Сооружения для забора подземных вод

Выбор типа сооружений и схемы их размещения зависит от глубины залегания водоносного пласта, его мощности и водообильнсти, условий залегания, геологических и гидрологических условий.

Для приема подземных вод применяются сооружения следующих типов:

- скважины (трубчатые буровые колодцы);

- шахтные колодцы;

- горизонтальные водосборы;

- лучевые водосборы;

- сооружения для каптажа родниковых вод.

Скважины(рис. 4.7, 4.8), устраиваемые путем бурения, предназначены для приема как напорных, так и безнапорных подземных вод, залегающих на глубине более 30 м. Это наиболее распространенный тип водозаборных сооружений подземных вод. В рыхлых грунтах стенки скважин крепят обсадными (чаще всего стальными) трубами. Для предохранения скважины от попадания в нее частиц грунта из водоносного пласта ее оборудуют фильтром.

Рис. 4.7. Устройство скважины с обсадными колоннами:

1– обсадная труба; 2– цементный камень; 3 – пласт; 4 – фильтр

I–направление; II – кондуктор; III – промежуточная колонна; IV – эксплуатационная колонна

Рис. 4.8. Конструктивные параметры скважин

Скважины могут быть доведены до подстилающего водоупорного пласта – «совершенные колодцы» (рис. 4.9 а, в) или заканчиваться в толще водоносного пласта – «несовершенные колодцы» (рис. 4.9 б, г).

При самоизливающихся скважинах вода отводится самотеком в сборный резервуар, а затем перекачивается либо на очистные сооружения, либо потребителям. При глубоком залегании динамического уровня скважины оборудуют артезианскими насосами или эрлифтами. В зависимости от грунтовых условий над водозаборной скважиной устраивают павильон или камеру из кирпича, бетона или железобетона

а) б) в) г)

Рис. 4.9. Устройство и работа скважин при различных типах подземных вод

После установки фильтра кольцевые пространства между трубами смежных колонн на высоту 2 – 3 м заделывают цементным раствором (тампонируют), а колонны труб перерезают труборезом или вывинчивают из муфт и извлекают верхние части колонн наверх; колодец приобретает телескопический вид. Для предупреждения попадания в колодец воды из верхних горизонтов необходимо применять тампоны. Верхнюю часть второй колонны труб не вырезают, а пространство между трубами полностью заливают цементным раствором.

В отдельных случаях при малой глубине скважины можно бурить ее при помощи только одной колонны обсадных труб.

Над скважиной обычно сооружают небольшую насосную станцию, в которой устанавливают насосы. Иногда над трубчатым колодцем устраивают кирпичную, бетонную или железобетонную шахту, а вокруг нее делают глиняный замок для предохранения от загрязнений. Входят в шахту через люк.

Различные конструкции фильтров приведены на рис. 4.10. Фильтры применяют различных типов: дырчатые, проволочные сетчатые, каркасно-стержневые, щелевые и гравийные. Фильтр состоит из трех основных частей: верхней с замком, надфильтровой части трубы, рабочей части и отстойника, закрываемого снизу пробкой. Длину верхней части фильтра в среднем принимают не менее 3 м. Эта часть должна входить в обсадную трубу не менее чем на 1–2 м. Полезная высота или рабочая длина фильтра должна быть на 0,5—1,0 м меньше высоты водоносного пласта. Для изготовления фильтров можно применять нержавеющую сталь, пластмассы и другие материалы.

Рис. 4.10. Конструкции фильтров водозаборных скважин

а – сетчатый; б – гравийный; г – гравийно-обсыпной; г – гравийно-кожуховый; д – с пенополистирольной обсыпкой; е – зонтичный с плавающей обсыпкой

Дырчатый фильтр (http://ws-54.ru/i.php?id=29http://ws-54.ru/i.php?id=29http://ws-54.ru/i.php?id=29http://ws-54.ru/i.php?id=29http://ws-54.ru/i.php?id=29http://ws-54.ru/i.php?id=29 ) состоит из труб с круглыми отверстиями диаметром 5–25 мм, просверленными в шахматном порядке на расстоянии 10 –50 мм друг от друга, или с вертикальными прорезями. Отношение общей площади отверстий к боковой поверхности фильтра называют скважностью каркаса, которая для дырчатых фильтров должна составлять 20 – 25%.

Проволочный фильтр устраивают на каркасе из дырчатой трубы, при этом на трубу и опорную проволоку навивают спирально обмотку из нержавеющей проволоки толщиной 2–3 мм с прорезями между витками от 0,5 до 5 мм в зависимости от крупности зерен водоносного пласта.

Сетчатый фильтр устраивают также на каркасе из дырчатой трубы. На каркас напаивают спиральную проволоку из нержавеющей стали, а к проволоке прикрепляют сетку из тонкой проволоки латунной или из нержавеющей стали.

Проволочные и сетчатые фильтры быстро подвергаются коррозии, и их приходится заменять новыми. Однако такие фильтры еще широко применяются ввиду простоты изготовления.

Каркасно-стержневой фильтр устраивают не из труб, а из стальных стержней, закрепленных в опорных поясах. На каркас наматывают по спирали проволоку (1,5–2 мм) из нержавеющей стали с расстоянием между витками от 0,5 от 5 мм. Каркас изготовляют в виде звеньев длиной до 3 м, соединяемых между собой патрубками. С применением такого рода каркасов расход металла уменьшается на 30 – 40%, а скважность каркаса увеличивается до 60%.

Гравийный фильтр устраивают на каркасе из дырчатой трубы. На каркас напаивают проволоку, а к проволоке прикрепляют сетку. Пространство между сетками заполняют песчано-гравийной обсыпкой. Применяют его при мелких песках водоносного горизонта с крупностью частиц 0,1– 0,25 мм. Гравийные фильтры могут быть клееными и керамиковыми.

Щелевые фильтры могут быть сделаны из пластмассы, нержавеющей стали. Скважность фильтров из пластмассы достигает 25– 30%; они устойчивы против коррозии.

Шахтные колодцы(рис. 4.11) применяют для забора воды из маломощных водоносных пластов, залегающих на глубине до 30 м от поверхности земли. Их выполняют из кирпича, бетона, железобетона, дерева и камня. Вода поступает в колодец через боковые отверстия, устраиваемые в стенках, и дно, засыпанное крупнозернистым материалом.

Шахтные колодцы(рис. 4.12) применяют для забора воды из маломощных водоносных пластов, залегающих на глубине до 30 м от поверхности земли. Их выполняют из кирпича, бетона, железобетона, дерева и камня. Вода поступает в колодец через боковые отверстия, устраиваемые в стенках, и дно, засыпанное крупнозернистым материалом.

Рис. 4.12. Конструкция шахтного колодца:

1 – обратный гравийный фильтр; 2 – железобетонные кольца; 3 – вентиляционный стояк; 4 – отмостка; 5 – глиняный замок; 6 – ручной поршневой водоподъемник

Горизонтальные водозаборы(рис. 4.13) устраивают в пределах водоносного пласта на глубине 6 – 8 м при незначительной его мощности. Водозабор располагают перпендикулярно направлению движения грунтового потока с уклоном в сторону сборного колодца, откуда вода забирается насосами.

Все конструкции горизонтальных водосборов (рис. 4.13) можно разделить на следующие три группы:

- траншейные водосборы с засыпкой камнем или щебнем;

- трубчатые водосборы,

- водосборные галереи.

Для двух последних водозаборных сооружений используют перфорированные бетонные трубы круглого и овоидального сечения. Вокруг труб устраивают гравийно-песчаную обсыпку, которая предотвращает попадание в воду частиц грунта.

Рис. 4.13. Конструкция горизонтального водосбора трубчатого типа:

1 – сборный водоприемный колодец; 2 – смотровой колодец; 3 – водосборный трубопровод; 4 – дренажная гравийная обсыпка; 5 – щебеночное основание; 6 – водоупор

Лучевые водозаборы(рис. 4.14)применяют для забора подрусловых и подземных вод, не имеющих питания из открытых водоемов. Водозаборы этого типа предусматривают при залегании водоносных пластов на глубине не более 15 – 20 м.

Рис. 4.14. Расчетные схемы лучевых водозаборов:

а – со скважинами-лучами под дном реки или водоема; б – со скважинами-лучами, расположенными на берегу реки или водоема; в – то же, расположенными частично под дном реки или водоема и частично на берегу

Источники (родники, ключи) – выходы подземных вод на поверхность земли. Их делят на нисходящие (рис. 4.15) и восходящие.

Рис. 4.15. Конструкция каптажной камеры нисходящего родника:

1 – водоносный горизонт; 2 – обратный гравийно-песчаный фильтр; 3 – водозаборная труба; 4 – переливная труба; 5 – водоупор; 6 – дренажная канава; 7 – железобетонная каптажная камера; 8 – вентиляционный стояк