CÔNG TRÌNH THU NƯỚC NGẦM

Các trạng thái tồn tại của nước ngầm : Ở thế khí : Cùng với không khí nằm trong các lỗ hổng cuả đất đá.. SVTH: GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 5 - Nước trọng lực hay nước thấm : Chứa đầy tr

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 1 -

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Vĩnh Long, ngày 24 tháng 04 năm 2018

Chữ Ký Của Giáo Viên

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 2 -

LỜI CÁM ƠN



Trong suốt thời gian học tập ở Trường Đại học Xây Dựng Miền Tây, nhờ

sự chỉ dẫn, truyền đạt tận tình của các thầy trong trường đặc biệt là các thầy

cô trong khoa Kỹ thuật hạ tầng Đô Thị đã giúp chúng em hiểu rõ về ngành

học của mình và các kiến thức xã hội bổ ích khác Những kiến thức này vô

cùng quý báu, là hành trang giúp chúng em trong tương lai sau này

Trong quá trình thiết kế đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình

của quý thầy trong khoa,Trường Đại học Xây Dựng Miền Tây và các bạn

học cùng lớp, đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ

án Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy, các bạn đã giúp đỡ

chúng em hoàn thành đồ án môn học này

Trong thời gian làm đồ án chúng em luôn cố gắng nhưng với kiến thức,

kinh nghiệm còn nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu

sót Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn, góp ý của quý thầy

Kính chúc các thầy cô mạnh khỏe và thành công

Vĩnh Long, Ngày 24 Tháng 04 năm 2018

Sinh Viên

Nguyễn Văn A

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 3 -

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH THU

TRẠM BƠM CẤP NƯỚC

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn A

Lớp :

Nhiệm vụ : Thiết kế Công trình thu – Trạm bơm nước ngầm

Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Văn Chu

Ngày giao nhiệm vụ : 10/03/2018

Ngày hoàn thành : 25/05/2018

TÀI LIỆU THIẾT KẾ

- Công suất thiết kế : 5000 (m3/ngđ)

- Cao trình mặt đất : Z0 = 63 (m)

- Cao trình mực nước tĩnh : Zt = 57 (m)

- Mùc nước cao nhất trên trạm xử lý : ZXL = 66(m)

- Chiều dài ống đẩy : L = 800 (m)

- Số đám cháy xảy ra đồng thời : 230 (l/s)

- Loại công trình : Công trình thu - Trạm bơm giếng khoan

- Số giờ làm việc trong ngày : 24h

Nguồn nước bổ cập cho nước ngầm và nước mưa, nước từ hồ, ao, sông ngòi thấm qua các lớp đất và được giữ lại ở tầng chứa nước

Các trạng thái tồn tại của nước ngầm :

Ở thế khí : Cùng với không khí nằm trong các lỗ hổng cuả đất đá

Ở thể bám chặt : Bao quanh các hạt đất bằng một lớp rất mỏng, gắn chặt

với đất bằng các lực dính, ở điều kiện bình thường không thể tách ra được

Ở thể màng mỏng : Nằm bao quanh các phần tử đất cát bằng lực phân tử,

có thể di chuyển trong lòng đất dưới ảnh hưởng của lực phân tử nhunwg không truyền được áp suất

Nước mao dẫn : Chứa đầy trong các lỗ hổng nhỏ nhất của đất, chịu tác

dụng của sức căng mặt ngoài và trọng lực Nước mao dẫn có thể di chuyển trong đất và có thể truyền được áp suất Vùng nước mao dẫn nằm trên mực nước trọng lực

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 5 -

Nước trọng lực hay nước thấm : Chứa đầy trong các lỗ hổng của đất,

chuyển động dưới tác dụng của trọng lực và có thể truyền được áp suất Trong các dạng tồn tại của nước ngầm đã nêu ở trên, chỉ có nước thấm là

có trữ lượng đáng kể và có khả nâng khai thác được Vì vậy, mọi khái niệm được sử dụng để nghiên cứu áp dụng đối với nước thấm và nước ngầm được đề cập ở đây là nước ngầm tồn tại ở thể thấm

II Phân loại

1 Phân loại theo vị trí tồn tại so với mặt đất

Nước ngầm mạch nông : Nằm ngay trong tầng đất trên mặt Đây là loại

nước ngầm không áp Lưu lượng, nhiệt độ và các tính chất khác của nó chịu ảnh hưởng nhiểu của môi trường bên ngoài Mực nước nằm ở độ sâu

so với mặt đất và thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của thời tiết Độ giao động mực nước, giữa các mùa khá lớn (khoảng 2 – 4 m) và có thể chịu ảnh hưởng của sông suối, bão lũ Loại nước ngầm này có thể sử dụng vào mục đích cấp nước

Nước ngầm ở độ sâu trung bình : Nằm ở độ sâu không lớn so với mặt

đất, thường là nước ngầm không áp, đôi khi có áp cục bộ Tính chất của loại nước ngầm này tương tự nước ngầm mạch nông nhưng chất lượng tốt hơn Nó thường được sử dụng để cấp nước

Nước ngầm mạch sâu : Nằm trong các tầng chứa nước, giữa các tầng cản

nước Đây là loại nước ngầm có áp Ưu điểm của loại nước ngầm này so với hai loại trên là lưu lượng, nhiệt độ và các tính chất khác tương đối ổn định Do nằm sâu và được bảo vệ bởi các tầng cản nước nên nó ít chịu ảnh hưởng của môi trường bên ngoài Nước ngầm mạch sâu thường có lưu lượng lớn, ổn định, chất lượng tốt nên được sử dụng rộng rãi trong cấp nước

2 Phân loại theo áp lực

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 6 -

Nước ngầm không áp : tồn tại trong tầng chứa nước nằm trên tầng cản

nước đầu tiên Phía trên dòng thấm giới hạn bởi mặt đất tự do và áp suất tại mọi điểm trên mặt tự do này đều như nhau Nướ ngầm không áp thường nằm ở độ sâu không lớn nên chất lượng nước không được tốt lắm

Nước ngầm có áp : Nằm trong tầng chứa nước kẹp giữa hai tầng cản nước

hoặc tầng bán thấm Trường hợp sau còn gọi là tầng chứa nước bán áp Nước ngầm ở tầng chứa nước bán áp có sự bổ cập từ tầng chứa nước ở phía trên nên có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm của tầng này Tùy thuộc vào độ dốc thủy lực của tầng chứa nước mà áp lực của nước ngầm ở những vụ trí khác nhau sẽ khác nhau Nước ngầm có áp thường nằm ở độ sâu tương đối lớn nên đã được lọc sơ bộ khi thấm qua các lớp đất đá và ít chịu ảnh hưởng của môi trường bên ngoài Do vậy chất lượng nói chung là tốt hơn so với nước ngầm không áp

3 Phân loại theo nhiệt độ

Nước lạnh : Nhiệt độ nước dưới 20 0

c Nước ấm : Nhiệt độ nước 20 0

c - 40 0c Nước nóng : Nhiệt độ nước trên 40 0

Tầng chứa nước rất dày, trung bình 15 – 30m, có nhiều nơi tới 50 – 70m

Do nước ngầm nằm sâu trong lòng đất và được bảo vệ bởi các tầng cản nước nên nước ngầm ở nước ta có chất lượng rất tốt : Hàm lượng cặn nhỏ,

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 7 -

ít vi trùng, nhiệt độ ổn định, công nghệ xử lý nước đơn giản nên giá thành sản xuất rẻ

Tùy thuộc vào hóa địa của tẩng chứa nước và chất lượng của nguồn bổ cập

mà trong nước ngầm thường có hàm lượng muối khoáng lớn, nhất là các muối cứng, nếu dùng để cấp nước cho nồi hơi, thường phải làm mềm Đặc điểm nổi bật của nước ngầm là có hàm lượng sắt tương đối lớn, đặc biệt là sắt hóa trị hai Ở một số vùng, trong nước ngầm còn chứa một lượng mangan đáng kể Công nghệ cử lí nước chủ yếu là khử sắt đôi khi kèm theo khử mangan, silic,

Nước ngầm vùng ven biển thường bị nhiễm mặn, nếu sử dụng để cấp nước thì việc xử lý sẽ rất khó khăn, tốn kém Các vùng ven biển ở nước ta như Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, mặc dù nguồn gốc nước ngầm rất dồi dào nhưng lại bị nhiễm mặn nên cần phải sử dụng nước mặt làm nguồn cung cấp nước Do đặc điểm cấu tạo và điều kiện thi công hệ thống cấp nước sử dụng nước ngầm buộc phải dùng nhiều giếng hoặc nhiều nhóm giếng Điều đó có ưu điểm là đảm bảo cho việc cấp nước an toàn nhưng cũng có nhược điểm là chi phí xây dựng công trình thu và trạm bơm cấp một sẽ lớn

Hình 1 Mặt cắt địa chất

Ta cã :

+ §-êng kÝnh ngoµi cña b¬m : 150 (m m)

+ §-êng kÝnh tèi -u cña èng v¸ch (N) : 250 (m m)

+ §-êng kÝnh tèi thiÓu cña èng v¸ch (T) : 200 (m m)

Hỡnh 3 : Sơ đồ bố trớ giếng bơm

Chọn khoảng cách giữa các giếng ta phải xem xét đến độ hạ mực n-ớc của các giếng khi làm việc đồng thời sao cho l-u l-ợng lấy ra tại mỗi giếng luôn đảm bảo Q=1250 (m3/ngđ)

4 Tớnh toỏn ống lọc và ống vỏch

a Tớnh toỏn ống lọc

- Kiểu ống lọc : ống lọc quấn dây

- Dây quấn là dây đồng hoặc thép không gỉ, tiết diện tròn, d=12,5 mm

- Cốt ống là ống khoan lỗ đ-ờng kính lỗ đã chọn là 5

- Giữa dây quấn và cốt ống có đặt cỏc dõy thộp d = 2  5mm dọc theo chiều dài ống, nằm cách nhau 4050 mm

- Chiều dài công tác của ống lọc :

L=(0,70,9) x m với m là chiều dày tầng chứa nước m =8,5 (m)

g l

+ Đ-ờng kính dây quấn : d=3 mm

+ Khoảng cách giữa các vòng dây là 2 mm

+ Khối l-ợng dây quấn cho 1 mét ống đ-ờng kính 219mm là 7,5 kg

Tra bảng 5 Trang 208-SGK Cụng trỡnh thu nước trạm bơm cấp thoỏt nước của Th.s Lờ Dung

+ Cỡ hạt phụ thuộc cỡ hạt thực tế của tầng chứa n-ớc

+ Chức năng dùng để hạn chế cát từ tầng chứa chui lọt vào ống

b Tớnh chọn ống vỏch

- Vật liệu làm ống vách là thép đen, ống gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng phương phỏp hàn

- Chức năng :

+ Ngăn n-ớc chất l-ợng xấu từ các tầng phía trên chảy vào giếng

+ Gia cố, bảo vệ, tránh sạt lở giếng, chống sập giếng

Chọn theo quy phạm ta có ống vách cần đặt với các kích th-ớc :

+ Đ-ờng kính trong : DTrong = 305 mm

+ Đ-ờng kính ngoài : DNgoài = 325 mm

+ Chiều dày ống : 10 mm (7-12mm)

+ Trọng l-ợng 1m dài : 77,7 kg

Theo bảng 2-1 Trang 205-SGK, ống vách và khớp nối đ-ợc chọn nh- trên

có đủ điều kiện để đặt bơm và đảm bảo các điều kiện :

= 0,1095 (m) + K : Hệ số thấm, K = 100

+ m : Chiếu dày tầng chứa n-ớc, m = 8,5 (m)

 §é h¹ mùc n-íc thùc tÕ trong mçi giÕng lµ :

- DiÖn tÝch xung quanh èng läc

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 15

-

6 Tớnh giếng khoan khi nhúm giếng làm việc đồng thời

Khi có nhiều giếng làm việc song song trong tầng chứa n-ớc, sự làm việc của mỗi giếng gây ra ảnh h-ởng đến sự làm việc của giếng khác trong nhóm Mức độ ảnh h-ởng của các giếng gần nhau phụ thuộc vào nhiều yếu

tố nh- :

- Đặc tr-ng của tầng chứa n-ớc

- L-u l-ợng khai thác

- Khoảng cách giữa các giếng

Khi làm việc đồng thời, do có sự ảnh h-ởng lẫn nhau nên độ hạ mực n-ớc S của các giếng sẽ tăng lên là S’

Nếu S’ < Sgh thì việc bố trí giếng, tính chọn các điều kiện là đã đảm bảo Nếu S’ > Sgh thì ta phải tăng khoảng cách của các giếng

3

Sơ đồ bố trớ giếng khoan

Các giếng trong từng nhóm 1,2,3,4 có độ hạ mực n-ớc t-ơng đ-ơng nhau Giếng 5,6 là giếng dự trữ

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 16

-

Giếng 1,2,3,4 cựng hoạt động nờn bất lợi như nhau ta tớnh cho 1 giếng cũn

3 giếng kia tương tự :

- Cửa giếng hay cũn gọi là miệng giếng : Cao hơn mặt sàn ớt nhất 0,3 (m)

để tránh n-ớc mặt tràn vào giếng Phần cổ giếng bờn ngoài thường được chốn bằng xi măng để trỏnh nước từ phớa trờn thấm theo cổ giếng xuống.Miệng giếng được đậy kớn khi khai thỏc

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 17

-

- ống vách : Gồm nhiều đoạn ống có cùng cỡ đ-ờng kính, chiều dài mỗi

đoạn là 6 mét nối bằng cách hàn và đ-ợc hạ c-ỡng bức xuống giếng cùng quá trình khoan dập Giữa ống vách và ống lọc đ-ợc nối với nhau bằng côn nối với góc nghiêng 15o

- Ống lắng : Nằm kế tiếp ống lọc, cú đường kớnh bằng đường kớnh ống lọc Cấu tạo của nú là một đoạn thộp trơn , đầu dưới được bịt kớn Chiều dài ống lắng 2 -10m Giếng càng sõu, chiều dài ống lắng càng nờn chọn dài hơn Ống lắng là bộ phận cuối cựng của giếng để giữ lại cặn , cỏt trụi lọt theo nước vào trong giếng

- Các bộ phận khác đ-ợc gia cố nh- Sơ đồ cụ thể 1 giếng

1 8

4

2 3

6

5 7

1,5 m

1,5 m

1 m Mực NƯớc động

II Tớnh toỏn thiết kế trạm bơm cấp I, thu nước ngầm

Hình 4 : Sơ đồ bố trí sơ bộ máy bơm trong 1 giếng

1 Xỏc định lưu lượng, ỏp lực

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 19

-

a Lưu lượng của bơm :

Lưu lượng cỳa mỏy bơm kớ hiệu là Q Nú được xỏc định phụ thuộc vào lưu lượng của trạm bơm, số lượng mỏy bơm đặt trong trạm, kiểu loại, chức năng và chế độ làm việc của trạm bơm

Sau khi xỏc định được lưu lượng của mỏy bơm,trạm bơm cần chọn số lượng ụng hỳt, ụng đẩy của trạm bơm, chọn dường kớnh ụng hỳt, ụng đẩy của mỏy bơm và của trạm bơm Với trạm bơm cấp I, mỗi trạm bơm gồm 1 ống đẩy

và 1 bơm chỡm.Đoạn ụng đẩy nối từ mỏy bơm qua trạm và đến điểm nối với ống đẩy chung của 1 dóy được chia làm 4 đoạn Tất cả cỏc ống đẩy trong khu vực đều là ống thộp

 h : Tổng tổn thất từ giếng xa nhất đến trạm xử lý

htd : áp lực tự do cần thiết tại dàn phun m-a (do xử lý n-ớc ngầm)

MBG1-1 1,04

chuyển động của dòng chảy chất lỏng

Máy bơm giếng khoan kiểu chìm là bơm li

tâm nhiều cấp, trục đứng, bánh xe công tác

kiểu dẫn nước vào một phía

Bản thân máy bơm là một tổ máy Nó bao

gốm phần bơm Phần động cơ, cáp điện,

ống đẩy và gối đỡ lắp trên miệng giếng

Trục bơm được nối trực tiếp với trục động

cơ điện Phần bơm nằm trên, phản dộng cơ

điện nằm dưới Giữa hai phần này là lưới

chán rác

Phần bơm gồm nhiều cấp Mỗi cấp bơm

gồm bánh xe công tác và bộ phận dẫn dòng

kiểu cánh Sau cùng là van một chiều Các

cáp bơm dược ghép với nhau bằng các gu

dông Các ổ trục của bơm là ổ trượt, lót cao

su hoặc gỗ ép bôi trơn bàng chính nước

bơm lên

Phẩn động cơ nằm phía dưới phần bơm

Đây là động cơ điện xoay chiều, ba pha

không đồng bộ rôto ngâm trong nước hoặc

ngâm trong dầu Tuy nhiên, loại dộng cơ

rôto ngâm trong nước có cấu tạo, vận hành

đơn giản hơn nên hầu hết các bơm giếng

khoan điều sử dụng loại động cơ kiểu này

Do có rất nhiêu ưu điểm nên bơm giếng

khoan động cơ kiểu ướt dược sử dụng rất

rộng rãi

Máy bơm giếng khoan kiểu chìm đã được

chế tạo rất rộng rãi ở rất nhiều hãng bơm

trên thế giới Nó dược chế tạo dể sứ dụng

trong phạm vi :

Lưu lượng từ 0,2 -ỉ- 1000 l/s

Cột áp tư 20 - 300m

(inh

Mã bơm Bơm v à380V đông cơ PkwN PkwM mmL Amm minB c

mm maximm mmE

Bơm + động cơ

¡<9

Ống bao kg

Lắp đặt

Hình 5 : Sơ đồ bơm K86-1

h S

Q

Vậy H1 ống = 6 + 0,00345 x Q2

Cho Q thay đổi, ta có H 1 ống t-ơng ứng

Giữ nguyên tung độ H, nhân đôi hoành độ Q ta đ-ợc đ-ờng đặc tính 2 ống Kết quả tính toán H 1 ống đ-ợc ghi d-ới bảng sau :

0 0,0366 0,1464 0,3294 0,5856 0,915

0 0,0366 0,1464 0,3294 0,5856 0,915

0 0,0158 0,0632 0,1422 0,2528 0,395

0 0,0158 0,0632 0,1422 0,2528 0,395

0 0,0075 0,03 0,0675 0,12 0,1875

0 0,0075 0,03 0,0675 0,12 0,1875

Từ các giá trị SQ2 nh- trên ta vẽ đ-ợc đ-ờng đặc tính của các đoạn ống nối 1-4, 2-4, 3-4

Trừ các giá trị t-ơng ứng H trên đ-ờng đặc tính 1 bơm cho đ-ờng đặc tính

đoạn ống nối 1-2 ta đ-ợc đ-ờng đặc tính quy đổi của 1 bơm H-Q’1

Trừ các giá trị t-ơng ứng H trên đ-ờng đặc tính bơm 1 và 2 song song cho

đ-ờng đặc tính đoạn ống nối 3-4 ta đ-ợc đ-ờng đặc tính quy đổi của 2 bơm H-Q’1+2

Từ đ-ờng đặc tính bơm 1 giữ nguyên tung độ H, nhân 6 hoành độ Q ta đ-ợc

đ-ờng đặc tính 6 bơm làm việc song song H-Q6b

Từ giao điểm của đ-ờng đặc tính 6 bơm H-Q6b và đ-ờng đặc tính 2 ống dóng sang ngang, giao với các đ-ờng đặc tính H-Q’1 ,H-Q’1+2 ,H-Q’1+2+3 tại các điểm A1, A2, A3 đây chính là các điểm làm việc của các bơm 1,2,3 cũng giống nh- các bơm 5,6,7 Tại các điểm A1, A2, A3 ta tìm đ-ợc điểm làm việc của từng bơm trong nhóm

94 28 30

% 03 , 0 4

, 18

395 , 18 4 , 18

Vậy kết quả tính toán là hợp lý

5/ Bơm chữa cháy

- Chức năng của bơm chữa cháy đặt ở trạm bơm cấp I là để khôi phục lại l-ợng n-ớc dự trự chữa cháy trong bể chứa n-ớc sạch

SVTH:

GVHD:NGUYỄN VĂN CHU Trang - 30

-

- Do hệ thống chữa cháy đ-ợc bố trí kết hợp nên l-ợng n-ớc chữa cháy này

cũng phải đ-ợc xử lý giống nh- n-ớc cấp cho sinh hoạt hoặc sản xuất Vì

vậy, cột áp của bơm chữa cháy tính nh- các bơm công tác

- L-u l-ợng và thời gian khôi phục đ-ợc lựa chọn sao cho phù hợp với khả

năng làm việc của Trạm xử lý, mức độ an toàn về phòng chữa cháy của xí

nghiệp và khu dân c-

- Đề bài có : số đám cháy xảy ra đồng thời : 2 x 15 = 30 (l/s)

- Để phục hồi l-ợng n-ớc dự trữ chữa cháy, ta sử dụng bơm và giếng dự trữ

Khi đó l-u l-ợng của bơm chữa cháy trên thực tế là l-u l-ợng của 1 bơm

công tác :

Qbcc = 28,94 l/s Cách này hợp lý vì khi có cháy, chỉ cần sử dụng thêm bơm

và giếng dự trữ là đủ dùng khôi phục l-ợng n-ớc chữa cháy trong bể chứa

n-ớc sạch

6/ Tính toán kinh tế khi vận hành trạm bơm

Điện năng tiêu thụ của trạm bơm là

) ( 4 , 1007385 85

, 0 77 , 0 102

24 5 , 18 30 1000 3 85 , 0 76 , 0 102

24 4 , 18 5 , 30 1000 2

Ti Hi Qi