Водозаборная скважина: что это, для чего она нужна

Конструкции обсадных колонн водозаборных скважин.

В самом общем случае обсадные колонны по конструкции можно разделить по способу организации участка притока воды в ствол колонны на:

• Фильтровые;
• Бесфильтровые.

Фильтровые обсадные колонны в основном используют для создания скважин на пески и песчаники. Можно также ставить такие колонны при создании скважин на мягкие (подвижные) известняки (например, доломиты). Правда делать такие скважины имеет смысл лишь там, где получить воду с других водоносов нет возможности.

Варианты фильтровальных участков на базе пластиковых труб. Слева на право: с сеткой нержавейкой, щелевой, с ЭФВП фильтрующим элементом.

Бесфильтровые колонны используют при создании скважин на песок с забором воды из каверны и для скважин на известняк. Скважины на каверну предполагают, создание в водоносном слое ниши из которой вода с помощью насоса поднимается на поверхность.

Второй принцип классификации обсадных колонн – количество труб используемых в конструкции. По этому признаку колонны делят на:

• однотрубные (в основном используют для создания скважин на песок);
• многотрубные.

В однотрубных конструкциях колонна собирается из труб одного диаметра.

Многотрубные колонны предполагают использование труб разных диаметров. При этом соединение труб разных диаметров между собой может быть реализовано разными способами. Например, трубы можно соединить впотай с развальцовкой, трубу меньшего диаметра можно поставить на пакер. Так же используют вариант вывода всех обсадных труб на уровень земли. Последний вариант обычно используют, в случае если обсадную колонну собирают из стальных и пластиковых труб. При этом пластиковую колонну выводят до уровня земли.

Двухтрубная обсадная колонна. Внешняя обсадка сталь диаметром 159 мм. Внутренняя обсадка нПВХ диаметром 125 мм.

Основные методы и оборудование для обустройства скважин

Для забора воды из скважин используют погружные и наружные электронасосы, насосные станции, поверхностное насосное оборудование может располагаться рядом со скважинным устьем или на некотором расстоянии от него. Для подключения электронасосов к скважинному источнику используются различные методы и оборудование, рассчитанные на разные типы электронасосов.

Оголовок

Если необходимо решить вопрос крепления погружного электронасоса и защиты скважинного канала от проникновения грязи и осадков, применяют оголовок, который устанавливают поверх обсадной трубы. Устройство рассчитано на стандартный диаметр, может быть выполнено из пластика, стали или чугуна, способно выдержать вес подвешиваемого насосного оборудования до 250 кг. в пластиковом исполнении и до 500 кг. при использовании металла. В типовой конструкции предусмотрено размещение карабина для подвешивания электронасоса и выходное отверстие, через которое пропускает напорную трубу при подключении к линии.

Конструктивно оголовок выполнен из двух частей, которые соединяют после погружения электронасоса в скважину. Для этого на обсадную трубу надевают фланец, прижимая его к поверхности земли, устанавливают резиновое кольцо и сверху ставят второй фланец с подвешенным электронасосом, неподвижно фиксируя его с помощью болтов.

Рис. 7 Оголовки

Адаптер

Адаптер позволяет подключать поверхностный центробежный электронасос или насосную станцию к скважине через трубопровод, если они расположены на некотором удалении. Трубы при этом располагаются под землей, что исключает их промерзание в зимнее время, второе преимущество данного подключения – увеличение глубины погружения напорного трубопровода в скважину за счет опускания ниже уровня земли, которая в поверхностных насосах не превышает 9 метров.

Адаптер выполняется в виде двух частей, одна из которых с подключенным напорным трубопроводом располагается в скважинном канале, а вторая с подсоединенной к ней водопроводной магистралью находится снаружи. Обе части соединяются через стенки обсадной трубы с помощью резьбы и изолирующей резиновой прокладки.

Рис. 8 Адаптер – конструктивное устройство

Кессонная яма

Кессонную яму используют в тех случаях, когда электронасос и насосное оборудование для автоматизации его работы расположены рядом со скважинным устьем. Обычно яма выполняется в виде бетонного кольца, углубленного в землю, иногда используется пластик или сварные металлические конструкции, покрытые битумной гидроизоляцией. Во избежание проникновения в забой грунтовых вод вдоль скважинного ствола, дно ямы покрывают цементно-песчаной стяжкой.

Обычно в кессонных колодцах размещают насосную станцию или автоматику управления глубинным электронасосом: гидроаккумулятор, реле давления и холостого хода, манометр. Помимо изоляции от грунтовых вод, кессон обеспечивает защиту от промерзания не только устья скважины, но и всей водопроводной магистрали, которая при его использовании располагается под землей.

Рис. 10 Кессонный колодец

Артезианская скважина

Схема артезианской скважины.

Название этого типа выработок пришло из французского языка — с места бурения первой фонтанирующей скважины: провинции Артуа. Большая протяженность ствола и прочные породы грунта, пересекаемые на пути к водоносному пласту, предполагают применение мощных буровых установок — шнековый способ не подойдет.

Строительству выработки предшествует этап документального оформления. Бурение артезианской скважины не относится к лицензируемому виду деятельности, но для пользования водой из нее необходимо оформить много разрешений и согласований, включая получение лицензии на недропользование. Процесс это длительный и затратный.

Основные этапы: согласование расположения участка и скважины, проект геологических изысканий, оформление лицензии на разведочные работы, бурение, составление отчета и постановка запасов на государственный баланс.

Артезианские скважины разделяют на 4 разновидности:

1. Выработка с двойной обсадкой — в нижней части колонны на водоносном участке монтируют перфорированную трубу и размещают в ней насос, другая половина устанавливается сверху, доходит до известнякового слоя. Через отверстия в нижнем звене вода поступает в трубу и помпой выкачивается на устье. Применяется, когда давление в пласте слабое.
2. Водоскважина с переходом устраивается при изменчивом геологическом разрезе. Монтируют 3 обсадные трубы — большого диаметра в верхней части, среднего — в камнях и песках, малого — непосредственно в продуктивном слое. Используется при хорошем подпоре воды.
3. Скважина классическая — с одной обсадной трубой для нормальных условий.
4. Ствол с кондуктором — из 2 обсадок: в верхней и нижней частях.

Технология бурения сложная. Строительство артезианского водозабора выполняется специализированными организациями.

Преимущества

Преимущества артезианской скважины.

Главными достоинствами артезианской скважины являются удаленность водозабора от поверхности и залегание воды в пористых известняках, исключающих присутствие механических примесей в жидкости. Это позволяет откачивать подземный ресурс без установки на забое сетчатого фильтра.

Как следствие, проявляются и другие преимущества артезианских скважин:

• экологическая чистота воды;
• независимость от климатических и погодных условий;
• бесперебойность водоснабжения: запасы подземных вод подтверждены геологическими изысканиями.

Источник остается неиссякаемым на протяжении ≥50 лет. При этом не потребуется тратить средства на периодические очистки фильтра: его нет.

Недостатки

Связаны с затратами на стадии организации строительства и бурения глубоких выработок. Продолжительность периода от проектирования до получения паспорта артезианской скважины — 2 года.

На ограниченной территории соорудить водозабор не получится: минимальные размеры площадки для буровой установки 6х9 м. Вода содержит минеральные образования, обретенные при фильтрации сквозь грунт, является жесткой.

Технология бурения скважины на воду

из металлических труб или бревен

Бурение нужно выполнять с помощником. Один должен ключом поворачивать штангу вокруг своей оси, а другой ― молотком бить сверху, создавая тем самым дополнительную нагрузку. Вообще, желательно, чтобы эту работу выполняли 4 человека: двое исполнителей занимались прокруткой бура, а остальные осуществляли его подъем и опускание лебедкой.

Бур необходимо вытаскивать через каждые 50 см и хорошо очищать от грунта. Определить нужную глубину можно по уровню воды в выработке. Затем в скважину устанавливается обсадная труба с фильтрующей системой. Промежуток между трубой и землей следует залить бетонным раствором. Она будет возвышаться над грунтом.

После этого выполняется обустройство глиняного замка вокруг скважины. Если его не сделать, то все время в выработку будет проникать с поверхности дождевая и талая вода, что ухудшит ее качество.

На страховочный трос фиксируется насос с трубой для подачи жидкости и силовой кабель. Трубу подачи необходимо вывести наверх и приварить к кессону.

При глубоком залегании водоносного слоя бурение следует проводить с помощью спецтехники. Тем более что в некоторых ситуациях приходится выполнять несколько контрольных бурений для определения наилучшего источника.

Перед бурением требуется выполнить экспертизу. Запрещено обустраивать скважину на воду около септиков, выгребных ям и скоплений мусора.

Абиссинский колодец

Колодец абиссинский для воды.

Трубчатый колодец получил свое название по территории в Африке, где впервые использовалась технология извлечения из недр подземной воды без применения специального оборудования.

Самостоятельное бурение скважин выполняется этим старинным способом. Водозабор осуществляется с глубины 8-13 м.

Последовательность работ:

1. Собирают бурильную колонну из 1-2 м отрезков труб Ø2″, она же будет выполнять функции обсадной. Бур-фильтр изготавливается сплющиванием забойного конца первой трубы или насадкой на штангу конуса для лучшего проникновения в грунт. В стенках бура сверлят отверстия 6-8 мм, чтобы в них поступала вода, оборачивают металлической фильтровальной сеткой.
2. Изготавливают ударную бабку из направляющей трубы Ø100 мм длиной 1 м, утяжеляют ее металлом весом 10 кг, с двух сторон приваривают рукояти.
3. Вколачивают бур-фильтр целиком в грунт, после чего прикрепляют к нему следующую секцию колонны сваркой или резьбовым соединением. Забив трубу вслед за буром, операцию повторяют до проникновения фильтра в водоносный горизонт.
4. Подключается насос ручной или электрический вакуумный.

Прокачка трубчатого колодца производится до появления чистой воды. Качество жидкости проверяется в лаборатории санэпидемстанции.

Преимущества и недостатки

Достоинством абиссинского водозабора является возможность построить его самостоятельно с минимальным вложением средств. Скважина-игла полностью изолирована от притока верховодки. Трубчатый колодец можно забить в грунт из подвала своего дома.

Недостатков немного:

• невозможность применения погружного насоса из-за малого диаметра колонны;
• необходимость прочистки колодца от песка и ила;
• ограничения по свойствам грунта: способ применяется на мягких породах и крупнозернистых песках.

Срок эксплуатации водозабора ≥30 лет. Обязательное условие долговременности — периодическое извлечение ила и песка из обсадной колонны. Делается это с помощью желонки — цилиндрического сосуда с клапанным затвором.

Особенности строительства водозаборного узла

Монтаж водозаборного узла предполагает строительство следующих элементов и составляющих деталей конструкции (в зависимости от назначения скважины, некоторые приспособления могут не использоваться):

• Для очистки воды от вредных примесей выполняется монтаж системы водоподготовки.
• Чтобы хранить содержимое скважины, прошедшее процесс фильтрации, понадобится установить резервуар чистой воды.
• Для обеспечения подачи чистой воды потребителям выполняется монтаж насосной станции 2-го подъёма. Также эта конструкция позволит поддерживать правильное давление в сети. Эта конструкция нужна только для скважин, обеспечивающих водой целые посёлки, крупные предприятия и фермерские хозяйства.
• Также для скважин, обеспечивающих водой посёлки и крупные предприятия, понадобится установить пожарные насосы, которые будут выполнять подачу воды для нужд пожаротушения.
• Для контроля функционирования оборудования и определения расхода воды понадобится установить контрольно-измерительное оборудование.
• Необходимая автоматика позволит скважине работать в автоматическом режиме.
• Дренажная система нужна для сброса воды, промывающей фильтры. Она понадобится для водоотведения в случае подтопления ВЗУ или переполнения РЧВ.

Выбор места расположения скважины

При выборе места расположения скважины рекомендуем исходить из следующих соображений:

1. Согласно «требованиям к выбору места расположения водозаборных сооружений нецентрализованного водоснабжения», изложенных в СанПиН 2.1.4.1175-02, расстояние между скважиной и источниками загрязнения, (коими будут признаны не только Ваш септик, но и выгребная яма у бабушки-соседки), — должно составлять не менее 50 м.

Так как подобные нормы разрабатываются где-то на Луне, и в условиях жизни на 6 сотках невыполнимы в принципе, советуем обеспечить максимально возможный разнос между скважиной и источниками потенциальных загрязнений.

2. Если Ваш участок имеет естественный уклон, скважину лучше разместить выше по уровню, чем септик.

3. Не следует размещать скважину ближе 3-4м от фундамента, а тем более внутри строящегося здания.

Эта предосторожность связана с тем, что бывали случаи, когда дождевые и талые воды промывали грунт с внешней стороны обсадной трубы и поглощались первым от поверхности водоносным пластом. В результате происходил вынос грунта, вплоть до образования провальной воронки диаметром от 3 до 5 и более м. И если на улице развитие данного процесса легко заметить и предотвратить, сделав дополнительный глиняный затвор, то внутри помещения, под бетонной стяжкой, Вы его не увидите, пока дом не затрещит по швам

И хотя вероятность данного события невелика, рисковать все же не стоит.

4. К скважине всегда должен быть подъезд.

Жизнь есть жизнь. Уронили ли Вы насос, поссорились ли с добрыми соседями, и те набросали в скважину камней, гимнастических гантелей, или еще какой гадости, произошло ли загрязнение водоносного пласта – требуется прочистка или углубление скважины. Далеко не всегда эти операции можно сделать вручную. А машину не загнать. Хозяин успел построить гараж на 5 машин, хозяйка — цветочные горки с туями. И что делать? Новую скважину бурить? Так что подъезд к скважине лучше предусмотреть заранее.

Вода одна – скважины разные

Водозаборная скважина – сооружение для забора воды из водоносного слоя почвы, представляющее собой, упрощенно говоря, трубу с насосом, с помощью которого доставляется вода на поверхность.

Основные части водозаборной скважины это:

• обсадная труба или колонна – она углубляется в недра земли, может быть разного диаметра и длины;
• ствол – по нему вода качается на поверхность, он расположен внутри обсадной трубы;
• насос (погружной или наружный, с электродвигателем) – очевидно, что с его помощью и происходит процесс доставки воды в ваши трубы;
• фильтр – очищает воду от примесей из почвы (не путать с бытовыми фильтрами, в том числе сложными системами обратного осмоса, которые нередко устанавливают в частных домах. В данном случае фильтры – обязательная деталь скважины).

Поскольку грунтовые воды могут находиться на разной глубине (от трех до многих десятков метров) и эти значения варьируются в зависимости от местности, то и водозаборные скважины бывают разные.

Абиссинская.

Уходит под землю на глубину до 10–12 м – меньше, чем другие скважины. Вместо обсадной трубы и ствола у нее только так называемая «игла» – очень тонкая (около 70 мм) труба, которую, если грунт достаточно мягкий, можно просто забивать в землю даже без бурения (или же достаточно малогабаритной буровой установки). Сам процесс проходит быстро и без особых сложностей. Сложности могут начаться потом, если вода на вашем участке на такой малой глубине не подходит или плохо пригодна для питья. Производительность (дебет) такой скважины – 0,5 кубометра воды в час, что вполне приемлемо для садового, дачного домика и непостоянного проживания. Качественно устроенная абиссинская скважина может прослужить и 10 лет, но чаще выводится из эксплуатации уже после 3–5 лет использования.

Это самый простой и дешевый вариант доставки воды на участке.

Скважина на песок.

Уходит глубже в почву – до 30 м, состоит из колонны большего диаметра – до 130 мм. Бурение такой скважины – уже дело более серьезное, может занять не один день. Производительность ее – от 1 до 1,5 кубометра. Срок эксплуатации – около 15 лет (но это, как говорится, с запасом, в реальности берите меньше).

Артезианская.

Самая глубокая – может уходить в землю до 100 м, в нее уже не попадают поверхностные грунтовые воды, поэтому вода из такой скважины считается самой чистой, качественной. Диаметр обсадной трубы – наибольший – до 160 мм. Дебет начинается от 3 кубометров, и разводка воды может выходить сразу на несколько разных кранов. Это, понятное дело, наиболее дорогой и сложный вариант, требующий профессионального оборудования и исполнения. Однако и срок службы такой скважины – не менее полувека. Идеальный вариант, если в большом частном доме ваша семья проживает постоянно.

Вода из водозаборной скважины – для полива, хозяйственных нужд, мытья и питья

Популярные способы поиска воды на участке

Есть несколько методов, позволяющих найти подходящее место для устройства скважины или колодца. Чаще всего используют следующие:

Использование глиняной посуды

Еще в древности наши предки, чтобы понять, есть ли в том или ином месте вода, применяли такое нехитрое приспособление, как глиняный горшок. Дав ему достаточно хорошо просохнуть на солнце, его переворачивали и клали на землю на участке, где может располагаться водоносный слой. По прошествии некоторого времени необходимо было посмотреть на внутреннюю часть посуды: если там обнаружился конденсат, то это служило подсказкой о наличии в выбранном месте воды. В наши дни этот метод претерпел некоторые изменения.

• Для этого нам потребуется несколько литров силикагеля, который прекрасно впитывает влагу. Это вещество необходимо поместить в духовку для просушивания, а затем напомнить им глиняный горшок.
• Далее нужно определить вес емкости с гелем. Желательно использовать для этого аптекарские весы.
• Берем ткань, заворачиваем в нее нашу посуду, после чего роем яму глубиной порядка 0,5 метра в месте, выбранном для будущей скважины, куда и помещаем горшок с силикагелем. Он должен находиться в земле течении суток, после чего его необходимо выкопать и провести повторное взвешивание.

По количеству впитавшейся воды можно определить, насколько далеко находится вода. Подобную операцию можно проделать сразу с несколькими горшками: подобным образом можно подобрать место, в котором имеется самый крупный запас воды. При отсутствии силикагеля можно использовать простой кирпич, все действия с ним полностью аналогичны.

Наблюдения — где растут растения?

Среди растений встречаются такие, которые могут дать подсказку о местонахождении подземного водоема.

Это, к примеру, может быть береза, растущая над водостоком. Она должна иметь небольшую высоту, а ее ствол должен быть извилистым и искривленным. Свисающие с дерева ветви должны формировать нечто похожее на «ведьмины метелки».

• В поисках располагающейся на минимальном удалении от поверхности воды полезно ориентироваться на заросли мокрицы, представляющей собой травянистое растение средней высоты.
• Понять, есть ли в выбранном месте водоток, можно по наличию гравилата речного.
• Если на вашем пути встретится сосна, имеющая длинный стержневой корень, знайте, что в этом месте бурить скважину придется очень долго, поскольку водохранилище находится на значительной глубине.

Определение по перепаду высот

Прибегать к подобному способу имеет смысл лишь при условии, что поблизости располагается какой-либо водоем или колодец. Поиски воды осуществляются при помощи простого барометра-анероида, необходимого для замеров давления. Подобный метод основывается на том, что через каждые 13 метров перепада высот будет наблюдаться уменьшение давления на один миллиметр ртутного столба. Благодаря этому можно выяснить, насколько глубоко проходят подземные воды.

Практически все действия сводятся к выполнению замеров давления в месте, выбранном для устройства скважины, а также на берегу водоема. Если перепад давления составит порядка 0,5 миллиметров ртутного столба, то это будет подсказкой о том, что водоносный слой располагается на глубине порядка 6-7 метров и здесь можно строить колодец.

Какие источники под землей

Геологические разрезы по земельным участкам неодинаковы, но закономерности по водоносным слоям существуют. С углублением от поверхности в недра подземная вода становится чище. Водозабор из верхних уровней обходится дешевле, им пользуются собственники частного жилья.

Верховодка

Водный ресурс, находящийся в земле недалеко от поверхности над водоупорным слоем горных пород, называется верховодкой. Водонепроницаемые грунты имеются не на всех территориях, не всегда удается найти подходящий участок для организации неглубокого водозабора. Над такими линзами фильтрационный слой отсутствует, вредные вещества, органические и механические примеси с дождем и снегом проникают в грунт и примешиваются к подземному водоему.

Верховодка характеризуется такими показателями:

1. Глубина залегания. В среднем 3-9 м в зависимости от региона. Для средней полосы — до 25 м.
2. Площадь пластов — ограниченная. Проявления встречаются не в каждой местности.
3. Подпитка запасов осуществляется за счет осадков. С нижележащих горизонтов водопритока нет. В засушливые периоды уровень воды в колодцах и скважинах на верховодку падает.
4. Использование — для технических нужд. Если в составе отсутствуют вредные химические загрязнители, системой фильтрации вода улучшается до питьевой.

Верховодка хорошо подходит для полива огорода. При бурении неглубоких скважин можно сэкономить: проходка доступна для самостоятельного выполнения. Вариант — устройство колодца с укреплением его стенок бетонными кольцами. Не рекомендуется делать водозабор из верхних залежей, если недалеко от земельного участка используют удобрения, располагается промышленная зона.

Грунтовка

Верховодка — ресурс пропадающий, в отличие от грунтовки, являющейся первым постоянным подземным водохранилищем. Извлечение из недр верховодки осуществляется преимущественно посредством колодцев, для забора грунтовки бурятся скважины. Эти типы подземной воды имеют схожие характеристики по глубине залегания — <25 м и в зависимости от количества выпадающих дождей.

К особенностям грунтовой разновидности относятся:

1. Фильтрующий слой горных пород. Его толщина 7-20 м, он распространяется непосредственно до пласта, расположенного на водонепроницаемой платформе скального грунта.
2. Применение в качестве питьевой воды. В отличие от верховодки, для которой используется многоступенчатая система очистки, удаление механических примесей из грунтовки делают скважинным фильтром.

Подпитка грунтовой воды стабильна на территориях, покрытых лесами и регионах с умеренным климатом. В засушливых районах летом влага может исчезать.

Источники между пластами

Схема подземных вод.

Название второго постоянного источника воды — межпластовый водоносный горизонт. На этот уровень бурятся скважины на песок.

Признаки линз, перемежаемых горными породами:

• вода напорная, поскольку принимает на себя давление окружающих горных пород;
• продуктивных водоносов несколько, они рассредоточены по глубине в рыхлых грунтах от верхнего водонепроницаемого слоя до нижней подстилающей подушки;
• запасы отдельных линз ограниченные.

Качество воды в таких залежах лучше, чем на верхних уровнях. Глубина распространения — от 25 до 80 м. Из некоторых пластов на земную поверхность пробиваются родники. Вскрытая на большой глубине подземная вода за счет напряженного состояния жидкости поднимается по стволу скважины на привычную близость к поверхности. Это позволяет осуществлять водозабор центробежным насосом, установленным на устье выработки.

Межпластовая разновидность подземных вод популярна при обустройстве водозаборов для загородных домов. Дебит песчаной скважины — 0,8-1,2 м³/час.

Артезианская

Другими особенностями артезианских горизонтов являются:

1. Высокая водоотдача — 3-10 м³/час. Этого количества хватит, чтобы обеспечить несколько дачных домов.
2. Чистота воды: проникая в недра через многометровые слои грунта, она полностью освобождается от механических и вредных органических примесей. Вмещающие породы обусловили второе название водозаборных выработок — скважины на известняк. Утверждение относится к пористым разновидностям камня.

В промышленных масштабах добыча артезианской влаги осуществляется в коммерческих целях — для продажи питьевой воды. На территориях, расположенных в низинах, есть вероятность обнаружить напорную залежь на глубине 20 м.

Охранные зоны скважин

Любое гидротехническое водозаборное сооружение имеет три пояса санитарно-охранных зон. Они позволяют уберечь водозабор от загрязнителей различного происхождения. Каждый из поясов имеет свои размеры и назначение:

1. Первая охранная зона – это окружность, радиус которой равен 15-60 м. Этот пояс должен быть огорожен забором. В этом кольце нельзя возводить никакие сооружения, кроме тех, которые нужны для эксплуатации водозаборного сооружения.
2. Вторая охранная зона позволяет защитить источник от бактериального загрязнения. В пределах этой зона запрещено размещать объекты, которые представляют потенциальную угрозу с точки зрения бактериального загрязнения. К таким объектам относятся выгребные ямы, септики, навозные ямы, другие локальные очистные приспособления. Радиус этой зоны рассчитывается по специальной формуле и зависит от особенностей местности и глубины залегания вод.
3. Назначение третьей зоны в защите сооружения от химического загрязнения. В пределах этого кольца запрещено строить склады горюче-смазочных веществ, ядохимикатов, а также хранилища для удобрений. Радиус зоны также рассчитывается по формуле и зависит от разных факторов.