Дебит скважины: формула, определение и расчет. Водяной дебит скважины: расчет потребности в воде и требуемая производительность скважины Средняя производительность водяной скважины для частного дома

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.

Построив загородный дом на значительном удалении от коммуникаций, каждый собственник вынужден решать проблему с водоснабжением самостоятельно или сообща с соседями. Для получения стабильного доступа к подземным источникам используют различные виды скважин на воду. Из гидротехнических конструкций популярны шахтные колодцы, скважины на песок, на песчаник или известняк. В чем отличия таких сооружений? Каковы характеристики? В чем преимущества и недостатки основных видов?

Колодец один из самых популярных видов неглубоких скважин встречающийся повсеместно на частных подворьях. В былые времена стены колодца делали в виде деревянного сруба, что сказывалось на непродолжительных сроках его эксплуатации. Древесина большинства пород под воздействием влаги подвергается процессам гниения и разрушения. Единственным приемлемым вариантом, способным увеличить эксплуатационные сроки деревянных срубов колодезных шахт это использование древесины лиственницы или дуба. Данные материалы выдерживают десятилетия непрерывного воздействия водой. В наше время популярны колодцы из ЖБИ-колец метрового и полутораметрового диаметра.

Конструкция колодца дает возможность водозабора верховодки. Неглубокие источники в отличие от скважин могут использоваться только для технических целей, полива грядок на огороде. Для питья в сыром виде такая вода не годится. При заглублении шахты не менее, чем на 15 метров, высока вероятность выйти на воду более высокого качества.

Технология строительства шахтного колодца заключается в последовательной установке бетонных колец друг на друга.

• 1-е кольцо устанавливается на почву, после чего внутри выбирается грунт. По мере выемки кольцо под собственным весом будет опускаться.
• 2-е кольцо устанавливается после полного погружения 1-го. Дальнейшая выемка грунта позволяет равномерно опуститься следующему фрагменту стены колодца.
• Последующие кольца устанавливаются аналогичным способом, пока шахта не углубится до водоносного слоя.
• Поверх шахты устанавливается оголовок, состоящий из одного заглубленного кольца и одного верхнего.
• Вокруг оголовка на расстоянии 0,6 м выбирается грунт на глубину до 1 метра от уровня почвы. Полость заполнятся глиной и уплотняется.
• Поверх глины, из песка отсыпается отмостка.
• Устанавливается крышка, препятствующая попаданию пыли и мусора.

Основное преимущество колодцев не только в их доступности и простоте, а так же в хорошем коэффициенте пополнения извлеченного объема воды в благоприятные периоды года.

Недостатки

Не лишены колодцы и недостатков. К таковым можно отнести:

• Временные и трудовые затраты.
• Нестабильный объем в периоды засухи.
• Объем воды в колодцах обычно нестабилен и носит посезонный характер. В весеннее время вода становится малопригодной для питья.
• Колодец требует регулярной очистки. Для этого его опорожняют с помощью насоса от воды и грязи.
• Существует прямая зависимость качества воды от сезонов и количества осадков.
• Воду из колодца требует обязательного кипячения.

На местах, где бывают подтопления и паводки, заболоченности, колодцы для водозабора питьевой воды ставить не допустимо.

Абиссинский колодец

Скважина игла или Абиссинский колодец еще один простой и доступный с точки зрения финансовых затрат вид гидротехнических сооружений. Состоит из узкой 1…1,5” трубы, на окончании которой находятся фильтр и иглообразный наконечник. Снарядом прошивают грунт на глубину от 10…25 метров до водоносного слоя, тем самым минуя нестабильную верховодку.

Для создания скважины иглы берутся двухметровые трубы и последовательно забиваются в грунт. По мере заглубления отрезки трубы соединяют между собой посредством резьбовых соединений. На саму трубу ставят либо ручной, либо электрический насос, работающий по вакуумному принципу.

После организации водозабора, скважину прокачивают для получения чистой воды. Для питьевых целей она будет пригодна через сутки. Рекомендуется сделать химический анализ ее состава в СЭС или гидрогеологической лаборатории. Как показывает практика, после всех подготовительных и профилактических манипуляций с абиссинской скважиной вода будет соответствовать санитарным нормам.

Преимущества

Простая и эффективная конструкция, позволяющая удовлетворить потребности в небольшом количестве воды хорошего качества, обладает следующими преимуществами:

• Срок службы колодца не менее трех десятилетий.
• Малогабаритные размеры позволяют пробурить скважину в подвале частного дома.
• Исключена вероятность загрязнения из почвенных горизонтов.
• Не требуется разрешений.

Недостатки

Из негативных сторон присущих данному типу источника можно отнести следующие недостатки:

• Поскольку абиссинский колодец делается из полуторадюймовой трубы и предполагает забор воды с только помощью насоса. Поверхностные насосы не эффективны после десятиметровой глубины.
• Конструкция требует регулярной чистки трубы от заиливания и песка.
• Возможность поставить абиссинскую скважину доступна лишь в условиях мягкого грунта.
• Абиссинская конструкция привередлива к качеству водоноса и не будет работать на плывунах, бесперебойная эффективность возможна только на слое из крупнозернистого песка.

При засорении абиссинского колодца используют желонку – цилиндрический сосуд для извлечения грязи, ила, песка.

Песчаные скважины

Такой источник прост по своей конструкции и не требует длительного времени на монтаж. Скважины ориентированы на добычу воды в рыхлых межпластовых водоносных слоях. Как правило, это песок, галечник, гравий. Вскрытое месторождение используют для автономного водоснабжения загородного дома.

В зависимости от глубины нахождения горизонта песчаные скважины делят на два вида:

1. На мелкий песок – до 40 метров.
2. На глубокий песок (песчаник) – от 40 до 90 метров.

Выбирая вид источника, учитывайте, что по водоотдаче мелкие скважины уступают глубоким (1 м 3 против 2 м 3).

По своей конструкции скважины, обустраиваемые на песчаных горизонтах, представляют собой ствол, в котором находится стальная или пластиковая обсадная труба диаметром более 10 см. Нижняя труба имеет перфорацию для просачивания влаги, а дно оснащают фильтрующей сеткой. Проходка породы выполняется шнековой бурильной установкой. Подъем воды осуществляется посредством погружного насоса.

Из-за наличия частиц песка центробежные насосы для поднятия воды не годятся. Очень быстро забивается фильтрующий элемент, что приводит к выходу устройства из строя.

Преимущества

• Достаточна глубина для получения чистой воды, по сравнению с перечисленными выше источниками.
• У скважин на глубокий песок стабильный объем.
• Химический состав воды в песчаниках вписывается в санитарные нормы.
• Высокая производительность от 1 до 2 м 3 /ч.
• Для вскрытия водоносного пласта не требуется разрешений.
• Время проходки с установкой обсадной трубы занимает не более 2-х дней.
• Срок эксплуатации таких водяных скважин до 30 лет.

Недостатки

• Объем воды у скважин на мелкий песок более зависим от уровня осадков.
• Химический состав воды из неглубоких источников не постоянен и чувствителен к антропогенным и техногенным факторам.
• Наличие мелкозернистого песка способствует заиливанию скважины.

Артезианская скважина

Один из сложных видов скважин по своей конструкции и проходке. При бурении вскрывается артезианский водоносный слой, расположенный на известняках. При вскрытии водоносного горизонта уровень воды в стволе устанавливается на порядок выше водоупорного слоя. Подпитывается источник удаленно, проходя многометровые слои пород, фильтрующие свойства которых обеспечивают очистку высокого уровня.

Глубина артезианских скважин зависит от расположения водоносного слоя в конкретной местности. Она может составлять 90 и более метров.

Качество воды – постоянное, не подвержено сезонным колебаниям. Однако без установки специального фильтрующего оборудования не обойтись. Проходя сквозь толщу различных пород, вода насыщается различными минералами, предельно допустимая концентрация которых может превышать установленные нормы. Поэтому очень важно после прокачки скважины сдать пробы воды на химический анализ.

Объем воды – стабилен. Его будет достаточно для обеспечения нескольких загородных домов с постоянным проживанием семей.

При вскрытии артезианского горизонта используют специальную буровую технику. В ствол шахты опускается обсадная труба. Для увеличения срока службы водозабора в обсадную трубу помещают трубу из непластифицированного поливинилхлорида (нПВХ). По завершении бурения устанавливают кессон, выполняющий роль тепло- и гидроизолятора.

Подъем воды осуществляют с помощью глубинных насосов . Для увеличения срока службы насосного оборудования используют гидроаккумулятор.

Преимущества

• Высокое качество воды.
• Высокий потенциал отдачи артезианских вод свыше 3 м 3 /ч.
• Бесперебойное водоснабжение.
• Длительный срок эксплуатации — до 50 лет и более.

Недостатки

• Применение тяжелой буровой техники.
• Необходимо составление проекта.
• Требуется получение специального разрешения (лицензии) на пользование недрами.
• Обязательная постановка на учет с присвоением Государственного водного кадастра.
• Высокая стоимость работ и материалов.
• Продолжительные сроки проходки и обустройства.

Основные характеристики

В зависимости от назначения скважины потребуется анализ по ряду параметров, которые описывают уровень изобильности водоносного слоя, скорость восстановления водного ресурса после водозабора. Эти данные необходимы для выяснения того, сможет ли она полноценно решить задачу обеспечения водой в конкретном случае. В целом все виды водозаборов характеризуют по следующим параметрам:

• Пьезометрический уровень. Измеряется глубина от поверхности грунта до вскрытого водоносного горизонта.
• Уровень водопроводимости скважины измеряется кубометрами, которые способна выдать точка водозабора в течение 24 часов.
• Динамический уровень вычисляется во время активного использования скважины, проверяют и фиксируют уровень, на который поднимается вода по длине трубы.
• Установление показателя по статистическому уровню скважины происходит через час после прекращения водозабора. В этот период забойное давление приходит в баланс с давлением пласта, расположенного над водоносным участком, уровень воды фиксируется, она перестает подниматься.
• Исходя из статической и динамической характеристик скважины, вычисляют дебет точки водозабора . Рассчитывается как соотношение извлеченной воды и ее притока. Выясняют основную характеристику, показывающую, сколько воды способна давать скважина в конкретный временной период.

Скважины с высоким уровнем водоотдачи имеют разницу в динамическом и статистическом уровнях, не превышающую метра. Артезианские скважины характеризуются равноценными статическими и динамическими уровнями.

Как видите, виды водозаборных конструкций имеют свои плюсы и минусы. То, что подходит для большого селения, может быть неэффективным для частных лиц и наоборот. При выборе типа скважины необходимо учесть не только экономические особенности, но и геологические параметры, гидрогеологические условия.

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.

"Водяной дебит скважины: расчет потребности в воде и требуемая производительность скважины", БК "ПОИСК" , рассказать друзьям: Май 20th, 2017

Скважина, как и любое гидротехническое сооружение, имеет свои характеристики. Это тип (песчаная или известняковая), глубина, диаметр, производительность. Важнейшим этапом определения ее функциональности является расчет дебита скважины.

Что такое дебит и зачем его считать?

Предельный объем воды, который можно выкачать в единицу времени, называется дебитом (не путать с бухгалтерским термином «дебет»). Вода из водоносного слоя поступает в обсадную трубу, где происходит процесс накопления. При интенсивном выкачивании она заканчивается. Для возобновления работы требуется время. Если водяной столб снижается быстро, то это свидетельствует о низком дебите, если медленно — о высоком. В скважинах, пробуренных в обильных горизонтах, как правило, приток превышает производительность насоса. В таких случаях вода не заканчивается, а ее столб лишь снижается до определенного уровня.

Производительность скважины может варьироваться от нескольких кубометров до нескольких тысяч кубометров в сутки. Расчет производительности водозаборной точки необходим, прежде всего, для сопоставления ее мощностей с нуждами потребления. Плановый расход определяется из расчета 0,5 куб. м/час на одну точку (кран). Исходя из этих данных, подбирается оборудование. К примеру, при условии работы одновременно 6 точек необходимо устанавливать насос, выполняющий прокачку 3 куб. м/час. Вопрос: сможет ли водозаборная точка обеспечить такую подачу? Точно измерить производительность затруднительно: она может меняться в зависимости от сезона. Однако и приблизительная информация важна. При бурении артезианских водозаборов данные заносятся в технический паспорт. Заказчик должен лично участвовать при проведении процедуры определения дебита: нужно понимать, что в последующем претензии к несоответствию его технической документации приниматься не будут. Точная информация в паспорте может оказать услугу и в будущем при возникновении технических или юридических проблем.

Измерение и расчет

Определение дебита скважины производится примерно через сутки после ее бурения: уровень воды должен достигнуть максимальной отметки. Для расчета измеряется несколько параметров:

1. Глубина скважины.
2. Расположение начала фильтровой зоны (верхняя точка).
3. Интенсивность отбора (объем в единицу времени).
4. Статический уровень — отметка воды в неэксплуатируемом состоянии.
5. Динамический уровень — отметка воды при непрерывной откачке. При работе насоса столб будет снижаться, но на определенной высоте стабилизируется. Эта точка и является динамическим уровнем. При изменении производительности насоса он будет отличаться.

Замер статического и динамического уровней производится от поверхности земли. Таким образом, чем выше отметка водяного столба, тем показатели этих уровней меньше.

Определить дебит скважины можно по формуле:

Dt = V*H в /(H дин -H стат), где

Dt — дебит скважины; V — интенсивность откачки; H дин — динамический уровень, H стат — статический уровень; H в — высота столба (определяется как разность между глубиной скважины и статическим уровнем).

Такой расчет содержит одну серьезную погрешность. Он подразумевает, что при изменении производительности насоса падение столба будет происходить строго пропорционально. Однако это не так. В реальности наблюдается прогрессивное падение воды при увеличении мощности насоса. Но для каждой водозаборной точки оно индивидуально. Для более точного вычисления производится повторное исследование с иной интенсивностью отбора. После этого определяется удельный дебит:

Dу = (V 2 -V 1)/(h 2 -h 1), где

Dу — удельный дебит; V 1 — интенсивность водоотбора при первом исследовании; V 2 — интенсивность водоотбора при повторном исследовании; h 1 — разность между динамическим и статическим уровнями при первом исследовании; h 2 — разность между динамическим и статическим уровнями при повторном исследовании.