vodonosnih završni rad.pdf
Transcript of vodonosnih završni rad.pdf
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
GEOTEHNIČKI FAKULTET
VALENTINA ŠTEFANEK
PROBNO CRPLJENJE ZDENCA ZA POTREBE ODREĐIVANJA PARAMETRA
VODONOSNIKA U MALOJ SUBOTICI
ZAVRŠNI RAD
VARAŽDIN, 2011.
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
GEOTEHNIČKI FAKULTET
ZAVRŠNI RAD
PROBNO CRPLJENJE ZDENCA ZA POTREBE ODREĐIVANJA PARAMETRA
VODONOSNIKA U MALOJ SUBOTICI
KANDIDAT: MENTOR:
VALENTINA ŠTEFANEK Doc. dr. sc. STJEPAN STRELEC, dipl.ing.
VARAŽDIN, 2011.
Završni rad Valentina Štefanek
SADRŽAJ 1. UVOD ........................................................................................................................................ 1
2. HIDROLOŠKI CIKLUS .................................................................................................................. 2
3. TIPOVI VODONOSNIKA ............................................................................................................. 3
3.1. Otvoreni vodonosnik ......................................................................................................... 4
3.2. Zatvoreni vodonosnik ........................................................................................................ 4
3.3. Poluotvoreni vodonosnik .................................................................................................. 5
3.4. Poluzatvoreni vodonosnik ................................................................................................. 5
4. HIDRAULIČKA SVOJSTVA VODONOSNIKA ................................................................................ 6
4.1. Hidraulička provodljivost................................................................................................... 6
4.2. Poroznost .......................................................................................................................... 8
4.3. Koeficijent transmisivnosti .............................................................................................. 11
4.4. Koeficijent uskladištenja ................................................................................................. 12
5. PROBNO CRPLJENJE ................................................................................................................ 13
5.1. Izdašnost zdenca ............................................................................................................. 13
5.2. Princip ispitivanja ............................................................................................................ 14
5.3. Mjerenja za vrijeme crpljenja .......................................................................................... 17
5.4. Trajanje probnog crpljenja .............................................................................................. 17
5.5. Gubici pri crpljenju .......................................................................................................... 18
5.6. Osnovne pretpostavke kod probnog crpljenja ................................................................ 19
6. JEDNADŽBE CRPLJENJA .......................................................................................................... 21
6.1. Thiem-ova jednadžba ...................................................................................................... 21
6.2. Thiem-ova jednadžba za dva kontrolna zdenca .............................................................. 22
6.3. Theis-ova jednadžba ........................................................................................................ 22
6.4. Jacob-ova jednadžba ....................................................................................................... 23
6.4.1. Jacob-ova metoda .................................................................................................... 23
6.5. Walton-ova metoda ........................................................................................................ 26
7. PROBNO CRPLJENJE U MALOJ SUBOTICI ................................................................................ 28
7.1. Geološke značajke šire lokacije ....................................................................................... 28
7.2. Litološki sastav lokacije ................................................................................................... 29
7.3. Probno crpljenje .............................................................................................................. 29
7.5. Određivanje hidrogeoloških pokazatelja vodonosnika ................................................... 32
Završni rad Valentina Štefanek
7.6. Određivanje radijusa utjecaja zdenaca ........................................................................... 33
8. ZAKLJUČAK ............................................................................................................................. 36
9. SAŽETAK ................................................................................................................................. 37
10. KLJUČNE RIJEČI ..................................................................................................................... 38
11. LITERATURA .......................................................................................................................... 39
Završni rad Valentina Štefanek
1
1. UVOD Kako u prošlosti, tako i danas, podzemna voda se koristi kao izvor pitke vode i za
navodnjavanje. To je jedan od važnijih prirodnih izvora jer podpovršinski položaj i
zaštitni sloj zemljišta iznad voda daje ovim vodama bolju i sigurniju kakvoću od
površinskih voda. Međutim, postoji i velika mogućnost zagađenja podzemnih voda.
Razvojem gradova i industrije dolazi do prekomjernog uzimanja vode iz vodonosnika.
Promjenama u načinu crpljenja dolazi do promjene u toku podzemne vode, a
povremeno i promjene pijezometarske linije. Promjenom vodnog lica može doći do
plavljenja temelja, odnosno statičke nestabilnosti, vlaženja i plavljenja podruma i
podzemnih konstrukcija.
Pomoću crpljenja vode iz zdenaca možemo saznati hidrauličke karakteristike
vodonosnika, dobiti podatke o izdašnosti zdenaca i o sniženjima u zdencu na temelju
kojih se određuje kapacitet zdenca. Najčečće se na taj način dobiju podaci o koeficijentu
hidrauličke provodljivosti, odnosno koeficijentu filtracije (k), koeficijentu
transmisivnosti (T) i koeficijentu uskladištenja-storage (S). Probe (testovi) za
određivanje karakteristika vodonosnika izvode se na terenu tako da se prate
pijezometarske razine koje nastaju zbog zbog dodavanja odnosno crpljenja vode iz
vodonosnog sloja. Voda u vodonosnom sloju na zadane promjene reagira promjenom
razine vodnog lica, a ta opažanja moguće je izvesti na samom probnom zdencu odnosno
na obližnjim pijezometrima.
Terenskim ispitivanjima se dobiju kvalitetni podaci o hidrauličkim
karakteristikama vodonosnog sloja, dok se labaratorijskim mjerenjima dobije tek raspon
očekivanih vrijednosti, koje se moraju potvrditi in-situ mjerenjima.
Završni rad Valentina Štefanek
2
2. HIDROLOŠKI CIKLUS Hidrološki ciklus ili kruženje vode u prirodi je zatvoreni krug u kojemu voda
kruži, obnavlja se i prividno gubi. Pri tome voda mjenja svoju kvalitetu, količinu i
pojavni oblik. Ovaj se ciklus sastoji od četiri stadija: tijek vode (odnosno njena pohrana)
na i pod zemljom, isparavanje, kondenzacija i ponovni povratak na zemlju (Slika 1.).
Voda se privremeno može zadržati (pohraniti) u tlu, u oceanima, morima, jezerima i
rijekama, te u ledenim kapama i ledenjacima. Djelovanjem sunčeve toplinske energije
voda isparava s površine oceana, mora i kopnenog tla i odlazi u atmosferu u obliku
vodene pare koja se kasnije kondenzira u oblacima te se ukapljena u obliku kiše,
snijega, leda opet vraća na zemlju. Gotovo sva voda na zemlji je nebrojeno puta prošla
kroz taj ciklus. [1]
Ogromna količina vode sudjeluje u tom ciklusu. Oko 1,4 milijarde km3 vode se
nalazi na zemlji. Nešto više od 97% ove količine je morska voda. Neslana voda,
potencijalno pogodna za piće, se nalazi u ledenjacima, jezerima i rijekama kao i u tlu te
nekim stijenama. Prema procjenama takve vode ima 36 milijuna km3. U atmosferi se u
svakome trenutku nalazi oko 13 000 km3 vode dok se u svjetskim rijekama i jezerima
nalazi oko 1 350 400 km3.
Slika 1. Hidrološki ciklus
Završni rad Valentina Štefanek
3
3. TIPOVI VODONOSNIKA Vodonosnik je podzemna geološka formacija koja sadrži vodu i kroz koju u
prirodnim uvjetima mogu protjecati znatne količine vode. Takove formacije mogu biti
od propusnih stijena ili nekonsolidiranog pjeska i šljunka koji se nalaze na nepropusnoj
podlozi. Mogu se prostirati na površini veličine od nekoliko pa do stotinu kilometara
kvadratnih. Dubina također varira od nekoliko do stotinu metara [2]. Razlikujemo četiri
osnovna tipa modela (Slika 2.) ovisno o hidrogeološkim značajkama krovine i podine i
odnosu krovinskih i podinskih naslaga i vodonosnog horizonta [3]:
• Otvoreni vodonosnik
• Zatvoreni vodonosnik
• Poluotvoreni vodonosnik
• Poluzatvoreni vodonosnik
Slika 2. Otvoreni i zatvoreni vodonosnik
Završni rad Valentina Štefanek
4
3.1. Otvoreni vodonosnik
Otvoreni vodonosnik je tip
vodonosnika u kojemu je nivo
podzemne vode ujedno i gornja
površina zone saturacije, ispod
koje su sve pore između zrna
pjeska i šljunka potpuno
ispunjene vodom. Naziva se još i
vodonosnikom sa slobodnom
površinom ili freatskim
vodonosnikom (Slika 3.). Takav
vodonosnik je djelomično
ispunjen podzemnom vodom čija
se gornja granica nalazi pod
atmosferskim tlakom, a leži na
nepropusnoj podlozi. Nivo
podzemne vode varira, što ovisi
o odnosu prihranjivanja i istijecanja. Prihranjivanje se odvija infiltracijom padalina,
potoka, rijeka i jezera cijelom njegovom površinom. Tijekom zime i proljeća nivo
podzemne vode će rasti zbog obilja vode na površini, dok će se ljeti i u jesen taj nivo
smanjiti. Na nivo podzemne vode utječe i crpljenje vode iz bunara. Otvoreni
vodonosnici imaju veliki koeficijent uskladištenja [4].
3.2. Zatvoreni vodonosnik
Zatvoreni vodonosnik je tip vodonosnika koji je potpuno ispunjen vodom koja je
pod tlakom većim od atmosferskog, a u krovini i podini se nalaze relativno nepropusne
naslage. Naziva se još i arteškim vodonosnikom ili vodonosnikom pod pritiskom (Slika
4.). Voda ulazi u zatvoreni vodonosnik na mjestu gdje nepropusni sloj dolazi do
površine. Kako je voda pod velikim tlakom, u slučaju bušenja bunara ta voda će se
podići iznad krovine sloja. Ako se pijezometarska razina nalazi u krovini vodonosnika,
onda se radi o subarteškom vodonosniku, a ako se pijezometarski nivo nalazi iznad kote
terena, onda se podzemna voda arteški može izlijevati na samu površinu terena.
Snižavanje pijezometarske razine predstavlja smanjenje tlaka u vodonosniku. Zatvoreni
Slika 3. Otvoreni vodonosnik
Završni rad Valentina Štefanek
5
vodonosnici imaju mali koeficijent uskladištenja. Takvi vodonosnici su u prirodi rijetki,
jer potpuno nepropusnih naslaga u prirodi praktički nema [3].
Slika 4. Zatvoreni vodonosnik
3.3. Poluotvoreni vodonosnik
U slučaju da je propustan sloj pokriven sitnozrnim djelomično saturiranim slojem,
a koji je relativno slabije propustan u odnosu na ispitivani vodonosnik, onda se takav
vodonosnik naziva poluotvorenim vodonosnikom. Vodonosnik ovoga tipa u podini
omeđen je nepropusnim naslagama, a u krovini se nalaze naslage manje propusnosti,
međutim, koeficijent hidrauličke provodljivosti krovinskog sloja ipak je toliki da se
horizontalna komponenta toka ne može zanemariti kao kod poluzatvorenog.
3.4. Poluzatvoreni vodonosnik
Vodonosnik ovog tipa potpuno je saturiran vodom koja je pod hidrostatskim i
geostatskim tlakom. U krovini i podini ili samo u krovini ili samo u podini nalazi
djelomično saturiran polupropusan sloj. To je sloj koji ima slabu, ali ipak mjerljivu
propusnost. Hidraulička vodljivost je veća od nule, ali puno manja od hidrauličke
vodljivosti vodonosnog sloja.
Završni rad Valentina Štefanek
6
4. HIDRAULIČKA SVOJSTVA VODONOSNIKA
4.1. Hidraulička provodljivost Propustljivost neke stijene definirana je njezinim koeficijentom propusnosti
odnosno hidrauličkom provodljivosti. Osim termina hidraulička provodljivost koriste se
i izrazi koeficijent propusnosti ili koeficijent filtracije, a znači protok podzemne vode u
m3/s kroz jedinični presjek (m2) vodonosnika. Označava se simbolom (k), a izražava se
brzinom (m/s) [3].
Henry Darcy je 1856. Godine eksperimentalno ustanovio zakonitost protjecanja
vode kroz pješčani filtar visine l i površine poprječnog presjeka F (Slika 5.). Količina
vode (Q) koja protječe kroz cijev ispunjenu pijeskom proporcionalna sa površinom
cijevi (F) i razlikom visine vode na ulazu i izlazu iz cijevi (H2-H1), te obrnuto
proporcionalna sa dužinom cijevi (l) [5].
𝑄 = 𝑘 ∙ 𝐹 𝐻1 − 𝐻2
𝑙 [ 𝑚3/𝑠 ]
Razlika visine vode na ulazu i izlazu iz cijevi predstavlja gubitak mehaničke
energije fluida i zove se hidraulički gradijent I.
𝐼 = 𝐻1 − 𝐻2
𝑙 [ / ]
Iz čega sljedi da je:
𝑄 = 𝑘 ∙ 𝐹 ∙ 𝐼 [ 𝑚3/𝑠 ]
Završni rad Valentina Štefanek
7
Brzina toka (v) linearno je proporcionalna hidrauličkom gradijentu (I) pa se zato
Darcy-ev zakon zove linearni zakon filtracije.
𝑣 = 𝑘 ∙ 𝐼 [ 𝑚/𝑠 ]
Koeficijent proporcionalnosti k opisuje filtracionu sposobnost stijene i zove se
koeficijent filtracije, odnosno hidraulička provodljivost. To je količina vode koja
protječe kroz poprečni presjek vodonosne stijene jedinične površine uz jedinični
hidraulički gradijent (Slika 6.). Dimenzija mu je jednaka dimenziji brzine, [ m/s, m/dan,
cm/s ].
Slika 6. Shematski prikaz profila sa slojevima različitog sastava
Slika 5. Darcy - ev zakon
Završni rad Valentina Štefanek
8
Koeficijent hidrauličke provodljivosti određuje se u laboratoriju i na terenu. U
laboratoriju se određuje na temelju granulometrijskog sadržaju uzorka, dok se najtočnija
terenska metoda temelji na interpretaciji podataka crpljenja bunara.
Tablica 1. Karakteristične veličine koeficijenta hidrauličke provodljivosti vode k za različite vrste tla (Domenico, P. A., Schwartz, F. W., 1998.)
4.2. Poroznost Svaka stijena u prirodi je porozna. Uz krute čestice postoji slobodan prostor kojeg
u određenim okolnostima može zauzeti tekućina. Poroznost je određena odnosom
volumena pora (𝑉𝑃) i šupljina u stijeni prema njezinom ukupnom volumenu (𝑉𝑠). Na
slici 7. prikazana je trodjelna struktura tla gdje se vidi udio pora i čvrstih čestica.
Slika 7. Trodjelna struktura tla
Tip tla k [ m/dan]
Šljunak 3 ∙ 10−4 − 3 ∙ 10−2
Krupnozrnati pjesak 9 ∙ 10−7 − 6 ∙ 10−3
Srednjezrnati pijesak 9 ∙ 10−7 − 5 ∙ 10−4
Sitnozrnati pijesak 2 ∙ 10−7 − 2 ∙ 10−4
Prah 1 ∙ 10−9 − 2 ∙ 10−5
Glina 1 ∙ 10−11 − 4.7 ∙ 10−9
Završni rad Valentina Štefanek
9
Razlikujemo primarnu i sekundarnu poroznost (Slika 8.). Primarna poroznost
(međuzrnaska ili intergranularna poroznost) nastaje u trenutku postanka stijene ili
naslaga, u isto vrijeme kad se stijena stvara, konsolidira ili preobražava procesom
metamorfoze. Ova vrsta poroznosti ovisi o sortiranosti zrna i načinu slaganja zrna.
Dobro sortirani materijal, kod kojeg su zrna približno iste veličine ima veću poroznost
od loše sortiranog materijala, kod kojeg sitnija zrna zauzimaju prostor između krupnijih
zrna. Primarni tip poroznosti imaju nekoherentna i koherentna tla te klastične
sedimentne stijene (nevezani sedimenti, šljunci, pijesci, prah, glina).
Slika 8. Tipovi poroznosti
Sekundarna poroznost (pukotinska ili kavernozno-pukotinska poroznost) nastaje
kao posljedica mehaničkog naprezanja uslijed djelovanja tektonskih sila na stijenu koja
je već formirana, to jest nastaje razlamanjem, pucanjem, trošenjem i otapanjem stijena.
Tako nastaje pukotinska poroznost karakteristična za sve guste i čvrste stijene koje su
praktički netopljive u vodi. Sekundarni tip poroznosti imaju eruptivne i metamorfne
stijene kao i većina kemijskih i organogenih sedimentih stijena.
Ukupna poroznost stijena je omjer volumena pora i ukupnog volumena stijene
izražena u postocima.
𝑛 =𝑉𝑝𝑉𝑠∙ 100 %
𝑉𝑝 = 𝑉𝑠 − 𝑉𝑘 [𝑚3]
Završni rad Valentina Štefanek
10
gdje su:
n – poroznost [ % ]
𝑉𝑠 – volumen stijene [ m3 ]
𝑉𝑝 – volumen pora [ m3 ]
𝑉𝑘– volumen krutih čestica u stijeni [ m3 ]
Koeficijent poroznosti (e) je odnos volumena pora prema volumenu krutih
čestica.
𝑒 =𝑉𝑝𝑉𝑘∙ 100 %
Efektivna poroznost (𝑛𝑒) određuje odnos između volumena slobodne vode u
stijeni i volumena stijene. Određuje količinu vode koja će se gravitacijski ocijediti iz
uzorka stijene. Za ocijeđivanje vode iz stijene potrebno je određeno vrijeme, što znači
da efektivna poroznost nije stalna veličina.
Tablica 2. Karakteristične vrijednosti poroznosti za različite vrste tla
Mogućnost materijala da daje vodu od veće je važnosti nego njegova mogućnost
da vodu drži, barem što se tiče vodoopskrbe. U slučaju da je tlo ili vodonosnik potpuno
Tip tla Poroznost [ % ]
Glina 45-55
Prah 40-50
Jednolični pjesak 30-40
Šljunak 30-40
Pješčenjak 10-20
Vapnenac 1-10
Završni rad Valentina Štefanek
11
saturiran, samo dio vode će se moći izvući dreniranjem uslijed gravitacije ili crpljenjem.
Ostatak će biti zadržan u stijeni kapilarnim ili molekularnim silama. Odnos volumena
vode koji je zadržan i ukupnog volumena tla ili stijene naziva se specifičnom
retencijom [3].
Specifičnom izdašnoću tla ili stijene smatra se količina vode koja se može drenirati iz
stijene pod djelovanjem gravitacije. Dakle, to je odnos volumena vode, nakon
saturiranja, koja može biti drenirana gravitacijom, i ukupnog volumena vodonosnika.
4.3. Koeficijent transmisivnosti Koeficijent transmisivnosti je hidrogeološki parametar koji opisuje propusnu moć
vodonosne stijene. Transmisivnost je jednaka umnošku koeficijenta hidrauličke
provodljivosti (k) i debljine saturiranog djela vodonosnog sloja (m) te predstavlja
transportnu karakteristiku vodonosnog sloja [7].
𝑇 = 𝑘 ∙ 𝑚 [ 𝑚2 𝑑𝑎𝑛, 𝑐𝑚2 𝑠, 𝑚2 𝑠⁄⁄⁄ ]
gdje je:
k – koeficijent hidrauličke provodljivosti [ m/dan ]
m – debljina propusnog sloja [ m ]
Tok kroz jedinični presjek vodonosnika u zavisnosti je o temperaturi,
hidrauličkom gradijentu i hidrauličkoj provodljivosti stijene. Temperaturne promjene
uzrok su promjeni veličine protoka u stijeni zbog promjenjivog viskoziteta fluida.
Završni rad Valentina Štefanek
12
4.4. Koeficijent uskladištenja
Koeficijent uskladištenja je volumen vode koji vodonosnik otpušta ili prima po
jedinici volumena tog vodonosnika pod djelovanjem jediničnog pada pijezometarske
visine [3].
Koeficijent uskladištenja odnosi se na ukupnu debljinu saturiranog vodonosnog
horizonta, što znači da je jednak umnošku koeficijenta specifičnog uskladištenja (Ss) i
debljine horizonta (m).
𝑆 = 𝑆𝑆 ∙ 𝑚 [/]
U vodonosniku sa slobodnom vodnim licem on približno jednak specifičnom
otpuštanju ili efektivnoj poroznosti (ne). Vrijednosti koeficijenta uskladištenja za slojeve
pod tlakom kreću se od 0.0001-0.001, a za slojeve sa slobodnim vodnim licem 0.01-
0.35.
Završni rad Valentina Štefanek
13
5. PROBNO CRPLJENJE Probno crpljenje je prvo crpljenje koje se izvodi nakon bušenja i čišćenja
zdenca. Izvode se kontrolirani terenski pokusi u svrhu utvrđivanja hidrauličkih
karakteristika te svojstva toka vode u stijeni vodonosnog sloja. Podaci koje dobivamo iz
probnih crpljenja zdenca su hidrauličke karakteristike vodonosnika, podaci o izdašnosti
zdenaca i o sniženjima u zdencu na temelju kojih se određuje kapacitet zdenca.
Crpljenjem određene količine vode iz zdenca i mjerenjem sniženja razina
podzemne vode u zdencu i pripadajućim pijezometrima određuju se hidrauličke
karakteristike vodonosnog sloja. Kod bušenja istražnih bušotina za zdenac iz
pijezometra se uzimaju uzorci iz svake nove geološke formacije koja je probušena.
Posebna pažnja mora se posvetiti veličini zrna pojedinih materijala. Ti podaci govore o
hidrauličkoj provodljivosti slojeva koji izgrađuju vodonosni sloj. Prije probnog
crpljenja prikupljaju se podaci o geološkim obilježjima vodonosnog sloja. Broj probnih
crpljenja, njihovo lociranje i temeljne postavke određuju se na temelju vrste problema
koji se želi riješiti, vrsti i količini postojećih podataka, te naravno financijskih sredstava.
5.1. Izdašnost zdenca Jedna od osnovnih značajki eksploatacijskog zdenca je njegova izdašnost,
odnosno kapacitet. To je količina podzemne vode koja se može crpiti u jedinici
vremena. Izdašnost ovisi o konstrukciji zdenca, vodonosniku, te o općim
hidrogeološkim uvjetima vodonosne sredine.
Kapacitet zdenca je količina vode pražnjenja zdenca prirodno ili crpljenjem,
izražen kao:
𝑄 = 𝑉𝑡
[ 𝑚3/𝑠 ]
gdje su:
Q – kapacitet [ m3/s ]
Završni rad Valentina Štefanek
14
V – volumen proizvedene vode [ m3 ]
t – vrijeme mjerenja [ s ]
Specifični kapacitet je odnos kapaciteta zdenca i pada razine vode u zdencu.
Izražava se kao:
𝑞 = 𝑄𝑠
[ 𝑚3/𝑠/𝑚′ ]
gdje su:
q – specifični kapacitet [m3/s/m]
Q – kapacitet zdenca [ m3/s ]
s – pad razine vode u zdencu [ m ], nakon određenog vremena
Specifični kapacitet najčešće je jedini pokazatelj izdašnosti vodonosnika i obično
se izračunava iz probnog crpljenja za vrijeme izrade i montaže zdenca.
5.2. Princip ispitivanja Princip ispitivanja vodonosnog sloja temelji se na crpljenju vode određenog
kapaciteta kroz određeno vrijeme iz zdenca koji ima filtarski dio u vodonosnom sloju.
Učinak crpljenja na vodno lice opaža se mjerenjem sniženja (pada) vode u zdencu (s)
na jednom ili više kontrolnih zdenaca (O) raznih udaljenosti (r) od probnog zdenca
(P). Hidrauličke karakteristike vodonosnog sloja izračunavaju se pomoću određenih
formula u koje se uvrštavaju udaljenosti pijezometara od zdenca, sniženja u
pijezometrima i crpne količine. Ukoliko nema pijezometara za opažanje sniženja
razina vode, hidrauličke karakteristike određuju se crpljenjem iz zdenca.
Pri odabiru mjesta testiranja treba paziti da se hidrogeološki uvjeti ne mijenjaju
na malim udaljenostima, mjesto mora biti pristupačno radi dopreme opreme i
Završni rad Valentina Štefanek
15
iscrpljena voda mora biti odvedena na takav način da se ne infiltrira u ispitivani
vodonosni sloj.
Pad vodnog lica mjeri se na kontrolnim zdencima u blizini crpljenog zdenca
(Slika 9.). Sniženje vode mjeri se kao razlika stacionarne razine vode prije početka
crpljenja i promijenjene razine zbog crpljenja i to u funkciji vremena i udaljenosti od
probnog zdenca.
Slika 9. Izgled vodnog lica zbog crpljenja zdenca
Kada je crpljenje počelo razina vode u okolini crpljenog zdenca se snižava.
Najveće sniženje je u zdencu, dok je na većoj udaljenosti od zdenca sniženje manje.
Ta udaljenost varira za razne zdence, a također i za iste zdence u ovisnosti od količine
Završni rad Valentina Štefanek
16
crpljenja i duljine vremena crpljenja. Kao rezultat
sniženja razina vode dobije se oblik lijevka (Slika
10.) čija veličina i oblik ovise o crpljenoj količini
vode, o dužini crpljenja, o karakteristikama
vodonosnog sloja i pritjecanju unutar zone utjecaja
zdenca.
Spajanjem točaka razina u kojima bi se našla
voda u pijezometrima na različitim razmacima od
zdenca iz kojeg se crpi dobije se depresijska
krivulja ili krivulja sniženja.
Prikupljeni podaci, kao vrijeme od početka crpljenja (ili završetka u slučaju
oporavka), udaljenost kontrolnog zdenca i sniženje razine vode izmjereno u
kontrolnom zdencu, prikazuju se na određenim dijagramima.
Slika 11. prikazuje sniženje (s) i oporavak (r) razine vode u kontrolnom zdencu sa
vremenom. Kako je vidljivo sa dijagrama najveće sniženje je u početku probnog
crpljenja i smanjuje se sa vremenom. Razina vode nakon prestanka crpljenja naglo se
oporavlja,a oporavak se sa vremenom smanjuje.
Slika 10. Depresijski lijevak
Završni rad Valentina Štefanek
17
Slika 11. Promatrano sniženje i oporavak na jednom od kontrolnih zdenaca
5.3. Mjerenja za vrijeme crpljenja Za vrijeme probnog crpljenja mjere se razina podzemne vode i količina crpljenja
vode. Prije početka probnog crpljenja mora se izmjeriti razina podzemne vode na svim
pijezometrima da se utvrdi statička razina podzemne vode. Zatim se vrše mjerenja
dubine do vode u svim pijezometrima i zdencu. Mjerenja se moraju izvoditi sa
maksimalnom točnošću. U prvih sat ili dva crpljenja razina vode naglo opada pa
mjerenja u tom vremenu moraju biti gusta. Osim mjerenja podzemne vode prije
početka crpljenja određuje se i crpna količina. Najbolje bi bilo kada bi ta količina bila
konstanta tijekom cijelog postupka da bi se izbjegli komplicirani proračuni. Mjerenje
se može izvoditi metodom posude gdje se mjeri vrijeme potrebno da se napuni posuda
poznatog volumena. Također se mjeri i povrat razine vode. U početku je taj porast vrlo
brz, a kasnije veličina porasta opada.
5.4. Trajanje probnog crpljenja Trajanje crpljenja ovisi o tipu vodonosnog sloja i stupnja točnosti koji se
zahtijeva pri određivanju hidrauličkih karakteristika. Najbolje rezultate daje probno
crpljenje koje se vrši sve dok se depresijski lijevak potpuno ne stabilizira. U nekim
Završni rad Valentina Štefanek
18
slučajevima će se stacionarno stanje toka uspostaviti već nakon nekoliko sati, negdje
je za to potrebno nekoliko dana, ili nekoliko tjedana. Ima i slučajeva da je stacionarno
stanje toka nemoguće uspostaviti.
5.5. Gubici pri crpljenju Probno crpljenje u stvari čini ispitivanje vodonosnika i samog zdenca. Ukupno
ostvareno sniženje u crpnom zdencu čine dvije komponente. Jedno su gubici u
vodonosniku, u kojem je sniženje uzrokovano otporom laminarnog toka u samom
vodonosniku, a drugo su gubici na zdencu uzrokovani turbulentnim tokom vode u
filtarskom dijelu konstrukcije zdenca i dijelu vodonosnika.
Ukupno sniženje na crpnom zdencu:
𝑆𝑤 = 𝐵 ∙ 𝑄 + 𝐶 ∙ 𝑄2
gdje su:
Sw – sniženje u zdencu [ m ]
Q – količina vode koja se crpi iz zdenca [ m3/s ]
B – parametar otpora sloja [ s/m2 ]
C – parametar otpora zdenca [ s2/m5 ]
Komponenta B·Q predstavlja gubitak u vodonosniku u kojem je sniženje
uzrokovano otporom laminarnog toka u samom vodonosniku, a kompenenta C·Q2
gubitak na zdencu uzrokovan turbulentanim tokom vode u filtarskom dijelu
konstrukcije zdenca i dijelu vodonosnika.
Jednadžba ukupnog sniženja može se napisati i u slijedećem obliku:
𝑆𝑤 𝑄⁄ = 𝐵 + 𝐶 ∙ 𝑄
Završni rad Valentina Štefanek
19
gdje je:
𝑆𝑤 𝑄⁄ – specifično sniženje
Specifično sniženje je sniženje po jedinici izdašnosti i recipročno je specifičnom
kapacitetu. Obje ove vrijednosti u funkciji su od karakteristika zdenca i ne mogu se
direktno uspoređivati za različite zdence.
5.6. Osnovne pretpostavke kod probnog crpljenja Kako bi vrijedile jednadžbe crpljenja potrebno je usvojiti određene pretpostavke
o vodonosniku, probnim i kontrolnim zdencima. Navedene pretpostavke vrijede za
ovdje obrađene analize probnog crpljenja.
1. Osnovne:
- vodonosnik se rasprostire beskonačno
- vodonosnik je homogen, izotropan i jednolike debljine u dijelu na kojeg utječe
probno crpljenje
- prije početka crpljenja, pijezometarska površina i/ili vodno lice (približno) je
horizontalno na području utjecaja probe
- vodonosnik se crpi sa konstantnom količinom Q
- probni zdenac u potpunosti svojim perforiranim aktivnim dijelom penetrira
vodonosnik po svoj dubini i tako prihvaća ukupan horizontalni tok vode
- tok prema zdencu je radijalan, odnosno pijezometarska površina sastoji se od ravnina
koncentričnih cilindara oko zdenca
- primjenjiv je Darcy-ev zakon, u vodonosniku je laminarni tok
- korisnost zdenca je 100 %, nema gubitaka u zdencu
- koeficijent transmisivnosti i koeficijent uskladištenja su konstantni
Završni rad Valentina Štefanek
20
2. Dodatne pretpostavke za Thiem-ovu jednadžbu (Metoda ravnoteže
za tok pod tlakom):
- vodonosnik je pod tlakom
- tok vode je stacionaran
- fluid i matriks vodonosnika su ne stišljivi
3. Dodatne pretpostavke za Theis-ovu jednadžbu (Metoda nejednolikog
toka):
- vodonosnik je pod tlakom
- tok prema zdencu je nestacionaran, razlike depresijskih linija sa vremenom nisu
zanemarive niti je hidraulički gradijent konstantan sa vremenom i udaljenošću
- crpljena voda troši se trenutno iz uskladištenja i uzrokuje pad pijezometarske
površine
- promjer probnog zdenca je vrlo malen, zanemariv, pa je količina vode u cijevi
zdenca zanemariva
- formacija vodonosnika ne dopunjava se iz nijednog izvora
4. Dodatne pretpostavke za Jacob-ovu jednadžbu:
- vrijede isti uvjeti pretpostavljeni za Theis-ovu metodu
- vrijednost za "u" su male (u<0.01), radijalna udaljenost (r) od probnog zdenca do
točke interesa je mala (postoji ograničavajuća udaljenost preko koje Jacob-ova
jednadžba ne vrijedi), vrijeme (t) od početka crpljenja je veliko (koriste se podaci
nakon dužeg crpljenja)
- kritična vrijednost "u" nekada se uveća na u=0.05. Taj uvjet je restriktivniji i daje
točnije rezultate
Završni rad Valentina Štefanek
21
6. JEDNADŽBE CRPLJENJA
6.1. Thiem-ova jednadžba Thiem-ova jednadžba je rješenje Laplace-ove jednadžbe za stacionarni tok.
Stacionarno stanje (neovisno o vremenu) uvjeta toka je ono kod kojeg pretpostavljamo
beskonačnu količinu dotjecanja vode koja zamjenjuje iscrpljenu vodu iz vodonosnika.
Stoga nema naknadne vremenske promjene pijezometarske razine ili hidrauličkog
gradijenta. Na temelju podataka crpljenja za vrijeme stacionarnog stanja strujanja vode
prema bunaru od hidrauličkih parametara može se odrediti samo transmisivnost. Thiem-
ova jednadžba dana je u obliku:
𝑠 = 𝑄
2 π 𝑇ln �
𝑟𝑒𝑟𝑤�
ili
𝑇 = 𝑄
2 𝜋 𝑠ln �
𝑟𝑒𝑟𝑤�
rješenje vrijedi za sve rw < re
gdje je:
T – koeficijent transmisivnosti vodonosnika
Q – kapacitet crpljenja [ m3/s ]
s – sniženje; razlika statičke razina vode prije crpljenje i razine nakon postizanja
stacionarnog stanja [ m ]
re – polumjer vanjskih granica; udaljenost utjecaja crpljenja kod kojeg se smatra da ne
nastaje znatnije sniženje pijezometarske razine [ m ]
rw – polumjer probnog zdenca ili polumjer od probnog zdenca do točke interesa [ m ]
Izvode se najmanje dvije opažačke bušotine da bi se izbjegle pogreške koje unosi
otpor bunara.
Završni rad Valentina Štefanek
22
6.2. Thiem-ova jednadžba za dva kontrolna zdenca Za dva kontrolna zdenca udaljenosti polumjera r1 i r2 od probnog, Thiem-ova
jednadžba može se pisati ovako:
𝑇 =𝑄
2𝜋 ∙ 𝑠∙ 𝑙𝑛 �
𝑟2𝑟1�
gdje je:
s – razlika piezometarskih razina između dva kontrolna zdenca
Svi navedeni oblici Thiem-ovih jednadžbi vrijede za radijalan tok vode prema
probnom zdencu u vodonosniku pod tlakom (arteškom vodonosniku) i stacionarnim
uvjetima. Kako je pretpostavljen stacionarni tok nema promjena u koeficijentu
uskladištenja vodonosnika niti se on može izračunat iz Thiem-ove jednadžbe.
6.3. Theis-ova jednadžba Ovaj oblik Theis-ove jednadžbe daje rješenje sniženja pijezometarske razine u
vodonosniku pod tlakom za nestacionarne uvjete toka vode. Jednadžba opisuje sniženje
pijezometarske površine zbog crpljenja i to u funkciji udaljenosti od zdenca i vremena
proteklog od početka crpljenja. Koriste se grafičke metode, uspoređivanja krivulja.
𝑠 = 𝑄
4 𝜋 𝑇 �
𝑒−𝑢
𝑢
∞
𝑢 𝑑𝑢
gdje je
𝑢 = 𝑟2𝑆4 𝑇𝑡
s – sniženje razine vode
Q – kapacitet [ volumen/vrijeme, mora biti izražen u volumenu/danu ]
T – koeficijent transmisivnosti [ dužina2/vrijeme, mora biti izraženo kao dužina2/danu ]
Završni rad Valentina Štefanek
23
S – koeficijent uskladištenja [ / ]
r – udaljenost od probnog zdenca [ dužina ]
t – vrijeme od početka crpljenja [ vrijeme, mora biti izraženo u danima ]
u – konstanta
6.4. Jacob-ova jednadžba Jacob-ova jednadžba temelji se na Theis-ovoj, iako su uvjeti za njenu primjenu
restriktivniji od Theis-ove jednadžbe. Ako je zadovolji uvjet za malom vrijednosti "u",
Theis-ova jednadžba reducira se na Jacob-ovu jednadžbu:
𝑠 = 𝑄
4 ∙ 𝜋 ∙ 𝑇�−0.5772 − 𝑙𝑛
𝑟2 ∙ 𝑆4 ∙ 𝑇 ∙ 𝑡
�
6.4.1. Jacob-ova metoda 1) Jedan kontrolni zdenac (metoda vremenskog-sniženja)
Kao i u Theis-ovoj metodi također koristimo grafički način da dođemo do
vrijednosti koeficijenta transmisivnosti i koeficijenta uskladištenja, iako nam nije
potrebno uspoređivati krivulje.
Prvi korak metode Jacob-a je da se izradi dijagram terenskih podataka sniženja i
Vremena sakupljenih na kontrolnom zdencu. Ti podaci trebaju biti naneseni na osi i to
sniženje (s) na ordinatu a vrijeme (t) u logaritamskom mjerilu na apscisu. U takvom
semi-logaritamskom dijagramu unesene vrijednosti trebale bi približno ležati na pravcu.
(Slika 12.)
Potrebno je povući pravac kroz rezultate. Pravac koji najbolje odgovara, produži
se tako da siječe apscisu i vrijeme na presjeku označit ćemo kao "to". Za to je vrijeme
sniženje razine vode (s) nula.
Završni rad Valentina Štefanek
24
Slika 12. Jacob-ov dijagram vremenskog sniženja
Koristeći povućeni pravac, odredimo sniženje (∆s) za jedan logaritamski period.
Za to odaberemo dvije točke na pravcu koje su udaljene jedan vremenski logaritamski
ciklus (na slici su prikazana dva takva primjera). Tada uvrštavamo ∆s u sljedeći izraz da
bi smo izračunali koeficijent transmisivnosti:
𝑇 =2.3 ∙ 𝑄4𝜋 ∙ ∆𝑠
gdje je:
∆s – sniženje razine vode za vrijeme jednog logaritamskog ciklusa
Kada se produži pravac i presječe apscisu kod s = 0, točka presjeka ima
koordinate s = 0 i t = t0. Uvrštavanje tih vrijednosti u Jacob-ovu jednadžbu daje:
𝑆 = 2,25 ∙ 𝑇 ∙ 𝑡0
𝑟2
Završni rad Valentina Štefanek
25
Rješenja ovise o vrijednosti "u", odnosno ta vrijednost mora biti mala; u<0.01.
Da bi osigurali da "u" bude malen koriste se podaci dugotrajnog crpljenja kako bi
povukli pravac na dijagramu. Sada se to može izračunati uvrštavajući izračunate
vrijednosti za S i T u jednadžbu "u". Ako se uzme da je vrijednost "u" jednaka 0.01,
vrijeme koje ćemo na taj način dobiti predstavljat će najduži period netočnih podataka.
Ako se nakon toga uvidi da pravac sadrži bilo koje nepravilne točke postupak se mora
ponoviti crtanjem novog pravca ignorirajući sve netočne podatke.
2) Više kontrolnih zdenaca (metoda udaljenosti-sniženja)
Prijašnja razmatranja za metodu vremenskog-sniženja također se mogu
primijeniti kao reprezentativna kod više kontrolnih zdenaca na različitim udaljenostima
(r) od probnog zdenca. Sniženje razine vode određeno je za svaki od kontrolnih zdenaca
u točno određenom vremenskom trenutku.
Princip je isti samo što sada za svaki kontrolni zdenac treba izraditi dijagram sa
sniženjem (s) na ordinati i udaljenošću (r) od probnog zdenca na apscisi. Ponovno
udaljenosti na osi apscise moraju biti u logaritamskom mjerilu, a sniženja (s) na ordinati
u normalnom mjerilu.
Ucrtamo pravac spajajući točke za zdenac najbliži probnom (podsjećam da Jacob-
ova metoda vrijedi samo za određenu kritičnu udaljenost "rc"). Produžimo pravac dok
ne nađemo presjecište pravca i osi apscise kod koje je sniženje (s) jednako nuli. Tu
točku označit ćemo sa "ro". To je točka udaljenosti na kojoj crpljenje zdenca više ne
uzrokuje sniženje razine vode.
Koristeći ucrtani pravac odredimo sniženje (∆s) na jednom logaritamskom
ciklusu. Da bi to uradili jednostavno izaberemo dvije točke na pravcu koje su udaljene
jedan log ciklus na osi udaljenosti. Tada ugradimo ∆s u sljedeći izraz da bi izračunali
koeficijent transmisivnosti:
Završni rad Valentina Štefanek
26
𝑇 =2.3 ∙ 𝑄2𝜋 ∙ ∆𝑠
Da bi odredili koeficijent uskladištenja u donji izraz uvrstimo izračunatu
vrijednost T i iz dijagrama očitanu vrijednost za ro:
𝑆 = 2,25 ∙ 𝑇 ∙ 𝑡0
𝑟02
Vrijeme (t) je konstanta.
Kao i u metodi vremenskog-sniženja rješenja za koeficijente transmisivnosti i
uskladištenja ovise o iznosu "u", odnosno on mora biti malen u<0.01. Da bi to osigurali
povlačimo pravac kroz točke koje su bliže probnom zdencu. Provjeru se radi na način
da se uvrste izračunate vrijednosti za T i S u izraz za "u" i rješavajući je za udaljenost rc.
Vrijednost "u" uzmemo da je u=0.01 te na taj način dobivamo najveću udaljenost koja
nam daje točne podatke. Ako tada uočimo da nam naš pravac sadržava neke točke izvan
granične udaljenosti rc, postupak ponovimo postavljajući nov pravac, ali ovaj puta
ignorirajući podatke izvan kritične udaljenosti rc.
6.5. Walton-ova metoda Da bi se Waltonova metoda mogla primijeniti uz ranije pretpostavke, moraju biti
zadovoljeni i slijedeći uvjeti:
• Vodonosni sloj je poluzatvoren
• Tok prema bunaru je nestacionaran, tj. razlike sniženja tokom vremena nisu
zanemarive, odnosno hidraulički gradijent nije konstantan u vremenu
• Voda "izvučena" iz uskladištenja pridobivena je istovremeno s padom
pritiska
• Promjer bunara mora biti mali, tako da se količina vode u samom bunaru
može zanemariti.
Završni rad Valentina Štefanek
27
Walton ( 1962.) je razvio metodu određivanja parametra vodonosnog sloja koja je
temeljena na istom principu kao i Theisova metoda. Razlika je u tome što je umjesto
jedne tipske krivulje Walton razvio tipsku krivulju za svaku vrijednost r/B ( B=faktor
procjeđivanja), te je na taj način dobio familiju tipskih krivulja. Krivulje je konstruirao
na osnovu tablica s vrijednostima W (u, r/B), koju je objavio Hantush (1956.).
Na komad papira s dvostrukom logaritamskom podjelom (istog mjerila kao i
tipske krivulje) nacrtaju se vrijednosti "S" ovisno o "t/r2" ili "S" o "t" (u slučaju kada se
raspolaže samo s podacima jednog pijezometra). Dobijene točke definiraju krivulje
opaženih podataka. Krivulja opaženih podataka pomiče se preko familija tipskih
krivulja tako dugo, dok se ne nađe položaj u kojem se krivulja opaženih podataka
najbolje poklapa s jednom od tipskih krivulja. Koordinatne osi kod toga moraju biti
paralelne. Tako se direktno dobije vrijednost r/B, a za neku izabranu točku podudaranja
očitaju se vrijednosti W(u, r/B), 1/u, t i s. Zatim se uvrsti vrijednost W (u, r/B) i dobije
koeficijent transmisivnosti.
𝑇 = 𝑄
4 ∙ 𝜋 ∙ 𝑠 𝑊(𝑢, 𝑟/𝐵)
Koji se zatim uvrsti u jednadžbu:
𝑆 = 4 ∙ 𝑇 ∙ 𝑡𝑟2
∙ 𝑢
Završni rad Valentina Štefanek
28
7. PROBNO CRPLJENJE U MALOJ SUBOTICI
7.1. Geološke značajke šire lokacije Međimurje je geografski definirano kao područje koje je gotovo sa svih strana
omeđeno rijekama i to: na sjeveru i istoku Murom, na jugu Dravom, a dio zapadne
granice prema Sloveniji predstavlja potok Šantavec. Osnovna značajka geološke grane
Međimurja je prisutnost na površini isključivo sedimentnih stijena i to [8]:
• pleistocenske starosti u središnjem ravničarskom dijelu tzv. čakovečkom
ravnjaku, te rubnim područjima međimurskih gorica i
• holocenske starosti u nizinama Drave i Mure, te duž tokova njihovih pritoka.
U erozijskom odsjeku kojeg je oblikovala Mura na potezu Križovec - Podturen,
otvorene su mjestimice naslage šljunka i pijeska.
Glavninu sedimenata čine slabo sortirani pjeskoviti šljunci sačinjeni pretežno od
valutica kvarca (preko 90%) i pijeska u čijoj lakoj frakciji dominira kvarc (oko 50%).
Naslage šljunka i pijeska u dolini Mure otvorene su i vidljive u dubljim kanalima
kod Novakovca. Prema granulometrijskim dijagramima šljunci sadrže 23 - 35%
pjeskovite komponente pa su razvrstani kao šljunkoviti pijesak.
Duž cijelog toka Mure od Križovca do ušća u Dravu, s obje strane toka nalazi se
mnoštvo širih i užih izduženih depresija dugačkih i po nekoliko kilometara koje
predstavljaju ostatke starih korita i zajedno s tipičnim lučnim ostacma meandara
predstavljaju sredinu u kojoj sedimentacija još uvijek traje.
Utvrđeno je da se vodonosni sloj pretežno sastoji od pjeskovitih šljunaka do
šljunkovitih pijesaka. Utvrđeni slojevi pijeska saturirani su vodom, a hidraulička
vodljivost im varira oko 10-4 m/s. Uglavnom se radi o podzemnoj vodi sa slobodnim
vodnim licem.
Kao pretežno eolski sediment, naslage su uglavnom horizontalno položene preko
nagnutih starijih stijena. Dio su pleistocenske terase u koju je Drava urezala svoju
dolinu. Debljina tih naslaga uglavnom ne prelazi 20 m.
Les ili prapor je stijena koju izgranuju čestice veličine praha (silta), pijeska i
gline. Prema granulometrijskom sastavu les je određen kao silt, pjeskoviti silt, glinoviti
silt i pjeskovito-glinoviti silt. Žute je do smeđe boje, često prošaran sivim i smeđim
glinovitim prugama.
Završni rad Valentina Štefanek
29
7.2. Litološki sastav lokacije Iz utvrđenog geološkog profila, te laboratorijskih granulometrijskih analiza
vidljivo je kako su vodopropusnije formacije vodonosnika utvrđene do dubine 14 m, a
odgovaraju dobro graduiranim šljuncima (GW), s granulometrijski određenim
koeficijentom vodopropusnosti k = 102 m/dan. U navedenom intervalu samo mjestimice
pojavljuju se tanji proslojci prašinastog (GM) šljunka.
Dublje 14 m, identificirani se šljunci sa prekomjernim udjelom praha i glina u
promjenjivom odnosu. Prašinasti šljunci (GM) pjeskovitog su sastava znatno niže
vodopropusnosti, da bi dublje od 26,5 m prešli u zaglinjen pijesak (SC) sa šljunkom.
Pjeskovite formacije zaglinjenog i prašinastog pijeska nisu pogodne za kaptiranje
podzemne vode, te se izvođenje zdenca u navedenim formacijama ne savjetuje.
Istražnim bušenjem za probni zdenac utvrnene su pjeskovite formacije sve do dubine
bušenja od 35 m. Sondažna jezgra prikazana je u prilogu 3.
7.3. Probno crpljenje Rješenje jednadžbe sniženja dobiveno je grafičkim putem prema Jacobovoj
metodi. Vrijednosti dinamičke razine podzemne vode za različite kapacitete crpke
prikazane su tabelarno u tablici 3. U tablici su za različite količine crpljenja izračunate
vrijednosti specifičnog sniženja koje su prema Jacobovoj metodi potrebne za
izračunavanje parametara otpora sloja (B) i otpora zdenca (C).
Tablica 3. Mjerenje dinamičke razine podzemne vode na probnom zdencu "Haix-obuća d.o.o."
KORAK
"i"
Crpna
količina Qi
(m3/s)
Sniženje si
(m)
Prirast crp.
količine δQi
(m3/s)
Prirast
sniženja δsi
(m)
Specifično
sniženje s/Q
(s/m2)
1. 0,00000 0,000
2. 0,00640 0,200 0,00640 0,20 31,3
3. 0,00930 0,310 0,00280 0,11 33,7
4. 0,01120 0,350 0,00200 0,04 31,3
Završni rad Valentina Štefanek
30
Slika 13. Sniženja u zdencu Z-1 za crpljenje u koracima
specifično sniženje po koracima crpljenja "Mala Subotica"
Slika 14. Izračun parametara gubitaka prema Jacobovoj metodi
Završni rad Valentina Štefanek
31
Vrijednost za parametar B dobivena je kao odsječak na ordinati i iznosi B = 31,5
s/m2, dok je vrijednost za parametar C dobivena iz omjera 𝐶 = ∆(𝑠/𝑄)/∆𝑄 = 56 s2/m5.
Jednadžba zdenca tada glasi:
𝑠 = 31,5 ∙ 𝑄 + 56 ∙ 𝑄2
otpori na probnom zdencu "Mala Subotica"
Slika 15. Gubitci u probnom zdencu i vodonosnom sloju
Tablica 4. Odnos parametra C i stanja bunara
Koeficijent gubitaka na zdencu
C (min2/m5) Stanje zdenca
<0,5 Dobro projektiran i osvojen
0,5 do 1.0 Blago pogoršano zbog kolmatacije
1.0 do 4.0 Ozbiljno pogoršano zbog kolmatacije, začepljenja
> 4.0 Teško se regenerira na prvobitnu izdašnost
Završni rad Valentina Štefanek
32
Dobro projektiranje filtarskog dijela konstrukcije bunara može u većoj mjeri
smanjiti gubitke, no ne može ih nikad potpuno i eliminirati. Odnos izmenu nelinearnog
parametra otpora zdenca (C) i stanja zdenca dan je prema Waltonu u tablici 4. Iz
probnog crpljenja dobivena je vrijednost za parametar otpora zdenca C = 0.155 min2/m5
što prema tablici 4 ukazuje na dobro projektiran i usvojen zdenac.
7.5. Određivanje hidrogeoloških pokazatelja vodonosnika Hidrogeološki parametri vodonosnika određeni su iz provedenog probnog
crpljenja opažanog u dva opažačka piezometra, metodom superpozicije za rješenje
Theis (korekcija Jacob-a) u otvorenom vodonosniku. Metoda superpozicije koristi se
kako bi uzeli u obzir utjecaj konstrukcije zdenca, promjene u vodonosniku, prihranu
vodonosnika, uskladištenja zdenca/vodonosnika kao i promjenjiv kapacitet crpljenja.
Analiza je provedena upotrebom računalnog programa AquiferTest Pro 4.0,
proizvonača Waterloo Hydrogeologic, Inc. 2004.
Hidrogeološki parametri određeni su za tri oblika probnog crpljenja:
• probno crpljenje uz konstantnu crpnu količinu,
• probno crpljenje uz promjenu crpne količine u koracima (step test),
• povrat vode u crpnom zdencu (recovery).
Izračunate vrijednosti prikazuju se tablično.
Tablica 5. Hidrogeološki parametri vodonosnika dobiveni probnim crpljenjem
Proba
Hidraulička
vodljivost –
K [m/dan]
Koeficijent
vodoprovodnosti
(transmisivnost) –
T [m2/dan]
Koeficijent
uskladištenja - S
Probno crpljenje 111 3000 0,148
"Step test" 118 3190 0,110
Povrat, "recovery" 63,7 1720 0,120
Završni rad Valentina Štefanek
33
7.6. Određivanje radijusa utjecaja zdenaca Određivanje radijusa utjecaja probnog zdenca dobiveno je rješenjem Theis-ove
jednadžbe za utvrđene parametre vodonosnika. Računalni program "Drawdown"
rješava Theisovu jednadžbu i crta sniženje kao funkciju udaljenosti ili vremena crpljenja
(Slika 16.). Namjena ovog programa je grafičko prikazivanje sniženja piezometarske
visine vodnog lica u blizini crpnog zdenca kroz odreneno vremensko razdoblje. Model
pretpostavlja da se radi o homogenom, otvorenom vodonosnom sloju s radijalnim
tokom prema crpljenom zdencu. Sniženje razine računa se na osnovu Theisove
jednadžbe:
ℎ0 − ℎ(𝑟,𝑡) =𝑄
4𝜋𝑇�𝑒−𝑢𝑑𝑢𝑢
∞
𝑢
=𝑄
4𝜋𝑇𝑊(𝑢)
gdje je:
h0 – početna razina piezometarske ravnine (m)
r – udaljenost od crpnog bunara (m)
t – vrijeme nakon početka crpljenja (dan)
h(r,t) – podizanje piezometarske ravnine na udaljenosti r u vremenu t (m)
Q – protok (m3/dan)
T – transmisivnost vodonosnika
𝑢 =𝑟2 ∙ 𝑆
4 ∙ 𝑇 ∙ 𝑡
W(u) – jednadžba zdenca, dobivena integracijom prve jednadžbe. Može se odrediti na
osnovu polinomne jednadžbe
h0 – h(r,t) – sniženje (m) prikazano na grafu kao delta z (m)
Koristeći utvrđene parametre vodonosnika izvode se slijedeće simulacije
radijusa utjecaja sniženja razine vode prilikom crpljenja:
1. izvedeni probni zdenac, D = 114 mm, sa Q = 18 l/s, što predstavlja
maksimalnu crpnu količinu probnog zdenca za uvjet dopuštene ulazne
brzine vode kroz filtarsku dionicu od v = 0,03 m/s (širina trakastog filtra 1
mm), slika 16.
Završni rad Valentina Štefanek
34
2. zdenac vanjskog promjera D = 225 mm, dubine ugradnje 16 m, dužine
filtarske dionice 13 m, crpljenog sa Q = 22 l/s, slika 17.
3. zdenac vanjskog promjera D = 630 mm, dubine ugradnje 16 m, dužine
filtarske dionice 13 m, crpljenog sa Q = 42 l/s, slika 18.
Slika 16. Radijus sniženja podzemne vode probnog zdenca kod crpne količine Q = 18 l/s. (max. brzina ulaza vode u filtar v = 0,03 m/s)
Završni rad Valentina Štefanek
35
Slika 17. Radijus sniženja podzemne vode eksploatacijskog zdenca vanjskog promjera D = 225 mm, kod crpne količine Q = 22 l/s. Rezultantno sniženje na
udaljenosti 20 m iznosi približno 0,8 m.
Slika 18. Radijus sniženja podzemne vode eksploatacijskog zdenca vanjskog promjera D = 630 mm, kod crpne količine Q = 42 l/s. Rezultantno sniženje na
udaljenosti 20 m iznosi približno 1,5 m.
Završni rad Valentina Štefanek
36
8. ZAKLJUČAK Probno crpljenje na lokaciji Mala Subotica izvedeno je u svrhu određivanja
hidrogeoloških parametara vodonosnika. U Maloj Subotici izveden je probni zdenac sa
dva opažačka piezometra.
Probno crpljenje je izvedeno s ciljem određivanja jednadžbe probnog zdenca, te
hidrogeoloških parametara vodonosnika. Crpljenje zdenca izvedeno je u kontinuirano,
te u koracima sa tri različita kapaciteta crpljenja (Tablica 3 i Slika 13).
Obradom podataka probnog crpljenja zdenca, dobivena je jednadžba probnog
zdenca:
𝑠 = 31,5 ∙ 𝑄 + 56 ∙ 𝑄2
Hidrogeološki parametri vodonosnika izračunati su iz probnog crpljenja prema
rješenju Theis-a (korekcija Jacob-a), teorijom superpozicije, računalnim programom
AquiferTest Pro 4.0, Waterloo Hydrogeologic, Inc. Rješenja su tablično prikazana u
tablici 5.
Obradom podataka pokusnog crpljenja bunara i mjerenjima u obližnjem
pijezometru, dobiveni su slijedeći hidrogeološki parametri bunara i vodonosnika:
Koeficijent hidrauličke
vodljivost – K [m/dan]
Koeficijent vodoprovodnosti
(transmisivnost) – T [m2/dan]
Koeficijent uskladištenja -
S
100 1720 0,12
Završni rad Valentina Štefanek
37
9. SAŽETAK Probno crpljenje zdenca u stvari znači crpljenje zdenca uz mjerenje crpnih količina
vode, te uz praćenje oscilacija razine podzemne vode u crpnom zdencu i opažačkim
pijezometrima.
Probno crpljenje je prvo crpljenje koje se izvodi nakon bušenja i čišćenja
zdenca. Izvode se kontrolirani terenski pokusi u svrhu utvrđivanja hidrauličkih
karakteristika te svojstva toka vode u stijeni vodonosnog sloja. Podaci koje dobivamo iz
probnih crpljenja zdenca su hidrauličke karakteristike vodonosnika, podaci o izdašnosti
zdenaca i o sniženjima u zdencu na temelju kojih se određuje kapacitet zdenca.
Crpljenjem određene količine vode iz zdenca i mjerenjem sniženja razina
podzemne vode u zdencu i pripadajućim pijezometrima određuju se hidrauličke
karakteristike vodonosnog sloja. Kod bušenja istražnih bušotina za zdenac iz
pijezometra se uzimaju uzorci iz svake nove geološke formacije koja je probušena.
Posebna pažnja mora se posvetiti veličini zrna pojedinih materijala. Ti podaci govore o
hidrauličkoj provodljivosti slojeva koji izgrađuju vodonosni sloj. Prije probnog
crpljenja prikupljaju se podaci o geološkim obilježjima vodonosnog sloja. Broj
pokusnih crpljenja, njihovo lociranje i temeljne postavke određuju se na temelju vrste
problema koji se želi riješiti, vrsti i količini postojećih podataka, te naravno financijskih
sredstava.
Završni rad Valentina Štefanek
38
10. KLJUČNE RIJEČI Vodonosnik, probno crpljenje, hidraulička provodljivost, izdašnost zdenca
Završni rad Valentina Štefanek
39
11. LITERATURA 1. http://hr.wikipedia.org/wiki/Hidrolo%C5%A1ki_ciklus (15.6.2011.)
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Aquifer (15.6.2011.)
3. Pollak, Z (1995): Hidrogeologija za građevinare, Građevinski fakultet Sveučilišta u
Zagrebu, Poslovna knjiga d.o.o., Zagreb
4. http://rgn.hr/~bruntom/nids_bruntom/PDF%20Sumarstvo/4_Povr%20i%20podzem-
voda-%282%29.pdf (15.6.2011.)
5. http://www.geotehnika.info/Procesi-Tecenja.pdf (15.6.2011.)
6. Herak, M (1990): Geologija, ŠK, Zagreb,
7. Miletić, P i Heinrich Miletić, M (1981): Uvod u kvantitativnu hidrogeologiju, RGN -
fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Varaždin
8. SPP d.o.o. (2009): Izvješće o određivanju hidrogeoloških parametara vodonosnika na probnom zdencu u Maloj Subotici – Haix-obuća d.o.o., Mala Subotica
Završni rad Valentina Štefanek
PRILOZI
Završni rad Valentina Štefanek
PRILOG br. 1
SITUACIJSKI PRILOG
Završni rad Valentina Štefanek
PRILOG br. 2
GEOLOŠKO-GEOTEHNIČKI PROFIL PROBNOG ZDENCA
Završni rad Valentina Štefanek
PRILOG br. 3
FOTO PRILOG SONDAŽNE JEZGRE
Završni rad Valentina Štefanek
B – 1 (Sondažna jezgra) B – 1 (Sondažna jezgra)
B – 1 (Sondažna jezgra) B – 1 (Sondažna jezgra)
B – 1 (Sondažna jezgra) B – 1 (Sondažna jezgra)
Završni rad Valentina Štefanek
B – 1 (Sondažna jezgra)