Рассматривая взаимосвязь между размером ячеек фильтра и дебитом, важно помнить, что конечный дебит фактически зависит от системы «размер ячеек — материал фильтра — проницаемая порода».
Что собой представляет дебит скважины, для чего необходимо знать и как правильно вычислить эту величину?
Колодец — это удобный и практически неразрушимый источник воды на приусадебном участке. Воду из такого колодца можно использовать для бытовых нужд и полива. Одним из важнейших параметров такого колодца является его дебит.
В данной статье подробно описано, что такое стоимость колодца, какие виды затрат существуют и как на эти затраты влияют. Кроме того, приведена формула и примеры расчетов.
Что это такое, в чем измеряется?
Дозированный дебит водяной скважины — это, говоря простым языком, общее количество воды, которое источник (скважина) может произвести за определенный период времени.
Он рассчитывается в кубических метрах в час (м3/ч) или литрах в час (л/ч). Дебит рассчитывается с использованием погружного или дренажного насоса с максимальной производительностью для данного типа скважины.
Это значение не является фиксированным и вносится в технический паспорт бригадой после проходки скважины. Это значение можно назвать «текучим», так как в техническом паспорте оно рассчитано для одного насоса, а затем может быть использован насос с другим значением.
Например, бригада провела замеры насосом с производительностью 7 м3/ч и внесла это значение в лист данных. Владелец скважины может использовать насос с производительностью 5 м3/ч, что можно считать постоянным дебитом скважины.
Определение и описание
При расчете дебита скважины рассматриваются 2 основных варианта этого параметра: абсолютный свободный дебит и удельный дебит. Значение этих двух величин описано ниже.
Абсолютно свободный
Абсолютный свободный дебит скважины — это способность идеальной скважины поддерживать дебит при давлении выше 0,1 МПа. Он учитывает мощность насоса, стабильность пласта, глубину залегания грунтовых вод, количество ила и массу воды в пласте.
Удельный
Удельный дебит — это количество воды, которое может дать скважина при понижении уровня грунтовых вод на 1 м. Удельный дебит — это количество воды, которое может дать скважина при понижении уровня грунтовых вод на 1 м. Другими словами, это свободное, доступное количество воды, которое может быть выкачано из скважины без понижения уровня воды в скважине.
Основное отличие от фактического дебита заключается в том, что объем воды при удельном дебите всегда больше, так как в нем не учитываются зоны просачивания.
Фактический дебит, с другой стороны, рассчитывается по зоне инфильтрации и не включает оставшуюся, но бесполезную воду в скважине.
Что такое дебит?
Это количество воды, которое непрерывно поступает из глубокого водоносного горизонта в водозаборное сооружение. Его величина измеряется в м 3 /час.
Объем жидкости из песчаного или известнякового водоносного горизонта должен быть равен объему водозабора и не превышать его.
Это обеспечивает оптимальный баланс между притоком и оттоком воды.
Кроме того, дебит скважины напрямую зависит от других факторов, напр.
- правильность проектирования конструкции;
- бурение на нужную глубину;
- выбор подходящего насосного оборудования.
Что влияет на показатели дебита?
На дебит может влиять ряд факторов, таких как характеристики водоносного горизонта, параметры водозабора и соблюдение правил эксплуатации пробуренной автономной скважины водоснабжения.
К наиболее важным факторам, которые могут повлиять на дебит, относятся:
- Вскрытая мощность водоноса. Если бурением вскрывается вся толща пород, где находится скопление воды, дебит источника будет большим. При отсутствии прохождения пласта до его дна (основания) показатель водопритока ниже.
- Гидравлические характеристики водоноса: эксплуатация напорным или безнапорным типом; поступление жидкости из соседних горизонтов; фильтрационный коэффициент водовмещающих отложений; колебания уровня воды в течение сезонов; мощность водоноса (расстояние от кровли до подошвы) и т.д.
- Специфический скин-эффект – это замедление притока воды внутрь скважинной конструкции в связи с процессами заиливания, загрязнения источника водоснабжения для дома, а также других факторов.
- Конструкционные особенности, диаметр обсадки, которыми определяется производительность источника.
- Характеристики фильтрационного оборудования: специфика конструкции, площадь функционирования, скорость загрязнения с течением времени.
- Производительность насосного оборудования: если его мощность недостаточна, то потенциал пробуренной скважины не используется полностью, если избыточна – возникает вероятность снижения динамического уровня ниже рабочей глубины насоса.
Как определить нормальный скважинный дебит?
Чтобы определить, какой дебит является необходимым и нормальным для водоснабжения конкретного населенного пункта, следует использовать некоторые параметры:
- предполагаемый расход в процессе эксплуатации источника водоснабжения;
- финансовые возможности.
Второй параметр учитывает данные первого параметра. Если планируется бурение песчаной скважины, которая дает до 1 кубометра воды в час, хотя для удовлетворения спроса необходимо не менее 1,5 кубометров, следует тщательно продумать, достаточно ли средств для модернизации такого источника и приобретения оборудования для улучшения.
Это, вероятно, будет стоить дороже, чем первоначальное бурение артезианской скважины.
Обычно считается, что дебит воды 2-3 м 3 /час удовлетворяет потребности жильцов дома. Если дом большой, с бассейном и сауной, то потребность возрастает до 3-5 м3 .
Поселки или садовые комплексы (с общей скважиной) нуждаются в 200-400 м3 /час. Таким образом, «нормальное» водоснабжение варьируется от потребителя к потребителю.
Расчет производительности скважины
Водоудерживающая способность скважины — величина нестабильная и зависит от многих факторов и параметров, таких как состояние и ресурсы скважины, время года, дебит грунтовых вод и т.д. Тем не менее, можно приблизительно определить характеристики потока.
При расчете мощности учитываются следующие геологические характеристики:
- статический уровень — высота столба воды в состоянии покоя (без водозабора);
- динамический уровень — высота столба воды, когда приток равен оттоку (во время водозабора);
- высота водного столба — расстояние от статического уровня до дна водозаборного ствола;
- производительность насоса — определенный объем жидкости, который перегоняется нагнетателем за условную единицу времени.
Для определения этих данных необходимо провести инвентаризацию:
- погружной насос;
- шнур или толстая леска с грузом и поплавком;
- мерная емкость;
- рулетка и секундомер.
Внимание. Для точности измерений скважина не должна использоваться в течение 3-4 часов до начала измерений.
Последовательность действий для определения дебита скважины:
- Определить глубину источника от края оголовка до верхней точки фильтрующего слоя. Если глубина водозаборного ствола неизвестна, опустить в него шнур с грузом на конце до тех пор, пока он не достанет до песчаного дна. Затем вытащить шнур и замерить его длину. Из полученного числа вычесть от 2 до 4 метров на сам фильтр и отстойник.
- Вычислить статический уровень. Выполняется при отключенном насосе! Подвесить груз и поплавок на леске. Опустить измеритель в скважину, пока леска не провиснет — значит поплавок коснулся воды. Вытащить леску и измерить, сколько ее ушло в скважину.
- Вычислить динамический уровень. Для этого, откачивая воду, опустить в оголовок леску с привязанным грузом и поплавком, пока леска не ослабнет. Затем вытянуть леску и измерить расстояние от того места, когда леска ослабла до поплавка.
- Определить динамический уровень при помощи вибрационного насоса. Медленно вытягивать прибор из шахты и слушать, когда он начнет работать в критическом режиме (всухую). В этот момент поставить на шланге метку и вытянуть насос полностью. Измерить расстояние от метки до прибора. Получится расстояние до водного зеркала.
- Вычислить производительность насоса. Опустить нагнетатель в скважину и оставить его работать в течении одного часа. Затем заполнить насосом мерную емкость, замеряя при этом время по секундомеру. Например, ведро объемом 5 л заполняется за 20 сек. Соответственно через минуту наберется 15 литров, а за час добыча максимально составит 900 литров = 0,9 м³.
После расчета объема жидкости, откачиваемой насосом, мощность водоносного горизонта рассчитывается по формулам
Формулы расчета реального и удельного дебита
Дебит скважины рассчитывается по формуле:
V/(Нд — Нст)×L = D , где.
V — производительность насоса, м³, объем откачиваемой воды; Нд — динамический уровень, м; Нст — статический уровень, м; L — высота столба воды, м; D — дебит скважины, м³/ч.
Подставьте значения, полученные в результате измерений, в формулу. В формуле разделите мощность водяного насоса на разницу между динамическим и статическим уровнями. Полученное число умножьте на высоту водяного столба, а результат — на дебит.
Многие люди умножают не на расстояние между статическим уровнем и фильтром, а на общую глубину. Такие расчеты для скважины точны только в том случае, если скважина построена идеально. Однако если точка забора несовершенна и содержит фильтр, эти расчеты имеют большую погрешность. Это приводит к неправильному выбору насосного оборудования и сокращению срока его службы.
Предположим, что результаты измерений следующие:
- производительность насоса — 900 литров/час;
- динамический уровень — 20 м;
- статический уровень — 15 м;
- вершина фильтра — находится на глубине 40 м.
Необходимо рассчитать высоту водяного столба: 40-15 = 35 м. Подставьте эти значения в формулу: 0,9 / (20-15) × 35 = 4,5. Вычтите из этого значения 20 % — поправку на суточные колебания расхода.
В результате фактический расход составит 3,6 м³ в час. Аналогичным образом можно рассчитать среднесуточный расход.
Увеличение производительности насоса приводит к снижению динамического уровня и, следовательно, к снижению фактического расхода. Поэтому при расчетах динамические измерения должны проводиться дважды — при различных притоках жидкости.
Удельный дебит скважины может быть рассчитан по следующей формуле:
Dуд=(V2-V1)/(h2-h1), где:
V1 — объем воды, закачанной в первый приток; V2 — объем воды, закачанной во второй приток; h1 — падение динамического уровня на первом притоке; h2 — падение динамического уровня на втором притоке.
Удельный дебит определяется как производительность скважины при понижении уровня воды на один метр.
Как глубина погружения насоса влияет на производительность?
Погружные насосы должны быть размещены как можно дальше от фильтра скважины, согласно инструкции. При этом нормальное расстояние до статического уровня воды должно составлять не менее 1 метра.
Внимание!
При выборе глубины установки насосной станции необходимо учитывать, что производительность источника воды уменьшается с удалением от земли. То есть на глубине 40 метров, где в скважине установлен фильтр, максимальная производительность жидкости составляет 3 .6 м³/час
На глубине 28 метров дебит составляет 1,8 м³/час, а на глубине, соответствующей статическому уровню, дебит очень мал. Для оптимального бытового водоснабжения насос следует устанавливать на глубине от 28 до 35 метров.
Как водопроницаемость породы влияет на дебит скважины на песок?
Водопроницаемость породы также влияет на дебит водозаборной конструкции. Существуют породы с очень низкой проницаемостью. Если такие породы достигают инфильтрационной секции, это может привести к снижению дебита.
Есть породы, которые имеют высокое содержание воды в своем составе. В то же время, однако, они не готовы «отдавать ее». Такие горные образования обычно называют пенами.
Как дебит скважины зависит от длины фильтра
Помимо проницаемости породы, образующей водоносный горизонт, на производительность скважины также влияет проницаемость фильтровой части. Объем воды, проходящей через фильтр, зависит, помимо прочего, от площади поверхности фильтрующей секции. Поэтому чем больше длина фильтрующей секции (при прочих равных условиях), тем больше достижимый дебит скважины.
Однако следует помнить, что увеличение длины фильтра не приведет к ожидаемому результату, если мощность водоносного горизонта недостаточна.
Как дебит скважины зависит от диаметра фильтра
Как мы знаем из школьных уроков геометрии, площадь поверхности цилиндра зависит от его диаметра и длины. Однако многие интуитивно помнят, что увеличение длины цилиндра больше влияет на увеличение площади поверхности, чем увеличение диаметра. Это особенно ярко проявляется в фильтрующей части скважины. Действительно, с увеличением диаметра обсадной трубы и корпуса фильтра стоимость резко возрастает.
Поэтому увеличение дебита может быть достигнуто за счет использования обсадных труб большего диаметра. Однако с точки зрения экономической целесообразности такой подход имеет смысл только в том случае, если мощность пласта не позволяет увеличить фильтровальную секцию.
Дебит: ситуация из жизни
«Почему установленный насос качает несколько минут, а затем перестает качать?» — этот вопрос нам часто задают.
Чаще всего это происходит, когда центробежный насос устанавливается в песчаной скважине. Производительность песчаных скважин невелика: 300 — 500 литров в час (0,3 — 0,5 кубических метров в час). Производительность центробежных насосов составляет один кубический метр в час и более. В описанной ситуации насос, естественно, забирает воду из скважины, потому что в скважине расход воды меньше. Аналогия: если вы тратите больше денег, чем берете, вы тратите свои сбережения или вам приходится брать в долг. Но природа не одалживает вам деньги.
Из этой ситуации можно сделать вывод: Мощность насоса не должна превышать дебит скважины.
Если скважина дает меньше воды, что необходимо?
Мы уже почти ответили на этот вопрос: создайте резерв. Дело в том, что в течение дня мы используем воду неравномерно — утром интенсивно, днем меньше, вечером интенсивно, а ночью почти не используем. Поэтому насос может создавать резерв ночью, перекачивая определенное количество жидкости, которую мы можем расходовать в часы пик.
Сколько надо воды для водоснабжения загородного дома?
При наполнении раковины или ванны расходуется около 500 литров в час (0,5 кубического метра в час), столько же воды мы используем при поливе участка через слив. Стиральные и посудомоечные машины расходуют гораздо меньше, и на их наполнение уходит не более минуты.
Если в вашем доме отдыха есть 2 ванные комнаты и кухня, расход воды не должен превышать 3 точки водоразбора x 500 литров в час = 1500 литров в час (1,5 кубических метра в час). Добавьте 500 литров в час на полив огорода.
Общее потребление колодца: 2,0 кубических метра в час.
И действительно — в 1,5 — 2 раза меньше, так как мы вообще не включаем кран и одновременное использование всех трех ванн бывает крайне редко.
Производительность артезианских скважин обычно превышает 3,0 кубометра в час. Это в два раза больше, чем требуется для водоснабжения среднего загородного дома.
