4.2. Сооружения для забора подземных вод

Для забора подземных вод, залегающих на различных глубинах и в различных породах, применяют следующие типы водозаборных сооружений и устройств: трубчатые буровые колодцы (скважины), шахтные колодцы, горизонтальные водосборы (водозаборы), лучевые водосборы (водозаборы), сооружения для каптажа родниковых вод.

4.2.1. Водозаборные скважины

Трубчатые буровые колодцы устраивают путем бурения в земле вертикальных цилиндрических каналов – скважин. В пределах водоносного пласта для возможности приема воды из грунта колодец оборудуют специальными фильтрами (кроме колодцев в трещиноватых скальных породах).

В буровом колодце различают водоприемную часть – фильтр, ствол – глухую часть скважины, по которой поднимается вода, и устье – выходную часть.

1 − устье;

2 − забой (дно скважины);

3 − стенки;

4 − ствол.

Устье обычно располагается в специальном павильоне.

Конструкция скважины зависит от глубины залегания подземных вод, характера проходимых горных пород и способа бурения. В свою очередь способ бурения принимается в зависимости от требуемой глубины колодца.

Стенки скважины закрепляют опускаемой в него стальной обсадной трубой. Эту трубу опускают до верхней границы залегания водоносных пород. В обсадную трубу опускают трубу меньшего диаметра, которую доводят обычно до нижней границы залегания водоносных пород, несколько заглубляя в подстилающие водонепроницаемые породы. Затем в трубу опускают фильтр, предназначенный для защиты колодца от занесения в него вместе с водой частиц грунта из водоносного слоя. Фильтр представляет собой обычно трубу с перфорированной дырчатой или щелевой частью.

При залегании водоносных пород на большой глубине достигнуть их одной обсадной трубой не удается, так как значительно возрастает сопротивление грунта погружению обсадных труб. В этих условиях используют несколько обсадных труб, которые имеют различный постепенно уменьшающийся диаметр.

Затрубное пространство, как правило, цементируется.

Общая схема конструкции водозаборной скважины

1 − водоносный горизонт;

2 − фильтр;

3 − эксплуатационная колонна;

4 − промежуточная (техническая) колонна;

5 − кондуктор (направляющая труба − служит для закрепления устья скважины, придания скважине вертикальности);

6 − цементация (затрубная или межтрубная − для изоляции непродуктивных водоносных горизонтов, защиты труб от корозии);

7 − насос.

4.2.1.1. Приток к совершенным и несовершенным скважинам

Водозаборные скважины применяют обычно при сравнительно глубоком залегании и значительной мощности водоносных пластов. Они могут использоваться для приема как безнапорных, так и напорных подземных вод. И в том и в другом случае они могут быть доведены до подстилающего водоупорного пласта – «совершенные скважины» или заканчиваться в толще водоносного пласта – «несовершенные скважины».

При откачке из безнапорного горизонта происходит осушение части пласта в виде воронки с радиусом R.

При откачке из напорного водоносного горизонта происходит высвобождение упругих запасов и вокруг скважины образуется область сниженных напоров в виде воронки с радиусом R.

Совершенные скважины
Безнапорный горизонт	Напорный горизонт

В реальных же условиях скважины не совершенны.

1. по степени вскрытия пласта, т.е. фильтр забирает воду из какой-то его части, что вызывает деформации линий тока по профилю потока;

2. по характеру вскрытия пласта возникает из-за несоответствия фильтрационных характеристик самого пласта и фильтра и прифильтровой зоны.

Оба вида несовершенства создают дополнительные фильтрационные сопротивления, которые вводятся в формулы для расчета идеальных скважин.

Несовершенные скважины
Безнапорный горизонт	Напорный горизонт

Величина дополнительных сопротивлений по степени вскрытия водоносного горизонта определяется в зависимости от отношения и .

Значения коэффициента .

	3	10	30	100	200	500	1000	2000
0,05	1,2	6,3	17,8	40	47	63	74,5	84,5
0,1	1,0	5,2	12,2	21,8	27,4	35,1	40,9	46,8
0,3	0,65	2,4	4,6	7,2	8,8	10,9	12,4	14,1
0,5	0,33	1,1	2,1	3,2	3,9	4,8	5,5	6,2
0,7	0,12	0,44	0,84	1,3	1,6	2,0	2,3	2,6
0,9	0,01	0,06	0,15	0,27	0,34	0,43	0,5	0,58

Величина дополнительных сопротивлений по характеру вскрытия водоносного горизонта зависит от размеров и размещения водоприемных отверстий на поверхности фильтра, диаметра частиц, породы которые накладываются на отверстия и ряда других факторов. Для новых правильно подобранных фильтров принимается .

Задачей расчета одиночной скважины является определение понижения уровня воды в ней при известном расходе или определение дебита при известном понижении уровня.