Артезианская скважина

В статье рассмотрим, что такое артезианская скважина, откуда такое название, принцип её работы на простом примере из учебника по физике за 7 класс. Кроме того обсудим качество воды, а в заключении основные достоинства и недостатки.

Определение

Артезианская вода — это напорная подземная вода, заключенная в глубоких водоносных пластах между водонепроницаемыми слоями. Такое определение содержится в ГОСТ 30813-2002 «Вода и водоподготовка.

Опираясь на это можем определить понятие артезианской скважины.

Артезианская скважина — это скважина, пробуренная для эксплуатации напорных подземных вод, заключенных в глубоких водоносных пластах между водонепроницаемыми слоями.

Первые артезианские скважины

Артезианские скважины давно существуют в самых разных странах, однако получили свое название в честь провинции Артуа (лат. Artesium) на севере Франции. Там, в 1126 году, впервые в западной Европе, был построен артезианский колодец, в котором вода сама поднималась на поверхность.

В начале 19 века — это явление было описано во французской специальной литературе, в дальнейшем название закрепилось и напорные воды называют артезианскими.

В некоторых источниках утверждается, что это первое зарегистрированное упоминание самоизливающейся скважины, однако, скорее всего это не так, артезианские скважины существовали ещё в древнем Китае и Египте.

Принцип действия артезианского колодца

Принцип действия артезианского колодца или скважины легко объяснить на примере задачи из учебника по физике за 7 класс.

Задача: На рисунке 121 изображён артезианский колодец в разрезе. Почва, суглинок и песок легко пропускают воду. Глина и известняк, наоборот, водонепроницаемы. Объясните действие такого колодца.

Задача из главы о сообщающихся сосудах. На рисунке скважина изливается. Такой эффект происходит потому что вода заперта между двумя водонепроницаемыми пластами и находится под давлением. Поверхность воды в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне.

Рисунок можно продолжить для большей наглядности:

Далее рассмотрим более подробно как образуются артезианские источники.

Артезианский бассейн

Артезианские воды обычно встречаются в пределах относительно крупных геологических структур, к ним относятся: мульды, впадины, моноклинали, синклинали и т.д. Условия в которых образуются артезианские воды весьма разнообразны и приурочены к сложной схеме разломов и трещин. Они могут быть значительными по площади и иметь один, два и больше напорных водоносных горизонтов, такие структуры называют артезианскими бассейнами.

У каждого артезианского бассейна выделяют три области:

Иллюстрации на рисунке ниже, а далее определение терминов.

Область питания — это место выхода на поверхность водопроницаемых пластов, которые участвуют в строении артезианского бассейна, на поверхность земли.

Питание происходит за счет атмосферных осадков, инфильтрации из рек и озер, других источников, питание может осуществляться в том числе и из другого водоносного слоя или бассейна.

Область напора — это площадь развития артезианского бассейна, где проявляется напорность подземных вод.

Напор может быть измерен в атмосферах или как расстояние от кровли водоносного горизонта до пьезометрического уровня.

Пьезометрический уровень — условно это тот уровень, в котором установится равновесие поверхности воды в сообщающихся сосудах.

Напор может быть положительным или отрицательным, в зависимости от отношения пьезометрического уровня к поверхности земли.

Область разгрузки – это территория выхода напорных вод, область на которой происходит разгрузка может быть открытой или закрытой, артезианские воды на поверхности земли выходят в долины рек, морей и т.п.

На какой глубине артезианская вода

Глубина артезианской скважины от 30-100 метров. В зависимости от местности артезианские воды могут находиться на глубине 100-1000 метров. Обычно скважины хозяйственно-бытового назначения имеют глубину не более 150-300 метров.

Обратите внимание, артезианские воды в определенной местности могут отсутствовать вообще, например, в складчатых областях.

Особенности эксплуатации

Правильно выполненная артезианская скважина первые 20 лет не требует обслуживания, срок эксплуатации может достигать 40-50 и более лет. В отличии от скважины «на песок», артезианская не заиливается, а производительность её стабильна.

Артезианские скважины высокопроизводительны. Для оценки производительности скважин используют термин — дебит.

Дебит — это объем воды стабильно поступающей из скважины за единицу времени (обычно м3/час или м3/мин).

Названные ниже цифры условны, дебит зависит от особенностей местности и конструкции скважины.

Дебит артезианской скважины, обычно от 2-3 м3/час, это 33,3- 50 литров воды в минуту. Столько добываемой воды достаточно для водоснабжения частного дома.

Коллективные скважины на воду позволяют получать 20 и более м3/час, этого достаточно для водоснабжения даже дачного поселка.

Если скважина самоизливается дебит может достигать 70 м3/час и больше.

Самоизлив скважины – это естественный подъем воды из скважины выше поверхности земли без использования водоподъемного оборудования. Этот эффект еще называют фонтанирование или проточная скважина.

Самоизлив скважины может происходить непрерывно или время от времени. Условия для самоизлива могут быть геологическими или топографическими.

Самоизлив важно контролировать, бесконтрольное поступление воды может приводить к затоплениям, обрушениям грунта и к другим серьёзным неприятностям. Про самоизливные скважины готовится отдельная статья.

Качество артезианской воды

Как правило в верхней части разреза примерно 100-600 метров залегают слабоминерализованные пресные воды, а с глубиной их минерализация возрастает, на большей глубине могут находиться высокоминерализованные воды (рассолы).

Артезианская вода в отличии от поверхностных вод как правило не содержит вредных бактерий и вирусов, в замкнутой среде им холодно и нечем питаться. Однако не всегда артезианские воды соответствуют нормативным требованиям и безопасны по параметрам микробиологических и токсикологических показателей.

Артезианская вода может нуждаться в очистке от тяжелых металлов, солей жесткости, которые обуславливают свойства химического состава подземных вод. При этом в ней могут присутствовать ионы недоокисленных металлов, т.к. вода находится в замкнутом контуре, где отсутствует связь с атмосферой.

Наиболее характерными загрязнениями для артезианской воды являются соединения марганца, растворенное железо и сероводород, повышенное содержание солей кальция и магния, а также высокий уровень солей жесткости. Так, большое содержание растворенного железа придает воде «металлический» привкус и запах, возможно и неприятный ржавый цвет.

Еще одна особенность артезианской воды — низкое содержание кислорода.

На качество воды и ее свойства влияют скважины промышленных и химических предприятий предприятия, химчисток, автодороги, автозаправочные станции, предприятия сельскохозяйственной и животноводческой деятельности, а также свалки, уличные туалеты и т.п.

Важно время от времени проводить лабораторный анализ качества воды из любой скважины, в том числе артезианской, на соответствие нормативам СанПин. После анализа можно подходить к выбору системы фильтрации и очистки, конечно если это необходимо.

Устройство артезианской скважины: плюсы и минусы, документальное оформление, виды и работы по бурению

Для решения проблемы с водоснабжением при отсутствии магистрального водопровода используются артезианские скважины. Это гидротехническое сооружение не требует больших затрат, а в дальнейшем избавляет от расходов на воду для питья и бытовых нужд. В сравнении с традиционными колодцами они отличаются в лучшую сторону.

Что обозначает термин артезианская скважина

Артезианская скважина — это глубоко пробуренное отверстие в земле, достигающее артезианского слоя, из которого самопроизвольно вырывается поток чистой, с минимальным количеством вредных примесей, воды. В таких условиях земля представляет собой естественный фильтр, впитывающий различные вещества из жидкости.

Плюсы и минусы

У этого вида источника есть свои преимущества и недостатки.

Основными достоинствами этого сооружения являются:

1. Относительно высокая производительность — до 3 м³/ч. Большие объемы водоносного слоя между пластами известняка являются гарантией непрерывного поступления жидкости на поверхность. Повышенное давление на глубине обеспечивает стабильную водоотдачу даже при длительном заборе воды в больших объемах, ее запасы практически не ограничены. Производительность не зависит от времени года и климатических изменений, в отличие от других видов источников.
2. Качество воды соответствует самым высоким требованиям. Находящаяся глубоко от поверхности земли, она надежно защищена толстым слоем грунта от загрязнения, в том числе промышленными отходами, пестицидами, талыми водами, продуктами жизнедеятельности. Это делает скважину источником биологически и химически чистой воды.
3. Продолжительный период эксплуатации. В зависимости от того, какая использовалась технология бурения и конструкция, срок службы скважины может составлять от 30 до 50 лет. Срок службы такого сооружения также зависит от особенностей водоносного слоя.
4. Проводить буровые работы можно в любое время года.
5. Есть возможность распределить стоимость источника питьевой воды между несколькими хозяйствами, которые могут пользоваться им одновременно.
6. Повышается стоимость участка при продаже.

К отрицательным сторонам этого типа источников можно отнести:

1. Повышенное содержание минералов в жидкости. Чрезмерная насыщенность солями железа, фтора и марганца отрицательно сказывается на здоровье человека, может привести к развитию различных заболеваний. Высокая жесткость такой воды обуславливается наличием известняка. Для очистки жидкости во время обустройства источника устанавливаются специальные фильтры.
2. Большие затраты на согласование и получение лицензии на организацию работ, бурение и обустройство. Необходимо разработать проектную документацию, пригласить исполнителей со специальным оборудованием. Материалы, используемые при работах, также составляют немалую часть расходов. Если напор естественного водяного потока недостаточно сильный, устанавливается насосное оборудование. Учитывая сложность работ, выполнить ее своими руками не представляется возможным.

На какую глубину бурят артезианскую скважину

Глубина бурения для устройства такого вида скважины может составлять от 35 до 250 м, от этих значений зависит стоимость работ. Существуют специальные карты, но точную глубину залегания слоя и качество воды может определить только геологоразведка. Если есть необходимость, то может быть проведено пробное бурение и взята проба для лабораторного анализа. Большое значение имеют рельеф и особенности местности. Даже в пределах одного земельного участка глубина залегания линзы может быть разной.

Как определить место под будущую скважину

Во избежание возникновения в будущем проблем с эксплуатацией место бурения скважины должно отвечать следующим требованиям:

• возможность подъезда автотранспорта к объекту, где проводятся работы;
• должна быть выделена специальная зона, где будут размещаться установка для бурения и различное оборудование;
• если по плану работ предусмотрено бурение с промывкой, то следует предусмотреть возможность для отвода использованной жидкости;
• расстояние от скважины до места ввода должно быть минимальным, это сократит объем земляных работ и длину водопровода, будет способствовать снижению стоимости объекта;
• участок, на котором предусматривается проведение работ, должен быть ровным, площадью не меньше 48 м² (примерно 12х4 м);
• место для бурения должно быть ограждено;
• на объекте, где проводятся работы, и вокруг него на расстоянии до 2 м не должно быть электрических проводов.

Рекомендуется проконсультироваться со специалистами, которые будут заниматься бурением. Они помогут выбрать оптимальный вариант.

Виды конструкций

1. Классическим. Применяется одна металлическая труба, которая необходима для обсадки, а в дальнейшем используется в качестве эксплуатационной. При бурении таких скважин можно отказаться от дополнительных обсадных элементов, если в известняковом слое отсутствуют прослойки глины или песка. До известняка применяется водовод, а на завершающем участке необходимости в нем нет, т.к. вероятность деформации там низкая. Наиболее используемый диаметр труб — 133 или 159 мм. При такой схеме вода поднимается примерно до середины скважины, а насос устанавливается на ее конце.
2. С двойной обсадной трубой. При таком способе применяются 2 обсадных элемента в прослойках с сухими известняковыми залежами. Металлическая колонна доводится до водоносного горизонта, внутри нее пропускается пластиковая труба меньшего диаметра, которая проходит через известняковые породы до линзы. Эта конструкция используется, когда на верхних уровнях обнаруживаются прослойки глины.
3. С использованием кондуктора. Если в верхних слоях почвы обнаружены плывуны, то для защиты от них перед обсадным элементом устанавливается насадка из трубы большего диаметра. Такое конструктивное решение позволяет оградить скважину от чрезмерного давления.
4. С телескопическим устройством. Так называются конструкции с использованием двух и более обсадных звеньев, которые устанавливаются в случае нестабильности грунта выше известняковых слоев. Сначала в пробуренное отверстие опускается металлический водовод самого большого диаметра, достигающий слоя валунов. Через него пропускается следующая обсадная часть меньшего диаметра. При обнаружении глиняных прослоек вставляют пластиковую трубу, достигающую линзы.

Документальное оформление

Согласно действующему законодательству РФ, для бурения артезианских скважин необходимо специальное разрешение. Чтобы получить лицензию, следует представить документы на собственность или арендный договор. Действия по получению разрешения выполняются в таком порядке:

1. Подготавливается вся требуемая документация: о праве на собственность и земельные планы — генеральный, кадастровый и ситуационный.
2. Выполняется подсчет предполагаемого потребления воды, который согласовывается с комитетом по водным ресурсам.
3. Получается согласие Роспотребнадзора на обустройство санитарной зоны на месте бурения.
4. Оформляется разрешение Центра государственного мониторинга состояния недр на выполнение проектных работ.
5. Весь собранный пакет документов представляется в Департамент по недропользованию, ответственный за выдачу лицензий.
6. После получения разрешения заключается договор с проектной организацией.
7. По завершении обустройства артезианского источника следует поставить скважину на учет. После изучения документации присваивается индивидуальный номер Государственного водного кадастра.

Чтобы пробурить артезианскую скважину необходимо добиться специального разрешения.

Пользоваться скважиной разрешается только после выполнения всех этих процедур.

Перечень работ по бурению

В связи со сложностью работ по устройству артезианского источника необходимо пользоваться услугами организаций, располагающих специальной техникой. До начала бурения следует провести геологические работы, которые в будущем помогут избежать загрязнения водоносного горизонта.

В число необходимого оборудования входят:

Технология выполнения работ предусматривает следующую последовательность:

1. При помощи буровой вышки, установленной на подготовленной площадке, бур погружается в почву до тех пор, пока не достигнет водоупорного слоя.
2. Выполняется обсадка и проверяется ее целостность.
3. Монтируются насосы для откачки, производится наладка электрооборудования и электропроводки.
4. Мутная жидкость выкачивается при помощи насосного оборудования, в результате этого жила заполняется чистой водой.
5. Прокладывается водопровод к точкам потребителя.
6. Проводятся теплоизоляционные работы на наружных элементах.
7. Оформляется внешний вид источника.

По завершении работ по бурению и обустройству выдается паспорт. Разрешение на использование в качестве источника питьевой воды необходимо получить в Санэпидемслужбе после лабораторного анализа.

Обязательным требованием является устройство огороженной санитарной зоны на расстоянии 30 м. Не допускается наличие в этой зоне кустарников, деревьев и строений.

Рекомендации и правила эксплуатации

Соблюдение правил эксплуатации является гарантией долговременного пользования как скважиной, так и оборудованием:

Требуется регулярная проверка фильтров и замена их по необходимости.

• необходимо регулярно проверять фильтры и заменять их при необходимости;
• ежегодно проводить лабораторный анализ воды, в случае изменения состава принимать меры по очистке скважины и приведению в норму фильтрующих элементов;
• при возникновении сбоев в работе оборудования не рекомендуется исправлять их самостоятельно, следует обратиться в специальные организации;
• при снижении производительности скважины, ослаблении напора воды необходимо вызывать бригаду специалистов для ремонта.

Калькуляторы для расчета

Стоимость всех выполняемых работ и используемых материалов при обустройстве водозабора зависит от многих факторов:

• глубина залегания артезианского слоя воды на данном участке земли;
• сложность выбранной конструкции;
• применяемая методика бурения и количество используемой спецтехники и оборудования;
• мощность устанавливаемого насосного и электрического оборудования;
• количество труб и других материалов, зависящие от длины прокладываемого до потребителя водопровода;
• внешнее обустройство источника.

Традиционно при предварительном подсчете стоимости предстоящих работ за единицу измерения берется 1 погонный метр проходки. Цена такой единицы может составить от 2000 до 4000 руб. Полная сметная стоимость по обустройству источника питьевой воды может варьироваться в пределах 150000-300000 руб.

Для самостоятельного подсчета примерной стоимости скважины можно воспользоваться онлайн-калькулятором. В него нужно ввести исходные технические данные. При этом земляные работы и стоимость магистрали от источника к потребителю в расчет не берутся.