UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEI

CATEDRA ECOTEHNIE, MANAGMENT ECOLOGIC N INGINERIA APELOR UNESCO/Cousteau

PROIECT DE CURS

CAPTAREA APELOR SUBTERANE

SPECIALITATEA

Ingineria i Protecia Apelor

CHIINU 2007

DATELE DE BAZ NECESARE PROIECTRII

1. Structura geologic a terenului:a. Strat vegetal 4 mb. Argil nisipoas 6 mc. Argil 34 md. Nisip fin 16 me. Argil 48 mf. Calcar 80 m

2. Distana de la pu pn la malul rului, m 200 m3. Cota nivelului hidrostatic 15,0004. Cota absolut a suprafeei terenului 90,000 m5. Cota nivelului apei n rezervorul staiei de tratare 109,800 m6. Debitul necesar de ap al consumatorului Q = 8000 m3/zi

2.1. Determinarea debitului de dimensionare a captrii

Debitul de ap care urmeaz s fie captat se determin conform relaiei:3, /calcQ Q m zi=

unde: , care ia n consideraie nevoile proprii ale staiei, 1,01 1,02 = ;Q debitul necesar de ap al consumatorului (datele iniiale, p.6), 8000 m3/zi.

3 3 31,02 8000 8160 / : 24 340 / :3600 0,095 /calcQ m zi m h m s= = = =

2.2. ntocmirea profilului litologic

n baza datelor obinute n urma studiilor hidrogeologice de exploatare care constau din executarea de foraje experementale, pompri, analize granulometrice i analiza apei, conform anexei 1, se ntocmete profilul litologic al terenului n zona captrii.

Deoarece stratul acvifer, care urmeaz s fie captat, are o grosime de 80 m i este situat la o adncime de 108 m fa de suprafaa terenului, conform anexei 2 adoptm captare prin puuri forate prin metoda rotativ i folosirea filtrelor.

Adncimea puului se adopt n funcie de grosimea stratului acvifer. Diametrul interior sau de exploatare a coloanei filtrante se face n funcie de gabaritul pompei submersibile, iar diametrul coloanei definitive (coloan plin de protecie a gurii de foraj) se adopt n funcie de tipul i construcia instalaiei hidraulice din cabina puului. Dimensiunile standard al coloanelor sunt prezentate n anexa 3.

2

Se adopt urmtoarea succesiune a diemetrelor evilor:conductor 377 mm; prima coloan 323 mm; a doua coloan 273 mm; a treia coloan 219 mm; filtrul 168 mm.

3

2.3. Alegerea i dimensionarea filtrului

4

Filtrele au rolul de a menine abatajul n zona stratului acvifer i de a permite trecerea apei din stratul acvifer n coloan fr antrenarea particulelor de nisip. Tipul, construcia i dimensiunile filtrului se adopt n funcie de condiiile hidrogeologice, debitul, regimul de exploatare, caracterul stratului acvifer, adncimea puului, agresivitatea apei etc. conform anexei 4: pentru calcar adoptm filtru din tuburi gurite (cu guri rotunde).

Mrimea vitezei n filtru trebuie s asigure micarea n regim laminar a apei pe ntreg parcursul i se se determin conform relaiei:

3365 , /fv k m zi=unde:

k coeficient de permeabilitate al stratului acvifer, se adopt conform anexei 5: pentru calcar 20 50 m/zi.

3365 30 201,97 /fv m zi= =

Suprafaa de filtrare se determin conform relaiei: 2,f f fF D l mpi =

unde:Df diametrul coloanei filtrante, 168 mm;lf lungimea filtrului:

( )0,8 0,9 ,fl m m= unde:

m grosimea stratului acvifer, 80 m;

0,9 80 72fl m= =

coeficientul de cedare a apei, se adopt conform anexei 5: pentru calcar 0,005 0,1.

23,14 0,168 72 0,1 3,8fF m= =

Lungimea total necesar pentru filtrare se determin conform relaiei:

8160 765201,97 3,14 0,168 0,1

tot calcf

f f

Ql mv dpi

= = =

5

2.4. Determinarea numrului de puuri i amplasarea lor n plan

Numrul de puuri necesare se determin conform relaiei:

765 1072

totf

lucrf

ln

l= = =

Numrul de puuri de rezerv se adopt conform anexei 6. Conform anexei 7 pentru centrul populat de 71428 locuitori s-a stabilit categoria I de captare, atunci adoptm 2 puuri de rezerv.

Debitul de ap captat de un singur pu va fi:

3 38160 816 / : 24 34 / : 3,6 9, 44 /10

Qq m zi m h l sn

= = = = =

Se ntocmete schema captarea apei subterane n lunca rului cu ajutorul a 12 puuri forate. Distana medie de la puuri pn la malul rului este de 200 m. Orientativ, n funcie de caracteristicile stratului acvifer, conform anexei 8 distana dintre puuri adoptm de 100 m. Toate puurile sunt identice.

6

2.5. Calculul hidrogeologic al puurilor

Problema de baz al calcului hidrogeologic este determinarea debitului unui pu i denivelarea apelor subternae n procesul exploatrii.

Valoarea denivelrii apelor subterane n orice situaie pentru stratele acvifere sub presiune se determin conform relaiei:

2qS Rk mpi

=

unde:q debitul unui singur pu, 816 m3/zi;k coeficient de permeabilitate al stratului acvifer, 30 m/zi;m grosimea stratului acvifer, 80 m;R rezistena hidraulic, care depinde de condiiile hidrogeologice i tipul

construciei de captare.n cazul funcionrii unei captri perfecte n lunca rului n condiiile filtrrii

permanente n anexa 9 sunt prezentate relaiile de calcul pentru determinarea R i R0.n cazul exploatrii grupului de puuri se alege un pu, n care are loc

denivelarea maxim a apelor subterane. Deobicei acest pu este cel din centru. Pentru el denivelarea apei S se determin cu R0 , iar pentru restul, S se determin cu R.

lnRr

= sau( )( )

2 20

2 20

lnx x y

Rx x y

+ +=

+

unde:

( ) 2 20x x y = + + ( ) 2 20r x x y= + distana de la ru pn la puul de calcul;y distana dintre dou puuri;0 distana de la ru pn la puul n funcie de care se face calculul grupului.

7

00

0

2ln xRr

=

0 0,377 / 2 0,0188r = = raza puului

Puul nr.5 se afl n centrul grupului, atunci el va fi de calcul pentru grupul de puuri, deoarece n el va avea loc denivelarea maxim a apelor subterane

Valorile rezistenilor hidraulice vor fi:

02 200ln 7,60,188

R = =

( )( )

2 2

1,9 2 2

200 200 200ln 0,80

200 200 200R

+ += =

+

( )( )

2 2

3,7 2 2

200 200 100ln 1,41

200 200 100R

+ += =

+

( )( )

2 2

11 2 2

200 200 300ln 0,51

200 200 300R

+ += =

+

8

( )( )

2 2

2,10 2 2

300 200 200ln 0,87

300 200 200R

+ += =

+

( )( )

2 2

4,8 2 2

300 200 100ln 1,28

300 200 100R

+ += =

+

( )( )

2 2

12 2 2

300 200 300ln 0,61

300 200 300R

+ += =

+

( )( )

2 2

6 2 2

300 200 0ln 1,60

300 200 0R

+ += =

+

Denivelarea apelor subterane nregistrate n fiecare pu va fi:

0816 7,6 0,411

2 3,14 30 80S m= =

1,9816 0,80 0,043

2 3,14 30 80S m= =

3,7816 1,41 0,076

2 3,14 30 80S m= =

11816 0,51 0,027

2 3,14 30 80S m= =

2,10816 0,87 0,047

2 3,14 30 80S m= =

4,8816 1, 28 0,069

2 3,14 30 80S m= =

12816 0,61 0,033

2 3,14 30 80S m= =

6816 1,60 0,086

2 3,14 30 80S m= =

Denivelarea total se determin conform relaiei:

9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0, 411 0,043 0,047 0,076 0,069 0,086 0,076 0,0690,043 0,047 0,027 0,038 1,02

totS S S S S S S S S S S S S S

m

= + + + + + + + + + + + + =

= + + + + + + + +

+ + + + =

Denivelarea admisibil se determin conform relaiei:

( )0,5 ,adm s p fS NH m H H m= + + unde:

NHs cota nivelul hidrostatic din pu (datele iniiale, p.3), 15 m;p adncimea maxim a prii inferioare a pompei sub nivelul hidrodinamic

din pu, 1 5 m;f pierderile de sarcin la intrarea apei n pu, 2 m;m grosimea stratului acvifer, 80 m.

( ) [ ]15 0,5 80 1 2 28admS m= + + = Deoarece 1,02tot admS S< = < 28 , rezult c debitul proiectat al captrii este

garantat de grupul de puuri.Nivelul hidrodinamic al apei n pu n timpul funcionrii captrii se determin

conform relaiei:

15 1,02 16,02d s totNH NH S m= + = + =

2.6. Dimensionarea sistemului de colectare a apei din puuri

Se adopt colectarea apei din puuri cu pompe submersibile pn la limita captrii, unde aceasta este acumulat ntr-un rezervor colector. Conducta de legtur ntre puuri este sub presiune.

Calculul hidraulic al conductelor sub presiune se ncepe de la puul de calcul, deobicei cel mai ndeprtat, se noteaz tronsoanele n limitele crora se schimb debitul de ap (anexa 10) i se determin pierderile de sarcin.

Rezultatele calculelor se nscriu n tabelul 1.

belul 1Tron-

soaneleDebitul de calcul, l/s

Lungimea, L, m

Diametrul, mm

Viteza, m/s i, mm/m h = i l

1 2 9,44 100 100 0,92 15,9 1,592 3 18,88 150 150 0,97 11,4 1,713 4 37,76 100 100 1,09 9,93 0,994 5 56,64 50 50 1,05 7,00 0,355 6 56,64 50 50 1,05 7,00 0,35

10

6 113,28 100 100 1,10 4,92 0,495,48 m

Pentru mai mult siguran valoarea pierderii de sarcin total se majoreaz cu 5 10%:

5,48 1,05 5,75h m= =

Volumul rezervorului colector se determin conform relaiei:

( ) 31,05 1,1 ,calcW Q t m= unde:

Qcalc debitul care urmeaz s fie captat (determinat n p.2.1), 340 m3/h;t timpul necesar pentru decantarea apei n rezervorul colector, 0,5 1,0 h.

31,1 340 1 374W m= =

Adoptm rezervor de ap cu capacitatea de 500 m3.

Cminul puului

11

1 Cot 1002 Clapet invers 1003 Van 1004 Reducie 100/805 Apometru 80

2.7. Staia de pompare treapta I

Pentru pomparea apei din puuri se folosesc pompe submersibile.Debitul de pompare se determin conform relaiei:

38160 34 /24 10

calch

QQ m hT n

= = =

unde:Qcalc debitul de calcul al captrii, 8160 m3/zi; timpul de funcionare a staiei, 24 h; numrul de puuri aflate n funcionare, 10.n cazul dat, staia de pompare treapta I reprezint pompele submersibile din

puuri.nlimea de pompare se determin conform relaiei:

,tot g p ref sH H h h h m= + + +unde:

Hg nlimea geometric de pompare, reprezint diferena dintre cota nivelului maxim a apei din rezervorul de ap potabil i cota nivelului hidrodinamic din pu:

109,8 16,02 93,78g RAP dH z NH m= = =

hp pierderile de sarcin n pu, 4 5 m;12

href pierderile de sarcin pe conducta de refulare de la pu spre rezervor (determinate n p.2.6), 5,75 m;

hs rezerva de sarcin, 3 5 m.

93,78 4 5,75 3 106,53totH m= + + + =

Conform debitului unei pompe 34 m3/h i nlimii de pompare 106,53 m am adoptat din catalogul ntreprinderii furnizoare de pompe GRUNDFOS pompa submersibil de marca SP 27-21 cu urmtorii parametri:

Motorul electric Parametrii, mm Masa netto,

kgModelulPuterea,

, W A B C D E E

MS 6000 16,5 2914 754 2160 138 142 147 103

2.8. Zonele de protecie sanitar

Perimetrul I de restricie se instaleaz de la puurile marginale ale grupului pe o distan de 30 m.

Perimentrul II de restricie se determin conform relaiei:

,calcIIQ TR m

mpi

=

unde:Qcalc debitul de calcul al captrii, 8160 m3/zi; timpul necesar pentru autoepurarea apei subterane, 100 400 zile; coeficient de cedare a apei, 0,1;m grosimea stratului acvifer, 80 m.

13

8160 200 2553,14 0,1 80II

R m= =

Perimetrul III de restricie se determin conform relaiei:

,calcIIIQ TR m

mpi

=

unde:Qcalc debitul de calcul al captrii, 8160 m3/zi; timpul necesar pentru autoepurarea apei subterane, 10000 zile; coeficient de cedare a apei, 0,1;m grosimea stratului acvifer, 80 m.

8160 10000 18003,14 0,1 80III

R m= =

Anexa 1

14

15

Anexa 2

-

150 500

500 ,

(- )

150 , . , -

I IV 10% 200

150 200 150

- 500 1000

Anexa 3

16

Conducte MufeDiametrul exterior,

mm

Grosimea pereelui,

mm

Diametrul interior,

mm

Diametrul exterior,

mm

Lungimea, mm

1 2 3 4 5

114678

102,3100,398,3

133 158

127

6789

115113111109

146 165

140

67891011

127,7125,7123,7121,7119,7117,7

159 171

168

6789101112

155,3154,3152,3150,3148,3146,3144,3

188 184

178

789101112

163,8161,8159,8157,8155,8153,8

198 184

194

7891011

179,7176,7175,7173,7169,7

216 190

219

7891012

205,1203,1201,1194,1195,1

245 196

1 2 3 4 5

17

245

7891012

230,5228,5226,5224,5220,5

270 196

273

7891012

259,1257,1255,1253,1249,1

299 203

299

89101112

282,5280,5278,5276,5274,5

324 203

32491011

305,5303,5301,5

376 229

377

9101112

359357355353

402 229

407

9101112

388,4386,4384,4382,4

432 229

426101112

406404402

451 229

508 11 486 533 228

Anexa 4

18

, 20 100 ( 50% )

; -

, 1 10 2 5 ( 50% )

1 2 ( 50% )

, ; -

0,25 0,5 ( 50% )

- ; -

0,1 0,25 ( 50% )

- -, - - ;

Anexa 5

Tipul terenuluiCoeficientul de permeabilitate,

k, m/zi

Coeficientul de cedare a

apei,

Coeficientul de cedare elastic

pentru 20 30

Argil 0,01 0,1 0,01 0,05 (6 15)10-3Nisipuri prfoase 0,1 1,0 0,1 (14 20)10-3Nisipuri mijlocii 1 5 0,2 (6 10)10-3Nisipuri grosiere 5 30 0,25 0,3 (4 8)10-3Pietriuri 100 200 0,3 (3 4)10-3Calcar fisurat 20 50 0,005 0,1 (1,4 1,25)10-3Roc fisurat 10 20 0,001 0,3 (0,8 6,85)10-3

Anexa 6

Numrul de Numrul puurilor n rezerv n funcie de categoria

19

puuri lucrtoarecaptrii

I II IIIDe la 1 la 4 1 1 1

5 12 2 1 -13 i mai mult 20% 10% -

Anexa 7

Categoria captrii Regimul funcionrii captrii

I (> 50000 locuitori)

n caz de avarie debitul captat se micoreaz cu 30% din debitul de calcul; durata micorrii nu trebuie s depeasc 3 zile; se admite o ntrerupere de cel mult 10 min pentru oprirea pompelor deteriorate i punerea n funciune a pompelor de rezerv

II (5000 50000

locuitori)

n caz de avarie debitul captat se micoreaz cu 30% din debitul de calcul; durata micorrii nu trebuie s depeasc 10 zile; se admite o ntrerupere de cel mult 6 ore pentru oprirea pompelor deteriorate i punerea n funciune a pompelor de rezerv

III (< 5000 locuitori)

n caz de avarie debitul captat se micoreaz cu 30% din debitul de calcul; durata micorrii nu trebuie s depeasc 15 zile; se admite o ntrerupere de cel mult 24 ore pentru oprirea pompelor deteriorate i punerea n funciune a pompelor de rezerv

Anexa 8

Tipul stratului acviferDistana ntre puuri

pentru capacitatea, m3/hpn la 20 20 100 100 500

Nisip fin mijlociu grosier

5070 100 100 120

50 70100 150120 150

70 100120 150150 200

Straturi fisurate, de pietri etc. 120 150 150 200 200 250

Anexa 9

20

21

Anexa 10

D, mm Debitul pentru evi din oel, l/s100 8,1 11,7150 16,6 21,8200 29,2 46 250 46 71 300 71 103 350 103 140 400 140 184 500 234 315 600 315 443 700 443 591 800 591 776 900 776 987 1000 987 1335 1200 1335 1919

22

BIBLIOGRAFIE

1. 2.04.02-84. . . .: , 1985.

2. ... . .: , 1988.3. .. . .: , 1989.4. .. . .: , 1982. 5. .., .., ... .

.: , 1984.6. ... . ,

i, 1978.7. .. , .., ...

. .: , 1990.

8. . , .: , 1990.

9. ... . .: , 1983.

10. .., ... . .: , 1990.

11. .., .., ... . , ., 1988.

23