Put forat

7/29/2019 Put forat

1/22

Hidrodinamica apelor subterane. Sursesi captri de ape subterane..154

Capitolul 8

SURSE I CAPTRI DE APE SUBTERANE

Apele subterane, alimentate din precipitaii, din apele de suprafa sau din apelede condensare de la mari adncimi, pot constitui surse de ap potabil. Clasificarea i

descrierea acestora s-a fcut pe larg n capitolele anterioare. Alegerea unei scheme deexploatare a apei subterane, n vederea folosirii acesteia ca ap potabil se face pe bazaunor studii hidrologice, hidrogeologice i tehnico economice.

Sursa de ap potabil aleas trebuie s satisfac urrmtoarele cerine:1) Asigurarea debitului de ap necesar consumatorilor.2) Asigurarea calitii apei, necesare la consumator, utiliznd un minim de

tratri.3) Siguran nexploatare (asigurarea debitelor minime i a calitii admisibile).4) Eficien economic maxim innd seama de costul minim pe metru cub de

ap furnizat i de efectul economic general n cadrul gospodririi apei.Captarea apelor subterane se poate face prin puuri sau foraje, drenuri i izvoare.

Pentru determinarea elementelor necesare proiectrii captrilor de ap subteransunt necesare studii hidrogeologice. Acestea se ntocmesc prin efectuarea de foraje i

pompri experimentale, analize de laborator i calcule hidrogeologice.Datele necesare n proiectarea captrilor de ape subterane sunt:

1) Structura geologic a bazinului din care este alimentat sursa subteran.- modul de alimentare a acviferului,- ntinderea bazinului de alimentare,- caracteristicile rocii purttoare de ap,- adncimea stratului impermeabil de baz.

2) Compoziia granulometric i porozitatea efectiv a acviferului.3) Caracteristicile hidraulice ale stratului acvifer:

- nivelul hidrostatic,- permeabilitatea,- direcia i panta de curgere,- debitul minim al acviferului,-posibiliti maxime de captare (lungimea de front i debit),-potenialul total al bazinului hidrogeologic, stabilit pe baza unui bilangeneral al debitelor intrate i ieite.

4) Influena regimului de precipitaii sau a apelor de suprafa asupra niveluluiapelor subterane, n vederea stabilirii nivelului minim pe timp de secet

ndelungat.

7/29/2019 Put forat

2/22

Hidrodinamica apelor subterane. Sursesi captri de ape subterane.. 155

5) Nivelul de inundabilitate al zonei de captare.6) Caracteristicile fizice, chimice, biologice i bacteriologice ale apei.7) Stabilirea zonelor de protecie sanitar a sursei de ap subteran.

Amplasarea captrilor de ap potabil trebuie fcut n amonte de centrelepopulate. n cazul n care nu este respectat aceast condiie trebuie stabilite corectzonele de protecie sanitar.

irul de puuri se amplaseaz perpendicular pe direcia de curgere a acviferuluiiar captrile prin infiltraie din malul rurilor se amplaseaz paralel cu albia minor.

n cazul puurilor de mare adncime situate n zone populate trebuie realizatizolarea stratelor acvifere superioare, contaminabile.

8.1. CAPTRILE DE AP SUBTERAN PRIN PUURI

Calculul captrii const din determinarea debitului unui pu, a numrului depuuri, a distanei ntre puuri i deci a lungimii captrii i a distanei de proteciesanitar pentru perimetrul de regim sever (STAS 2707 - 72).

Zonele de protecie sanitar sunt delimitate n vederea prevenirii impurificriiapei de ctre diveri factori exteriori. Pentru sursele de ap sunt stabilite trei perimetre:

1) perimetrul de regim sever,2) perimetrul de restricie,3) perimetrul de observaie.Prin Decretul nr. 1059/67 privind delimitarea zonelor de protecie sanitar s-a

admis c timpul necesar de parcurgere de la limita perimetrului de regim sever pn la

punctul de captare a apei, este de 20 de zile iar cel corespunztor perimetrului derestricie este de 50 zile.n interiorul perimetrului de regim sever se interzice construirea de locuine i de

canale. Zonele inundabile sunt protejate prin indiguiri.n zona perimetrului de restricie trebuie menionat permanent o stare de

salubritate controlat, pentru evitarea modificrii calitii apei i reducerii debitului.

8.1.1. Alctuirea puurilor

Puurile de captare se pot realiza prin forare, prin spare i prin nfigere.

Puurile spate au diametrele de 1 - 1,5 m i sunt folosite n gospodrii izolate,n special n cazul straturilor cu adncimi i grosimi relativ reduse. Captarea apei se face

n special prin fundul puului.Puurile forate (forajele)au n general diametre cuprinse ntre 100 i 1000 mm

i se folosesc pentru captarea apelor din strate acvifere de grosime mare. Captarea seface prin suprafaa lateral.

Puurile nfipte sunt utilizate pentru debite mici i adncimi mici ale niveluluihidrostatic (3 - 4 m sub nivelul terenului).

Forajele pot fi folosite att pentru captare ct i pentru observaie.Puurile (fig.8.1) sunt alctuite din:

- capul puului (1),- coloan oarb (2),

7/29/2019 Put forat

3/22


- coloan filtrant propriuzis (3),- decantor (4),- filtru de nisip i pietri (filtru invers) (5),- gaur de foraj (6).

Coloana filtrant este format dintr-un filtru care poate fi din oel cu fanteobinute prin presare, din oel cu fante tiate, din material plastic, etc. Suprafaagolurilor trebuie s fie 15 - 30% din suprafaa total a coloanei.

ntre coloana filtrat (3) i peretele gurii de foraj (6) se introduce un materialfiltrant alctuit din nisip i pietri mrunt, mrgritar. Acesta va forma un filtru invers(5).

Fig. 8.1.Schema constructiv a unui pu

8.1. a) Seciune vertical printr-un pu1. - capul puului2. - coloan oarb3. - coloan filtrant propriuzis4. - decantorul5. - straturile filtrului de pietri i nisip

6. -peretele gurii de foraj

8.1.b)Seciunea orizontal ( I- I)Dc-- diametrul coloanei filtranteD

fdiametrul gurii de foraj

I

1

2

3

4

5

6

I

hf

7/29/2019 Put forat

4/22


a b c

Fig. 8.2.Tipuri de puuri : a) Pu total n acvifer sub presiuneb) Pu total n acvifer cu nivel liberc) Pu parial n acvifer sub presiune

Din punct de vedere al gradului de deschidere (ptrundere n stratulpermeabil), puurile pot fi:

- cu ptrundere total (pu total sau perfect),- cu ptrundere parial (pu parial sau imperfect).

Dup modul de deschiderepuurile pot fi:-pu de ap cu filtru, (perfecte i imperfecte),-pu de ap fr filtru sau pu perfect.

Din punct de vedere al poziiei nivelului apei din jurul puului, n raport cuacoperiul impermeabil puurile pot fi:

-pu total n acvifer sub presiune (fig.8.2.a),-pu total n acvifer cu nivel liber (fig.8.2.b),-pu parial n acvifer sub presiune (fig.8.2.c).

Un pu perfect sau o sond hidrodinamic perfect ndeplinete urmtoarelecondiii:1) n timpul extragerii fluidului nu exist pierderi de presiune la intrarea apei prin filtru,2) lungimea filtrului corespunde grosimii stratului.

n primul caz sonda este hidrodinamic perfect dup modul de deschidere iar nal doilea caz, hidrodinamic perfect dup gradul de deschidere a stratului.

O sond este considerat hidrodinamic perfect dac ndeplinete amndoucondiiile.

8.1.2. Viteza maxim admisibil de intrare a apei n gaura forajului.

n practic viteza prin filtrul puului nu trebuie s depeasc anumite valori decidebitul care poate fi captat este limitat.

Pentru prelungirea duratei de exploatare a puului se recomand reducereavitezei de ptrundere n pu astfel nct micarea apei n filtru s rmn laminar. ncaz contrar apar fenomene ce reduc capacitatea de captare a puurilor (colmatare,

ncrustare).Viteza maxim de intrare a apei n gaura forajului poate fi calculat cu:

7/29/2019 Put forat

5/22


a) Relaia lui Sichardt,va

K

15n (m/s), (8.1)

n care K este coeficientul de filtraie (conductivitatea hidraulic n m/s).Din practica hidrogeologic s-a constatat c aceast relaie conduce la valori

prea mari ale vitezei admisibile. Pentru evitarea fenomenelor negative suntrecomandate, n practic, valori ale vitezei maxime admisibile de dou sau de trei orimai mici:

60

K

30

Kva n (m/s). (8.2)

b) Relaia lui Truelsen,

vad

10280

in (m/s), (8.3)

n care d10 este diametrul eficace (d10din curba granulometric) al nisipului din stratulacvifer, n mm.

c) n [Pslrau] sunt recomandate valorile vitezei admisibile n funcie degranulozitate (tabelul 8.1).

Debitul maxim ce poate fi extras din foraj va fi limitat:

Q r hj vamax 2 0 (m3/s), (8.4)

unde r0este raza puului iar hjeste lungimea coloanei filtrante prin care ptrunde apa ngaura forajului.

Tabelul 8.1va (m/s) Caracteristici granulometrice0,0005 40% din granule cu diametrul 0,25 mm0,001 40% din granule cu diametrul 0,50 mm0,002 40% din granule cu diametrul 1 mm

8.1.3. Dimensionarea filtrului invers

Filtrele inverse au rolul de a proteja pmnturile traversate de cureni de ap

mpotriva antrenrii hidrodinamice. Rolul lor este:- s opreasc particulele fine care sunt antrenate de curentul de ap,- s evacueze rapid debitul de infiltraie,- s reduc gradientul hidraulic.Filtrele inverse se realizeaz din mai multe straturi cu granuloziti diferite.

Grosimea filtrului se calculeaz astfel nct s se realizeze o reducere agradientului hidraulic.

Debitul prin filtru fiind egal cu cel prin stratul acvifer:

fK if K i , (8.5)gradientul hidraulic n filtru este:

7/29/2019 Put forat

6/22


if iK

Kf . (8.6)

Alegndu-se o granulozitate mai mare pentru filtru, va rezulta KfK i deci if i.Dimensionarea mai multor straturi ale filtrului se face astfel nct (i

f i

cr)

gradientul hidraulic al filtrului s fie mai mic dect o valoare critic, corespunztoareantrenrii materialului. icrse determin experimental [Marchidanu, 1996]

Fig. 8.3. Schema unui filtru invers

n tabelul 8.2.este dat grosimea stratului filtrant n funcie de granulozitateafiltrului.

Tabelul 8.2.

Fraciunile granulometrice alefiltrului df(mm) Grosimea minim a stratuluifiltrant (mm)0,75 4,0 604,0012.00 70

12,0035,00 80

Raportul dintre dimensiunile particulelor a dou straturi vecine reprezintfactorul filtrului. Acesta se alege astfel nct particulele fine sa nu poat trece prinporii stratului mai grosier.

Pentru puuri se recomand ca factorul filtrului s fie f=4 (Normele germaneDIN).

Dac dc este diametrul de calcul al particulelor stratului acvifer, care seprotejeaz,(dc = d90 d95 ) iar dfeste dimensiunea pietriului mrgritar din filtru, atunci:

df= 4 dc (8.7)

Dac filtrul are mai multe straturi:

df1 = 4 dc df2 = 4 df1 ; df3 = 4 df2 (8.8)

Dac gradul de neuniformitate al stratului: 5

d

dU

10

60n , diametrul de calcul,

Sensulde curgere

Stratul protejatQ=Kfif Q=Ki

Filtruinvers Stratul protejat

7/29/2019 Put forat

7/22


dc = d90 d95.Dac Un5, se corecteaz curba granulometric prin eliminarea fraciunilor mari pncnd Un5 i se ia n calcul noul dccorespunztor procentului de 90%.

n literatura de specialitate [Marchidanu p. 143] sunt recomandate i alte criterii

de dimensionare a filtrelor inverse. innd seama de aceste criterii se recomandrespectarea urmtoarelor condiii:

d f

d

15

855 ;

d f

d

50

5025

4015

154 5

d f

d, Uf 10. (8.9)

Dimensionarea filtrului invers se face astfel:- se traseaz curba granulometric a stratului acvifer,- se traseaz curba granulometric a materialului filtrului, paralel cu cea a materialuluide protejat, astfel nct ea s treac prin punctul d50f= 10 d50,- se verific dac sunt ndeplinite condiiile (8.9),- pentru urmtorul strat al filtrului se procedeaz analog, n funcie de primul strat alfiltrului.

Dimensiunile orificiilor coloanei filtrante trebuie s fie mai mici dectdimensiunea minim a particulelor filtrelor.

n practic, pentru ca materialul din filtru s nu treac n tubul de drenaj trebuieavute n vedere condiiile:

d85f 1,2 D,d85f l ,d85f 2 l , (8.10)

unde D este diametrul perforaiilor de form circular, l este limea liurilor n cazultuburilor liuite iarl reprezint deschiderea rosturilor de mbinare a tuburilor.

Fig. 8.4. Tuburi de foraj

D l

ll

7/29/2019 Put forat

8/22


8.1.4. Construcia i exploatarea captrilor prin puuri

Construirea unei captri de ape subterane prin puuri presupune:- realizarea forajului,

- tubarea gurilor de foraj,- testarea straturilor acvifere,- echiparea forajelor cu filtre,- echiparea puurilor cu pompe.

Tehnologiile de execuie a forajelor sunt diversificate n funcie deechipamentele tehnice utilizate, de metodologiile de spare a puurilor, de testare iexploatare a acviferelor.

Tipurile de sisteme de foraj se pot clasifica:a) dup modul de dislocare a rocii:

- rotative,- percutante,

b) dup modul de evacuare a detritusului:- uscate,

- cu circuit de fluid de foraj (hidraulic).c) dup modul de acionare al instalaiilor de foraj:

- manuale,- semimecanice,- mecanice.

d) din punct de vedere al circulaiei fluidului de foraj pot fi:- foraje cu circulaie direct,cu noroi de foraj, cu aer, ap, noroi aerat,- foraj cu circulaie invers prin absorie i prin aerlift.

Tubarea gurilor de foraj se face n vederea meninerii stabilitii pereilorgurii sau pentru izolarea straturilor acvifere.

Testarea fiecrui strat se face prin pompri experimentale din acel strat. ntimpul testrii stratul acvifer trebuie s fie izolat de celelalte straturi. Dac sunt maimulte straturi, testarea se face ncepnd cu stratul de jos.

Echiparea forajelor cu filtre se face prin introducerea unei coloane filtrante(burlane de tabl de oel sau material plastic) n gaura de foraj. ntre coloana filtrant itubul de foraj se construiete filtru invers. La sfritul operaiei se scoate tubul de foraj.

Echiparea cu pompe a puurilor se face n funcie de condiiile locale.Pompele utilizate pot fi:

- pompe cu piston;

- pompe centrifuge cu ax orizontal;- pompe centrifuge cu ax vertical;- pompe de adncime;- pompe cu aer comprimat (Mamuth).

Schemele posibile ale captrilor cu puuri difer ntre ele n funcie de tipulconductelor de colectare a apei din puuri i de amplasamentul pompelor. Pot existaurmtoarele tipuri de scheme:

- cu conduct de sifonare i pu colector,- cu conduct de aspiraie i rezervor de vacuum,- cu pompe individuale i conduct de refulare.

7/29/2019 Put forat

9/22


n cazul puurilor cu debite mari de exploatare sau al celor pentru care nivelulhidrodinamic minim de exploatare este la adncimi mai mari de 8 - 10 m sub nivelulterenului se instaleaz o pomp n fiecare pu. Pomparea se face ntr-o conduct comun

pentru tot irul de puuri.

Fig. 8.5. Schema pomprii executate cu pomp amplasat la suprafa

Fig. 8.6.Pompa submersibil cu aer lift, tip Mamuth

5

1- sorb2- conduct de aspiraie3- pomp4- rezervor de refulare5- conduct de refulare

N.h.Hmax7m

H0max4-5m

s0

1

2

3

4

1compresor2coduct aer3sorb4coloan de pompare(ap i aer)5rezervor de refulare

N.h.

s0

1

2

3

4

5

7/29/2019 Put forat

10/22


Captul inferior al conductei de aspiraie sau sorbul pompelor nu trebuieamplasate n dreptul coloanei perforate pentru a evita nnisiparea puului. Antrenareaparticulelor fine din stratul filtrant ar strica echilibrul exterior al nisipului, antrenndu-ln pu. Captul conductei de aspiraie se va fixa fie n dreptul coloanei definitive pline a

puului, n cazul n care nivelul hidrodinamic minim depete cu cel puin 1m parteasuperioar a coloanei filtrante, fie n interiorul decantorului, la partea superioar(decantorul trebuie s aib o lungime de minim 3m n acest caz).

n cazul nivelelor hidrodinamice minime de exploatare aflate la cel mult 5-6 msub nivelul terenului se pot folosi conducte sifon spre un pu colector.

Figura 8.7.Schema captrii din puuri cu conduct de sifonare de tip clasic1-puuri de captare,2- nivelul hidrodinamic al apei din pnz,3- nivel hidrostatic,4- conduct de sifonare,5-pu colector,6- cap de aspiraie a aerului (pentru amorsare)7- conduct de vacuum, de la pompa de vid, 8- conduct de aspiraie din puul colector.

8.2. CALCULUL PUURILOR PERFECTE N CAZULREGIMULUI STAIONAR, CONSERVATIV.

Teoria hidraulic a puurilor perfecte a fost elaborat nc din anul 1863 de ctreJ. Dupuit, avnd la baz unele ipoteze simplificatoare:

1) Este valabil legea lui Darcy;2) Stratul acvifer este omogen i izotrop;3) Pentru nclinaii mici ale suprafeei libere a apei dintr-un sistem acvifer n

micare gravitaional, liniile de curent pot fi considerate orizontale, iar vitezeleasociate acestor linii sunt proporionale cu panta suprafeei libere i sunt independentede adncime. Aceasta este ipoteza lui Dupuit;

1

2

3

4

5

6 7

8

N.h.

7/29/2019 Put forat

11/22


Aceast ipotez implic neglijarea componentelor verticale ale vitezei.Suprafeele echipoteniale pot fi asimilate cu suprafee cilindrice avnd generatoareleverticale;

4) Debitul pompat provine din exteriorul razei de influen a pomprii. Stratul

acvifer este alimentat pe un contur circular avnd centrul n axul puului i raza egal curaza de influen;5) Suprafaa de denivelare nu sufer discontinuiti la contactul dintre mediul

poros i peretele puului;6) Micarea apei subterane ctre puul pompat este permanent.

8.2.1. Calculul puurilor perfecte n straturi acvifere sub presiune.Determinarea debitului maxim de pompare.

Fig. 8.8.Pu perfect n acvifer sub presiune

Viteza radial a micrii, n toate punctele unei echipoteniale este:

v K i Kdh

dr , (8.11)

unde v( r ) reprezint modulul vitezei ( direcia ei fiind spre axul puului),h( r ) este sarcina hidraulic la distana r de axul puului,K este conductivitatea hidraulic (coeficientul de filtrare) a stratului.Relaia dintre debitul pompat i gradientul sarcinii piezometrice este:

Q r M Kdh

dr 2 (8.12)

Q1 = f(s0)

(a)

R

Q2 = f(va)

O

1

Qmax

s

D

2 r.M.va

A

B

2

C

O

Q

N.pmin

r

Hmin

r0

r

s0s

Q

N.p. Studii

Mh0

h r

v(r)

(b)

7/29/2019 Put forat

12/22


dhQ

M K

dr

r

2(8.13)

Prin integrare ntre dou seciuni curente ale domeniului de micare se obinerelaia :

(8.14)

respectiv, h hQ

M Kr r0 02

ln ln

h h QM K

rr

0 02ln . (8.15)

Dac notm denivelarea creat prin pompare, la peretele puului s H h0 0 ,iar la distana r de axul puului s H h , h h s s 0 0 , relaia (8.15) devine:

s sQ

M K

r

r0 02

ln (8.16)

Din aceast relaie rezult c exist o raz convenional R pentru caredenivelarea s = 0. Aceast raz este numit raz fictiv de influen a pomprii.

Introducndu-se raza de influen R n (8.16) se poate calcula denivelarea n pu:

sQ

M K

R

r

Q

M K

R

r0 0 02

0 366

ln,

log . (8.17)

Debitul puului s-ar putea calcula n funcie de raza de influen, de denivelareadin pu i de transmisivitatea stratului T M K , cu relaia:

Q

M K s

R r

T s

R r

T s

R rC s

2 2 2 730

0

0

0

0

00

ln / ln /

,

log / (8.18)

unde

CT

R r

2 73

0

,

log / (8.19)

Deci n cazul unei pompri cu debit constant Q, relaia dintre denivelarea n pu

i debit este liniar (teoretic). Reprezentarea grafic a acestei dependene, Q f s1 0 ,reprezint curba caracteristic a puului (fig.8.8.b).

Din punct de vedere economic ar rezulta c exploatarea puului trebuie fcut cudenivelri ct mai mari dar pentru o funcionare normal a puului nu este permisdepirea unei viteze maxime admisibile, n vecintatea peretelui puului.

dh

hQ

M Kr

h r

r

0

0

2ln

7/29/2019 Put forat

13/22


n paragraful 8.1.2. s-au dat formule pentru viteza admisibil, folosite npractic, astfel nct s fie evitat antrenareacontinu a particulelor fine de nisip prinfiltrul puului. Acest proces poate provoca distrugerea scheletului mineral al stratului icolmatarea filtrului.

Condiia de nenisiparea unui pu este:

Q r M va 2 0 , (8.20)

unde vaeste viteza admisibilde intrare a apei n pu.

Debitul maxim (capabil)al puului rezult din intersecia curbei caracteristice apuului (8.18) cu reprezentarea grafic a relaiei (8.20) (punctul B din fig. (8.8.b).

Relaia (8.20) se reprezint grafic printr-o linie frnt. Pe grosimea stratuluiacvifer debitul variaz liniar ntre zero i valoarea Q r M vamax 2 0 .

Din dreptul acoperiului stratului acvifer, pn la nivelul piezometric al stratuluiN.p., debitul rmne constant.

Curba debitului n funcie de denivelare se traseaz cu datele obinute la probelede pompare, ns raportate la nivelul piezometric al apei subterane dup perioadele desecet (N.pmin), adic la nivelul Hmin fa de stratul impermeabil de baz. Se duce ocurb (OB C) paralel cu cea experimental (O A D) (fig.8.8b). Punctul corespunztorfuncionrii satisfctoare este B. Lui i corespunde valoarea debitului Qmax..

n practic, la denivelri importante au loc pierderi de sarcin n filtrul puului,n coloana forajului i n mediul poros din imediata vecintate a puului. Astfel debitulnu mai este proporional cu denivelarea.

s H hQ

M K

R

rB Q A Q B Qn n0 0

02

ln (8.21)

unde n 2 (C.E.Jacob)Rezult o variaie parabolic a denivelrii n pu:

s A Q B Q02 . (8.22)

Parametrii A i B depind de coeficientul de conductivitate hidraulic i de

pierderile de sarcin la traversarea filtrului puului i a tubajului forajului.Determinarea parametrilor A i B se poate face experimental. Msurndu-sedenivelrile corespunztoare la dou pompri cu debite Q1, Q2.

s A Q B Q01 1 12

s A Q B Q02 2 22

rezult

B

s Q s Q

Q Q Q Q

02 1 01 2

1 2 2 1

, (8.23)

7/29/2019 Put forat

14/22


As

QB Q 01

11 . (8.24)

Raportul dintre debitul puului i denivelarea corespunztoare reprezint debitulspecific al puului:

qQ

s

M K

R

r

0

0

2 73,

log

(8.25)

n cazul straturilor acvifere sub presiune debitul specific este o constant caredepinde numai de natura litologic a stratului i este denumit capacitatea specific a

puului.- pentru nisipuri: q = 3 13- pentru gresii: q = 0,5- pentru calcare fisurate:q = 100 150Dup modul de variaie a debitului specific cu denivelarea, n practic pot apare

urmtoarele situaii:a) Creterea debitului specific odat cu denivelarea indic faptul c datele

pomprii nu sunt corecte i c pomparea nu s-a fcut n regim permanent.b) Debitul specific constant indic regimul liniar de filtraie. Valorile

rezistenelor hidraulice la curgerea spre pu sunt neglijabile.c) Corelaii logaritmice, exponeniale i parabolice ntre debit i denivelare

indic abateri de la situaia ideal, teoretic. Forma acestor curbe d indicaii privindprocesele nepermanente i pierderile de sarcin din zona puului, colmatarea puului.

Suprafaa piezometric, n jurul puului, rezult din (8.15):

h r hQ

T

r

r 0

02 ln . (8.26)

innd seama de faptul c la distana R nu se observ nici o denivelare:

h R H hQ

T

R

r 0

02 ln ,

h HQ

T

R

r0 02

ln , (8.27)

h r HQ

T

R

r

Q

T

r

r

2 20 0 ln ln .

Ecuaia suprafeei piezometricen funcie de raza de influen R este:

h r HQ

T

R

r

2 ln . (8.28)

Eliminnd debitul ntre relaiile (8.26 ) i (8.27) se obine:

7/29/2019 Put forat

15/22


0

0

r/Rln

T2hHQ

, (8.29)

h r h H h

r r

R r

0 0

0

0

ln /

ln /. (8.30)

Relaia liniar (8.30) dintre sarcina hidraulic h(r) i (ln r/r0) fiind independentde Q, permite calculul suprafeei piezometrice i n cazul puurilor de injecie. n acestcaz sensul micrii apei este invers celui creat n timpul pomprii. Curba denivelrii vafi imaginea rsturnat a curbei definite de (8.30), n raport cu suprafaa piezometriciniial.

Raza r0 a puului este un termen convenional deoarece ntotdeuna n jurulpuului se dezvolt n mod natural (ca urmare a unei pompri forate sau alternate) sauartificial (cnd solul natural este nlocuit cu un filtru de pietri mrgritar), o zon cu

conductivitate hidraulic ridicat care difer de cea a stratului acvifer adiacent.Creterea conductivitii hidraulice n zona din exteriorul perforaiilor coloanei filtranteconduce la diminuarea denivelrii apei din puul pompat.

Se definete raza efectiva puului ca fiind distana la care denivelarea teoreticdeterminat de relaia:

s r H h rQ

TR r

2 0ln /

este egal cu denivelarea dezvoltat n filtrul puului.Datorit dependenei logaritmice a parametrilor h(r) i Q, de r0, estimarea

eronat a razei puului nu afecteaz esenial valorile calculate ale sarcinii hidraulice iale debitului pompat.

n cazul n care n jurul puului conductivitatea hidraulic se reduce n raport cuaceea a stratului acvifer, ca urmare a proceselor de colmatare, raza efectiv a puului areo deosebit importan n dinamica parametrilor h(r) i Q.

Determinarea parametrilor hidrogeologici ai stratului acvifer sub presiune,

K i T se poate face:

1) cu relaia:

KQ

M s sr r

2 1 22 1

ln / . (8.31)

Aceast relaie se obine prin integrarea ecuaiei (8.31) ntre dou puuri deobservaie amplasate la distanele r1i r2de puul central. Dac denivelrile msurate ncele dou puuri sunt s1i s2: s H h r1 1 ( ) i s H h r2 2 ( )

dhQ

M K

dr

rr

r

h r

h r

2 1

2

1

2

( )

( ), deci h r h r

Q

M K

r

r( ) ( ) ln2 1

2

12

cum H s H s h r h r 2 1 2 1( ) ( ) , s sQ

M K

r

r2 12

12

ln

7/29/2019 Put forat

16/22


Rezult conductivitatea hidraulic :

KQ

M s sr r

2 1 22 1

ln

i transmisivitatea stratului : T K M QM s s r r 2 1 22 1

ln . (8.32)

2) cu relaia :

KQ

M s s

r

r

2 0 1

1

0ln , (8.33)

dac msurtorile se fac n puul de pompare (s0) i ntr-un singur pu de observaie,situat la distana r1, n care denivelarea este s1.

dh QM K

drrr

r

h r

h r

2 01

0

1

( )( ) ,

h r h rQ

M K

r

r( ) ( ) ln1 0

1

02

,

s sQ

M K

r

r0 11

02

ln ,

rezult relaia (8.33) pentru conductivitatea hidraulic iar transmisivitatea va fi:

T K M Qs sr

r 2 0 110

ln (8.34)

8.2.2. Calculul puurilor perfecte n strate acvifere cu nivel liber.Determinarea debitului maxim de pompare.

n cazul unui acvifer cu nivel liber suprafaa piezometric este chiar suprafaaliber a acestuia. Ecuaia suprafeei libere se obine pornind de la expresia debitului:

Q r h r K dh rdr

2 (8.35)

h dhQ

K

dr

r

2(8.36)

Prin integrare ntre un punct oarecare (h, r) i un punct de referin (h1, r1) se obine:

h hQ

K

r

r

212

1

ln . (8.37)

7/29/2019 Put forat

17/22


Dac r1 = R, h1= H, iar relaia (8.37) devine:

H hQ

K

R

r

2 2

1

ln (8.38)

a. Schema puului b. Determinarea grafic a debituluimaxim capabil

Fig. 8.9. Pu perfect n acvifer cu nivel liber.Dac integrarea se face ntre un punct oarecare i un punct aflat pe peretele

puului se obine ecuaia curbei de depresiune (a lui Dupuit).

h hQ

K

r

r

202

0

ln (8.39)

h hQ

K

r

r 0

2

0ln (8.40)

Denivelarea apei n puul pompat este:

s H h H HQ

K

R

r0 02

0

ln (8.41)

Dac se consider un punct aflat la distana R de axul puului (R = raza deinfluen), pentru care h = H, ecuaia (8.39) devine:

H hQ

K

R

r

202

0

ln (8.42)

r0r

Hmin

Q

N.h. Studii

h(r)

h0

s0

Hstudii

N.h min

3

1

Qmax

s0

Q = 2 r0.H.Va

1

Q

N

2

3

M

7/29/2019 Put forat

18/22


iar debitul se va calcula cu formula lui Dupuit:

Q

K H h

R r

2 0

2

0ln /

(8.43)

n funcie de denivelarea s0 = H - h0, se poate determina h0 = H - s0i debitul:

QK s H h

R r

K s H s

R r

0 0

0

0 0

0

2

ln ln(8.44)

Ecuaia (8.44) reprezint curba caracteristic a puuluii este de forma

Q C s H s . 0 02 . (8.45)

Aceast curb are dou zone. Prima zon, corespunztoare denivelrilor mici (lanceputul pomprii), poate fi asimilat cu o dreapt Q C H s 2 0 (se confirmexperimental). Exist un punct critic de la care, pentru variaii mici ale debitului,denivelrile devin mult mai mari (variaie parabolic). Debitul furnizat de un pusingular, aflat ntr-un acvifer cu nivel liber, este limitat.

Pentru determinarea debitului optim de exploatare se utilizeaz o metodgrafic bazat pe pompri experimentale (asemntoare celei prezentate n paragraful8.2.1).

Se intersecteaz curba caracteristic a puului (8.45) ridicat experimental cucurba de variaie a debitului n funcie de viteza de intrare a apei n pu (fig.8.9.b).Punctul M, din aceast figur, corespunde debitului maxim admisibil:

Q r H va0 02 , (8.46)iar punctul N, debitului Q = 0, corespunztor denivelrii n pu.

n cazul puurilor de captare a apei subterane pentru alimentri cu ap, curbadebitului n funcie de denivelare se raporteaz la nivelul apei subterane dup o perioadde secet, adic la nivelul Hminfa de stratul impermeabil de baz.

Fig. 8.10.Schema de pompare cu dou puuri de observaie.

r2

s2s1

r0

r1

h1

H

h0h2

7/29/2019 Put forat

19/22


Dac se fac msurtori n dou foraje de observaie, aflate la distanele r1, r2 deaxa puului pompat, debitul se poate calcula cu relaia.:

rrln

H2

ss

H2

ssHK2

Q12

22

2

21

1

(8.47)

Integrnd ecuaia (8.36) ntre dou seciuni cilindrice (r1, h1) i (r2, h2) se obinerelaia:

h hQ

K r r22

12

2 1 ln (8.48)

Considernd denivelrile s H h1 1 i s H h2 2 ,

Q Kh h s s

r rK

h h s s

r r

1 2 1 2

2 1

1 2 1 2

2 1

1363ln

,log

. (8.49)

Aceast ecuaie este cunoscut sub numele de formula Dupuit - Thiem (1906).Ea poate fi folosit pentru determinarea coeficientului de conductivitate hidraulic, K:

K h h

Q r r

h h

Q r r

h h s s

22

12 2 1

22

12

2 1

1 2 1 2

0 73ln , log

. (8.50)

Dac pentru determinarea conductivitii hidraulice se folosesc msurtoriledintr-un singur pu de observaie, amplasat la o distan r1de puul central, formula decalcul va fi:

K h hQ R r

h h s s

Q R r

h h

22

1

2 1

1 0 0 1

1

12

02

ln ln

(8.51)

Se poate demonstra teoretic [Ivan - 242] c ipoteza lui Dupuit se poate folosi cusucces cu condiia de a utiliza, n calcule, conductivitatea hidraulic orizontal astratului acvifer i s fie ndeplinit relaia:

K

K

dh

dr

K

Ktg

x

z

x

z

2

2 1 (8.52)

unde este unghiul de nclinare a suprafeei libere a apei, fa de orizontal.

7/29/2019 Put forat

20/22


n straturile acvifere sub presiune, formulele stabilite pe baza ipotezelor luiDupuit sunt exacte fr restricii.

8.2.3. Forma real a curbei de depresiune. Zona de izvorre de laperetele exterior al puului.

Fig. 8.11. Forma real a curbei de depresiune in jurul unui pu

Cercetrile experimentale au artat c n condiiile curgerii cu nivel liber a apeispre un pu de pompare, ntre nivelul apei n pu i cel din exteriorul filtrului exist odiferen, care depete valoarea pierderilor de sarcin prin filtru.

Denivelarea de la peretele puului hi, este denumit nlime de izvorre ireprezint pierderea de sarcin la infiltraia apei prin mediul poros cuprins ntreechipoteniala AB i peretele puului.

Liniile echipoteniale reale se abat fa de cele teoretice, presupuse verticale(ipoteza lui Dupuit). Curba real de depresiune se gsete ntotdeauna mai sus dectcurba Dupuit.

Factorii care genereaz diferena dintre suprafaa liber real i cea teoretic a luiDupuit.

Diferena dintre curba de depresiune real i cea teoretic depinde, n primulrnd, de valoarea gradientului hidraulic vertical, respectiv, de componentele verticaleale vitezei.

Pe msur ce distana de la axul puului crete, valoarea medie a gradientuluihidraulic vertical se micoreaz.

G. Schneebeli, apreciaz c ncepnd de la o distan r, fa de axa puului,

pentru caredh

dr 0 2, , curba real de depresiune se apropie de curba Dupuit i poate fi

determinat cu relaia:

Curba reala de depresiune

rr

Q

H

dh/dr = 0,2

Curba Du uit

h0

z0

hi

B

C

D

A

7/29/2019 Put forat

21/22


h hQ

Kr r

0

20

ln / (8.53)

Ali cercettori apreciaz c suprapunerea curbelor se face dup o valoare r 1,5h, h fiind nivelul piezometric real.

Diferena dintre suprafaa liber real i cea teoretic se poate datora i altorfactori, legai de structura i proprietile filtrante ale zonei adiacente puului, decaracteristicile constructive i hidraulice ale filtrului i coloanei puului i de micareaapei subterane ctre pu.

Rezistena hidraulic total a unui pu este suma urmtoarelor pierderi desarcin:

1) Pierderea de sarcin la trecerea apei prin peretele perforat al puului (hp).2) Pierderea de sarcin datorat micrii apei prin coloana puului spre sorbul

conductei de aspiraie, sau spre pomp, n cazul cnd aceasta este submersat (hx).3) Pierderea suplimentar de sarcin care apare n apropierea puului, dacmicarea iese din limita de valabilitate a legii lui Darcy (hn).

4) Pierderea suplimentar de sarcin rezultat din reducerea lungimii active afiltrului, prin prezena poriunilor de tub neperforat, la piesa de fund, la parteasuperioar, uneori n dreptul pompei submersate, precum i pierderea suplimentar desarcin produs la puurile cu penetraie parial n acvifer, cnd lungimea filtrului estemai mic dect grosimea stratului acvifer (hs).

5) n procesul de exploatare se adaug pierderea de sarcin suplimentar hc,datorat modificrii proprietilor filtrante ale stratului din zona adiacent puului imodificrii structurii filtrului, ca urmare a proceselor de colmatare.

n bibliografia de specialitate [Ivan, p 246] sunt date formulele pentru calcululnlimii de izvorre.

Dintre acestea amintim:1) Formula lui R. Ehrenberger (1928)

.

H

h-H0,5=h

20

i

(8.54)

2) Formula lui S.K. Abramov (1946)

.K

Q=h

n

pi

(8.55)

unde i n sunt coeficieni empirici experimentali.= 15.....25 pentru filtre din pietri, = 12.....22 pentru filtre metalice din bare,= 6 .......8 pentru filtre cu orificii i fante,n 0,5 este independent de tipul filtrului,peste pierderea de sarcin n pu

3) Formula elaborat de Institutul VODGEO din Moscova (1954)

7/29/2019 Put forat

22/22


.h-H0,5=h 2,20i (8.56)

Din prelucrarea a numeroase rezultate provenite din surse diferite se poate spunec exist o relaie de forma:

h h

Q

K

fr

Q

K

c2

02

02

log. (8.57)

unde hc = h0 + hiFuncia f poate fi aproximat printr-o dreapt [Pietraru pg. 262], rezultnd o

formul de forma:

h h hQ

K

QK

r

i i

21 01 0 41

0

02

, log , (8.58)

valabil pentru debite Q r K 2 5 02, . (8.59)

Pentru valori ale debitului mai mici dect cele date de (8.59) nlimea deizvorre se poate neglija.

Date post:	04-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	horhe-geo-proiect-paralaxa
View:	223 times
Download:	0 times

Put forat

Documents