BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 1 CÔNG TRÌNH THU NƯỚC

Nước ngầm mạch nông:Đây là loại nước ngầm nằm trong tầng đất trên mặt và thường là không áp. Lưu lượng, nhiệt độ và các tính chất khác của nó chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường bên ngoài. Mực nước nằm ở độ sâu nhỏ so với mặt đất và thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của thời tiết. Độ dao động mực nước giữa các mùa khá lớn và có thể chịu ảnh hưởng của sông, suối, bão, lũ. Trữ lượng nước ngầm mạch nông thường nhỏ. Loại nước ngầm này có thể sử dụng vào mục đích cấp nước.Nước ngầm ở độ sâu trung bình:Loại nước ngầm này 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, thường được sử dụng để cấp nước.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG



BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 1

CÔNG TRÌNH THU NƯỚCMôn học: Kỹ Thuật Xử Lý Nước Cấp

Mục lục

I Giới thiệu

Phân loại nguồn nước

Các loại mực nước

II Công trình thu nước ngầm

Công trình thu nước kiểu giếng khoan

III Công trình thu nước mặt

Cấu tạo cơ bản của công trình thu nước mặt

Các công trình thu nước mặt

IV Các thiết bị hỗ trợ

Ngăn thu và ngăn hút

Song chắn rác và Thiết bị lược rác

Ống hút và Ống đẩy máy bơm

I Giới thiệu

1.1 Phân loại nguồn nước

a) Nước dưới đất

Có thể phân loại nước ngầm theo nhiều cách nhưng phổ biến nhất là phân loại theo vị trí tồn tại sovới mặt đất

 Nước ngầm ở độ sâu trung bình:

Loại nước ngầm này nằm ở độ sâu không lớn so với mặt đất, thường là nước ngầm không áp, đôikhi có áp cục bộ Tính chất của loại nước ngầm này tương tự nước ngầm mạch nông nhưng chất lượng tốthơn, thường được sử dụng để cấp nước

 Nước ngầm mạch sâu:

Đây là loại nước ngầm nằm trong các tầng chứa nước, giữa các tầng cản nước Nước ngầm mạchsâu là loại nước ngầm có áp Do nằm ở độ sâu lớn so với mặt đất 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, ổnđịnh, chất lượng tốt, trữ lượng lớn nên được sử dụng rộng rãi làm nguồn cung cấp nước.

 Nước ngầm mạch lộ:

Đây là loại nước ngầm lộ thiên trên mặt đất gọi là nước ngầm mạch lộ Nước ngầm mạch lộ có 2loại:

- Loại chảy xuống đước hình thành do tầng chứa nước nằm lộ ra ở sườn núi, sườn đồi

- Loại phun lên được hình thành do áp lực nước ngầm tương đối lớn, thắng được lực cản của tầngcản nước phía trên nên dâng lên khỏi mặt đất

Nước ngầm mạch lộ thường xuất hiện ở các tỉnh miền núi và có chất lượng rất tốt Một số tỉnh ởnước ta đang khai thác nước ngầm mạch lộ như Đaklak, Ninh Bình, Sơn La,…

Tùy thuộc vào hóa địa của tầng chứa nước và chất lượng của nguồn bổ cập mà trong nước ngầmthường có hàm lượng muối khoáng lớn, nhất là các muối cứng Nếu dùng để cấp nước cho nồi hơi,thường phải là nước mềm

Đặc điểm nổi bất của nước ngầm là có hàm lượng sắt tương đối lớn, đặc biệt là sắt có hóa trị II Ởmột số vùng, trong nước ngầm còn chứa một lượng Mangan đáng kể Công nghệ xử lý nước ngầm chủyếu là khử sắt, đôi khi kèm theo cả khử Mangan, Silic,…

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

b) Nước mặt

Nước mặt được sử dụng làm nguồn cung cấp nước là nước sông, suối, hồ Nguồn bổ cập cho nướcmặt là nước mưa, đôi khi là cả nước ngầm Nguồn nước mặt của nước ta rất phong phú và được phân bố ởkhắp mọi nơi Đây là nguồn nước rất quan trọng được sử dụng vào mục đích cấp nước

Nguồn nước sông:

Nước sông là loại nguồn nước mặt chủ yếu để phục vụ cho mục đích cấp nước Hệ thống sông ngòi

ở nước ta có chiều dài khoảng 55.000km và được phân bố ở khắp mọi nơi Trữ lượng của nước sông rấtlớn, nó có thể đáp ứng mọi nhu cầu dùng nước Ví dụ Sông Đồng Nai là nhiệm vụ cấp nước cho 3 tỉnh:Đồng Nai, Bình Dương và TP Hồ Chí Minh Đặc điểm chính của nước sông:

 Giữa các mùa có sự chênh lệch tương đối lớn về mực nước, lưu lượng, hàm lượng cặn vànhiệt độ nước

 Hàm lượng muối khoáng và sắt nhỏ nên rất thích hợp sử dụng cho công nghiệp giấy, dệt

và nhiệt điện

 Độ đục và độ màu tương đối cao nên xử lý phức tạp và tốn kém

Nước sông được sử dụng cho nhiều mục đích và lại là nguồn tiếp nhận nước mưa, nước xả thải, vìvậy nước sông chịu ảnh hưởng trực tiếp của môi trường bên ngoài So với nước ngầm, nước mặt thường

dễ bị ô nhiễm hơn và có độ nhiễm bẩn cao hơn

Nguồn nước hồ:

Nước hồ thường trong, có hàm lượng cặn nhỏ Vận tốc dòng chảy trong hồ nhỏ nên rong rêu và cácthủy sinh vật phát triển Điều đó làm cho nước hồ thường có màu, có mùi tanh và dễ bị nhiễm bẩn Các hồlớn, ven hồ có sóng nên nước hồ có thể đục

Nguồn nước hồ ở nước ta thường có chất lượng rất tốt và cũng được sử dụng nhiều vào mục đíchcấp nước

Nguồn nước suối:

Nước suối cũng là nguồn cung cấp nước quan trọng ở các tỉnh miền núi Đặc điểm nổi bật của nướcsuối là không ổn định về chất lượng nước, mức nước, lưu lượng, vận tốc dòng chảy giữa mùa lũ và mùacạn Về mùa lũ, nước suối thường đục, cuốn theo nhiều cây khô, củi, rác, cát sỏi và thường có những daođộng đột biến về mức nước và vận tốc dòng chảy Mùa khô nước suối rất trong nhưng mực nước lại rấtthấp Nhiều trường hợp mực nước thấp đến mứa không đủ độ sâu để thu nước Nếu sử dụng nước suối là

nguồn cung cấp nước, cần có biện pháp dự trữ, nâng cao mực nước và bảo vệ công trình thu một các hợplý.

1.2 Các loại mực nước

Mực nước tĩnh: mực nước ngang bằng với mặt phẳng áp lực trước khi tiến hành bơm nước Khi bơm

làm việc mức nước trong giếng giảm dần.Nước từ tầng chứa bắt đầu chảy vào trong giếng.Phần xung quanh giếng có sự giảm áp lực, tạo thành mặt đẳng áp có dạng hình phễu, gọi là mặt cong ảnh

hưởng.Khoảng cách từ điểm bắt đầu có sự thay đổi áp lực đến tâm giếng gọi là bán kính ảnh hưởng

Mực nước động: mực nước trong giếng khi bơm làm việc Nếu độ hạ mức nước nhỏ quá thì chưa sử

dụng hết khả năng cung cấp nước của tầng chứa Nếu độ hạ mực nước lớn quá thì sẽ làm tăng cột áp toàn phần của máy bơm Nếu lớn quá mắc thì đã sử dụng quá khả năng cung cấp nước của tầng chứa.Trường hợp này giếng thường làm việc không ổn định, cần phải tăng số lượng giếng khoan lên

Mực nước thấp nhất: khi bơm nước ra khỏi giếng với một lưu lượng nào đó, mực nước trong Giếng

sẽ hạ dần Mực nước thấp nhất là mực nước tối thiểu mà ở đó vẫn đảm bảo Giếng hoạt động bình thường

Mực nước cao nhất: là mực nước mà ở đó có độ hạ mức ( Hiệu số giữa mực nước tĩnh và mực nước

động) thấp nhất Nếu mực nước trong giếng khoan là cao nhất, lúc này hiệu suất làm việc của bơm là thấpnhất, hoặc công trình chưa sử dụng hết khả năng cấp nước của tầng chứa

II Công trình thu nước dưới đất

Công trình giếng khoang

A.GIẾNG KHOAN

Giếng khoan là công trình thu nước ngầm mạch sâu Khi bơm nước ra khỏi giếng với một lưu lượng nào đó, mực nước trong giếng hạ dần Độ sâu khoan giếng phụ thuộc vào độ sâu tầng chứa nước

Giếng khoan là công trình mỏ hình trụ, có đường kính bé hơn nhiều lần so với chiều sâu

Đường kính của giếng khoan biến đổi trong khoảng 16 – 1500 mm Trong một số trường hợp nhờkhoan có thể thi công các giếng mỏ từ 1,5 đến 8 m hoặc đường hầm đường kính đến 12 m hoặc hơn

Chiều sâu của giếng khoan thay đổi trong phạm vi rông: từ vài mét đến hàng nghìn mét Các giếng dầu mỏ và khí thiên nhiên đã đạt đến chiều sâu 9550 m

Khoan giếng có thể thực hiện từ trên mặt đất, trong hầm lò, trên mặt nước (sông hô, biển và dại dương)

A.1 Phân loại:

Có 4 loại giếng khoan thường dùng:

Giếng khoan hoàn chỉnh khai thác nước ngầm không áp, đáy giếng được khoan đến tầng cản nước đầu tiên

Giếng khoan không hoàn chỉnh khai thác nước ngầm không áp, đáy giếng nằm cao hơn tầng cản nướcGiếng khoan hoàn chỉnh khai thác nước ngầm có áp

Giếng khoan không hoàn chỉnh khai thác nước ngầm có áp

A.2 Cấu tạo:

Một giếng khoan hoàn chỉnh có sơ đồ cấu trúc như sau:

Ông vách bảo vệ (tram xi măng tại chỗ): để bảo vệ giếng khỏi bị ô nhiễm từ mặt đất

Ống vách khai thác: để bảo vệ máy bơm, chống sụt lở giếng và tạo ống dẫn để dẫn nước lên từ ống lọc Ở phần này được chèn bằng sét viên sấy khô

Ống lọc: để thu nước từ tầng chứa vào trong giếng, cấu tạo là ống khoan lỗ, cắt khe, hoặc cuốn dây,…tùy thuộc cấu tạo tầng chưa nước

Ống lắng: là một đoạn ống thép đặc ở phía dưới ống lọc đáy được bịt kín để chứa một phần bùn khoan còn dư sau khi thi công giếng và các vật liệu mịn lọt vào giếng trong quá trình khai thác

Sỏi chèn: để ngăn cát vào trong giếng trong quá trình khai thác, chèn bằng sỏi thạch anh tròn cạnh, trong phạm vi ống lọc

Máy bơm và các công trình phụ trên mặt đất

A.2.a Ống vách

Vật liệu ống vách phải đảm bảo thắng được độ kéo và độ nén sinh ra trong quá trình lắp đặt bơm phát triển giếng khoan và suốt thời gian vận hành Độ kéo và độ nén của ống vách phụ thuộc vào vật liệu làm ống, đường kính ống và chiều dày thành ống Ống vách có thể sử dụng các loại như sau:

 Ống thép đen

 Ống PVC

 Ống vách Acrylonitrile- butadiene- styrene (ABC)

 Ống vách thủy tinh sợi

Các đặc điểm kỹ thuật của ống thép cần phải dựa trên đường kính trong của ống vì đường kính ngoài còn phụ thuộc vào độ dày của thành ống Đường kình trong của ống vách cần phải lớn hơn đường kính ngoài của bơm ít nhất là 50mm

Các ống có thể nối với nhau theo các phương pháp sau:

 Ren ống và măng sông

Nối thu là các ống hình côn có các đường kính khác nhau Để nâng cao hiệu suất thủy lực, góc côn gần bằng 150 và chiều dài mối nối lớn hơn 10 lần đường kính ống

A.3 Tính toán giếng khoan

1.Giếng khoan hoàn chỉnh thu nước có áp

Trước khi tiến hành bơm nước, mực nước trong giếng là mực nước tĩnh, ngang bằng với mặt phẳng

áp lực a-a Gọi độ sâu mực nước tĩnh tính đến đáy cách thủy là H

Bơm làm việc, bơm ra khỏi giếng một lưu lượng Q Mức nước trong giếng giảm dần Nước từ tầngchứa bắt đầu chảy vào trong giếng Lúc đó, trong tầng chứa nước bắt đầu có sự phân bố lại áp lực nướcngầm Phần xung quanh giếng có sự giảm áp lực, tạo thành mặt đẳng áp có dạng hình phễu, gọi là mặtcong ảnh hưởng Cắt mặt ảnh hưởng bằng một mặt phẳng vuông góc với mặt đẳng áp và đi qua tâm giếngđược đường cong ảnh hưởng ab Khoảng cách từ điểm bắt đầu có sự thay đổi áp lực đến tâm giếng gọi làbán kính ảnh hưởng, ký hiệu là R

Mực nước trong giếng khi bơm làm việc gọi là mực nước động (MNĐ) Hiệu số giữa mực nướctĩnh (MNT) và mực nước động gọi là độ hạ mực nước trong giếng khi bơm trên hình 9 – 15 ký hiệu là S.Đây là một đại lượng rất quan trọng khi tính toán giếng khoan Nếu độ hạ mực nước tính ra

- Nhỏ quá là chưa sử dụng hết khả năng cung cấp của tầng chứa nước

- Lớn quá sẽ làm tăng áp lực toàn phần của máy bơm, do đó làm tăng chi phí quản lý

Nếu lớn quá mức là đã sử dụng quá khả năng cung cấp của tầng chứa nước trường hợp này, giếngthường làm việc không ổn định Khi đó cần tăng số lượng giếng lên

Khi bơm làm việc, nếu lưu lượng bơm đi bằng lưu lượng nước từ tầng chứa chảy vào giếng, mựcnước động trong giếng sẽ không thay đổi Chuyển động của nước ngầm vào giếng khi đó là chuyển động

ổn định Độ hạ mực nước S không thay đổi và lưu lượng khai thác cũng không thay đổi theo thời giankhai thác

Trường hợp ngược lại là chuyển động không ổn định lưu lượng hoặc độ hạ mực nước trong giếngthay đổi theo thời gian khai thác

Việc tính toán giếng khoan ở đây là xác lập mối quan hệ giữa lưu lượng, độ hạ mực nước, bán kínhống lọc với các đặc trưng của tầng chưa nước

a Trường hợp chuyển động ổn định

Lưu lượng giếng xác định theo công thức Đuypuy

Q = KωII Trong đó:

K – hệ số thấm của tầng nước

Diện tích giới hạn phần thu nước vào giếng Với giếng khoan hoàn chỉnh thu nước có áp diện tíchnày bằng diện tích xung quanh của hình trụ, chiều cao bằng chiều dày tầng chưa nước m và bán kính xnào đó

ωI = 2πxmxm

I – gradian áp lực

b Trường hợp chuyển động không ổn định

Khi không có sự cân bằng giữa lưu lượng bơm đi và lưu lượng chảy vào giếng, giếng khoan sẽ làmviệc không ổn định Trường hợp này có thể sẽ xảy ra một trong hai khả năng

Nếu bơm ra với lưu lượng không đổi thì độ hạ mực nước trong giếng sẽ thay đổi theo thời gian khaithác và được xác định theo công thức

là hàm số mũ tích phân, giá trị của nó phụ thuộc vào giá trị của đối số λ

a=

µ là hệ số phóng thích nước hay còn gọi là hệ số nhả nước đàn hồi

Nếu giữ độ hạ mực nước không đổi theo thời gian khai thác thì lưu lượng bơm sẽ phải thay đổi vàđược xác định theo công thức:

Q =

Trong trường hợp thời gian khai thác nước rất lớn (khi λ ≤ 0.1) thì có thể sử dụng công thức củachuyển động ổn định để tính toán cho chuyển động không ổn định Nhưng ở đây, bán kính ảnh hưởng Rkhông phải là một đại lượng cố định mà nó tăng dần theo thời gian khai thác và tính theo công thức

R = 1.5

2 Giếng không hoàn chỉnh thu nước có áp:

Nước ngầm có áp chảy vào giếng không hoàn chỉnh với sức cản lớn hơn so với giếng hoàn chỉnh.Nếu cùng làm việc ở điều kiện thủy văn giống nhau và cùng thu một lưu lượng như nhau thì độ hạ mựcnước trong giếng không hoàn chỉnh sẽ lớn hơn so với giếng hoàn chỉnh

Sk = S + ∆S1Trong đó:

Sk – độ hạ mực nước trong giếng không hoàn chỉnh

S – độ hạ mực nước trong giếng hoàn chỉnh

∆S1 – độ hạ mực nước trong giếng do tính không hoàn chỉnh của giếng gây ra

Giá trị ∆S1 được xác định theo công thức:

∆S1 = 0.16

Với ξ = 2.3 ( - 1) lg

Với

L – chiều dài công tác của ống lọc

A – hàm số; giá trị của nó được tra theo đồ thị hình 9.17 theo tỉ số L/m

3 Giếng khoan hoàn chỉnh thu nước không áp:

Mực nước ngầm trong tầng chứa nước A- A Khi bơm chưa làm việc, mực nước tĩnh trong giếng,coi như ngang bằng với mức A-A Khi bơm nước ra khỏi giếng với lưu lượng Q, mực nước trong giếng

hạ dần xuống Nước ngầm từ tầng chưa nước chảy vào trong giếng Mực nước ở xung quanh giếng cũng

hạ dần xuống tạo thành phễu hạ mực nước Mặt tự do của phễu hạ mực nước này cũng gọi là mặt congảnh hưởng Mực nước B-B gọi là mực nước động Độ sâu mực nước động tính đến đáy cách thủy là h0.Đường A-B gọi là đường cong ảnh hưởng

a Trường hợp chuyển động ổn định

Lưu lượng giếng được xác định theo công thức Đuypuy

Q = ωIVTrong đó

ωI -Diện tích giới hạn phần thu nước vào giếng Diện tích này bằng diện tích xung quanh của I hình trụ bán kính x, chiều cao y nào đó

ωI= 2xyπxm

chiều cao y này là độ sâu mực nước ngầm phía ngoài giếng

V- vận tốc trung bình của dòng thấm chảy đến giếng

V = KIK- hệ số thấm của tầng chưa nước

I- Độ dốc thủy lực

b Trường hợp chuyển động không ổn định

Nếu giếng khoan được khai thác với lưu lượng không đổi thì độ hạ mực nước trong giếng khi bơm được xác định theo công thức

S0 = H0 –

Nếu giữ cho độ hạ mực nước không đổi theo thời gian khai thác nước thì lưu lượng bơm được xác định theo công thức:

Q =

Ei(- λ) là hàm số mũ tích phân, đối số λ =

Giá trị của Ei(- λ) tra theo bảng 9.3

Nếu thời gian khai thác nước rất lớn, có thể sử dụng công thức của chuyển động ổn định ở trên để tính toán cho trường hợp chuyển động không ổn định nhưng bán kính ảnh hưởng R xác định theo công thức R = 1.5 với:

Với:

K – hệ số thấm của tầng chưa nước (m/ng)

hTB- chiều dày trung bình của tầng chưa nước trong thời gian khai thác (m)

µ - hệ số phóng thích nước

4 Giếng không hoàn chỉnh thu nước không áp:

Tương tự như trường hợp giếng có áp, khi giếng khoan không hoàn chỉnh làm việc trong tầng chứa nước không áp, độ hạ mực nước trong giếng cũng tăng thêm một lượng ∆S0 do tính không hoàn chỉnh của giếng gây nên ∆S0 được tính theo công thức:

∆S0K = h0 -

ở đây:

H0 – độ sâu mực nước tĩnh tính đến đáy cách thủy của tầng chứa nước trước khi bơm

S0 – độ hạ mực nước trong giếng hoàn chỉnh xác định theo công thức 9-23 và 9-22 ứng với chuyển động

ổn định và không ổn định

ξ – hàm số không thứ nguyên Giá trị của nó được xác định theo công thức 9-17 Trị số A trong công thứctra theo đồ thị 9-17 với:

=

Lt – chiều dài phần thu nước thực tế của giếng

SK0 – độ hạ mực nước thực tế trong giếng khoan không hoàn chỉnh không áp:

Trong đó:

R, r, s – bán kính ảnh hưởng, bán kính ống lọc, độ hạ mực nước của giếng thiết kế

RT, rT, sT – bán kính ảnh hưởng, bán kính ống lọc, độ hạ mực nước của giếng thí nghiệm hoặc giếng đang khai thác

Việc tính toán theo công thức trên gặp một khó khăn là giếng thiết kế còn nhiều thông số chưa đượcxác định nên phải tính toán theo phương pháp thử dần để có phương án tốt nhất.

Ngoài ra bán kính ảnh hưởng cũng có thể xác định theo công thức thực nghiệm:

- Trong chuyển động ổn định:

R = 10S

S – độ hạ mực nước trong giếng khi bơm, m

K – hệ số thấm của tầng chứa nước, m/ng

- Trong chuyển động không ổn định:

S- độ hạ mực nước của giếng thiết kế

Sgh- độ hạ mực nước giới hạn của giếng thiết kế

- Với giếng khai thác nước ngầm có áp:

Sgh = H – (0.3÷ 0.5)m - ∆S - ∆Hb

- Với giếng không áp:

Sgh = (0.5 ÷0.7)H - ∆S - ∆Hb

H – chiều sâu mực nước tĩnh tính đến đáy cách thủy khi chưa bơm

m- chiều dày tầng chưa nước có áp

∆S- tổn thất mực nước qua ống lọc

∆Hb- độ sâu đặt bơm dưới mực nước động Độ sâu này có thể lấy từ 2 ÷ 5m

b Mối quan hệ giữa lưu lượng, độ hạ mực nước và lưu lượng riêng của giếng

- Trường hợp nước ngầm có áp: Mối quan hệ Q = f(S) gần như là bậc nhất Trường hợp này, tỉ lệ giữa lưu lượng và độ hạ mực nước là một đại lượng không đổi hoặc gần như không đổi

Như vậy q chính là lưu lượng tính bình quân trên một đơn vị chiều sâu hạ mực nước q được gọi là lưu lượng riêng hay lưu lượng đơn vị của giếng

- Trường hợp nước ngầm không áp: Trong tầng chứa nước không áp, khi độ hạ mực nước càng tăng thì chiều dày lớp nước chảy vào giếng càng giảm Vì vậy lưu lượng thu được cũng giảm đi, nghĩa là

độ hạ mực nước S tăng nhanh hơn so với độ tăng lưu lượng Q và lưu lượng đơn vị trong trường hợp này

là một đại lượng không đổi Độ hạ mực nước càng tăng thì lưu lượng riêng càng giảm Mối quan hệ Q = f(S) là một đường cong Trong thực tế tầng chứa nước được cấu tạo bởi các phần tử đất, cát, cuội sỏi có hình dạng và kích thước rất khác nhau nên hình dạng của các lỗ hổng mà dòng thấm chuyển động qua cũng muôn hình muôn vẻ Khi bơm nước, các loại tổn thất thủy lực xuất hiện cả trong và ngoài giếng đều tương đối lớn Với cả tầng chứa nước có áp và không áp, mối quan hệ Q = f(S) luôn luôn khác với lý thuyết Vì vậy khi tính toán ngưới ta thường sử dụng các công thức thực nghiệm

Công thức được sử dụng rộng rãi:

α, β- các hệ số được xác định theo số liệu bơm thi nghiệm

Mối quan hệ giữa S và Q có thể đưa được về dạng bậc nhất:

Trong một số trường hợp kết quả tính toán sẽ hợp lý hơn khi sử dụng công thức:

Với p, m là các hệ số được xác định bằng các số liệu thí nghiệm Các tính toán tương tự đối với hệ

số α và β ở trên

Ngoài ra cũng có thể sử dụng công thức thực nghiệm của M.E Antopski

Với a, b là các hệ số được xác định dựa vào các số liệu bơm thí nghiệm như hau trường hợp trên

B.BƠM GIẾNG KHOAN:

B.1 Khái niệm về máy bơm, phân loại:

Máy bơm là một loại máy thuỷ lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thuỷ năng…) vá truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cáo nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống

Người ta chia máy bơm ra nhiều loại dựa vào những đặc điểm như: nguyên lí hoạt động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, laoij chất lỏng cần bơm… Trong đó thường dùng đặc diểm thứ nhất để phân loại máy bơm, chia làm 2 nhóm: Bơm động học và Bơm thể tích.

Bơm động học: Trong buồng công tác của máy bơm động học, chất lỏng nhận năng lượng lien tục

từ cánh bơm truyền cho nó suốt từ cửa vào đến của ra của bơm Loại máy bơm này gồm có những bơm sau:

Bơm cánh quạt: (gồm bơm li tâm, hướng trục, cánh chéo) Trong loại máy bơm này, các cánh quạt

gắn lên bánh xe công tác (BXCT) sẽ truyền trực tiếp năng lượng lên chất lỏng để đẩy chất lỏng dịch chuyển Loại bơm này thường có lưu lượng lớn, cột áp thấp, và hiệu suất tương đối cao, do vậy thường được dùng trong công nghiệp và các ngành cấp nước khác

Bơm xoắn: chất lỏng qua các rãnh BXCT của máy bơm sẽ nhận được năng lượng để tạo dòng chảy

xoắn và được đẩy khỏi cửa ra BXCT Người ta dùng máy bơm này chủ yếu trong công tác hút nước hố thấm, tiêu nước, cứu hoả…

Bơm tia: dùng 1 dòng tia chất chất lỏng hoặc dòng khí bên ngoài có động năng lớn phun vào buồng

công tác của bơm, nhờ vậy hút và đẩy chất lỏng Loại bơm này bơm được lưu lượng nhỏ, thường được dùng để hút nước giếng và dùng trong thi công

Bơm rung: cơ cấu công tác của bơm này là bit-tong van giao động qua lại với tầng số cao gây nên

tác động rung cơ học lên dòng chất lỏng để hút đẩy chất lỏng Loại bơm này có lưu lượng nhỏ, thường được dùng bơm nước giếng và bơm giếng mỏ

Bơm khí nén: loại bơm này nhờ tạo hổn hợp khí và nước có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng

riêng của nước để dâng nước cần bơm lên cao Loại bơm này thường được dùng để hút nước bẩn hoặc nước giếng

Bơm thể tích: Nguyên lý làm việc của loại bơm này là thay đổi có chu kì buồng công tác truyền áp

lực hút chất lỏng, bơm này có những loại sau:

Bơm pit tong: pít tông chuyển động tịnh tiến qua lại có chu kì trong buồng công tác hể hút và đẩy

chất lỏng.:oại bơm này tạo được cột áp cao, lưu lượng nhỏ nên trong nông nghiệp ít dùng, thường được dùng trong máy móc công nghiệp

Bơm rô to: dùng cơ cấu bánh răng hoặc bánh vít, cánh trượt đặt ở chu kì phần quay của bơm để đẩy

chất lỏng Bơm này gồm có: bơm răng khía, bơm pít tông quay, bơm tấm trược, bơm vít, bơm chân khôngvòng nước…Bơm rô to có lưu lượng nhỏ thường được dùng trong công nghiệp

B.2 Các thông số chính:

Lưu lượng Q: là thể tích khối chất lỏng được máy bơm bơm lên trong một đơn vị thời gian (l/s, m3/s.

m3/h) Thể tích có thể là met khối hoặc lít, còn thời gian có thể tính là giây- thường đối với máy bơm lớn,hoặc giờ- thường dùng đối với máy bơm nhỏ hoặc dùng lưu lượng cho toàn trạm

Cột nước H: là năng lượng mà máy bơm truyền cho một đơn vị khối lượng chất lỏng qua nó Năng

lượng đó bằng hiệu số năng lượng đơn vị của chất lỏng ở cửa ra và cửa vào của bơm:

Trong (1-1) p1, p2 áp suất tuyệt đối ở các điểm đặt thiết bị đo;

v1, v2 là tốc độ nước trong ống hút và ống đẩy

∆Z= Zm-Zb khi Zm cao hơn Zb thì ∆Z > 0, ngược lại thì ∆Z < 0

Thiết bị đo chân không chỉ ra độ cao chân không Hck ở ống hút, bởi vậy trị số nó là:

Thiết bị đo áp lực chỉ ra áp lực dư trong ống đẩy:

Đặt các giá trị trên vào công thức (1-1) ta có:

Cần hiểu rằng khi đặt áp kế thấp hơn chân không kế thì giá trị ∆h sẽ âm Tổng 3 thành phần Hak + Hck ±

∆Z =HM đọc được từ áp kế, chân không kế, biểu thị bằng mét nước và khoảng cách thẳng đứng giữa các điểm đặt dụng cụ đo, HM được gọi là “ cột nước áp kế của máy bơm” Tổng lượng nước mà máy bơm cần phải sản ra là:

Trong trường hợp ống hút và ống đẩy có chung đường kính nên v1=v2 thì cột nước toàn phần của bơm bằng cột nước áp kế của bơm Nếu áp suất trên bề mặt chất lỏng ở 2 bể là khác nhau thì máy bơm cần phải khắc phục hiệu số áp ∆p = p2- p1 và các tổn thất thuỷ lực trên 2 ống, khi đó tổng cột nước máy bơm cần phải sản ra là:

Công suất N:

Trên nhãn hiệu bơm có ghi công suất trục máy bơm Đó là công suất động cơ truyền cho trục máybơm N:

Ŋ là hiệu suất của máy bơm

Ngoài công suất trục máy bơm ra còn có công suất thực tế máy bơm truyền cho chất lỏng để nângmột lưu lượng Q (m3/s) lên một độ cao H(m) gọi là công suất hữu ích Nhi:

Hiệu suất ŋ (%)

Máy bơm nhận công suất trục do động cơ truyền tới N nhưng một phần công suất này bị tiêu hao trong lúc bơm vận chuyển, như vậy hiệu suất bơm như sau:

Vòng quay n ( v/p)

Độ cao chân không (Hck) và Độ lưu trữ khí thực (∆h)

Dùng để biểu thị tính năng hút nước và vấn để an toàn khí thực của bơm

B.3 Sơ đồ lắp đặt bơm GK- trạm bơm:

Trạm bơm là tập hợp các công trình và thiết bị bơm Trong trạm bơm thông thường có lắp đặt một số thiết

bị bơm có khả năng đóng mở theo yêu cầu về lưu lượng nước cần bơm Trạm bơm cũng có thể gồm chỉ một thiết bị bơm đơn lẻ đặt trên giá đở di động hoặc trên phao có kèm theo thiết bị di động và điều chỉnh chế độ công tác của tỏ máy bơm Phân loại trạm bơm theo các yếu tố sau: công dụng của trạm bơm, vị trí

bố trí tương đối so với nguồn lấy nước, theo đặc điểm công trình…

C Ống lọc và Ống lắng

 Ống lọc: để thu nước từ tầng chứa vào trong giếng, cấu tạo là ống khoan lỗ, cắt khe, hoặccuốn dây,…tùy thuộc cấu tạo tầng chứa nước

 Ống lắng: là một đoạn ống thép đặc ở phía dưới ống lọc đáy được bịt kín để chứa một phầnbùn khoan còn dư sau khi thi công giếng và các vật liệu mịn lọt vào giếng trong quá trìnhkhai thác

1 Ống lọc của giếng khoan

Các yêu cầu đối với ống lọc:

 Có tỉ lệ diện tích lọc lớn

 Ngăn không cho cát từ tầng chứa nước và sỏi chèn trôi lọt vào giếng

 Tổn thất áp lực của dòng chảy vào giếng nhỏ

 Đủ bền về cơ học

 Đủ trống để làm công tác bảo dưỡng định kỳ

 Chống lại sự ăn mòn và bám cặn

Khi thiết kế ống lọc cần quan tấm đến các vấn đề sau:

 Chiều dài công tác của ống lọc

 Đường kính ống lọc

 Kích cỡ và hình dạng của khe thu nước

 Lưu lượng nước cần thu

Nhóm ống lọc kiểu này bao gồm các loại:

- Ống khe dọc: được chế tạo từ các ống thép, cắt khe hình chữ nhật, gia công trên các máy khía.Chiều dài khe từ 20- 200mm, chiều rộng 2,5- 15mm Loại ống này có tổng diện tích khe trống không lớnnhưng tổn thất thủy lực lại tương đối lớn

- Ống lọc có gờ nổi: được chế tạo từ các tấm thép được dập để đục khe tạo nên gờ nổi của từng khetrống, sau đó hàn lại Các khe trống đục theo hàng dọc Loại ống lọc này có tổng diện tích các khe lớnnhưng có độ bền không cao

- Ống lọc có khe cửa sổ: loại ống lọc này, các khe có kích thước nhỏ, sắp xếp theo hàng ngang Ống

có tổng diện tích khe trống lớn, độ bền cơ học cao

 Ống lọc cuốn dây

Là loại ống khoan lỗ hoặc cắt khe, mặt ngoài được cuốn dây liên tục bằng dây đồng hoặc thépkhông rỉ Dây cuốn có tiết diện tròn (d = 1- 2.5mm)hoặc tiết diện hình nêm, cuốn đỉnh nêm quay vàotrong Khoảng cách giữa các vòng dây từ 1-2.5mm Giữa lớp dây và cốt ống có đặt các dây thép d = 1-2.5mm dọc theo chiều dài ống và cách nhau từ 40- 50mm

 Ống lọc bọc lưới:

Là các ống khoan lỗ hoặc khe dọc bọc lưới, tấm lưới được khâu lại ở chỗ nối Giữa tấm lưới và cốtống có các dây thép hoặc dây đồng đường kính 4- 6mm quấn vòng quanh ống cốt kiểu lò xo, vòng nàycách vòng kia 15- 30mm Tấm lưới đucợ đan bằng dây đồng hoặc dây thép không rỉ Đường kính dây đanlưới 0.25 – 1mm Kích thước mắt lưới a*a = 1*1 – 3*3

3 Phạm vi ứng dụng:

Loại ống lọc được lựa chọn phù hợp với cấu tạo của tầng chứa nước:

 Nham thạch cứng, ổn định, khe nứt bé, không đùn cát: không cần đặt ống lọc

 Nham thạch nửa cứng, không ổn định; đá dăm cuội sỏi cỡ hạt từ 10 – 50 mm chiếm trên 50%khối lượng, có thể dùng các loại ống lọc sau:

 Ống khoan lỗ, đường kính lỗ 10 - 25mm

 Ống khe lọc, kích thước khe a* b = 150 – 250 * 10 - 15 mm

 Ống khung xương, kích thước khe 200 * 12 mmSỏi, đá dăm, cát to có cỡ hạt từ 1-10 mm Các hạt có kích thước từ 1 – 5mm chiếm trên 50% khốilượng dùng 1 trong các loại ống sau:

 Ống khoan lỗ hoặc khe dọc quấn dây

 ống khe dọc cuốn dây, kích thước khe 50 – 200* 2.5 – 5mm

 Ống lọc có gờ nổi hoặc khe cửa sổ

 Cát thô cỡ hạt 1 – 2mm chiếm trên 50% khối lượng dùng 1 trong các loại ống lọc sau:

 Ống khoan lỗ hoặc khe dọc quấn dây bọc lưới, mắt lưới 1* 1 – 2* 2

 Ống khung xương cuốn dây, khoảng cách giữa các vòng dây từ 1 – 1.5mm

 Cát trung với độ lớn 0.25 – 0.5mm chiếm trên 50% khối lượng: dùng ống lọc bọc vài lớpsỏi

 Cát mịn có cỡ hạt từ 0.1 – 0.25mm chiếm trên 50% khối lượng: dùng ống lọc bọc 2 lớp sỏi