Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Строительство arrow Водоснабжение

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

Буровые скважины

Забор подземных вод с помощью буровых скважин является наиболее распространенным способом в практике водоснабжения городов и населенных пунктов, так как отличается универсальностью, техническим совершенством и относительной дешевизной. Он используется в широком диапазоне глубин залегания подземных вод.

Как отмечалось выше, скважины, устраиваемые путем бурения, в основном предназначены для приема подземных вод, залегающих на глубине более 30 м. Применение водозаборных скважин возможно и при глубине подошвы водоносного слоя 8—Ю м. Эффективность использования скважин возрастает с глубиной залегания вод.

При проектировании скважины для водоснабжения нужно закладывать по возможности ближе к потребителю на участке, где гидрогеологические условия допускают получение требуемого количества воды, а состояние участка удовлетворительно по санитарным нормам. Скважины располагают перпендикулярно направлению потока подземных вод. При самоизливающихся скважинах вода отводится самотеком в сборный резервуар, а затем перекачивается либо на очистные сооружения, либо непосредственно потребителям. При глубоком залегании динамического уровня скважины оборудуют артезианскими насосами или эрлифтами. Скважину нужно располагать выше по рельефу местности по отношению к возможным источникам загрязнения. Непременным условием для размещения скважины должна быть возможность организации зоны санитарного режима.

Схема транспортирования воды от скважин зависит от способа ее получения. Наибольшее распространение получили напорные сборные водоводы, что вызвано использованием скважинных систем, оборудованных погружными насосами. Самотечные системы сборных водоводов применяются при заборе воды из каптажей, самоизливающихся скважин, а также из скважин, оборудованных насосными установками или эрлифтами. Преимущество этих систем заключается в возможности использования безнапорных труб. При подаче воды из водосборных сооружений в самотечную сеть работа каждой наносной станции не зависит от работы других и может быть отрегулирована самостоятельно.

Уровень воды в скважине в естественных уровнях (т.е. когда забор воды не производится) называется статическим. При заборе воды из скважины происходит понижение уровня воды в ней, который называется динамическим. Разница между статическим и динамическим уровнями составляет понижение S.

Различают скважины двух типов: совершенные и несовершенные. Под совершенной понимается такая скважина, которая вскрывает водоносный горизонт до подстилающего водоупорного пласта. Если скважина заканчивается в толще водоносного пласта, то она называется несовершенной.

Основная задача проектирования состоит в выборе рационального типа и схемы скважинной системы, т.е. определении оптимального числа скважин, расстояний между ними (с определением радиуса влияния одной скважины на другую), их взаимного расположения на местности, конструкций фильтра, диаметров и трассировки трубопроводов, характеристик насосного оборудования с учетом возможного понижения уровня воды в скважинах. Указанные задачи решают на основе гидрогеологических расчетов по определению дебита скважин и понижения уровня воды в процессе эксплуатации, оценке взаимного влияния отдельных скважин при совместной их работе.

Одновременно с решением этих вопросов уточняют схемы расположения водозаборных скважин, их число и тип. При проведении гидрогеологических расчетов в качестве исходной величины принимают дебит, соответствующий заданному водопотреблению, или максимальный дебит, который может быть получен. В обоих случаях расчетами устанавливают размеры водозаборных сооружений (глубину, диаметр), число, расположение и дебит скважин при заданной длительности эксплуатации и максимально допустимых понижениях уровня воды. На основании вариантных гидрогеологических расчетов рассматриваемых схем выбирают оптимальную.

Гидрогеологические расчеты водозаборных сооружений проводят на основе законов фильтрации. Рассмотрим общие расчетные зависимости для определения расхода воды водозаборного сооружения. Дебит скважин Q, м3/сут, в водоносных пластах может быть найден по следующим зависимостям:

• напорных

• безнапорных

где кт водопроводимость эксплуатируемого пласта (здесь к — коэффициент фильтрации, м2/сут; т — мощность пласта, м) S — максимальное допустимое понижение уровня подземных вод, м; he естественная мощность грунтового потока, м; Яф = R0+ + (3^ —фильтрационное сопротивление, зависящее от гидрогеологических условий и типа водозаборного сооружения (здесь R0 — гидравлическое сопротивление в точке расположения скважины, м; —дополнительное сопротивление, учитывающее фильтрационное несовершенство скважины; [3 = QJQ — отношение расхода рассматриваемой скважины Qq к общему расходу водозабора Q).

Величины R, R0 и ^ могут быть определены только при той или иной степени детализации гидрогеологической обстановки.

Допустимое понижение уровня воды в скважине Saon, м, определяется по данным опытных откачек. Приближенно допустимое понижение уровня воды можно определить следующим образом:

• безнапорных

• напорных

где /?е и #е — соответственно первоначальная глубина воды до водо- упора (в безнапорных горизонтах) и напор над подошвой горизонта (в напорных пластах), м; ДА и Д#иас— максимальная глубина погружения насосов (нижней его кромки под динамический уровень в скважине), м; Д/?ф и Д#ф — потери напора на входе в скважину, м; т — мощность напорного пласта, м.

Водозаборная скважина в соответствии с требованиями бурения и геологии (рис. 21.2) имеет телескопическую конструкцию. Самая нижняя часть скважины служит отстойником, над ним находится водоприемная часть скважины — фильтр, через который вода из водоносного пласта попадает в ее рабочую зону. Тип фильтра и его конструкцию выбирают в зависимости от водоносной породы. Выше водоприемной части скважины располагают колонны эксплуатационных и обсадных труб, которые, с одной стороны, удерживают стенки скважины от обрушения, а с другой — служат для размещения в них водоподъемных труб и насосов. Над эксплуатационной колонной находится кондуктор, который задает направление проходящей через него трубе при бурении. Вокруг кондуктора устраивается цементный или глиняный замок, защищающий водоносный горизонт от загрязнений, попадающих с поверхности через затрубное пространство обсадных труб. Верхняя часть скважин называется устьем или оголовком, нижняя — забоем. Оголовок в зависимости от заглубления может располагаться как в павильоне, так и в колодце, где находится механическое и электрическое оборудование.

Организация строительства буровых скважин зависит от вида водоносных горизонтов, глубины их залегания, вида пробуриваемых пород, их агрессивности, диаметра скважины и способа бурения. В практике сооружения скважин на воду получили распространение

Водозаборная скважина в водоносных пластах 7 — сетчатый фильтр; 2 — эксплуатационная колонна; 3 — колонна обсадных труб

Рис. 21.2. Водозаборная скважина в водоносных пластах 7 — сетчатый фильтр; 2 — эксплуатационная колонна; 3 — колонна обсадных труб;

  • 4 — кондуктор; 5 — устье скважины (оголовок); 6 — павильон; 7 — цементный или глиняный замок; 8 — насосные (водоподъемные) трубы;
  • 9 — насос с погружным электродвигателем;
  • 10 — отстойник; 7 7 — статический уровень воды следующие способы бурения: ударно-канатный, вращательный (с прямой промывкой, с обратной промывкой, с продувкой воздухом), реактивно-турбинный и комбинированный.

Ударно-канатный способ применяют при бурении скважин на глубину до 150 м в рыхлых и скальных породах и начальном диаметре скважины более 500 мм. Стенки скважин крепят трубами непрерывно по мере углубления забоя. Вращательное бурение по характеру углубления подразделяется на бурение кольцевыми и сплошными забоями. Бурение кольцевым забоем называется колонковым, сплошным — роторным. Колонковый способ применяется в скальных породах при диаметре скважин до 150—200 мм при глубине бурения до 150 м. Для бурения скважин больших диаметров и глубиной более 500—1000 м рекомендуется реактивно-турбинный способ. Комбинированный способ (ударно-канатный и роторный) используется для бурения скважин глубиной более 150 м при безнапорных и слабонапорных водоносных горизонтах, представленных рыхлыми отложениями. Способ промывки зависит от вида проходимых грунтов. В качестве промывных растворов используются вода и глинистые растворы.

При выборе способа бурения учитываются не только технологичность метода и скорость проходки, но и обеспечение условий, гарантирующих минимальную деформацию пород в призабойной зоне.

Для подъема воды из скважин используют водоподъемное оборудование различных типов. Насосные установки типа ЭЦВ применяют для оборудования скважин глубиной 10—700 м и более. Они могут работать в искривленных скважинах при разнообразных гидрогеологических условиях. Насосные установки с трансмиссионным валом применяют для скважин глубиной до 120 м, они могут работать только в вертикальных скважинах. Воду при расчетном динамическом уровне не более 5—6 м от поверхности земли можно забирать горизонтальными насосами. Для подъема воды из скважин используют эрлифты, позволяющие поднимать воду из искривленных скважин, а также воду, содержащую механические примеси в количествах, превышающих пределы, установленные для насосов других типов.

Над устьем водозаборных скважин строят павильоны для размещения оголовка скважины, электродвигателя, горизонтального центробежного насоса, приборов пусковой и контрольно-измерительной аппаратуры и приборов автоматики. Кроме того, в них располагают части напорного трубопровода, оборудованного затворами, обратным клапаном, вантузом, пробоотборным краном. Каждую скважину оборудуют расходомером.

Ответственной частью скважины является фильтр. От правильно и надежно устроенного фильтра в значительной степени зависит качество работы водозаборного сооружения. Фильтры предусматривают в рыхлых, неустойчивых скальных и полускальных породах. В зависимости от характера водовмещающих пород и глубины скважины наиболее часто применяют фильтры: пористые, щелевые, проволочные, сетчатые, каркасно-стержневые, штампованные, гравийные.

Основными элементами фильтра являются опорный каркас и водоприемная поверхность. Каркас обеспечивает необходимую механическую прочность и служит поддерживающей конструкцией для фильтрующей поверхности.

Конструкции фильтров приведены на рис. 21.3 и 21.4. Диаметр фильтров определяют исходя из дебита скважины, параметров водо- подъемного оборудования и скорости движения воды в водоподъемных трубах, которая принимается не более 1,5—2,0 м/с. Минимальный диаметр фильтра пронимают равным 100—150 мм с учетом возможности проведения ремонта. Фильтр устанавливают на расстоянии не менее 0,5—1 м от кровли подошвы пласта.

Разновидности фильтров с трубчатым каркасом

Рис. 21.3. Разновидности фильтров с трубчатым каркасом: 7,2 — соответственно каркасы с круглой и щелевой перфорацией;

  • 3 — подкладочные продольные стержни; 4 — водоприемная поверхность из проволочной обмотки; 5 — подкладочная спиральная обмотка;
  • 6 — подкладочная гофрированная пленка из винипласта;
  • 7,8 — водоприемная поверхность соответственно из сетки и стального штамповочного листа с отверстиями
Разновидности фильтров со стержневым каркасом

Рис. 21.4. Разновидности фильтров со стержневым каркасом:

1 — каркас на опорных кольцах или закладных планках; 2 — подкладочная спиральная обмотка; 3,4 и 5 — водоприемная поверхность соответственно из сетки, стального штамповочного листа с отверстиями и проволочной обмотки

Фильтр состоит из рабочей (водоприемной) части, надфильтро- вых труб и отстойника. Длина надфильтровых труб зависит от конструкции скважины. Если фильтр располагается на колонне, то над- фильтровые трубы являются ее продолжением. При меньшем диаметре надфильтровые трубы входят внутрь эксплуатационной колонны не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем на 5 м — при большей глубине. В зазор, образовавшийся между ними, устанавливается сальник из резины, пеньки, цемента и др. При определенных условиях роль сальника выполняет слой гравия, засыпанного между эксплуатационной колонной и фильтром. Высота отстойников в фильтрах, как правило, принимается 0,5—2 м.

Наибольшее распространение нашли фильтры, которые включают фильтры-каркасы и фильтры с дополнительной водоприемной поверхностью. В этих конструкциях эффект предотвращения песко- вания достигается подбором размера отверстия в корпусе фильтра относительно размера частиц водоносных пород или гравийной обсыпки.

Фильтры с отклонителем гравия характеризуются наличием таких элементов водоприемной поверхности, при которых исключается прямое наложение водоносных пород или гравийных частиц на фильтр. В гравитационных фильтрах устраивают широкие водоприемные отверстия, в которых грунт удерживается от выноса под действием силы тяжести.

В табл. 21.1 представлены сведения о типах (конструкциях) фильтров, применяемых в зависимости от характера водоносных пород, а в табл. 21.2 — размеры проходных отверстий фильтров.

В период эксплуатации скважин важным мероприятием является перманентный контроль за эффективностью их работы, в частности подачей требуемого количества воды, а также диапазоном изменения ее качественных показателей. На снижение количества подаваемой воды оказывает влияние падение статического и динамического уровней воды в скважине. Это может быть прогрессирующим явлением, проявляющимся как постоянно, так и периодически. Постоянное снижение уровня может быть связано с истощением водоносного горизонта или постепенным уменьшением рабочей площади скважины вследствие засора ствола геологическими породами или закупорки водоприемной рабочей части фильтра отложившимися солями и мелкими фракциями геологических пород. Периодическое увеличение глубин до статического и динамического уровней воды может быть связано с влиянием работы другой скважины, находящейся в зоне депрессионной воронки, или возникать в результате гидравлической связи эксплуатационного водоносного горизонта с поверхностными водами. Нередки случаи поглощения

Типы фильтров, характерные для водоносных пород

Таблица 21.1

Характер водоносных пород

Тип фильтра

Полускальные, неустойчивые породы, щебенистые и галечнико- вые с преобладанием частиц щебня и гальки крупностью от 20 до 100 мм (более 50% по массе)

Трубчатые фильтры с круглой и щелевой перфорацией.

Стержневые фильтры

Гравий, гравелистый песок с крупностью частиц от 1 до 10 мм и с преобладающей крупностью частиц от 2 до 5 мм (более 50% по массе)

Трубчатые фильтры с круглой и щелевой перфорацией, с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или из штампованного листа. Стержневые фильтры с обмоткой проволокой из нержавеющей стали или с водоприемной поверхностью из штампованного листа

Пески крупные с преобладающим размером частиц 1—2 мм (более 50% по массе)

Трубчатые фильтры с щелевой перфорацией, с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, штампованного стального листа или из сетки квадратного плетения

Пески средние с преобладающей крупностью частиц от 0,25 до 0,5 мм (более 50% по массе)

Стержневые фильтры и стержневые фильтры с водоприемной поверхностью из сеток гладкого (галунного) плетения.

Трубчатые и стержневые с однослойной гравийной обсыпкой. Гравийные фильтры

Пески мелкие с преобладающей крупностью частиц 0,1—0,25 мм (более 50% по массе)

Трубчатые и стержневые фильтры с однослойной, двух или трехслойной песчаной или песчано-гравийной обсыпкой (гравийные фильтры). Блочные фильтры

Таблица 21.2

Размеры проходных отверстий фильтров без устройства гравийной обсыпки

Типы фильтров

Размеры проходных отверстий в мм

при коэффициенте неоднородности пород п < 2

при коэффициенте неоднородности пород п> 2

С круглой перфорацией

(2,5—3)d50

(3—4)d-0

С щелевой перфорацией

C25d50

0,5—2)d50

Сетчатые

0,5-2)650

(2—2,5)d50

Примечание. d5Q — размеры частиц, меньше которых в водоносном пласте содержится соответственно 50% гранулометрического состава пород (определяется по графику).

вод одного эксплуатационного горизонта другими, имеющими меньшие пьезометрические напоры через коррозионные отверстия обсадных труб, или из-за дефектов, допущенных буровой организацией при сооружении скважин (незаделки срезов вырезанных труб, отсутствие или некачественная подбашмачная и затрубная цементация).

В момент первого запуска скважины в эксплуатацию, т.е. первой строительной откачки, можно ожидать большое понижение уровня воды в стволе скважины из-за закупорки пор водоносных пород шламами или глиной. В этом случае в ствол добавляют чистую воду (из водопроводной сети), поддерживая искусственно необходимый динамический уровень. Откачка считается законченной, если количество воды из скважины близко к проектному, достигнута стабилизация динамического уровня и не выносятся механические примеси. Результатом правильной откачки является также стабильный физико-химический и бактериологический состав воды. В процессе откачки постоянно ведут наблюдение за уровнем воды в скважине и периодически отбирают пробы для анализов. Иногда качество воды по бактериологическим показателям не соответствует требованиям СанПиН. Бактериологические загрязнения могут быть занесены в скважину во время ее сооружения с трубами, буровым инструментом, гравийной обсыпкой. Как правило, во время строительной откачки бактериальные загрязнения со временем вымываются и качество воды улучшается. Если этого не происходит, скважину следует продезинфицировать как сухими реагентами, например хлорной известью по ГОСТ 1692—85, гипохлоритом кальция по ГОСТ 25263—82 (марки А), так и жидкими — гипохлоритом натрия по ГОСТ 11086—79 (марки А и Б) и т.д. Дезинфекция проводится в два этапа: сначала надводной части скважины, затем подводной. Для обеззараживания надводной части в скважине, выше кровли водоносного горизонта, необходимо установить пробку, выше которой скважину заполняют раствором хлорсодержащего реагента.

После выполнения всех работ по сооружению скважины, ее запуска и положительных результатов первой откачки местный центр санэпиднадзора обязан выполнить полный физико-химический и бактериологический анализ воды и дать разрешение на эксплуатацию скважины.

Скважины проектируют на соответствующий срок службы, зависящий от большого количества факторов (гидрологических, технических, технологических и т.д.). Для охраны подземных вод от истощения и сохранения их качества все бездействующие скважины (непригодные для восстановления), а также временного действия после окончания срока их эксплуатации подлежат ликвидации путем санитарно-технической заделки.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы