CC BY
6
УДК 639.2:081.11.
ВАРИАНТЫ УМЕНЬШЕНИЯ ДЕФИЦИТА ВОДОСНАБЖЕНИЯ В ПОСЕЛКАХ ХРАБРОВСКОГО СЕЛЬСКОГО ПОСЕЛЕНИЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
А.В. Кикот
VARIANTS OF REDUCTION OF DEFICIENCY OF WATER SUPPLY IN SETTLEMENT HRABROV RURAL SETTLTMTNT OF THE KALININGRAD AREA
A.V. Kikot
Аннотация. Водоснабжение посёлков Храбровского сельского поселения осуществляется из подземного водного горизонта через скважину глубиной от 38 до 81 метра. Расчетный дефицит существующих систем водоснабжения поселков имеет большой разброс: минимальный дефицит - 14% в поселке Храброво, максимальный - 80% в поселке Узловое. Практически во всех скважинах установлены насосные агрегаты марки ЭЦВ. В статье выполнен сравнительный анализ дебита скважин и подач насосов, который показал, что в некоторых поселках можно частично уменьшить дефицит водоснабжения в рамках 25% превышения дебита над подачей насоса. Такое увеличение подачи насосов только частично уменьшит дефицит водоснабжения, но не решит полностью проблему. Другой вариант -бурение новых скважин. Предложено располагать новую скважину на расстоянии двух радиусов влияния от старой скважины для исключения влияния воронок депрессии друг на друга. При этом была решена задача об определении радиусов влияния (радиусов депрессии) для единичной скважины при помощи таблицы Щеголева Д.И. и приближенной формулы И. П. Кусакина.
Ключевые слова: водоснабжение поселка; дефицит водоснабжения; депрессионная воронка; радиусы депрессии; коэффициент фильтрации; дебит скважины.
Abstract. Water supply of settlements Hrabrovo of rural settlement is carried out from underground water horizon through a chink by depth from 38 up to 81 метра. Settlement deficiency of existing systems of water supply of settlements has a wide scatter: the minimal deficiency - 14 % in settlement Hrabrovo, maximal - 80 % in settlement Central. Practically in all chinks pump units of mark ASV are installed. In article the comparative analysis дебита chinks and submissions of pumps which has shown is executed, that in some settlements it is possible to reduce partially deficiency of water supply within the limits of 25 % of excess дебита above submission of the pump. Such increase in submission of pumps only will partially reduce deficiency of water supply, but will not solve completely a problem. Other variant - drilling of new chinks. It is offered to have a new chink on distance of two radiuses of influence from an old chink for exception of influence воронок depressions against each other. Thus the problem about definition of radiuses of influence (radiuses of depression) for an individual chink by means of Chegolev D.I.'s table and I.P.Kusakina's approached formula has been solved.
Keywords: water supply of settlement; deficiency of water supply; депрессионная воронка; radiuses of depression; factor of a filtration; debit chinks.
Введение
В соответствии с Паспортом Гурьевского района [1] водоснабжение посёлков Храбровского сельского поселения осуществляется из подземного водного горизонта через ^важины. Практически в каждом поселке есть по одной артезианской скважине, но они не удовлетворяют даже потребности жилого фонда поселков по водоснабжению.
В данной статье рассмотрены некоторые варианты уменьшения дефицита водоснабжения поселков Храбровского сельского поселения.
Характеристика водопотребления и водоснабжения поселков Храбровского сельского поселения
В состав Храбровского сельского поселения входит 38 населенных пунктов [1]. В 20-ти из них, численностью населения от трех до 69-ти человек, централизованное водоснабжение отсутствует. Исключением по числу жителей в 574 человека является поселок Рябиновка. В остальных восемнадцати поселках централизованное водоснабжение осуществляется из артезианских скважин, возраст большинства которых от 53-х до 20 лет. Есть две скважины бурения до 1945 года, одна новая скважина пробурена в 2012 году. Дефицит водопотребления по поселкам приведен в таблице 1.
Таблица 1 - Дефицит водоснабжения по поселкам Храбровского сельского поселения [1]
Название поселка Дефицит, % Название поселка Дефицит, % Название поселка Дефицит, %
Храброво 14,0 Сосновка 74,0 Наумовка 70,6
Малиновка 69,5 Придорожное 71,3 Правдино 70,8
Моршанское 62,2 Некрасово 62,0 Каширское 67,5
Горловка 68,4 Маршальское 69,0 Лазовское 71,3
Отрадное 62,0 Узловое 80,0 Заливное 66,8
Матросово 50,5 Гаево 78,5
В скважинах для поднятия воды на поверхность установлены агрегаты электронасосные центробежные скважинные марки ЭЦВ, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 10428-89. Распределение типоразмеров насосов по скважинам приведено в таблице 2.
Таблица 2 - Перечень погружных насосов ЭЦВ, установленных в скважинах поселков
Храбровского сельского поселения [1]
Название поселка Насос ЭЦВ Название поселка Насос ЭЦВ
Храброво 6-10-80 Наумовка 4-2,5-80
Малиновка 6-4-100 Правдино Б898С/12
Моршанское 4-2,5-80 Каширское 5-4-100
Горловка 6-10-100 Лазовское 6-6,3-85
Отрадное 5-4-85 Заливное 6-6,5-80
Матросово 6-6,2-85 Сосновка 4-2,5-85
Придорожное 6-6,5-80 Узловое 4-2,5-80
Некрасово 5-6,5-85 Гаево 4-2,5-80
Маршальское 4-2,5-80
Первые цифры в марках насосов 4, 5 или 6 обозначают допустимый для данного типоразмера внутренний диаметр обсадной колонны в дюймах. Диаметры в мм, соответственно, равны - 102,5; 124,6; 149,5.
Вторые цифры в марках обозначают подачу насоса 0, м3/час. Номинальная подача насоса должна быть минимум на 25% ниже дебита скважины [2]. Сравнение величин дебита скважины с подачей насоса выполнено в таблице 3.
Таблица 3 - Сравнительный анализ дебита скважины и подачи насоса
Название поселка Подача насоса, м3/ч Дебит скважины, м3/ч Превышение дебита над подачей насоса, %
Храброво 10,0 - -
Малиновка 4,0 5,0 20,0
Моршанское 2,5 4,0 37,5
Горловка 6,0 6,0 0,0
Отрадное 3,6 3,6 0,0
Матросово 6,2 10,0 38,0
Некрасово 6,5 14,0 53,5
Маршальское 6,5 4,5 Подача превышает дебит
Узловое 2,5 12,0 80,0
Гаево 2,5 4,0 37,5
Наумовка 6,0 14,0 57,0
Правдино 2,5 7,0 64,0
Лазовское 4,0 4,8 16,0
Пути уменьшения дефицита водоснабжения
В некоторых поселках Храбровского сельского поселения дефицит водоснабжения можно несколько уменьшить за счет увеличения подачи насоса в пределах 25% превышения дебита над подачей насоса. Расчет выполнен в таблице 4.
Таблица 4 - Увеличенные подачи насосов в пределах 25% превышения дебита
Название поселка Подача насоса, м3/ч Дебит скважины, м3/ч Превышение дебита над подачей насоса, %
Моршанское 3,0 4,0 25,0
Матросово 7,5 10,0 25,0
Узловое 9,0 12,0 25,0
Гаево 3,0 4,0 25,0
Наумовка 10,5 14,0 25,0
Правдино 5,25 7,0 25,0
Такое увеличение подачи насосов только частично уменьшит дефицит водоснабжения, но не решит полностью проблему. Другой путь уменьшения дефицита водоснабжения - увеличение числа скважин. При бурении новых скважин необходимо знать параметры водоносного пласта, которые определяются с помощью опытных откачек:
- фильтрационную характеристику водоносного грунтового пласта;
- мощность пласта;
- расположение пласта относительно водоупора.
Важными характеристиками при эксплуатации скважин являются ее статический и динамический уровни воды. Статический уровень соответствует спокойному состоянию воды в скважине. Динамический уровень соответствует работе погружного насоса и отбора воды из скважины. Методика выбора центробежных скважинных насосов типа ЭЦВ и исследование зависимости подачи от напора погружных насосов приведет в [3, 4].
При работе насоса движение фильтрационного потока будет неравномерным, и вокруг скважины появится депрессионная воронка (рис. 1) [5, 6].
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
Контрольные Сквлжшгы
Elil [О С
Уровень грунтовых
ИОД ДО OTKdMKU
ч
ч.
Рад ну с воро о к п, / уровень грунтовых вод после откачки
Д с п рс с с и о ш мя воронка
Понижение уровня грунтовых вод
Рисунок 1 - Понижение уровня грунтовых вод, депрессионная воронка
Радиус воронки - это радиус депрессии или радиус влияния отдельной скважины. За пределами радиуса воронки влияние откачки воды из скважины не наблюдается. Если рядом будут пробурены еще скважины, то их взаимное влияние друг на друга не будет сказываться в том случае, если они будут расположены на «большом расстоянии друг от друга» [6]. Что подразумевается под термином «большое расстояние»? Предположим, что новая скважина по размерам будет подобна первой, то ее нужно расположить на расстоянии как минимум двух радиусов депрессии от первой, чтобы избежать взаимного влияния скважин друг на друга. В первом приближение при отсутствии опытных откачек радиус депрессии можно определить по приближенным теоретическим формулам и таблицам.
В Калининградской области основными типами почв являются супеси. Супесь представляет собой смесь песка и суглинка примерно в соотношении 3:1 и является рыхлой породой.
Вероятные значения радиусов депрессии для рыхлых пород были определены Д.И. Щеголевым (1948 г) при откачках из вертикальных выработок продолжительностью в несколько суток [7]. Значения радиусов депрессии в зависимости от удельного дебета скважин приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Радиусы депрессии единичных скважин в зависимости от их удельного
дебита по Д.И. Щеголеву
Удельный дебит, л/с на 1 м 2,0 2,0-1,0 1,0-0,5 0,5-0,33 0,33-0,2 0,2
Радиус депрессии, м 500-300 300-100 100-50 50-25 25-10 10
В паспорте Гурьевского района есть информация по удельному дебиту скважин водозабора «Центральный» г. Гурьевска. По удельному дебиту, приведенному в паспорте на каждую скважину, с использованием данных Д.И. Щеголева, были определены вероятностные радиусы депрессии для отдельно расположенных скважин (таблица 6).
Наименьший радиус депрессии составил 10-ть метров (скважина 11а/3), наибольший радиус депрессии - 152,0 м (скважина 1 а/1).
Таблица 6 - Радиусы депрессии скважин водозабо
ра «Центральный» г. Гурьевска
Номер скважины 1а/1 25 94/9 2а/6 П-69959/10 56783/2 12а/5 П-56701/7 11 а/3
Дебит д0,л/с на 1 м 1,39 0,93 0,83 0,43 0,39 0,3 0,2 0,07
Радиус депрессии, м 152,0 95,0 80,0 40,0 32,0 20,0 17,0 10,0
Для тех же скважин водозабора «Центральный» радиусы депрессии были определены по приближенной формуле И.П. Кусакина, выведенной для безнапорного пласта при установившейся фильтрации [6]:
Я = 2 • 8Н • К
ф
(1)
где Б - понижение уровня воды при откачке по центру воронки, м; Н - мощность пласта, м; Кф - коэффициент фильтрации, м/сут.
Формулу (1) рекомендуется применять при значениях Б не выше 40-50 м. Для рассматриваемых скважин параметр Б находится в диапазоне 12,0-23,0 метров. Коэффициент фильтрации для супесей по Н.А. Плотникову составляет Кф = 0,1...1 м/сут,
по С.К. Абрамовичу - Кф = 0,4____1 м/сут [8]. Значения радиусов депрессии, определенные
по формуле (1), приведены в таблице 7 для граничных значений коэффициентов фильтрации.
Таблица 7 - Радиусы депрессии для скважин по формуле И.П. Кусакина
Номер скважины 1а/1 25 94/9 2а/6 П- 69959/10 56783/2 12а/5 П- 56701/7 11а/3
Понижение уровня Б, м 12,0 13,0 15,0 14,0 17,0 16,5 23,0 22,0
Коэффициент фильтрации КФ = 0,1 м/сут
Радиус депрессии, м 54,2 50,68 61,48 54,5 86,0 56,2 38,76 60,6
Коэффициент фильтрации КФ = 0,4 м/сут
Радиус депрессии, м 108,0 101,4 122,9 109,0 172,0 112,4 77,53 121,3
Коэф( шциент фильтрации КФ = 1 м/сут
Радиус депрессии, м 171,0 160,0 194,4 172,6 272,0 177,7 122,5 191,8
Радиус депрессии по Д.И. Щеголеву 152,0 95,0 80,0 40,0 32,0 20,0 17,0 10,0
Для скважин 1а/1;25 94/9;2а/6 радиусы влияния по Д.И. Щеголеву находятся в диапазоне радиусов влияния, подсчитанных по формуле И. П. Кусакина. Для остальных скважин радиусы влияния по Д. И. Щеголеу не попадают в диапазон расчетных значений по формуле И.П. Кусакина: они значительно меньше.
Скважины поселков не имеют достаточно информации для определения радиусов влияния ни по формуле И.П. Кусакина, ни по таблице Д.И. Щеголева. Для сравнения скважин водозабора «Центральный», как прототипа, со скважинами Храбровского сельского поселения был выбран известный общий параметр: эксплуатационный дебит скважин. В соответствии с этим параметром все скважины Храбровского сельского поселения были разделены на три группы:
Группа 1 - скважины с дебитом до 6 м3/час;
Группа 2 - скважины с дебитом более 6 м3/час до 10 м3/час;
Группа 3 - скважины с дебитом боле 10 м3/час до 16 м3/час .
Группа 1 включает девять поселений: Горловка, Каширское, Заливное, Гаево, Маршальское, Придорожное, Отрадное, Моршанское, Малиновка.
В группу 2 входит три поселения: Матросово,Маршальское, Правдино. В группе 3 тоже три поселения: Некрасово, Узловое, Наумовка.
Для каждой группы была выбрана скважина - прототип из водозабора «Центральный». Распределение скважин - прототипов по номерам групп и определение радиусов влияния проведено в таблице 8.
Таблица 8 - Определение радиусов влияния для скважин Храбровского сельского
поселения
№ группы 1 2 3
Скважина-прототип П56701/7 11 а/3 и П-69959/0 2а/6
Коэффициент фильтрации КФ = 0,1 м/сут
Радиусы влияния, м 38,76 54,0;54,5 61,48
Коэффициент фильтрации КФ = 0,4 м/сут
Радиусы влияния, м 77,53 108,0; 109,0 122,9
Коэффициент фильтрации КФ = 1 м/сут
Радиусы влияния, м 122,5 171,0; 172,6 194,4
По данным таблицы 8 значения радиусов влияния по группам в первом приближении распределились следующим образом:
группа 1 - Я = 38,76 - 122,5 м;
группа 2 - Я = 54,0 - 172,6 м;
группа 3 - Я = 61,0 - 194,0 м.
Заключение
Для уточнения радиусов влияния нужны действительные данные по коэффициентам фильтрации. Коэффициенты фильтрации можно получить только из опытных откачек в районе старых скважин и предположительно новых. Взаимное влияние скважин друг на друга может привести к тому, что подачи насосов из двух скважин будут меньше, чем из одной. Новые скважины в Храбровском сельском поселении, желательно, бурить на расстоянии двух радиусов влияния от старой. В первом приближении радиусы влияния в работе приведены.
ЛИТЕРАТУРА
1. Паспорт Гурьевского района. Проект схемы водоснабжения и водоотведения Гурьевского городского округа Калининградской области на 2014-2023 гг. Калининград, 2014. 350 с.
2. Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры: Справочник / Е.М. Росляков, Н.В. Коченков, И.В. Золотухин и др. Санкт-Петербург: Политехника, 2006. 822 с.
3. Великанов Н.Л., Наумов В.А., Корягин С.И. Методика выбора центробежных скважинных насосов типа ЭЦВ // Технико-технологические проблемы сервиса. 2017. №1 (39). С. 18-21.
4. Великанов Н.Л., Наумов В.А., Корягин С.И. Исследование зависимости подачи от напора погружных насосов // Технико-технологические проблемы сервиса. 2019. № 3(49). С. 9-12.
5. Ухтин Б.В. ,Гусев А.А. Гидравлика: учебник. М.: ИНФРА-М, 2008. 432 с.
6. Воронка депрессии [Электронный ресурс]. Режим доступа: кйр8://рЫ1о8орЫу-poryadka.ru/voronka-depressii/ (дата обращения 23.11.2019).
7. Вероятные значения радиуса депрессии (по Д.И. Щеголеву) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://burvod.ua/zakonodate1naja-baza/2799-veroyatnye-znacheniya-radiusa-depressii-po-di-shhego1evu.html : (дата обращения 6.12.2019).
8. Движение подземных вод [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.e-ng.ru/geologiya/dvizhenie_podzemnyx_vod.html (дата обращения 10.12.2019).
REFERENCES
1. Pasport Gur'evskogo rajona. Proekt skhemy vodosnabzheniya i vodootvedeniya Gur'evskogo gorodskogo okruga Kaliningradskoj oblasti na 2014-2023 gg. [Passport Guriev district. Project of water supply and sanitation scheme of Guryev city district of Kaliningrad region for 2014-2023]. Kaliningrad, 2014. 350 p.
2. Roslyakov E.M., Kochenkov N.V., Zolotuhin I.V. etc. Nasosy. Ventilyatory. Kondicionery: Spravochnik [Pumps. Fans. Air conditioners: Directory]. Saint-Petersburg: Politekhnika, 2006. 822 p.
3. Velikanov N.L., Naumov V.A., Koryagin S.I. Metodika vybora centrobezhnyh skvazhinnyh nasosov tipa ECV [Selection method of centrifugal borehole pumps of ECV type]. Tekhniko-tekhnologicheskieproblemy servisa. 2017. No 1 (39), pp. 18-21.
4. Velikanov N.L., Naumov V.A., Koryagin S.I. Issledovanie zavisimostipodachi ot napora pogruzhnyh nasosov [Investigation of the dependence of the supply on the head of submersible pumps]. Tekhniko-tekhnologicheskie problemy servisa. 2019. No 3 (49), pp. 9-12.
5. Uhtin B.V., Gusev A.A. Gidravlika: uchebnik [Hydraulics: textbook]. Moscow: INFRA-M, 2008. 432 p.
6. Voronka depressii [Depression funnel]. [Electronic resource]. Mode of access: https://philosophiy-poryadka.ru/voronka-depressii/ (accessed 23.11.2019).
7. Veroyatnye znacheniya radiusa depressii (po D.I. Shchegolevu) [Probable values of depression radius (according to D.I. Shchegolev) [Electronic resource]. Access mode: http://burvod.ua/zakonodatelnaja-baza/2799-veroyatnye-znacheniya-radiusa-depressii-po-di-shhegolevu.html: (accessed 6.12.2019).
8. Dvizhenie podzemnyh vod [Movement of underground waters}. [Electronic resource]. Access mode: http://www.e-ng.ru/geologiya/dvizhenie_podzemnyx_vod.html (accessed 10.12.2019).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Кикот Алла Владимировна Калининградский государственный технический университет, г. Калининград, Россия, кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент Российской инженерной академии E-mail: [email protected]
Kikot Alla Vladimirovna Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia, Cand.Tech.Sci., the senior lecturer, the full member of the Russian engineering academy E-mail: [email protected]
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с автором статьи: 236022, Россия, Калининград, Советский пр., 1, КГТУ, ГУК, каб. 322. Кикот А.В.
8(4012)99-53-37
