2.2 Водоприемные сооружения для приема подземных вод

Подземные воды, как уже отмечалось, обладают по санитарным показателям рядом преимуществ по сравнению с поверхностными водами и широко используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Для приема подземных вод применяются вертикальные и горизонтальные водозаборы, а также каптажные сооружения [16].

Вертикальные водозаборы подразделяются на скважинные водозаборы (одиночные или групповые) и шахтные колодцы. Среди горизонтальных водозаборов выделяют каменно-щебенистые, трубчатые и лучевые водозаборы, а также водосборные галереи. Наряду с отмеченными водозаборами, для извлечения воды из восходящих и нисходящих родников проектируются каптажные сооружения.

2.2.1 Вертикальные скважинные водозаборы

Вертикальные скважинные водозаборы являются наиболее широко используемым техническим приемом отбора подземных вод и делятся на одиночные и групповые водоприемники. Групповые водозаборы в зависимости от схемы их размещения могут иметь упорядоченное (линейные, площадные водозаборы) и неупорядоченное (произвольное размещение скважин) расположение скважин на участке водозабора. Выбор схемы расположения скважин на участке водозабора определяется как гидрогеологическими, так и географическими условиями (возможностью затопления, размыва территории, рельефа местности и т.д.). Гидрогеологические условия выбора схемы определяются источниками формирования эксплуатационных запасов. Так, площадные водозаборы, обычно, устраиваются в тех случаях, когда эксплуатационные запасы горизонта формируются за счет естественных ресурсов или процессов перетекания воды из смежных горизонтов. Линейные же водозаборы, при работе которых эксплуатационные запасы образуются за счет привлекаемых ресурсов поверхностных вод, располагаются вдоль береговой линии реки или озера. Заметим, что расположение скважин в площадных водозаборах должно быть таким, чтобы имелась возможность обеспечить равномерные понижения воды во всех скважинах.

Большое значение при оборудовании скважинных водозаборов приобретает выбор способа бурения. В практике бурения водозаборных скважин наиболее часто привлекаются ударно-канатное и роторное бурение с прямой промывкой глинистым раствором. Ударно-канатное бурение позволяет получить «чистые» скважины, однако, для него характерны очень малые скорости проходки, большая металлоемкость конструкции, ограниченная глубина бурения скважины. Скорость бурения скважин роторным способом несравненно выше, но при проходке скважины с глинистым раствором, не исключена глинизация ее водоприемной части. Последующая прокачка скважины не всегда дает желательный результат, и в продуктивном водоносном горизонте возникает так называемый «скин-эффект», резко снижающий производительность скважины.

При выборе способа бурения водозаборной скважины необходимо учитывать следующие моменты.

1. Скважина, пробуренная тем или иным способом, должна обеспечивать минимальный «скин-эффект». В практике бурения скважин на воду роторным способом (при вскрытии продуктивного пласта) часто вместо глинистого раствора в качестве промывочной жидкости привлекают меловый раствор. Образовавшаяся при этом корка мела после установки фильтра легко растворяется вводом в скважину слабо концентрированного раствора соляной кислоты. При бурении скважин иногда привлекаются гипановые растворы. Корка, образовавшаяся при бурении этим раствором, легко разрушается пресной водой при прокачке скважины [6].

2. Проходка скважины должна быть максимально быстрой, что обычно достигается при бурении скважины роторным способом. По возможности можно привлекать и комбинированный метод бурения: проходка скважины до продуктивного горизонта осуществляется роторным способом, а сам водоносный горизонт вскрывается ударно-канатным бурением.

3. Металлоемкость скважины должна быть минимальной, чего нельзя достичь, привлекая ударно-канатный способ бурения. Так, выход колонн обсадных труб из-под башмака при ударно-канатном бурении составляет 25-30 м при бурении по сухим, сравнительно однородным пескам и глинам, 10-15 м - по обводненным пескам.

4. Различные способы бурения должны обеспечивать надежную изоляцию продуктивного водоносного горизонта и требуемую глубину скважины. Заметим, что роторное бурение позволяет пройти выработку глубиной 1000 и более метров, ударно-канатное - до 150 м (иногда, до 300 м).

При выборе способа бурения водозаборных скважин следует руководствоваться рекомендациями, приведенными таблице 5. Экономическая целесообразность применения того или иного способа определяется с учетом продолжительности и стоимости бурения, качества и долговечности скважины. Решающим должно быть производство долговечных скважин с заданным расходом откачиваемой воды.

Таблица 5