GardenWeb

Основные схемы систем артезианского водоснабжения

Система артезианского водоснабжения — это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для обеспечения населения, промышленности и сельскохозяйственных предприятий подземной водой требуемого количества и соответствующего качества. Системы артезианского водоснабжения делятся следующим образом: по видам обслуживаемых объектов — на городские, поселковые, промышленные, колхозные, совхозные, железнодорожные и др.; по территориальному охвату — на местные, районные, групповые, а также внешне- и внутриплощадочные; по назначе-иию — на хозяйственно-питьевые, противопожарные, производственные поливочные и др.

В городах и населенных пунктах, как правило, устраивают объединенные хозяйственно-противопожарные водопроводы с подачей из него воды для полива зеленых насаждений, уличных и внутриквартальных покрытий, а также для питания предприятий и их установок, которым требуется вода питьевого качества.

Схема системы артезианского водоснабжения населенного пункта показана на рис. 1, а.

Вода из артезианских скважин электропогружными или артезианскими насосами по сборным водоводам подается в резервуары чистой воды (РЧВ), где аккумулируется и проходит обеззараживание, оттуда насосами насосной станции II подъема (HC-II) подается в магистральную водопроводную сеть. Излишек воды поступает в водонапорную башню, размещенную в наиболее возвышенной точке населенного пункта,— в начале, середине или в конце водопроводной сети. В ряде случаев водонапорная башня отсутствует и напор в сети регулируется насосами HC-II.

Воду обеззараживают жидким хлором или хлорной известью. Хлордозаторные установки предусматривают в здании насосной станции II подъема или в отдельном здании. Если подземная вода, забираемая скважинами, требует предварительной обработки — обезжелези-вания, то станцию обезжелезивания размещают перед резервуарами (рис. 1, б).

Наиболее простой является схема с одиночной скважиной, подающей воду непосредственно в сеть (рис. 1, в). Обычно одиночные скважины устраивают при небольших количествах забираемой воды и наличии обильных водоносных горизонтов. Если уровни напорных вод расположены от поверхности земли относительно неглубоко, целесообразна схема устройства водозаборного узла с сифонными трубопроводами, подающими воду от отдельных скважин в РЧВ, а из него насосами в сеть (рис. 1, г). Сооружения для забора искусственно пополняемых подземных вод следует располагать вблизи инфильтрационных сооружений (рис. 1,5).

При заборе пресных подземных вод, окруженных или подстилаемых солеными водами, применяют водозабор со спаренными скважинами: одна — для забора пресных, вторая — для соленых вод. Для наблюдения за положением границы раздела пресных и соленых вод в пласте на каждую единицу спаренных скважин предусматривают наблюдательную скважину (рис. 1, е). При определенных условиях иногда устраивают системы водоснабжения с несколькими зонами. Причем зонирование может быть параллельное или последовательное в зависимости от рельефа местности.

На некоторых промышленных предприятиях созданы специальные системы производственного водоснабжения: оборотного водоснабжения и последовательного использования воды. Подземные воды оборотной системы промышленные предприятия применяют для охлаждения технологического оборудования (рис. 2, а). Если качество воды, сбрасываемой одним потребителем, приемлемо для употребления другими потребителями, то тогда предусматривают последовательную схему (рис. 2, б). Это допускается в том случае, когда первый потребитель сбрасывает нагретую, но не загрязненную воду, причем избыток воды он сбрасывает в канализацию. Иногда на предприятиях может быть комбинированное, оборотное и последовательное использование воды (рис. 2, в), что позволяет сэкономить значительное ее количество поступающее из подземных источников водоснабжения, и сократить эксплуатационные затраты.

Конструкции артезианских скважин

Бурение артезианских скважин предусматривает монтаж обсадных труб. Они предназначены для изоляции стенок скважины от рабочего пространства ствола, как в процессе бурения, так и при эксплуатации. Обсадные трубы обеспечивают прочность и герметичность скважины при воздействии на нее внешних сил.

При выборе конструкции желательно руководствоваться:

1. Геологическими особенностями местности (характеристики и типы грунтов), в которых будет проводиться бурение.
2. Гидравлическими характеристиками водоскважины. По своим гидравлическим параметрам артезианские источники водоснабжения являются напорными, так как артезианская вода находится между двумя мощными водоупорными слоями, которые создают для артезианской воды избыточное гидравлическое давление. При бурении происходит вскрытие водоупорного горизонта и артезианская вода, находясь в сжатом состоянии, поднимается вверх по стволу до определенного уровня.
   География наших работ ограничена Московской и соседними с ней областями (Тульской, Калужской и Владимирской). В этих областях артезианская вода находится в известняке.
3. Требуемой производительностью источника. От этого зависит выбор обсадной колонны и оборудования. В качестве обсадной колонны применяют стальные и пластиковые трубы.

Рассмотрим подробное влияние указанных факторов в их взаимосвязи на выбор конструкции индивидуальной артезианской водоскважины в частных загородных домах.

1-й вариант: классическая однотрубная конструкция

• Благоприятная» геология местности: отсутствие пород, существенно затрудняющих бурение (сыпучие грунты, валуны, окремненные известняковые породы и другие).
• Известняк водоносный, напорный. Уровень воды выше уровня известнякового слоя. По своей структуре известняковый слой крепкий, однородный, без посторонних прослоек песка и глины.
• Требуемый дебит источника – для водоснабжения загородного дома.

При таких исходных данных используется такая конструкция водоскважины (Рисунок 1). Обсадная колонна — сталь 133 мм или 159 мм. Устанавливается в водоскважину от ее начала до известнякового слоя. В этом слое ствол источника не обсаживается и остается открытым, который и обеспечивает водоприток.

Дебит такой водоскважины до 3,0 м 3 /час при использовании обсадных труб диаметра 133 мм или до 5,0 м 3 /час при использовании труб диаметра 159 мм.

2-ой вариант: двойная система обсадных труб

• «Благоприятная» геология местности.
• Известняк слой водоносный, но не напорный. Уровень воды в стволе источника ниже уровня этого слоя.
• Нужный дебит скважины – для водоснабжения коттеджа.

При таких исходных данных применяется следующая конструкция водоскважины (Рисунок 2). Основная эксплуатационная колонна — стальные трубы для обсадки диаметром 133 мм или 159 мм, которые монтируются в водоскважину от ее начала до известняка. В известняковом слое оборудуется открытый ствол, в котором находится уровень воды. Устанавливать насос в открытый ствол нельзя, так как существует риск сдвига открытых пород и заклинивания насоса без возможности его извлечения. Поэтому в данном случае применяется двойная система обсадных труб.

Внутри основной стальной обсадной колонны на всю глубину бурения устанавливают дополнительную колонну. Она состоит из обсадных труб меньшего диаметра: пластиковых (117 мм или 125 мм) или стальных (133 мм или 114 мм). В такой схеме в качестве дополнительной обсадной колонны чаще используют пластиковую, потому что она дешевле стальной. Для увеличения водопритока в нижней части пластиковой колонны иногда оборудуют перфорационные отверстия.

Такая же двойная система обсадной колонны применяется в случае, когда в известняке имеются прослойки песка или глины. Дополнительная обсадная колонна перекрывает эти прослойки и позволяет избавить источник водоснабжения от посторонних примесей.

Обсадная колонна из двух труб более надежная по сравнению с однотрубной конструкцией. Она пользуется у наших заказчиков большой популярностью.

3-й вариант: с кондуктором

• Геологические осложнения верхних слоев грунта: сыпучие породы или слежавшийся насыпной разнородный грунт.
• Известняк водоносный, напорный. Уровень воды в водоскважине выше уровня известнякового слоя.
• Требуемая производительность источника – водоснабжение загородного дома.

При таких исходных данных применяется следующая конструкция водоскважины с установкой кондуктора (Рисунок 3). Для закрепления верхних слоев грунта и предотвращения их осыпания, в верхней части скважины на глубину неустойчивого грунта устанавливают кондуктор (дополнительную трубу). Диаметр кондуктора больше основной обсадной трубы (168 мм). До известняка скважина бурится и обсаживается стальными трубами меньшего диаметра (133 мм или 159 мм). В известняковом слое водоскважина не обсаживается и остается открытый ствол, который и служит водопритоком.

4-й вариант: с кондуктором

• Геологические осложнения верхних слоев грунта: сыпучие породы или слежавшийся насыпной разнородный грунт.
• Известняк водоносный, но не напорный. Уровень воды в водоскважине ниже уровня известнякового слоя.
• Требуемая производительность источника – водоснабжение загородного дома.

При таких условиях применяется конструкция с кондуктором (Рисунок 4). Как в предыдущем варианте в верхней части водоскважины на глубину неустойчивого грунта устанавливают кондуктор (168 мм). До известняка скважина бурится и обсаживается стальными трубами меньшего диаметра (133 мм или 159 мм). Если насос монтируется в известняковый слой, то в обязательном порядке применяют двойную конструкцию обсадной колонны. Внутри стальных труб на всю глубину бурения устанавливают дополнительную колонну. Она состоит из обсадных труб меньшего диаметра: пластиковых (117 мм или 125 мм) или стальных (133 мм или 114 мм). Для увеличения водопритока в нижней части колонны иногда оборудуют перфорационные отверстия.

5-й вариант: телескопическая конструкция

• В процессе бурения встречаются породы, существенно затрудняющие работы (сыпучие грунты, валуны, окремненные известняки и другие).
• Известняк водоносный, напорный. Уровень воды в скважине выше уровня известняка.
• Требуемая производительность источника – для водоснабжения частного дома.

Используется телескопическая конструкция водоскважины (Рисунок 5). Это происходит в случаях, когда на пути бурового инструмента встречаются геологические трудности: валуны, сыпучие грунты, окремненный известняк и другие. Поэтому до этого момента скважина обсаживается начальной стальной обсадной трубой (133 мм или 159 мм). Далее происходит переход на бурение и обсадку стальными трубами меньшего диаметра, которые устанавливаются на известняк. В известняке водоскважина не обсаживается и остается открытый ствол, который и служит водопритоком.

6-й вариант: телескопическая конструкция

• В процессе бурения встречаются породы, существенно затрудняющие работы (сыпучие грунты, валуны, окремненные известняки и другие).
• Известняк водоносный, но не напорный — уровень воды в стволе источника ниже уровня известняка.
• Требуемая производительность скважины – для водоснабжения загородного дома.

Применяется телескопическая конструкция скважины (Рисунок 6). Как в предыдущем варианте до геологических осложнений водоскважина обсаживается начальной стальной обсадной трубой 133 мм или 159 мм. Далее происходит переход на бурение и обсадку стальной колонной меньшего диаметра, которая уже ставятся на известняк. В известняке, устанавливают дополнительную колонну, состоящую из обсадных труб еще меньшего диаметра, в которую уже будет устанавливаться насос. Водоприток в данном случае — открытый ствол или перфорационные отверстия обсадной трубы.

В статье рассмотрены основные, часто применяемые при бурении конструкции артезианских скважин. На самом деле конструкций больше. Каждая вариация применяется в конкретном случае индивидуально.

Устройство, схема и принцип работы скважины

Устройство скважины

Устройство всех скважин для воды в частном доме примерно одинаковое — это глубокая яма до залегания воды и обсадная труба, которая позволяет направлять и управлять потоком воды снизу вверх. Отличия заключаются в дополнительных устройствах, повышающих надёжность и производительность скважины.

Как правило, скважины оборудуют устройством принудительного подъёма и распределения воды.

Любая скважина обладает характеристиками, которые позволяют выбрать оптимальное устройства для забора воды. Важной характеристикой таких устройств является дебит скважины.

Дебит скважины

Дебит скважины — это максимальный объем воды, полученный за единицу времени.

Измерять дебит можно в литрах в минуту, м 3 /сутки или м 3 /час. Это основной показатель производительности скважины.

Кессон

Кессон — это резервуар для размещения и гидроизоляции приборов. Кессон для скважины бывает металлический и пластиковый. Для контрастного климата лучше подходят металлические, но они дороже и подвержены коррозии, но зато их можно ремонтировать. Пластиковые кессоны не ржавеют и стоят гораздо дешевле. Однако пластик может порваться, к тому же он не ремонтно пригоден.

В зависимости от размера, цена на пластиковый кессон находится в диапазоне от 17 000 до 40 000 рублей.

Для металлического кессона цена отличается только в верхнем пределе и составляет разницу от 17 000 до 60 000 рублей. Дело в том, что кессон из металла можно собрать по частям, каждая из которых продаётся отдельно.

Оголовок

Оголовок для скважины — устройство, которое крепится на верхнюю часть обсадной трубы. Оголовок герметичен и служит для крепления вывода водонапорной трубы и кабеля для насоса. Оголовок обеспечивает приток воды, увеличивает дебит скважины за счёт создания низкого давления воздуха внутри труб. Производятся из пластика или чугуна.

Стоимость оголовков, рассчитанных на трубы диаметром 125-133 мм, колеблется от 2000 до 4000 рублей.

Адаптер

Адаптер для скважины — устройство, позволяющее герметично соединять скважину с наземным водопроводом. Обычно адаптер используют в технических помещениях с оборудованием для водоснабжения. Одна часть адаптера крепится к обсадной колонне, другая — к шлангу с насосом. Использовать адаптер необходимо там, где концентрируется оборудование, которые нужно в защитить от воды.

Адаптер экономит место. Его цена от 600 до 4000 рублей.

Пакер

Пакеры для скважин, он же уплотнитель — это устройство, позволяющее перекрывать и герметизировать отдельные части скважины или внутренней стенки трубы. Кроме того, с помощью пакера можно разделять внутреннюю полость скважины от внешней, затрубной. С его помощью также можно отделить одну часть трубы от другой.

Пакер используется для проведения технологических операций на локальном участке скважины.

Обсадная труба

Обсадная труба — основной элемент скважины, предназначенный для подачи воды от источника в водопровод. Своё название эти трубы получили из-за функции — предотвращать обсыпание пробуренного отверстия в земле. Обсадные трубы опускают в грунт после того как скважина окончательно будет пробурена. Пространство между стеной скважины и трубой заливают бетоном. После этого приступают к установке остального оборудования.

Обводные трубы отличаются по размеру и материалу. Обычно их производят из металла (чугуна или стали), дерева, асбеста, пластмассы.

Самой популярной считается металлическая и обсадная труба пнд для скважин с резьбой.

Цена на обсадные трубы для скважин измеряется в погонных метрах и зависит от материала и диаметра. Если взять за основу самый распространённый диаметр труб 133 мм, то цена будет от 200 до 500 рублей за метр для пластиковых труб и от 400 до 800 рублей за метр для металлических.

Схема и принцип работы

Я уже писал о преимуществах и недостатках скважин и даже составил таблицу для сравнительного анализа. Предлагаю рассмотреть схемы и принцип работы самых популярных из них.

Скважина на песок

Скважина «на песок» самый простой вариант добычи воды после колодца и открытого водоёма. Она представляет собой тонкую трубу (d −100 мм), погруженную в грунт на глубину 15-30 м. На конце трубы находится сетка из нержавеющей стали, выполняющая роль фильтра.

Свое название скважина получила от основного требования — водоносный слой должен находиться в песке или в песчаных смесях. Это условие не столько технологии, сколько возможностей. Сквозь рыхлый субстрат воды будет проходить легко, поэтому можно обойтись простым насосом.

Скважина игла

Этот вариант скважины получил ещё название абиссинского колодца. Скважина игла проще, чем скважина на песок, но во многом с ней похожа. Кроме простоты и дешевизны абиссинский колодец выгодно отличается тем, что с его помощью можно качать очень чистую воду. Игла берёт воду, пропущенную через песок, в то время как скважина «на песок» качает воду из горизонта суглинка.

Колодцем эта скважина называется потому, что глубина забора воды у неё как и у обычного колодца. Получается, что это колодец шириной в одну трубу.

Скважину называют иглой потому, что это фактически вбитая в землю труба. Как будто в грунт ввели иглу. Несомненным достоинством такой иглы является дешевизна, быстрая установка и долгий срок службы — до 30 лет. На поверхности земли она занимает мало места, поэтому можно разместиться в подвальном помещении дома. Достают воду в такой скважине с помощью помпы или насоса.

Недостатки

• малая производительность;
• вероятность снижения запасов воды зимой или в засушливый период;
• возможность установки только на рыхлых грунтах;
• невозможность использования нескольких точек забора воды без ущерба для напора;
• вероятность заиливания при перерывах в использовании;
• отсутствие возможности подключить несколько водоразборных точек без снижения напора.

Существуют два метода устройства иглы: забивной и бурением. Забивание — просто и дёшево, но есть вероятность проскочить водоносные пласты или попасть в камень, после чего придётся начинать всё сначала. По мере продавливания трубы вниз, в неё всё время подливается вода. Когда вода начнёт уходить в грунт, можно начинать установку насоса.

Дебит воды в абиссинском колодце примерно такой же, как и в обычном (от 0,5 до 3 м 3 /час).

Нужно учесть

• Использовать следует металлические или пластиковые трубы на 1 или 1,5 дюйма, которые режутся на 1-2 метровые отрезки. После погружения одного отрезка производится наращивание трубы с помощью резьбовых соединений с другим отрезком.
• В качестве уплотнителя лучше используется силикон, краска, муфты.
• Диаметр наконечника трубы должен превышать диаметр самой трубы. В конце трубы должен находиться специальный фильтр. При этом наконечник и труба должны быть сделаны из одного материала.

Артезианская скважина

Артезианская скважина — это самый трудоёмкий, дорогой и в тоже время надёжный способ поднятия воды на поверхность. При этом вода достаётся из слоёв, где залегает известняк. На такую глубину обычно загрязняющие вещества не проникают. Такая скважина часто имеет несколько обсадных труб и распределяюще-запирающие устройства типа оголовка, кессона и адаптера.

Недостатки

Недостатком артезианской скважины скважины является не только цена бурения на большую глубину и необходимость оформлять разрешение, но и непредсказуемость минерального состава воды. Чаще всего вода имеет низкий уровень минерализации.

Но всегда есть вероятность добуриться до залежей с «минералкой», обладающей кислой или щелочной реакцией.

Сложность скважины зависит от того, на какую глубину бурить. На глубине 50-100 метров необходимо установить обсадную трубу диаметром 133 мм. Внизу, от известкового слоя вверх, должна располагаться вторая труба с меньшим диаметром (125 мм), в которой находится насосное оборудование. На глубину от 100 метров необходимо уже устанавливать телескопические колонны. Они составляются из труб с постоянно уменьшающимся диаметром в интервале от 133 до 125 мм.

В артезианской скважине вода поднимается под собственным напором до середины или 2/3 конструкции, поэтому на данной глубине и нужно устанавливать насосы.

Скважины делятся на однотрубные и имеющие дополнительные трубы. В последнем случае внутри металлической трубы, забитой до известкового слоя, помещается более тонкая труба пластиковая. Именно эта труба и входит в грунтовые воды. При неустойчивом грунте скважину нужно оснастить кондуктором. Это дополнительная труба, которая существенно шире обсадной трубы. Она устанавливается сверху в целях защиты обсадной трубы от чрезмерного давления. Когда артезианская скважина будет полностью готова к работе, необходимо установить кессон и оголовок.