Характеристики скважин на воду. Производительность скважины на воду Средняя производительность водяной скважины для частного дома

Основным элементом системы водоснабжения является источник водоснабжения. Для автономных систем в частных домовладениях, на дачах или фермерских хозяйствах в качестве источников используют колодцы или скважины. Принцип водоснабжения прост: водоносный слой наполняет их водой, которая с помощью насоса подается пользователям. При длительной работе насоса, какова бы ни была его мощность, он не может подать воды больше, чем водонос отдает в трубу.

Любой источник имеет предельный объем воды, которую он может отдать потребителю за единицу времени.

Определения дебита

После бурения, проводившая работу организация предоставляет протокол испытания, либо паспорт на скважину, в который вносится все необходимые параметры. Однако, при бурении для домохозяйств, подрядчики часто вносят в паспорт приблизительные значение.

Перепроверить достоверность информации или рассчитать дебит вашей скважины можно своими руками.

Динамика, статика и высота столба воды

Прежде чем приступить к измерениям, нужно понять, что такое статический и динамический уровень воды в скважине, а также высота столба воды в скважинной колонне. Замер данных параметров необходим не только для расчета производительности скважины, но и для правильного выбора насосного агрегата для системы водоснабжения.

• Статический уровень – это высота водяного столба при отсутствии водозабора. Зависит от внутрипластового давления и устанавливается во время простоя (как правило не менее часа);
• Динамический уровень – установившейся уровень воды во время водозабора, то есть когда приток жидкости равняется оттоку;
• Высота столба – разница между глубиной скважины и статическим уровнем.

Динамика и статика измеряется в метрах от земли, а высота столба от дна скважины

Произвести измерение можно с помощью:

• Электроуровнемера;
• Электрода, замыкающего контакт при взаимодействии с водой;
• Обычного грузика, подвязанного к веревке.

Определение производительности насоса

При расчете дебита необходимо знать производительность насоса во время откачки. Для этого можно воспользоваться следующими способами:

• Посмотреть данные расходомера или счетчика;
• Ознакомиться с паспортом на насос и узнать производительность по рабочей точке;
• Посчитать приблизительной расход по напору воды.

В последнем случае, необходимо на выходе водоподъемной трубы закрепить в горизонтальном положении трубу меньшего диаметра. И произвести следующие замеры:

• Длину трубы (мин 1,5 м.) и ее диаметр;
• Высоту от земли до центра трубы;
• Длину выброса струи от конца трубы до точки падения на землю.

После получения данных необходимо сопоставить их по диаграмме.

Измерение динамического уровня и дебита скважины нужно производить насосом с производительностью не менее вашего расчетного пикового расхода воды.

Упрощенный расчет

Дебит скважины – это отношение произведения интенсивности водооткачки и высоты водяного столба к разности между динамическим и статическим водными уровнями. Для определения дебита скважины определения используется формула:

Dт =(V/(Hдин-Нст))*Hв , где

• Dт –искомый дебит;
• V – объем откачиваемой жидкости;
• Hдин – динамический уровень;
• Hст – статический уровень;
• Нв – высота столба воды.

Например, мы имеем скважину глубиной 60 метров; статика которой составляет 40 метров; динамический уровень при работе насоса производительностью 3 куб.м/час установился на отметке 47 метров.

Итого, дебит составит: Dт = (3/(47-40))*20= 8,57 куб.м/час.

Упрощенный метод измерений включает замер динамического уровня при работе насоса с одной производительностью, для частного сектора этого может быть достаточно, но для определения точной картины – нет.

Удельный дебит

С увеличением производительности насоса, динамический уровень, а соответственно и фактический дебит снижается. Поэтому более точно водозабор характеризует коэффициент продуктивности и удельный дебит.

Для вычисления последнего следует произвести не один, а два замера динамического уровня при разных показателях интенсивности водозабора.

Удельный дебит скважины – объем воды, выдаваемой при снижении ее уровня за каждый метр.

Формула определяет его как отношение разности большего и меньшего значений интенсивности водозабора к разности между величинами падения водного столба.

Dуд=(V2-V1)/(h2-h1), где

• Dуд – удельный дебит
• V2 – объем откачиваемой воды при втором водозаборе
• V1 – первичный откачиваемый объем
• h2 – снижение уровня воды при втором водозаборе
• h1 – снижение уровня при первом водозаборе

Возвращаясь к нашей условной скважине: при водозаборе с интенсивностью 3 куб.м/час, разница между динамикой и статикой составила 7 м.; при повторном замере с производительностью насоса в 6 куб.м/час разница составила 15 м.

Итого, удельный дебит составит: Dуд =(6-3)/(15-7)= 0,375 куб.м/час

Реальный дебит

Расчет строится на основании удельного показателя и расстоянии от поверхности земли до верхней точки фильтровальной зоны, учитывая условие, что насосный агрегат не будет погружен ниже. Данный расчет максимально соответствует реальности.

D т = (H ф- H ст ) * D уд, где

• Dт –дебит скважины;
• Hф – расстояние до начала фильтровальной зоны (в нашем случае примем за 57 м.);
• Hст – статический уровень;
• Dуд – удельный дебит.

Итого, реальный дебит составит: Dт =(57-40)*0,375= 6,375 куб.м/час.

Как видно, в случае с нашей воображаемой скважиной, разница между упрощенным и последующем измерением составила почти 2,2 куб.м/час в сторону уменьшения производительности.

Снижение дебита

В ходе эксплуатации производительность скважины может уменьшаться, основной причиной снижения дебита является засорение, а для его увеличения до прежнего уровня необходимо производить очистку фильтров.

Со временем рабочие колеса центробежного насоса могут износиться, особенно если ваша скважина на песке, в этом случае его производительность станет ниже.

Однако, прочистка может не помочь, если изначально у вас оказалась малодебитная водяная скважина. Причины этого разные: диаметр эксплуатационной трубы недостаточен, она попала мимо водоносного слоя или он содержит мало влаги.

После того как закончены буровые работы, и выполнены предварительные процедуры укрепления оголовка ствола, компания обязана составить паспорт на скважину. В документ вносят ряд характеристик и параметров конструкции, полученных измерением и результатами расчета скважин на воду. Далее бурильщиками составляется протокол обследования скважины и акт приема-передачи. Проверочный расчет водоотдачи скважины и составленные документы нужны для того, чтобы получить у заказчика письменное подтверждение способности водозабора выдавать на поверхность необходимое количество воды и, в итоге, оплату за выполненные работы.

Как выполняется расчет скважины по воде

В протокол обследования, помимо технологических и геологических данных о месте и глубине бурения, вносятся данные о водонаполненности скважины, а именно:

• Уровень воды в стволе или в обсадной трубе скважины в условиях покоя, его еще называют статическим. Измеряют его для расчета скважины в метрах от поверхности земли до поверхности воды;
• Глубина залегания водоносного слоя, или высота расположения фильтрующей части обсадной трубы над скважинным дном;
• Динамический или практический уровень воды при работающем насосе. При работе насоса уровень воды в скважине падает на несколько метров, эту характеристику важно знать для расчета оптимальной глубины погружения насоса;
• Данные о водоотдаче скважины под нагрузкой, полученные расчетом по измеренным параметрам. Эту характеристику называют дебитом водозабора или скважины.

Важно! Производительность скважины любой конструкции, неважно, артезианской или поверхностной, оценивается с помощью вычисления дебита.

Специалистами бурильной конторы дебит рассчитывается по классической формуле D=(V ч ∙H)/(h c -h д) . Эта величина, в грубом приближении, характеризует мощность водозабора скважины. В числителе стоит производительность насоса по воде, в знаменателе разность между статическим и динамическим значением уровня в стволе. Чем слабее водоотдача, тем больше разность уровней, тем меньше получаемая величина, тем ниже качество скважины. Только расчетом можно подтвердить, что специалисты компании смогли правильно выполнить разведку и бурение скважины.

Применение расчетных характеристик

При ознакомлении с методикой расчета возникает вопрос, зачем нужно значение дебита обычному потребителю. На самом деле, водоотдача является единственным способом оценить, хватит ли мощности водозабора для удовлетворения потребности жильцов или владельцев дома в воде до того, как будут подписаны документы о приемке.

Поэтому опытные заказчики поступают следующим образом:

• По количеству потребителей в доме рассчитывается потребное количество воды, это примерно 200 литров на человека, плюс хозяйственные и технологические затраты — еще 1500 л. на дом. Если посчитать, для семьи из четырех человек получается максимальное потребление 2,3 куба в час;
• При составлении договора на бурение в проекте принимается значение производительности скважины не менее 2,5-3 м 3 в час;
• После выполнения бурения и определения оптимального уровня водозабора нужно выполнить откачивание воды, измерение динамического уровня и рассчитать водоотдачу при максимальном расходе своего насоса, купленного под обеспечение нужд дома.

Проблема заключается в том, что для расчета дебита специалисты бурильной компании выполняют контрольную откачку воды своим насосом, одновременно выполняют расчет по своим данным. Мощность водоотдачи при откачке воды из скважины маломощным насосом и насосным агрегатом с заданной производительностью может существенно отличаться. Скорость притока при небольшом расходе может быть достаточной для поддержания динамического показателя на уровне, достаточном для работы насоса. То есть, не менее полутора метров над корпусом насоса.

При откачке воды мощным агрегатом, даже если расчет показывает приемлемое значение дебита по прошлым измерениям, скорость наполнения может быть явно недостаточной для поддержания требуемого значения динамического уровня. Это значит, что в период засухи в благополучной, по расчетным данным, скважине воды явно не хватит для нормальной работы.

Особенности расчета дебита

Причиной несоответствия результатов расчета дебита и водоотдачи скважины для насосов различной мощности можно условно считать такое явление, как уменьшение высоты столба над входом в заборное устройство погружного насоса. Даже без математики понятно, что чем выше высота динамического столба, тем выше начальное давление, соответственно, для очень продуктивной артезианской скважины или насоса малой производительности дебит будет завышенным.

Более правильной методикой расчета считается определение дебита для нескольких насосов различной мощности. Для этого используется понятие удельного дебита, получаемого расчетом по формуле

Dу =(U 2 -U 1)/(h 2 -h 1)

где U 2 , U 1 - расход для мощного и слабого насосов соответственно, h 2 , h 1 — величина падения уровня воды для каждого замера. Указанная формула определяет прирост объема воды скважины с изменением динамического столба на один метр.

Для расчета наиболее точного значения водоотдачи необходимо умножить величину удельного дебита Dу на высоту водяного столба, от зеркала до входа в водозаборное отверстие насоса.

Для практического определения высоты статического уровня можно использовать нехитрое приспособление в виде поплавка и небольшого груза, подвешенных на расстоянии метра на тонком капроновом шнуре. Таким способом измеряют глубину воды в колодцах. Опуская груз в ствол, нужно засечь длину шнура, на которой появится слабина, так узнаем статический показатель. Расстояние до входа в насос можно измерить по длине шланга плюс длина корпуса.

Вода из водоносного горизонта поступает в обсадную трубу скважины, оттуда она и выкачивается при помощи насоса. Невозможно получить жидкости больше, чем ее способен отдать водоносный слой. Всегда существует некоторый предел, который удается получить из источника за час.

Производительность скважины на воду или ее дебит – это количество жидкости, выделяемое в единицу времени. Обычно эта величина измеряется в кубометрах. С высокой точностью ее значение определить довольно сложно. Для этого требуются специальное оборудование и соответствующие навыки. Обычно буровые компании определяют дебит с определенной степенью приближенности. Это необходимо, чтобы внести значение величины в паспорт .

Интенсивность насыщения водоносных слоев зависит от времени года и климатических особенностей. Поэтому при одной и той же технологии измерения эта величина может меняться.

Динамический и статический уровни

Час спустя после простоя скважины измеряют статический уровень воды . Его суть состоит в том, что пластовое давление жидкости внутри водоносного горизонта и давление водного столба уравновешивают друг друга. При этом появляется равновесие, препятствующее поднятию влаги.

Динамический уровень определяется в период откачивания , когда приток жидкости совпадает с ее оттоком. В процессе откачки водяной столб снижается, но на определенном уровне его падение прекратится. Эта величина может изменяться в зависимости от производительности насосного оборудования. Динамический уровень устанавливается, когда дебит скважины на воду совпадает с производительностью работающего насоса.

Знать эту величину необходимо, чтобы правильно подобрать и установить оборудование. Она также вносится в паспорт скважины. Оба уровня измеряются в метрах от земной поверхности. Чем выше водяной столб, тем эти показатели меньше.

Расчет производительности

Расчет дебита скважины осуществляют приблизительно спустя сутки после завершения бурения . Для этого уровень воды должен стать максимальным. Для вычислений потребуются следующие данные:

• глубина скважины;
• значение статического и динамического уровней;
• расположение фильтровой зоны;
• интенсивность водозабора.

Для определения дебита используют формулу:

Dt = V*H в /(H дин -H стат), где

H дин, H стат - статический и динамический уровни воды;

V - скорость откачки,

H в - высота столба.

Этот расчет содержит определенную неточность. В соответствии с ним производительность оборудования и падение водяного столба должны происходить строго пропорционально. На самом деле при возрастании мощности насоса наблюдается значительное падение уровня воды.

Для точности вычислений измерения повторяют. Окончательный дебит определяют по формуле:

D у = (V 2 -V 1)/(h 2 -h 1), где

D у –удельное значение дебита;

V 2 -скорость водозабора при повторном измерении;

V 1 -интенсивность водозабора при первичном измерении;

h 2 ,h 1 – разность между динамическим и статическим уровнями при различных исследованиях.

Способы увеличения дебита

Поднять производительность скважины можно попытаться после окончания буровых работ. С этой целью в нее устанавливают насос, поочередно включая и выключая его. В некоторых случаях это помогает извлечь из водоносного слоя остатки бурового раствора и разрушенного известняка. Это наиболее простой способ.

Помимо этого используют следующие методы:

• импульсивный;
• вибрационный;
• пневмоимпульсный;
• электрогидравлический удар;
• промывку фильтров.

В процессе применения перечисленных способов происходит уменьшение вязкости жидкости, увеличение трещиноватости породы, очищение пор водонесущих пластов. Для малопроницаемых твердых пород предпочитают механические способы. Физические методы больше подходят для улучшения удаления мелкодисперсных частиц из ствола скважины.

Какой бы ни была дача и, где бы не располагалась, для комфортного проживания в её стенах необходима налаженная система водоснабжения. Для загородных домов наиболее приемлемым источником является водозаборная скважина. Она предназначена для добычи питьевой воды из водоносного слоя. Какие бывают скважины, вы узнаете из следующего материала.

По размеру

В зависимости от диаметра и глубины водозаборные скважины подразделяются на 3 основных типа:

• Глубокие. Диаметр – до 35 см, глубина – от 30 м. Имеют самую чистую воду (из-за дополнительной фильтрации). Могут прослужить до 50 лет.
• Средние. Диаметр – 5-12 см, глубина – до 30 м. Данный тип скважин наиболее распространён. Он представляет собой оптимальный вариант соотношения цена-качество. Может прослужить до 20 лет при напоре воды 3-5м 3 /час.
• Мелкие. Диаметр – 3-5 см, глубина – не более 10 м. Чаще всего её используют для полива и различных хозяйственно-бытовых нужд. Пить добытую воду можно только после предварительной фильтрации.

По назначению

• Картировочные. Нужны для определения наличия воды и выяснения гидрогеологической обстановки в пределах территории, где в будущем будет обустроена полноценная конструкция для добычи воды. Стандартный диаметр – 7,6-15 см. Для крепления картировочной скважины в неустойчивых грунтах используют обсадные колонны. Они же способствуют попаданию в разделительную зону между водоносными слоями.
• Поисковые. Их бурение происходит на ранее открытых или перспективных территориях известного месторождения. Поисковая скважина необходима для поисковых гидрологических работ. Дополнительное бурение опорной скважины производится для поисков водоносного слоя на большой глубине и геологической съёмки.
• Разведочные. Скважины должна помочь в исследовании любых водоносных горизонтов. Для них характерен большой диаметр и установка обсадных труб. Имея планы на дальнейшую эксплуатацию источника, при определении размера скважины учитывают будущее размещение насоса. Обсадные колонны цементируются в обязательном порядке.

Важно! Бурение разведочной скважины необходимо для геологоразведочных, инженерно-геологических и гидрогеологических исследований.

Другие типы

1. Структурные. Бурят, чтобы определить перспективный участок. Используют для его подготовки к поисковому бурению.
2. Эксплуатационные. Предполагают бытово-хозяйственное применение.
3. Опорные. Используют для определения гидрогеологической карты относительно изученных и ранее не исследованных территорий.

Самая распространённая классификация скважин

Если учитывать направление, назначение и глубину бурения, а также виды проходимых пород, можно выделить следующие типы скважин на воду:

• Абиссинский колодец
• Скважина на песок;
• Артезианская скважина (на известняк):
• Промышленная скважина.

Рассмотрим их более подробно.

Песчаная

Это самый популярный источник питьевой воды. Бурение её производится шнековым методом, в результате чего открывается верхний водоносный пласт, который обычно залегает на глубине 20-30 метров.

Какой должна быть песчаная скважина? Это труба, зачастую с диаметром в 10 см. На её конце (в крупнозернистом песке) монтируется фильтр в виде перфорационной трубки с латунной либо стальной обмоткой. Подобное обустройство способствует добыванию за час до 1 м 3 – оптимальные объёмы водоснабжения для дачи.

Песчаные «колодцы» обладают следующей конструкцией:

• Специальный гусак возле устья;
• Кессон;
• Грунт насосный;
• Глина (посредине слоя располагается зеркало воды);
• Песок (между песком и глиной устанавливают фильтр):
• Ещё один слой глины (водоупорное дно).

Глубина песчаных источников, зачастую, находится в пределах 10-50 метров. Они обладают следующими положительными качествами:

• Минимальные сроки бурения. Как правило, уже после двух дней можно приступать к обустройству водопровода.
• Простота эксплуатации и достойное качество воды.
• Небольшой уровень затрат на организацию (к примеру, если сравнить с артезианской скважиной).
• Отсутствие необходимости получения каких-либо особых разрешений.

Тем не менее, песчаная скважина имеет и некоторые недостатки:

• Средние сроки эксплуатации – 5-7 лет, срок службы с непрерывным использованием редко превышает 15-летний рубеж.
• Угроза загрязнений в случае близкого расположения канализации.
• Эксплуатация зависит от погодных условий, поскольку не исключено возможное загрязнение осадочными и грунтовыми водами.
• Частое заиливание. Требует применения мощных фильтров и частой чистки системы.

Абиссинский колодец

Речь идёт о сооружении, которое защищает источник от верхних вод и загрязнений в виде пыли, грязи и различного мусора. Абиссинский колодец позволяет добывать мягкую воду, не обогащённую повышенным количеством солей и минералов. Данный колодец создают из скважины на песок, углубляя её на 15-30 м, путём применения шнекового способа. Срок службы при постоянной эксплуатации – около 15 лет.

По сути, абиссинский колодец – это труба небольшого диаметра с перфорацией на участке расположения крупнозернового песка вперемешку с галькой. Количество добываемой питьевой воды должно покрыть потребности дома с парой точек водозабора.

Артезианская

Характерная черта артезианской скважины – её большая глубина. Определить данный показатель поможет слой известняка, в который и должна проникнуть обсадная колонна. Известняк с пористой структурой – фильтр природного происхождения, который ликвидирует многие химические элементы и болезнетворные бактерии. Чем выше глубина залегания породы, тем больше в воде будет минеральных солей.

Глубинные источники имеют максимальное количество положительных отзывов благодаря своим положительным характеристикам:

• Длительная эксплуатация (как правило, от 30 до 50 лет).
• Высокая производительность. Водоотдача может достигать 4 м 3 /час.
• Отличное функционирование не зависимо от погодных условий.
• Более того, артезианские источники не заиливаются.

Артезианскую скважину можно легко определить по её специфическому строению:

• Характерное колебание ширины по всей длине скважины. По достижении известнякового слоя диаметр равняется 13,3 см, следующий участок имеет показатель – 11,4 см, а самый последний сегмент (уровень фильтрового отстойника) – 9,3 см.
• По первому участку устанавливают металлическую обсадную колонну. Она защищает стены от осыпания, исключает попадание в источник грунтовых вод и мусора.
• Известняк находится после слоев песка и глины. Там же начинается второй сегмент. Он защищён перфорированным волокном.
• В известняке расположен водоносный слой, который и поставляет питьевую воду.
• На последней части (фильтровом отстойнике) полностью отсутствует защита.

Важно!Глубина артезианской скважины может быть самой разной, чаще всего в пределах 20-220 метров. Время её бурения составляет от 3 до 15 дней.

Промышленная

Скважины промышленного типа имеют высокую отдачу (не менее 100 м 3 /час). Используют их для водоснабжения больших предприятий и различных комплексов. В структуре присутствует несколько обсадных колонн, диаметром не менее 21,9 см. Глубина источника – 300-1000 метров, но её значение может быть и выше. Длительность бурения – до 15 дней.