«Какой глубины будет колодец?» — частый вопрос перед бурением скважины. Если бурильщик пробурил несколько скважин в близлежащем районе, он может оценить приблизительную глубину, на которой будет обнаружена вода. Однако в большинстве случаев глубину, необходимую для определения требуемого дебита скважины, нельзя точно определить до начала бурения. Скважина – это специальное отверстие в земле, через которое грунтовые воды могут подниматься на поверхность. Буровые установки могут бурить на большую глубину. В краткосрочной перспективе более глубокие скважины обычно обходятся дороже, чем неглубокие. Однако недостаточно глубокое сверление может привести к более поздним проблемам, устранение которых обойдется намного дороже. Ниже перечислены некоторые факторы, которые могут повлиять на решение о глубине водяной скважины.
Сезонный подъем и падение уровня грунтовых вод
В течение года уровень грунтовых вод в колодце будет колебаться вверх и вниз в зависимости от сезонных осадков в этом районе и местного использования подземных вод. Поэтому скважину необходимо бурить глубже, чем самая низкая предполагаемая высота уровня грунтовых вод. Колебания уровня воды могут происходить в течение нескольких лет, если были засушливые условия. Поэтому может быть полезно знать нижний предел диапазона уровней воды за несколько лет.
Риски загрязнения поверхности
Надлежащим образом построенные более глубокие колодцы (включая цементный раствор, обсадную трубу, крышку колодца и безамбарный переходник [в морозном климате]) обычно обеспечивают гарантированную защиту от источников бактериального загрязнения, возникающих на поверхности. Увеличение глубины скважины и длины обсадной колонны приведет к увеличению пути течения воды от подпитки на поверхности до откачки из скважины. Чем дольше вода находится в недрах, тем больше у бактерий шансов вымереть или попасть в ловушку почвы и горных пород.
Зоны плохого качества воды
В некоторых районах страны с несколькими водоносными горизонтами могут быть зоны с плохой водой, которых следует избегать или «закрывать», чтобы вода более низкого качества не оказывала неблагоприятного воздействия на колодец. Информацию об ожидаемых горных породах, вероятных местных изменениях глубины грунтовых вод и качества воды в целом по региону можно получить у бурильщика, местных отделений Геологической службы США, государственных геологических служб или геологических факультетов местных университетов и колледжей.
Низкопродуктивные горные породы
В горных породах с низкой продуктивностью скважину, возможно, придется пробурить достаточно глубоко, чтобы она служила полостью для хранения грунтовых вод. После того, как скважина пробурена, общая глубина, глубина до верхней точки уровня грунтовых вод (статический уровень) и диаметр скважины определяют, сколько воды будет храниться в полости скважины. Чем больше диаметр колодца, тем больше воды будет сохранено для данной глубины колодца и высоты уровня грунтовых вод. Чтобы найти «толщину» воды, хранящейся в колодце, вычтите глубину статического уровня воды из пробуренной глубины колодца. Чтобы определить объем воды, хранящейся в колодце, найдите диаметр колодца в таблице ниже и умножьте значение «толщины» на коэффициент галлонов на фут.
Правила и требования строительных норм
Ну правила варьируются в зависимости от штата, в котором вы живете. Прежде чем бурить новую скважину или покупать дом со скважиной, узнайте в местных и государственных департаментах здравоохранения о конкретных правилах, действующих в вашем районе. В большинстве штатов требуется как минимум 20 футов обсадной трубы и часто требуется, чтобы обсадная труба достигала коренной породы. Надлежащая заливка цементным раствором (герметизация) снаружи обсадной колонны в сочетании с защитной крышкой колодца,
Диаметр скважины в дюймах
Приблизительный коэффициент глубины скважины в галлонах на фут
предотвращает использование поверхностными водами и бактериями самой скважины в качестве пути непосредственно к уровню грунтовых вод.
Глубина скважины играет роль при размещении насоса. Насосы никогда не должны устанавливаться непосредственно на дно колодца. Обычно лучше всего размещать насос на высоте 10-20 футов от дна скважины. В скважинах с низким дебитом, которые медленно подпитываются, размещение насоса ниже зоны подпитки может привести к каскадному обводнению, что приведет к дополнительному накоплению отложений в полости скважины. Автоматический выключатель может быть подключен к линии питания насоса, чтобы насос отключался, когда уровень воды падает близко к насосу.
Для получения дополнительной информации о подземных водах и колодцах посетите веб-сайты TRUST, NGWA или WSC: www.agwt.org, www.ngwa.org, www.watersystemscouncil.org.
[© Американский фонд грунтовых вод. Эта статья может быть перепечатана в некоммерческих образовательных целях при условии, что она будет использована полностью и будет сделана ссылка на ее источник как на статью в журнале THE AMERICAN WELL OWNER, 2002, Number 2]
Скважины и бурение скважин
Приблизительно 97 процентов имеющейся в мире пресной воды находится под землей. Уэллс обеспечивает грунтовая вода для индивидуальных бытовых нужд, общин, городов, промышленности, орошения сельскохозяйственных культур и сельского хозяйства. Некоторые колодцы используют горячую воду или геотермальные ресурсы. В других случаях подземные воды используются исключительно для охлаждения. Некоторые колодцы копают исключительно для изучения качества или количества воды: они называются наблюдательными или наблюдательными колодцами.
Независимо от своего назначения колодец определяется как искусственное отверстие на поверхности земли, созданное для доступа к жидкости. Обычно он имеет небольшой диаметр, обычно менее 3 метров (10 футов), и обычно измеряется в сантиметрах (дюймах). Скважины могут быть построены для поиска воды, нефти или природного газа. Эта статья посвящена водяным скважинам и их строительству.
Части колодца
Верхнюю часть скважины обычно называют устьем. Внешний вид устья колодца различается в зависимости от его назначения, того, когда и как он был построен, и какие материалы были доступны, когда он был построен. Вырытый вручную колодец может выглядеть как колодец из детских стишков из «Джек и Джилл» — глубокая яма, окруженная каменной стеной. Однако большинство колодцев представляют собой трубу, обычно диаметром от 5 до 25 сантиметров (от 2 до 10 дюймов), торчащую над землей на небольшом расстоянии, обычно менее 60 сантиметров (2 фута). В холодном климате устье скважины может быть закрыто колодцем или насосной станцией, чтобы свести к минимуму потенциальный ущерб от морозной погоды. Когда скважина строится в районе, где надземная конструкция может создать проблемы, например, на дороге, устье скважины может быть в своде. Хранилище обычно имеет прочный цементный пол со сливом, цементными стенами и стальным верхом.
Типичные компоненты скважины включают санитарное уплотнение, обсадную трубу, уплотнение обсадной колонны, экран скважины и насос (см. рисунок ниже).
Корпус, экран и уплотнения.
Санитарная пломба – это верхнее покрытие колодца. Его функция заключается в том, чтобы не допустить проникновения насекомых, мелких животных, грязи и мусора в колодец и загрязнения водоносный горизонт . Эта крышка обычно имеет порт доступа, который позволяет периодически измерять уровень воды, и может иметь экранированную дыхательную трубку, позволяющую выравнивать давление воздуха по мере подъема и падения уровня воды в колодце.
Корпус выполняет несколько важных функций. Это трубопровод, используемый для удержания скважины открытым в мягких или неконсолидированный геологические образования. Обычно он служит основой, необходимой для поддержки любого насосного механизма. Это неотъемлемая часть уплотнения корпуса, которое сконструировано для предотвращения попадания поверхностных и неглубоких грунтовых вод в скважину и разрушения более глубоких вод. Чтобы поверхностный сток не попадал в колодец,
обсадная труба обычно возвышается на 30 сантиметров (1 фут) или более над поверхностью земли. В пластах, склонных к обрушению, таких как пески и гравий, обсадная труба может простираться на всю глубину скважины. Если скважина построена в твердых породах, таких как сланец или базальт, обсадной трубой может быть обсажена только самая верхняя часть скважины. Даже в идеальных условиях корпус длиной 5.5 метра (18 футов) обычно считается минимальным.
Герметизация обсадной колонны представляет собой непроницаемый барьер, обычно из цементного раствора или глины, помещаемый между обсадной трубой скважины и природным материалом. Он предотвращает попадание поверхностных и нежелательных грунтовых вод из других водоносных горизонтов в ствол скважины или их стекание по внешней стороне обсадной трубы и ухудшение качества более глубоких вод. Там, где скважины проникают в водоупорные слои на большую глубину, уплотнения обычно сооружаются не менее чем на 1.5 метра (5 футов) в ограничивающий слой. Иногда уплотнения также сооружаются на больших глубинах между различными водоносными горизонтами. Эти уплотнения предотвращают слив одного водоносного горизонта в другой, что может привести к потере или деградации ресурсов.
Фильтры в обсадной колонне используются для фильтрации песка и гравия, обеспечивая при этом максимальный приток воды в скважину. Их конструкция варьируется от высокотехнологичных экранов длиной более 15 метров (50 футов) до нескольких отверстий, пробитых в корпусе. Образования, обнаруженные при бурении, и предполагаемое использование скважины указывают на тип экрана, если он необходим.
Насосы.
В то время как некоторые скважины могут течь на поверхности земли под артезианский давления, большинству из них требуется какой-либо насосный механизм для подъема воды. Почти все обычные скважинные насосы имеют центробежную конструкцию, в них используются спиральные рабочие колеса для выталкивания или вытягивания воды из скважины. Наиболее распространенным из них является наземный центробежный, в котором двигатель и насос находятся в скважине или рядом с ней. Эти насосы способны перекачивать большие объемы воды, но обычно они не могут поднимать воду с глубины более 8 метров (25 футов). В колодцах с более глубоким статическим уровнем воды и относительно низкими требованиями к дебиту, например, в бытовых колодцах, часто используются погружные насосы. Эти насосы обычно крепятся непосредственно над двигателем, и вся установка подвешивается в скважине. В колодцах с глубоким уровнем воды, используемых для большого количества воды, часто используются турбинные насосы. Турбинные насосы имеют двигатели, расположенные в верхней части скважины, с длинным валом, вращающим крыльчатки глубоко под поверхностью.
Строительство колодца
размещение.
Одна из первых вещей, которую нужно решить, это где разместить колодец. Предполагая, что водоносный горизонт был обнаружен на глубине, важные соображения включают максимальное расстояние до потенциальных загрязнителей, доступ для техники и потенциальное будущее использование собственности. Септические системы, линии удаления отходов, откормочные площадки для животных и заглубленные топливные баки могут ухудшить качество грунтовых вод. Колодцы всегда должны находиться на расстоянии не менее 1.5 метров (5 футов) от любой строительной площадки, в зоне, где можно сохранить доступ в будущем, когда возникнет необходимость ремонта, изменения или отказа.
Строительство.
Есть много способов построить удовлетворительную скважину. Предполагаемое использование и местная геология обычно определяют, какие методы будут работать в конкретной области. Некоторые из распространенных методов строительства включают копание, вождение и бурение.
Вырытый колодец строится путем бурения скважины в водоносной зоне, опускания обсадной трубы в водоносный горизонт и сооружения перемычки. Вырытые колодцы обычно
Рабочий реагирует на выброс воды из клапана, когда колодец активируется в 1999 году в Текоа, Западный берег. Колодец был первым, который принадлежал и управлялся Палестинским водным управлением на Западном берегу, и финансировался Агентством США по международному развитию. Вода предназначалась для районов Вифлеема и Хеврона.
недороги, но ограничены близповерхностными слоями, которых может быть недостаточно для обеспечения достаточного количества воды подходящего качества. Забивная скважина обычно состоит из стального наконечника, прикрепленного к секции перфорированной трубы или жесткого экрана, и секций сплошной трубы. После рытья или бурения скважины большого размера для последующей установки уплотнения, строитель скважины забивает сборку в землю до тех пор, пока фильтр или перфорация не проникнут в водоносный горизонт; затем он наливает печать. Большинство скважин сооружается с помощью оборудования для бурения скважин. Двумя основными типами бурильных машин являются канатный инструмент и вращающаяся дрель.
В тросовом инструменте используется тяжелая веревка инструментов (бит), неоднократно сбрасываемых в одну и ту же точку, для разрыхления, разрушения и измельчения земли, чтобы затем ее можно было поднять из отверстия с помощью ведра. Разрыхленный материал и пылевидные материалы называются буровым шламом. В сухие пласты в скважину можно добавлять воду, чтобы удерживать шлам во взвешенном состоянии, чтобы его было легче поднимать. Ковш представляет собой длинный цилиндр, снабженный односторонним клапаном на дне. Ведро опускается в отверстие, затем поднимается и опорожняется по мере продвижения отверстия.
Роторные буры используют закаленные сверла, чтобы прорезать землю. Сжатый воздух, вода или специальная жидкость на водной основе, называемая буровым раствором, используются для подвешивания шлама и подъема его из скважины. Этот буровой раствор обычно нагнетается внутрь бурильной колонны, проходит мимо бурового долота, где он собирает шлам, а затем поднимается по внешней стороне этой бурильной колонны на поверхность земли. Буровой раствор также помогает удерживать скважину открытой и образует корку или барьер внутри скважины, так что жидкость и шлам вытесняются вверх по скважине, а не в пласт.
Герметизация.
Независимо от того, какой метод используется, необходимо всегда соблюдать осторожность при создании уплотнения корпуса. Неправильно запечатанные колодцы могут загрязнять воду на обширной территории. Для создания уплотнения обсадной колонны конструктор скважины создает скважину увеличенного размера до предполагаемой глубины уплотнения. Затем вставляется кожух, а кольцевое пространство (пространство между кожухом и землей) заполняется герметизирующим материалом.
Там, где пласт склонен к обрушению, может потребоваться другая временная обсадная труба, чтобы удерживать скважину в открытом состоянии во время строительства уплотнения. Если глубина герметизации невелика (менее 18 метров [50 футов]) и в области герметизации мало стоячей воды, в качестве герметизирующего материала можно использовать особый тип глины, известный как бентонит ® . Сухая крошка или гранулы бентонита ® медленно засыпаются в кольцевое пространство между обсадной трубой и естественным пластом. Другим распространенным герметизирующим материалом является цементный раствор, который похож на бетон без гравийного компонента. Этот мелкозернистый цемент закачивается на дно кольцевого пространства до тех пор, пока он не достигнет поверхности земли.
Развитие.
После того, как скважина пробурена и физические компоненты построены, скважина должна быть разработана. Целью разработки скважины является максимальное увеличение ее пропускной способности. Обычно это делается путем попеременной откачки скважины и нагнетания воды в ствол, чтобы вымыть ил и песок из пласта и открыть его для более высоких дебитов. Правильно разработанная скважина будет давать достаточное количество воды, не содержащей песка и грязи.
Тестирование.
После завершения строительства проводится испытание скважины для определения способности скважины давать воду с течением времени. Это можно сделать с помощью насоса, желонки или путем подачи сжатого воздуха в скважину. Составной частью этого теста является мониторинг депрессии скважины. Депрессия – это изменение уровня воды в скважине за счет откачки. * 1-часовой тест считается минимальным периодом, необходимым для оценки скважины, при этом 4-часовой и 24-часовой тесты являются более надежными. Эта информация необходима для определения полезности скважины для ее желаемой цели и размера насоса, который она может поддерживать.
Дезинфекция.
В процессе строительства скважины бактерии неизбежно попадут в ствол скважины. После завершения строительства обсадную колонну, ствол скважины и стоячую воду в скважине стерилизуют, обычно раствором хлора или гипохлората. Как только дезинфицирующее средство имело достаточную возможность стерилизовать колодец, колодец очищают, а пресную воду обычно проверяют на биологическую и химическую чистоту.
Логирование.
Во время строительства, освоения и испытания скважины очень важно, чтобы конструктор зафиксировал все подробности о встреченных пластах, водоносных зонах, элементах конструкции и дебите скважины. Эта запись называется отчетом о скважине или журналом скважины. Это чрезвычайно полезно, если скважина когда-либо нуждается в ремонте или должна быть заброшена. Он также предоставляет ценную информацию землевладельцу, другим бурильщикам скважин и управляющим ресурсами.
Ремонт и отказ.
Со временем старые и неправильно построенные колодцы приходят в негодность. Землевладелец несет ответственность за колодцы на своей территории. Колодцы с неисправными уплотнениями или смешивающиеся водоносные горизонты могут истощить или загрязнить ресурс. В зависимости от исходных методов строительства и используемых материалов дефектная скважина может быть отремонтирована квалифицированным строителем скважин. Во многих случаях проще и дешевле навсегда отказаться от неисправной скважины, чем ремонтировать ее.
Постоянная ликвидация обычно включает в себя удаление существующей обсадной трубы, очистку скважины и полное заполнение ее цементным раствором. В ситуациях, когда обсадная труба не может быть удалена, обсадная труба должна быть перфорирована, чтобы цементный раствор мог проникнуть в пласты и предотвратить любое вертикальное движение воды в стволе скважины.
Бурение собственной скважины
Колодец — это гораздо больше, чем дыра в земле. Чтобы предотвратить загрязнение подземных вод, строитель скважины должен использовать соответствующие методы и оборудование. Лицензированные строители водяных скважин имеют оборудование, знания и опыт, необходимые для надлежащего строительства скважин. По этой причине в большинстве штатов не рекомендуется землевладельцам самостоятельно бурить скважину. Если землевладелец решает пробурить, переделать или отказаться от колодца на своей территории, он должен сначала проконсультироваться с местными регулирующими органами, чтобы ознакомиться с конкретными требованиями к строительству в этом районе.
Майкл Дж. Маттик
Библиография
Подземные воды и колодцы, 2-е изд. Сент-Пол, Миннесота: Johnson Division, UOP Inc., 1975 г.
Интернет ресурсы
Программа питьевой воды. Департамент социальных служб штата Орегон: Службы общественного здравоохранения. .
Обучение и мотивация людей заботиться о подземных водах и о них. Фонд подземных вод. .
Избранные сайты. Штат Орегон: Департамент водных ресурсов. .
Питьевая вода Орегона Агентство по охране окружающей среды США. .
Программа колодезной воды штата Орегон: Защита подземных вод, которые обеспечивают нашу питьевую воду, посредством образования. Университет штата Орегон. .
Публикации «Руководство потребителя по строительству, обслуживанию и ликвидации водяных скважин». Департамент водных ресурсов штата Орегон. .
СОХРАНЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЧАСТНЫХ КОЛОДЦОВ
Качество подземных вод меняется со временем. Следовательно, лица, имеющие частные колодцы в качестве источника питьевой воды, должны периодически контролировать качество своей колодезной воды. Не реже одного раза в год воду следует проверять на наличие колиформных бактерий и нитратов. Колиформные бактерии широко распространены в поверхностной среде, но не распространены в подземных водах. Источниками нитратов являются сточные воды из септических систем, газонные и садовые удобрения, а также коммерческие удобрения. Природные источники нитратов в подземных водах немногочисленны. Таким образом, присутствие колиформных бактерий или нитратов в колодезной воде указывает на то, что существует путь от поверхности к водоносному горизонту, и показывает, что могут присутствовать другие загрязнители.
Люди должны связаться с местной лабораторией по тестированию воды, чтобы запланировать тестирование. Обычно эти лаборатории подготавливают бутылки для образцов, чтобы владелец скважины мог собрать свои собственные образцы, что значительно снижает затраты. Местные или государственные отделы здравоохранения могут помочь владельцу скважины интерпретировать результаты испытаний и могут предоставить информацию о других загрязняющих веществах, которые могут быть в питьевой воде.
Владельцы частных колодцев могут значительно снизить риск загрязнения своих колодцев, обеспечив, чтобы септические дренажные поля находились на расстоянии не менее 30 метров (100 футов) от колодца, а вблизи устья колодца не хранились и не использовались химические вещества.
* См. «Характеристики водоносного горизонта» для получения диаграмм, показывающих депрессию и иллюстрирующих испытания насосов.
