Ustalenie zasobów ujęć wód podziemnych.pdf

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:

obliczenia wydajnoci wed³ug wzorów filtracji ustalonej Dupuita na dop³yw

wody do pojedynczej studni,

wzory na wielk¹ studniê w przypadku obliczeñ wydajnoci dla zespo³u studni,

obliczenia wed³ug wzorów Theisa i Hantusha w przypadku koniecznoci

prognozowania wydajnoci w warunkach d³ugotrwa³ej filtracji nieustalonej,

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:

= p

[6.1]

lub podstawiaj¹c h o =H-s

= p

(

)

[6.1a]

a dla wód o zwierciadle naporowym:

(

)

(

)

[6.2]

lub podstawiaj¹c H-h o =s oraz km=T

[6.2a]

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

dla wód o zwierciadle swobodnym wed³ug wzoru Kusakina:

R 575

[6.3]

dla wód o zwierciadle naporowym wed³ug wzoru Sichardta:

R 3000

[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:

[6.5]

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:

Q n

[6.6]

gdzie:

Q wydajnoæ studni zupe³nej [m 3 /h],

b poprawka Forchheimera [1].

Poprawkê Forchheimera okrela siê z zale¿noci:

dla warstwy wodononej o zwierciadle swobodnym:

[6.7]

146

Metodyka okrelania zasobów eksploatacyjnych

dla warstwy wodononej o zwierciadle naporowym:

[6.8]

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:

wydajnoæ studni w warstwie o zwierciadle swobodnym:

= p

(

)

[6.9]

wydajnoæ studni w warstwie o zwierciadle naporowym:

[6.10]

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].

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:

Q ¢

[6.11]

gdzie:

Q wydajnoæ studni w warunkach wspó³dzia³ania,

Q wydatek studni pracuj¹cej indywidualnie.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: