Odraeđivanje Izdašnosti Bunara Velikih Drenaža

Dragan Radivojevi, Dragan Milievi, Borislava Blagojevi

105

UDK: 628.112+556.33(045)

ODREIVANJE MAKSIMALNE IZDANOSTI BUNARA VELIKOG PRENIKA U USLOVIMA

REDOVNE EKSPLOATACIJE

Dragan Radivojevi1 Dragan Milievi2

Borislava Blagojevi3 Rezime

Podzemne vode imaju poseban znaaj u organizovanom vodosnabdevanju naselja i industrije vodom. Najei objekti koji se koriste za zahvatanje podzemnih voda su bunari, koji mogu biti razliitih konstrukcija i dubina, sa strujanjem sa slobodnom povrinom ili pod pritiskom. Da bi se bunar racionalno eksploatisao, potrebno je izvriti njegovo testiranje i utvrditi njegovu izdanost, kao i parametre porozne sredine i na osnovu rezultata izabrati odgovarajue crpne agregate i propisati nain eksploatacije. U zavisnosti od tipa bunara i karakteristika strujanja bira se i nain testiranja, kako bi se tumaenjem osmotrenih podataka dobila to vernija slika o njegovom kapacitetu. esto je veoma korisno proveriti reim rada i izdanost bunara nakon dueg perioda njegove eksploatacije. U radu je nakon objanjenja teorijske osnove opita probnog crpljenja dat praktian prikaz odreivanja maksimalne izdanosti jednog od bunara koji se koristi za snabdevanje pogona industrije aluminijuma Nissal u Niu tehnikom vodom, uzimajui u obzir sve praktine probleme i manjkavosti instalirane opreme na bunaru.

Kljune rei: Izdanost bunara, redovna eksploatacija, opit probnog

crpljenja

1 Mr, asistent, dipl.in.gra., Graevinsko-arhitektonski fakultet u Niu 2 Mr, asistent, dipl.in.gra., Graevinsko-arhitektonski fakultet u Niu 3 Mr, asistent, dipl.in.gra., Graevinsko-arhitektonski fakultet u Niu

ZBORNIK RADOVA GRAEVINSKO-ARHITEKTONSKOG FAKULTETA No.22

106

1. UVOD

Uee podzemnih voda u organizovanom vodosnabdevanju stanovnitva i industrije vodom u Srbiji iznosi preko 75%. U situaciji ogranienih resursa, kada tempo civilizacijskog razvoja namee sve vee potrebe za vodom posebnu panju treba posvetiti racionalnom korienju i mogunostima proirenja postojeih izvorita. esto je veoma korisno i nakon dueg eksploatacionog perioda izvriti proveru izdanosti zahvatnih objekata, kao i instalirane opreme na njima i na taj nain izvriti proveru postojanosti kvaliteta objekata, mogunosti dodatne eksploatacije ili pak utvrditi starenje objekata i instalacije i ustanoviti potrebne intervencije za ouvanje ili poboljanje kvaliteta objekata i instalirane opreme.

2. UTVRIVANJE IZDANOSTI I PARAMETARA IZDANI

Osnovni preduslov za definisanje tehniki ispravnih i ekonomski opravdanih reenja zahvatanja vode kod otvaranja novih i proirivanja postojeih izvorita jeste poznavanje postojeeg prirodnog reima, tj. reima koji se uspostavlja u toku eksploatacije, kao i parametara izdani. U tom smislu moraju se sprovesti adekvatni istrani radovi, kao i planirati viegodinja sistematska osmatranja pijezometarskih nivoa i proticaja. Jedan od popularnih naina odreivanja izdanosti i parametara izdani (akvifera) jeste opit probnog crpljenja. 2.1. Opit probnog crpljenja

Opit probnog crpljenja je kontrolisani terenski eksperiment pri kome se mere vrednosti depresije u bunaru i prateim pijezometrima i koriste se za odreivanje transmisivnosti i efektivne poroznosti. Eksperiment se najee izvodi crpljenjem konstantne koliine vode i praenjem poveanja depresije, a zatim povratka nivoa nakon prekida crpljenja, kako u samom bunaru tako i u prateim pijezometrima. Postoje i drugi naini izvoenja, napr. takozvana "step-down metoda", kada se crpljenje vri do ustaljenja nivoa nakon ega se vri poveanje intenziteta crpljenja do ponovnog ustaljenja, ukoliko to dozvoljavaju uslovi na terenu. Nakon tri do etiri poveanja intenziteta i ustaljenja nivoa crpljenje se prekida i prati povratak nivoa. Opit probnog crpljenja ne daje uvek zadovoljavajue rezultate. Rezultati merenja su bolji ako postoje pratei pijezometri. Korienje depresija merenih u bunaru je relativno nepouzdano zbog energetskih gubitaka, efekta crpljenja bunarskih rezervi i tridimenzionalnog toka u blizini bunara koji se ne


107

uzimaju u obzir prilikom izvoenja teorijskog tumaenja eksperimentalnih podataka. Kod bunara sa manjim prenikom ovi efekti su manji. Merenje depresija u bunaru moe se vriti razliitim ureajima, poev od automatskog meraa nivoa pa do konopca sa tegom na donjem kraju. Najee se koristi ureaj koji ima teg prikaen na jedan kraj kalibrisanog antenskog kabla. Drugi kraj kabla je povezan na malu bateriju i galvanometar ili lampicu. Kada teg dodirne vodenu povrinu uspostavi se strujno kolo to se moe registrovati na galvanometru, ili paljenjem lampice.

Za matematiko opisivanje strujanja u okolini bunara prilikom crpljenja, tj. izvoenja opita probnog crpljenja, koriste se jednaine neustaljenog strujanja sa osovinskom simetrijom. Reavanjem jednaina moe se teorijski odrediti transmisivnost u okolini bunara, ali ovaj postupak u praksi esto odstupa od teorijskog reenja, tako da on u osnovi predstavlja idealan sluaj. Ipak, pravilnom interpretacijom rezultata opita probnog crpljenja moe se doi do veoma korisnih informacija o veliinama parametara porozne sredine.

2.1.1. Neustaljeno strujanje sa osovinskom simetrijom

Za sluaj neustaljenog strujanja sa osovinskom simetrijom koristi se osrednjavanje strujanja po vertikali, a osnovne diferencijalne jednaine piu se u polarnim koordinatama sledei istu logiku koja se koristi u ortogonalnom sistemu.

Kod praktinih reavanja problema bunara uvek se posmatra promena nivoa u odnosu na poetno stacionarno stanje pa se pie

S= 0 , gde je pijezometarski nivo u bilo kojoj taki izdani, 0 poetno pijezometarsko stanje a S veliina depresije nastale usled iscrpljivanja rezervi podzemne vode. Jednaina strujanja koja se moe primeniti na strujanje pod pritiskom, ali i na strujanje sa slobodnom povrinom (pod uslovom da se ne vri intenzivno iscrpljivanje koje bi smanjilo dubinu vode u bunaru za vie od 25%), moe se koristiti jednaina depresije u bunaru

2

21 1S

R RSR T

St a

St

+ = = (1)

gde je S ostvarena depresija, R odstojanje od osovine bunara, efektivna poroznost, T vrednost transmisivnosti (u sluaju strujanja sa slobodnom povrinom koristi se proizvod koeficijenta filtracije i visine vodenog stuba kH).


108

2.1.1.1. Tajsovo (Theis) reenje

Tajsovo reenje vai za uslove neogranienog akvifera i bunar malog prenika Rb 0 . Za takav bunar ulazne koliine u sam bunar ravne su u svakom trenutku koliinama koje se iz bunara crpu, tj. smatra se da nema iscrpljivanja statikih rezervi vode iz zapremine prostora bunara. Tajsovi uslovi pretpostavljaju najjednostavniji granini uslov koji se moe primeniti, jer se pri tome ne mora voditi rauna o veliini prenika bunara.

Slika 1. Promena depresionog levka tokom vremena

Poto se crpi sa konstantnim intenzitetom, Q=const., u blizini

bunara se uspostavlja neko kvazi ustaljeno stanje, pri emu je oblik pijezometarske povrine identian (slika 1), ali se depresioni levak neprekidno poveava u toku vremena, jer se proticaj u bunaru stvara crpljenjem statikih rezervi akvifera.

Q R Mu RKM SR

TR SR

= = = 2 2 2 (2)

Reenje jednaine (2) se moe prikazati u obliku

( )t

RuuwT

QuET

QS i

4 );(

4)(

4

2

=== (3)

gde izraz w(u) predstavlja tzv. bunarsku funkciju i moe se izraziti: a) Za male vrednosti u (u < 3)

w u u uk k

k

k

k k

( ) , ln ( )!

= + +=

0 5772 1 11

(4)

b) Za u > 3

w u eu

u

( ) =

(5)


109

2.1.1.2. Odreivanje transmisivnosti i efektivne poroznosti na osnovu crpljenja sa konstantnim proticajem Q= const.

Crpljenje u neustaljenim uslovima sa Q=const. jedno je od kljunih (pre svega lokalnih istranih radova u cilju odreivanja osnovnih parametara sredine T i . Pri tome, bar u principu, dovoljni su podaci o promeni depresije u toku vremena S(t) sa samog bunara, bez prateih pijezometara. Dakle, moe se izbei buenje pijezometara to se ne bi smelo rei za sluaj crpljenja u ustaljenim uslovima. Ovo je naroito vano kada su u pitanju veoma vodonosni slojevi, gde se veoma teko moe ekonomski opravdati buenje posebnih pijezometara.

Za Tajsove uslove veliina karakteristinog parametra za sam bunar R=Rb, vrlo brzo pada ispod vrednosti u=0.05 pa se sa praktinog aspekta bunarska funkcija W(u) moe napisati u obliku:

W u u TtR

TR

t TR

t( ) . ln ln.

ln.

ln ln . ln= = = + = +0 5772 41 781

41 781

2 252 2 2

(6)

Slika 2. Promena depresionog levka tokom vremena

Kako je S QT

W u=4

( ) to jednaina (6) pokazuje da je

depresija S proporcionalna sa ln t (odnosno log lnt t= .2 3 ). Dobijene rezultate treba eksploatisati pre svega na grafikonu na polulogaritamskoj podeli (S, log t). Nagib prave S-logt predstavlja

tg QT

QT

= =

2 34

0 183, , iz ega se neposredno moe nai

T Q= 4 2 3 , . Na alost, u veoma velikom broju sluajeva ekperimentalne take odstupaju od pravolinijske aproksimacije koje odgovaraju Tajsovim uslovima zbog mnogih razloga, pa se veoma esto mora krenuti na sloenije interpretacije.


110

2.2. Crpljenje na bunaru velikog prenika

U sluaju opita probnog crpljenja na bunaru velikog prenika, primenljivost Tajsove hipoteze nije sigurna, jer trenutni intenzitet crpljenja iz bunara nije jednak trenutnom doticaju iz akvifera (vodonosne sredine), ve se do ustaljenja nivoa u bunaru crpljenje vri i na raun statikih rezervi vode iz samog bunara.

)()()( 2 SQtSrSQSQQ akvakvbuncrp +

=+= (7)

U poetnom trenutku intenzitet crpljenja se ostvaruje iskljuivo

na raun iscrpljivanja statikih rezervi iz bunara, da bi se doticaj iz akvifera vremenom poveavao usled obaranja nivoa u bunaru poveanja gradijenta pijezometarske linije. Kada zbog iscrpljivanja statikih rezervi vode iz bunara doe do obaranja nivoa u bunarau u toj meri da se intenzitet doticaja iz akvifera u bunar izjednai sa intenzitetom crpljenja, dolazi do ustaljenja nivoa i dalje iscrpljivanje se ostvaruje iskljuivo na raun rezervi vode iz akvifera. U sluaju da je intenzitet crpljenja vei od realne izdanosti akvifera, doi e do iscrpljivanja vode iz bunara, tj. nee biti mogue zaustaviti opadanje nivoa vode u bunaru i uspostaviti ustaljeno strujanje.

Izdanost akvifera se moe proceniti praenjem promene nivoa u jedinici vremena prilikom iscrpljivanja rezervi vode iz bunara i obaranja nivoa, kada je crpljenje jednako zbiru iscrpljenih statikih rezervi i intenzitetu doticaja u bunar, ali se dragoceni podaci dobijaju nakon isljuenja crpke i praenja povratka nivoa vode u bunaru koji se deava iskljuivo usled doticaja u bunar

)(12 SQrtS

akv=

, tj. tSrSQakv

= 2)( (8)

3. TEST PROBNOG CRPLJENJA NA BUNARU B1 ZA SNABDEVANJE INDUSTRIJE NISSAL NI TEHNIKOM VODOM

3.1 Opis bunarske konstrukcije

Bunar B1 koji se koristi za snabdevanje industrije Nissal tehnikom vodom je bunar kopanog tipa, dubine 10 m od kote terena, tj. 7 m od kote gornje ploe. Formiran je od betonskih prstenova


111

prenika 1,200 mm. Nalazi se u polju pored straarske kuice, na odstojanju oko 200 m od Kutinske reke. Voda u bunar dotie iz akvifera pod pritiskom. Na bunaru je postavljena bunarska pumpa tipa Jastrebac BP 100-2, sa motorom snage 3 kW. Bunar i pumpa su postavljeni u armirano betonskom ahtu, dok je na vrhu kuica zidana od opeke. Potisni vod je usmeren ka rezervoaru za snabdevanje topionice. Na potisnom vodu izraenom od elinih cevi odmah iza pumpe postavljeni su ventil pljosnati zasun i nepovratni ventil klapna.

7.00

m

BP 100-2 3 KW 2900 o/min

Betonski prsten 1200

BUNAR B1

3.50

m

3.00

m

4.50

m

Slika 3. Izgled bunarskog ahta i ematski prikaz konstrukcije bunara

B1 i poloaja sondi za regulaciju rada pumpe Na bunaru su postavljene sonde za ukljuivanje (6.5 m od kote

terena) i iskljuivanje pumpe (7.5 m od kote terena), dok komandna veza sa rezervoarom ne postoji.

U bunarskom ahtu se nalazi i hidrofor kojim se snabdeva pogon za pranje stakla. U toku eksperimenta na bunaru hidrofor nije bio u funkciji. Opte stanje bunarske pumpe i vodovodnih instalacija nije dobro. Na pumpi ima primetnog curenja. Ogoljene su elektrine instalacije, to predstavlja svojevrsnu opasnost po ivot. Nepovratni ventil klapna ne funkcionie kako treba i omoguava da se voda iz potisnog cevovoda prazni povratnim tokom u bunar.


112

3.2 Tok eksperimenta na bunaru B1

Bunar B1 se tokom redovne eksploatacije, kao i tokom eksperimenta stalno nalazio u stanju neustaljenog strujanja. Rad bunara kontroliu bunarske sonde, koje reguliu rad pumpe. Nakon ukljuenja pumpe vri se crpljenje sve do pada nivoa na kotu donje sonde, kada ona prekida rad pumpe, a zatim se rezervoarski prostor bunara popunjava iz rezervi akvifera, da bi se pumpa ponovo ukljuila nakon potpunog povratka nivoa i potapanja gornje sonde. Rad se stalno odvija u periodinim intervalima kao na slici 4, bez uspostavljanja ustaljenog reima crpljenja.

Promene nivoa vode u bunaru su tokom eksperimenta merene sondom Keller 928 i pri tom registrovane na pokretnom raunaru. Rad sonde je na poetku, kraju i tokom eksperimenta kontrolisan mernom pantljikom.

U tabeli 1. su prikazane promene vrednosti nivoa u bunaru i procenjeni doticaj iz podzemlja nakon iskljuenja pumpe. Odmah nakon iskljuenja pumpe, zbog nesigurnosti rada povratnog ventila klapne zatvaran je tablasti ventil iza pumpe kako bi se spreio povratni tok.

Na slici 5 u funkciji depresije, tj. odstojanja od kote terena su prikazane krive koje predstavljaju: vrednosti iscrpljivanja bunarskih rezervi nakon ukljuenja pumpe, vrednosti doticaja vode iz akvifera u bunar sa korekcijom zbog povratnog teenja iz potisnog cevovoda, kao i intenzitet crpljenja tokom eksperimenta.

Dra

gan

Rad

ivoj

evi

, Dra

gan

Mili

evi

, Bor

isla

va B

lago

jevi

113

vrem

e (t)

t

odst

ojan

je o

d ko

te

tere

na (m

) h

(m

) Is

crpl

jivan

je re

zerv

i iz

buna

ra (l

/s)

vr

eme

(t)

t

odst

ojan

je o

d ko

te

tere

na (m

) h

(m

) D

otic

aj u

bu

nar (

l/s)

16:5

6:56

0:

00

6.50

0.

00

0.00

17:0

8:26

0:

00:0

0 7.

61

0.00

6.

49

16:5

6:57

0:

01

6.51

-0

.01

6.78

17:0

8:28

0:

00:0

2 7.

57

0.04

6.

49

16:5

6:59

0:

02

6.52

-0

.01

6.22

17:0

8:31

0:

00:0

3 7.

48

0.08

6.

37

16:5

7:01

0:

02

6.53

-0

.01

5.92

17:0

8:36

0:

00:0

5 7.

38

0.11

6.

18

16:5

7:08

0:

07

6.56

-0

.03

5.16

17:0

8:43

0:

00:0

7 7.

28

0.10

5.

94

16:5

7:16

0:

08

6.61

-0

.05

4.48

17:0

8:52

0:

00:0

9 7.

22

0.07

5.

72

16:5

7:28

0:

12

6.64

-0

.03

4.08

17:0

9:02

0:

00:1

0 7.

16

0.05

5.

52

16:5

7:45

0:

17

6.68

-0

.04

3.76

17:0

9:15

0:

00:1

3 7.

11

0.05

5.

33

16:5

8:10

0:

25

6.78

-0

.10

3.16

17:0

9:32

0:

00:1

7 7.

06

0.06

5.

00

16:5

8:40

0:

30

6.87

-0

.10

2.71

17:0

9:53

0:

00:2

1 7.

01

0.05

4.

73

16:5

9:10

0:

30

6.95

-0

.08

2.39

17:1

0:20

0:

00:2

7 6.

90

0.11

4.

35

16:5

9:50

0:

40

7.03

-0

.08

2.18

17:1

0:50

0:

00:3

0 6.

85

0.06

4.

04

17:0

0:35

0:

45

7.10

-0

.07

1.93

17:1

1:30

0:

00:4

0 6.

77

0.07

3.

62

17:0

1:20

0:

45

7.18

-0

.09

1.70

17:1

2:10

0:

00:4

0 6.

63

0.14

2.

60

17:0

2:10

0:

50

7.23

-0

.04

1.58

17:1

2:50

0:

00:4

0 6.

57

0.06

1.

96

17:0

3:00

0:

50

7.30

-0

.07

1.39

17:1

3:31

0:

00:4

1 6.

55

0.02

1.

65

17:0

4:00

1:

00

7.35

-0

.06

1.26

17:1

4:20

0:

00:4

9 6.

52

0.03

1.

15

17:0

5:00

1:

00

7.45

-0

.09

1.01

17:1

4:31

0:

01:0

0 6.

50

0.02

0.

00

17:0

6:00

1:

00

7.51

-0

.06

0.88

17

:07:

00

1:00

7.

57

-0.0

6 0.

77

17:0

8:00

1:

00

7.61

-0

.04

0.75

Tabe

la 1

. Vre

dnos

ti pr

omen

e ni

voa

vode

u b

unar

u to

kom

eks

perim

enta

i sr

aun

ato

iscr

pljiv

anje

reze

rvi v

ode

iz b

unar

a,

tj. v

elii

ne d

otic

aja

u bu

nar n

akon

iskl

jue

nja

crpk


114

Crpljenje vode iz bunara zapoinje intenzitetom od oko 7 l/s. Procenjena maksimalna vrednost doticaja do iskljuenja pumpe je manja i iznosi oko 6,5 l/s, to uslovljava da se ne uspostavlja ustaljen reim strujanja. Na dijagramu su izvrene korekcije doticaja u bunar nakon iskljuenja crpke, zbog postojanja povratnog toka iz potisnog cevovoda, jer oigledno klapna ne vri svoju funkciju kako treba, pa su sve do zatvaranja ventila iza pumpe promene nivoa pod uticajem povratnog toka i doticaja iz akvifera.

Zakrivljenje na krivoj koja prikazuje doticaj u bunar za proticaje vee od 6 l/s, tj. za nivoe vode u bunaru nie od kote terena za vie od 7.20 m ukazuje da daljim obaranjem nivoa ne bi moglo doi do poveanja doticaja u bunar, ve da bi se depresija poveavala do potpunog pranjenja bunara. Pod datim okolnostima, sa dijagrama doticaja u bunar se moe zakljuiti da maksimalna izdanost bunara iznosi 6.5 l/s.

Periodine promene nivoa vode u bunaru B1 nakon iskljuenja i ponovnog ukljuenja pumpe6,00

6,20

6,40

6,60

6,80

7,00

7,20

7,40

7,60

7,80

8,0016:45 16:50 16:55 17:00 17:05 17:10 17:15 17:20 17:25 17:30 17:35 17:40 17:45 17:50

Vreme merenja 19. Novembar 2004

odst

ojan

je o

d ko

te te

rena

(m)

Slika 4 Promene nivoa vode u bunaru B1 tokom vremena


115

Crpljenje iz bunara B1, doticaj vode u bunar nakon iskljuenja pumpe (l/s) i iscrpljivanje rezervi iz bunara nakon ukljuenja pumpe

6,40

6,60

6,80

7,00

7,20

7,40

7,60

7,800,001,002,003,004,005,006,007,008,009,00

Doticaj (l/s)

Ods

toja

nje

od k

ote

tere

na (m

)

Doticaj nakon iskljucenja pumpe

Korigovan doticaj - neispravna klapna

Iscrpljivanje rezervi nakon ukljucenja pumpe

Crpljenje iz bunara

Crpljenje iz bunara - korekcija

Slika 5 Dijagrami iscrpljivanja rezervi vode iz bunara i doticaja u bunar u funkciji nivoa vode u bunaru

4. ZAKLJUAK

Na bunaru B1 koji se koristi za snabdevanje industrije aluminijuma Nissal Ni tehnikom vodom izvren je opit probnog crpljenja. Obzirom da se radi o bunaru velikog prenika, znaajnog rezervoarskog prostora, primenjen je princip praenja promene zapremine tokom snienja nivoa i iscrpljivanja bunarskih rezervi tokom crpljenja, tako i u uslovima prekida crpljenja i praenja povratka nivoa, tj. popunjavanja bunarskih rezervi na raun doticaja iz akvifera. Nakon odbacivanja dela snimljenih podataka koji su optereeni grekama usled neispravnosti povratnog ventila i uvedenih korekcija osmotrenih podataka, prikazan je metod kako se u uslovima neustaljenog strujanja moe doi do pouzdane procene o maksimalnoj izdanosti bunara velikog prenika.


116

7. LITERATURA [1] Boreli M., Kapacitet izvorita podzemne vode, Seminar Bilans

podzemnih voda, Jugoslovenski komitet za meunarodnu hidroloku deceniju, str. 77-86, Beograd, 1967-68

[2] Boreli M., Odreivanje karakteristika vodonosnih slojeva probnim crpenjem u nestacionarnom reimu, Seminar Bilans podzemnih voda, Jugoslovenski komitet za meunarodnu hidroloku deceniju, str. 119-131, Beograd, 1967-68

[3] Certes C., de Marsily G., Application of the Pilot Point Method to the Identification of Aquifer Transmissivities, Advances in Water Resources, Volume 14, No 5., str. 273-284, October 1991.

[4] Hoffman K.-H., Knabner P., Seifert, Adaptive Methods for Parameter Identification in Ground Water Hydrology, Advances in Water Resources, Volume 14, No 5., str. 220-240, October 1991

[5] Hudspeth R.T., Guenter R.B., Roley K.L., McDougal W.G., Parameter Identification in Radial Flow, Advances in Water Resources, Volume 14, No 5., str. 240-251, October 1991.

[6] Radivojevi D., Utvrivanje stepena neizvesnosti parametara izvorita Mediana na osnovu terenskih istraivanja i nuerikih simulacija, Magistarski rad, Graevinski fakultet Beograd, 1995, str 112

[7] Vukovi M., Soro A., Dinamika podzemnih voda kroz reene probleme, Institut za vodoprivredu "Jaroslav erni", Beograd, 1984

Documents

Odraeđivanje Izdašnosti Bunara Velikih Drenaža