наоборот, точки С и D на рис. 1 располагаются внутри области питания, но настолько далеко от водозабора, что его влияние на положение уровней подземных вод здесь может быть практически незаметно. В отличие от области влияния, размеры которой в большинстве случаев не зависят от естественного потока подземных вод, форма и размеры области питания водозабора в значительной степени определяются направлением и скоростью естественного потока.

Из сказанного ясно, что зона санитарной охраны должна располагаться в пределах области питания водозабора. Для дальнейшего уточнения положения границ этой зоны выделим другой важный элемент фильтрационного потока — область захвата водозабора (см. рис. 1), которая представляет собой часть области питания. Все частицы воды, располагающиеся внутри области захвата, достигают водозабора за тот или иной конечный расчетный промежуток времени Т. В плане область захвата одиночного водозабора на каждый момент времени приближенно может быть изображена в виде эллипса, вытянутого вдоль потока подземных вод. В процессе эксплуатации водозаборного сооружения область, непрерывно увеличивается. Предельное ее положение, достигаемое при теоретически бесконечном времени, устанавливается по раздельной (нейтральной) линии.

Как уже отмечалось, границы второго и третьего поясов зоны санитарной охраны назначаются таким образом, чтобы имеющиеся или возможные загрязнения подземных вод не могли поступить в водозабор в течение намеченного срока. Исходя из этого, задачей гидрогеологических расчетов для обоснования зон санитарной-охраны является определение основных размеров и конфигурации области захвата водозабора, соответствующей расчетному периоду Т.

Как правило, область захвата водозабора имеет сложные очертания, что зависит от типа водозаборного сооружения, схемы размещения эксплуатационных скважин и гидрогеологических условий в районе расположения водозабора. Если реальная гидрогеологическая обстановка может быть схематизирована по основным расчетным показателям (обычно это возможно в относительно простых гидрогеологических условиях, а также на ранних стадиях проектирования), то область захвата водозабора и другие искомые величины для обоснования проекта ЗСО водозаборов подземных вод можно определить путем аналитических расчетов. При этом схематизируются не только гидрогеологические условия, но ;и сами водозаборы; обычно они представляются в виде одиночных или групповых сосредоточенных водозаборов («больших колодцев») или вытянутых линейных водозаборных систем.

Для проведения практических расчетов, кроме того, целесообразно упростить и конфигурацию зоны санитарной охраны водозаборных сооружений. Наиболее просто ее представить в виде прямоугольника, полностью включающего область захвата. При этом несколько завышаются размеры охраняемой территории и обеспечивается некоторый запас в инженерных расчетах.

Протяженность R зоны санитарной охраны вверх по потоку подземных вод от водозабора устанавливается по максимальному расстоянию от водозабора до верхней границы области захвата на расчетный промежуток времени Т.

Вниз по потоку подземных вод протяженность г зоны санитарной охраны водозаборов определяется расстоянием от водозабора до нижней границы зоны захвата водозабора по оси х на тот же расчетный момент времени Т.

Таким образом, общая длина зоны санитарной охраны водозабора L составит:

L=R+r. (1).

Ширина зоны санитарной охраны 2d на основании сказанного принимается равной максимальной ширине эллипса, ограничивающего область захвата водозабора (см. рис. 1). Расчетное время Т устанавливается в зависимости от вида возможного загрязнения водоносного пласта.

Для защиты водозабора от устойчивых химических загрязнений при проектировании третьего пояса ЗСО величина Тх определяется в соответствии со сроком эксплуатации водозабора.

В безнапорных водоносных горизонтах, а также в неглубоко залегающих напорных пластах, перекрытых сверху слабопроницаемыми отложениями, при определении границы зоны санитарной охраны от бактериальных загрязнений целесообразно учитывать время to просачивания загрязненных вод по вертикали до основного эксплуатируемого пласта, т. е. принимать.

T=Tu — t0. (2).

Величина t0 может быть приближенно определена по следующим формулам [1]:

а) при малой интенсивности е инфильтрации загрязненных вод: (е.

(3).

б) при значительной интенсивности инфильтрации (е>k0), т. е. при инфильтрации с полным насыщением пор:

tо=nоmо/kо; (4).

в) при двух-трехслойном строении горизонта:

(5).

где kо — коэффициент фильтрации пород зоны аэрации; nо и то — пористость и мощность пород над эксплуатируемым горизонтом: (в первых двух случаях — это породы зоны аэрации, а в третьем — породы верхнего слабопроницаемого слоя); ?H — разность уровней воды основного и соседнего, питающего слоя.

Таким образом, задача гидрогеологического обоснования границ зоны санитарной охраны водозаборных сооружений в приближенной постановке сводится к определению параметров R (протяженность ЗСО вверх по потоку подземных вод); г (протяженность ЗСО вниз по потоку) и d (половина общей ширины ЗСО). При этом в качестве исходных данных для расчета ЗСО должны быть известны длительность расчетного интервала Т, а также величины скоростей и направление движения подземных: вод в условиях эксплуатации водозаборных устройств.

Для получения аналитических выражений, определяющих параметры ЗСО, в некоторых сравнительно простых случаях фильтрационного потока к водозабору (симметричная зона захвата, простые краевые условия) удобно исследовать линии тока частиц воды, т. е. линии, касательные к которым в каждой точке показывают направление движения воды. При этом используется то обстоятельство, что траектории течения и линии тока в большинстве практических случаев совпадают. В частности, это имеет место при установившейся или квазиустановившейся фильтрации подземных вод, когда скорости движения воды во всех точках пласта не изменяются как по величине, так и по направлению. При нестационарной фильтрации в общем случае линии тока и траектории движения могут не совпадать. Однако здесь можно выделить некоторые схемы чисто нестационарной фильтрации, когда такое совпадение будет иметь место. Например, случай работы водозабора в неограниченном пласте без естественного потока и другие схемы, когда вектор скорости движения частиц воды изменяется только по величине, но направление движения воды в процессе эксплуатации водозабора остается неизменным.