Скважины на воду бывают разной глубины. Если вы решили пробурить глубокую скважину, например глубиной 100 метров, значит ли это, что воду придётся поднимать с этой глубины? Нужен ли насос с напором более 100 метров? Такими вопросами часто задаются люди, впервые решившие соорудить себе скважину для водоснабжения. Сразу скажем, что ответ на оба этих вопроса — нет.
Если вы просто хотите узнать на какую глубину нужно устанавливать насос, то ответ прост — насос нужно устанавливать ниже динамического уровня воды в скважине. А если вы хотите понять почему, и что такое этот динамический уровень, придётся немного покопаться в деталях. Давайте разбираться.
Уровень воды в водоносном горизонте
Скважины на воду бурят для того, чтобы получить доступ к водоносному горизонту. Водоносный горизонт — это слой проницаемых для воды пород (песков, трещиноватых известняков или песчаников), в котором эта вода может двигаться. Проницаемые слои чередуются слоя ми относительно непроницаемых пород (например, глин), которые называются водоупорами.
Так как слои в земной коре лежат в основном горизонтально (хотя и с некоторым наклоном), вода в водоносных горизонтах движется тоже преимущественно в горизонтальном направлении. Водоупорные слои тоже пропускают через себя воду (правда, очень медленно). Медленное движение подземных вод через слабопроницаемые слои происходит в основном в вертикальном направлении.
Рассмотрим, как формируется уровень воды в водоносных горизонтах. Обычно в неглубоких первых от поверхности горизонтах уровень воды устанавливается вблизи поверхности земли.
Если недалеко протекает река и находится овраг, подземные воды стекают туда (дренируются) и уровень подземных вод в горизонте устанавливается немного выше уровня воды в реке или уровня дна оврага (такой уровень называют базисом дренирования). Если верхние слои представлены проницаемыми породами, то пробурив скважину, мы увидим в ней уровень воды на той глубине, на которой и были обнаружены водонасыщенные породы.
Такой водоносный горизонт называется безнапорным, или, по старинке, горизонтом грунтовых вод. Если же верхние слои представлены слабопроницаемыми породами, то уровень воды в скважине может устанавливаться выше, такие водоносные горизонты называются напорными. Откуда же в водоносных горизонтах возникает избыточный напор?
Дело в том, что водонепроницаемые (правильнее говорить слабопроницаемые) слои тоже наполнены водой, и вода в них медленно, но движется. Впитываясь с поверхности или из вышележащего водоносного горизонта, вода медленно движется через водоупор и перетекает в нижележащий водоносный горизонт. Так как это медленное движение происходит на огромной площади, за счёт него перетекает большое количество воды. При этом в водоносном горизонте повышается давление воды и создаётся повышенный напор. По водоносному горизонту вода движется уже с большой (относительно) скоростью к удалённой дрене или к водозаборной скважине.
В артезианских бассейнах повышенный напор в водоносном горизонте может формироваться за счёт разности высот земной поверхности в областях питания и дренирования подземных вод. Если водоносный горизонт залегает с некоторым наклоном, то в одном месте он может располагаться близко к поверхности, а в другом — на достаточно большой глубине.
Так как вода хорошо передаёт давление, то во всём водоносном горизонте создаётся давление близкое к уровню воды в водоносном горизонте там, где он находится вблизи земной поверхности (вспомним из школьной программы по физике закон Паскаля). Обычно там, где водоносный горизонт залегает мелко, в него просачивается вода с земной поверхности (происходит питание водоносного горизонта).
Там где водоносный горизонт залегает глубоко, подземные воды перетекают через водоупорные слои вышележащие водоносные горизонты. Если в такой водоносный горизонт мы пробурим скважину в глубокой его части, то вода в этой скважине поднимется до уровня, соответствующего давлению воды в горизонте, то есть до уровня близкого к уровню воды в мелкой части водоносного горизонта. Если область питания артезианского водоносного горизонта расположена на возвышенности, а область разгрузки — в низине, то напор воды в скважине может быть даже выше уровня земли, такая скважина будет самоизливаться или даже фонтанировать. Получается, что уровень воды в скважине не зависит от её глубины, а только от напора воды в водоносном горизонте. В глубокой скважине, вскрывающей напорный горизонт, уровень может быть на небольшой глубине, а в относительно неглубокой вода может стоять вблизи дна (правильнее говорить — забоя) скважины.
Уровни воды в скважине: статический и динамический
Мы поговорили о том, какой может быть уровень (напор) в водоносном горизонте. Когда мы бурим водозаборную скважину, в ней устанавливается уровень, соответствующий уровню воды в водоносном горизонте. Это называется статический уровень. Статический уровень может со временем меняться. В неглубоких скважинах основная причина изменений статического уровня это сезонные колебания.
Засушливым летом уровни снижаются, дождливой осенью — восстанавливаются. В скважинах, вскрывающих глубокие водоносные горизонты, сезонные колебания уровня обычно не проявляются, зато в них намного сильнее заметно влияние соседних водозаборов. Ввод в строй новых водозаборов может понизить напор в водоносном горизонте на многие метры.
В центральном Подмосковье, где сотни водозаборов добывают тысячи кубометров воды в сутки, напоры подземных вод снижены на десятки метров. В некоторых глубоких водоносных горизонтах они снизились уже до уровня водоносных известняков, и эти горизонты стали безнапорными. Снижение водоотбора приводит к повышению напора в водоносных горизонтах.
В начале 1990-х годов водоотбор из скважин в Московской области снизился, и мы наблюдали повышение уровней подземных вод почти во всех водоносных горизонтах. Если мы опусти в скважину насос и включим его, уровень воды в скважине снизится. Именно за счёт разности уровней в скважине и водоносном горизонте вода притекает в скважину.
При непрерывной работе насоса снижение уровня будет увеличиваться до тех пор, пока не уровень не стабилизируется на какой-то глубине. Это и называется динамический уровень. Величина понижения уровня зависит от нескольких факторов: дебита откачки, проницаемости пород водоносного горизонта и качества скважины.
Дебит откачки и понижение уровня обычно пропорциональны друг другу, поэтому специалисты могут рассчитать удельный дебит скважины — количество воды, которое можно откачать за единицу времени при понижении уровня на 1 метр. Определив удельный дебит при опытной откачке, и зная положение статического уровня, можно определить положение динамического уровня при эксплуатации скважины.
Именно с этой глубины насосу будет необходимо поднять воду на поверхность и и именно она определяет необходимые характеристики насоса. Насос можно устанавливать в скважину на любую глубину ниже динамического уровня.
Насос, опущенный на 5 метров ниже динамического уровня, и насос опущенный на 50 метров будут работать совершенно одинаково, веди давление, которое ему нужно создать для подъёма воды не меняется. Конечно, устанавливать насос очень близко к динамическому уровню не рекомендуется, так как при возможном снижении уровня в водоносном горизонте (за счёт сезонных колебаний или за счёт влияния других скважин) насос может осушится и выйти из строя.
Сильно опускать насос под уровень тоже нехорошо, это просто лишние затраты на водоподъёмные трубы. Есть ещё один важный момент, о котором не стоит забывать. Конструкция погружных насосов предусматривает, что оптимальное охлаждение мотор насоса получает, если вся вода, которую он поднимает, обтекает насос снизу.
Поэтому, если насос установлен в интервале установки фильтра скважины, он охлаждается хуже, ведь часть воды поступает к насосу сбоку, а часть — сверху. Поэтому рекомендуется устанавливать насос выше фильтрового интервала скважины. Если же это сделать нельзя, например, если скважина эксплуатирует безнапорный водоносный горизонт, высокопроизводительные насосы рекомендуется устанавливать в специальном охлаждающем кожухе.
На какую глубину опускать насос в скважину?
От грамотной установки насоса в скважину часто зависит не только срок работы самого насоса, но и время нормальной работы водозаборной скважины. Например, установка насоса на уровне фильтра в скважинах на песок в некоторых случаях может приводит к повышенному износу фильтрующей сетки и раннему выходу скважины из строя. По этой причине вопросу: «На какую глубину ставить насос в скважину?» следует уделять пристальное внимание.
В рамках этой статьи сделаем несколько замечаний по вопросу выбора глубины установки насоса.
- Обзор по теме лучший насос для абиссинской скважины на воду
- Разбираемся какое давление нужно для полива газона из скважины
- Обзор по теме насосная станция для полива
- Обзор по теме какой насос лучше винтовой или центробежный?
Примечание 1
Специально для тех, кто думает, что есть единственное универсальное правило, а все что от этого правила отличается – ложно. Ребята, не знаю, как в вашей жизни, но в вопросах скважин однозначного очень мало. И часто приходится прорабатывать решения исходя из конкретных условий. В этом случае нужно понимать к чему приведут те или иные варианты решений.
В общем если ищите однозначный ответ, то поищите другу публикацию.
Примечание 2
В рамках этой статьи мы будем рассматривать только вопросы относительно того на какую глубину в скважину опускать насосы погружного центробежного типа. Про вибрационные насосы и насосные станции история отдельная. Позже будет отдельная статья.
На какую глубину погружать насос в скважину зависит от самого насоса?
Да. Есть как минимум две характеристики насоса, которые жестко могут ограничивать уровень монтажа насоса в скважине:
- Напор насоса (тут вроде все очевидно, и останавливаться не будем);
- Глубина загрузки под уровень воды.
Вторая характеристика не такая очевидная. Но нам приходилось сталкиваться с моделями насосов, которые при загрузке больше установленной в этом параметре норме, просто переставали работать.
На какую глубину ставить насос в скважину на песок?
Есть не менее трех вариантов установки насоса в скважину на песок:
- Выше уровня фильтровой части;
- На уровне фильтра;
- Ниже уровня фильтровой части.
Почему не менее трех? Все просто. Есть, например, скважины на песок с двумя фильтровыми участками, и в них иногда насосы ставят между фильтрами.
Наиболее безопасный для насоса и для скважины вариант установки выше фильтровой части. В этом случае насос минимально захватывает песок и ил из скважины. А на фильтровую часть минимально действует всасывающая сила насоса, что может повышать долговечность фильтров.
Наиболее распространенный вариант установки насоса в частных скважинах на песок – на уровне фильтра. Точнее сказать, как обычно рекомендуют: опустить насос до дна и поднять на 1 метр. При популярной конструкции частных скважины: 1 метр отстойника, далее 3 метра фильтра, далее глухая часть до устья, насос при приведенной выше рекомендации как раз оказывается в нижней точке фильтровой части.
Ниже уровня фильтра насосы ставят в отдельных конструкциях скважин на песок. Бывает так, что слой очень малодебитный и маломощный. В этом случае, для нормальной эксплуатации делают увеличенный отстойник (иногда даже несколько десятков метров). Этот отстойник не только собирает ил, но и обеспечивает запас воды для стабильной работы насоса.
На какую глубину в скважину опускается насос в артезианскую скважину?
С артезианскими скважинами так же все не так однозначно.
Первое: помним про глубину загрузки под уровень воды.
Второе: не рекомендуется ставить насос в открытый ствол. Причина в том, что известняк может обламываться в открытом стволе. В этом случае насос может быть заблокирован.
Если вдруг скважина на известняк малодебитная, то можно проработать вариант установки насоса на уровень водоноса (в водоприемной части). Но в этом случае разумно укрепить стенки водоприемного участка перфорированной подпорной колонной.
На какую глубину устанавливать насос в скважину в итоге?
Вообще и выбор насоса, и выбор места установки, и сам монтаж лучше поручить специалистам. По крайней мере на стартовом этапе запуска скважины. Потом эту операцию по аналогии можно уже выполнять своими силами.
Признаемся честно, даже имея большой опыт работы по установке насосов разных типов и производителей, нередко сталкиваемся с ситуациями, когда приходится поломать голову по поводу того почему же насос не работает.
На какую глубину опускать насос в скважину от дна
Грамотное определение глубины погружения насоса в скважину, обеспечивает не только бесперебойную подачу воды из нее, но и непосредственно влияет на срок эксплуатации насосного оборудования, а также на качество функционирования и срок службы собственно скважины. Как правило, это касается только погружного насосного оборудования, так как насосы вибрационного типа специалисты не рекомендуют устанавливать в скважинах.
2 условия оптимального уровня погружения насоса от дна
До погружения насоса в скважину требуется максимально точно определить длину троса. Это необходимо, чтобы установить оборудование на конкретной глубине. Данное условие обусловлено тем, что, только выбрав правильный уровень установки насоса, можно добиться полноценного и стабильного водоснабжения.
Условие #1: Насосное оборудование, опущенное в середину водного пласта, должно располагаться таким образом, чтобы над ним было не меньше 1,0 м воды
Данный фактор определяется принципом функционирования погружного насосного оборудования и его конструкцией:
он не всасывает воду, а откачивает и подает наверх тот водный объем, который поступает в насос под давлением верхнего водного слоя;
конструкция насосного погружного оборудования предполагает его охлаждение за счет окружающих водных слоев, в противном случае, перегрев насоса приводит к его полному выходу из строя.
Условие #2: Насосное оборудование не должно касаться скважинного дна
Данный фактор обусловлен наличием в нижнем слое (у дна скважины) взвесей частиц песка, глины, которые не только загрязняют выкачиваемую воду, но, проникая внутрь конструкции насоса, способны его засорить, что существенно снижает срок его службы.
Способы определения максимальной глубины всасывания насоса
Конечно, чтобы определить оптимальную глубину, на которую нужно погружать насос в скважинное пространство, необходимы исследовательские и изыскательские мероприятия, тщательные расчеты, основанные на прогнозировании возможных изменений водного уровня в процессе работы скважины, состава воды, и, обязательно от типа выбранного насосного оборудования.
При этом существует два основных способа, чтобы определить, на какую оптимальную глубину необходимо опустить насосное оборудование, чтобы обеспечить качественное водоснабжение, и длительный срок службы скважины.
Способ #1: Практический способ
Первый способ очень прост, и основан на практическом опыте, полученном при установке насоса в скважину, и состоит из нескольких этапов:
- насос опускают до самого дна скважины;
- поднимают насос приблизительно на 2,0 м;
- выполняют временную фиксацию оборудования, после чего проверяют его функционирование, а, также качество воды;
- если не были зафиксированы недостатки, насос окончательно закрепляют.
Способ #2: Способ, основанный на показателях динамического уровня
Главной характеристикой – параметром, определяющим глубину опускания насосной техники в скважинное пространство, специалисты считают динамический уровень. Это показатель расстояния от уровня земли до водного зеркала (водной поверхности), который указывает, насколько возможно опускание воды в разные сезоны года, в различные годы, и по определенных причинах.
При высоком отборе воды, длительной засухе, снижается внутрипластовое давление в водном слое, что вызывает понижение уровня.
Работа скважинного насоса с расходом, превышающим дебитные показатели скважины, Вызывает понижение динамического уровня.
Исходя из вышеуказанных причин возможного снижения водного уровня, можно смело утверждать, что насос требуется опустить в скважину ниже более чем на метр от расчетного значения динамического уровня.
- глубина опускания насоса большой производительности больше.
- при прокачке скважин насосное оборудование опускают почти на дно, для возможности выкачать песок, ил, глину.
- положение насосного оборудования необходимо постоянно контролировать.