Крученюк В.Д. Інтенсифікація роботи дренажних свердловин з ерліфтною системою водовідбору для захисту населених пунктів від підтоплення (на прикладі Кам\'янка-Дніпровської протифільтраційної завіси)

Краткое содержание

У вступі розкрито суть наукової проблеми, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання досліджень, показано зв’язок роботи з науковими програмами і темами, зазначено новизну одержаних результатів, їхнє практичне значення.

У першому розділі вивчено стан проблеми підтоплення інфільтраційними водами із штучних водосховищ прилеглих до них територій, здійснено аналіз доцільності і умов застосування існуючих способів їх захисту.

Значний внесок у розробку теорії й практики вивчення проблем захисту від підтоплення територій для різних кліматичних умов, методів обґрунтування

застосування дренажу, гідравлічного розрахунку дренажних систем, матеріалів і технологій будівництва внесли В.П. Насіковський,  О.Я. Олійник, С.К. Абрамов, В.С. Алексєєв, Ф.М. Бочевер, Н.Н. Веригин, В.М. Гаврилко, М.Г. Пивовар,               М.Г. Бугай, В.Л. Фридрихсон, А.І. Кривоног, Л.Ф. Кожушко, В.С. Кремез,              Д.П. Савчук, В.Л. Поляков, А.М. Рокочинський, І.А. Скабаланович,                           О.Я. Нищименко, В.П.Ткаченко, А.М. Тугай, М.М. Хлапук, А.Ф. Дмитрієв,              П.Д. Хоружий, В.М. Шестаков, А.В. Яцик та інші.

Встановлено, що для забезпечення проектування будівництва та експлуатації захисного дренажу в Україні створена відповідна нормативно-методична база (понад 20 документів). Вона має  фундаментальну наукову основу, значну глибину опрацювання проблеми та широку апробацію на практиці. Водночас, на основі проведеного аналізу існуючого стану досліджень з проблем захисту від підтоплення, а також накопиченого багаторічного досвіду експлуатації дренажних свердловин виявлено низку питань і положень, які потребують перегляду та подальшого розвитку.

На прикладі роботи протифільтраційної завіси, побудованої у 1956 році для захисту 2035 га міста Кам’янка-Дніпровська у вигляді лінійного ряду                  193 дренажних свердловин з ерліфтною системою відбору, досліджено причини, що впливають на ефективність захисту територій від підтоплення. Доведено, що в існуючих гідрогеолого-меліоративних умовах середній водовідбір із дренажної свердловини повинен становити 7 л/с, а їхній сумарний дебіт – 1350 л/с, і лише за цих умов забезпечується захист території міста. Також встановлено, що середній термін експлуатації дренажних свердловин становить 8 – 10 років. За цей період питомий дебіт зменшується у 2 рази і експлуатація  їх стає економічно нерентабельною. Підтримання загального дебіту протифільтраційної завіси у минулі роки здійснювалося постійною ліквідацією малодебітних свердловин і бурінням та уведенням в експлуатацію нових. Для цього необхідно щорічно бурити наново 18…20 свердловин, що потребує значних капітальних витрат. Фактично за останні 10 років перебурено лише 28 свердловин. Зараз технічний стан такий, що 60 % свердловин Кам’янка-Дніпровської ПФЗ потребують переборювання, оскільки вони не забезпечують екологічну надійність захисту території міста, що знаходиться у зоні негативного впливу Каховського водосховища.

Для наукового обґрунтування інтенсифікації та забезпечення ефективної роботи Кам’янка-Дніпровської ПФЗ з мінімальними капітальними і експлуатаційними витратами проведено комплекс наукових досліджень складових  її елементів і умов роботи: гідрогеологічну характеристику регіону та гранулометричний склад водоносного пласта, гідрохімічний аналіз ґрунтових вод, схеми притоку води до дренажних свердловин,  роботу ерліфтних водопідйомних установок,  конструкції свердловин і фільтрів.

У другому розділі викладено методику, задачу і зміст досліджень існуючих дренажних свердловин з ерліфтним водозабором на Кам’янка-Дніпровській ПФЗ. Головний метод полягає у системному дослідженні конструкції завіси як дренажних свердловин, так і її елементів, на основі аналітичних, польових та дослідно-виробничих випробувань.

Аналітичні дослідження здійснювали шляхом обробки і узагальнення наявних даних, отриманих у процесі багаторічної експлуатації дренажних свердловин, та матеріалів попередніх наукових досліджень.

Польові дослідження виконувалися упродовж 2003 – 2006 років методом обстеження роботи протифільтраційної завіси і оцінки її технічного стану, дослідження факторів впливу на дебіт дренажних свердловин шляхом вивчення гранулометричного складу водоносних горизонтів, хімічного складу дренажних вод і осадів, характеру й інтенсивності кольматації фільтрів та прифільтраційних зон.

Дослідно-виробничі випробування проводили на існуючих та двох побудованих експериментальних дренажних свердловинах з двошаровими гравійно-кожуховими фільтрами Кам’янка-Дніпровської ПФЗ шляхом проведення замірів і аналізу змін якісних та кількісних показників, що характеризують їхню роботу.

Встановлено, що головними факторами, від яких залежать рівні ґрунтових вод (Г.В.) на  території, що захищається, є відмітки горизонтів у Каховському водосховищі, гідрогеолого-меліоративні умови, атмосферні опади, господарська діяльність, а також ефективність роботи протифільтраційної завіси. Водночас визначено, що починаючи з 1990 року сумарні витрати води із свердловин постійно зменшуються  (з 1075 л/с у 1990 р. до  928,6 л/с у 2003 р.), і відповідно зростають площі території міста, на яких динамічні рівні (Г.В.) менші за критичну глибину (для міста Кам’янка-Дніпровської Нкр = 2,5 м).

Проведені гідрохімічні дослідження показали підвищений вміст закисного заліза Fе²⁺ у Г.В., які відбиралися із дренажних свердловин по трасі ПФЗ. Про це свідчать  і дані хімічного аналізу кольматуючих осадів на фільтрах дренажних свердловин (табл. 1), які складаються переважно з гідроксиду заліза.