что такое артезианская скважина кратко
Артезианская скважина
В статье рассмотрим, что такое артезианская скважина, откуда такое название, принцип её работы на простом примере из учебника по физике за 7 класс. Кроме того обсудим качество воды, а в заключении основные достоинства и недостатки.
Определение
Артезианская вода — это напорная подземная вода, заключенная в глубоких водоносных пластах между водонепроницаемыми слоями. Такое определение содержится в ГОСТ 30813-2002 «Вода и водоподготовка».
Опираясь на это можем определить понятие артезианской скважины.
Артезианская скважина — это скважина, пробуренная для эксплуатации напорных подземных вод, заключенных в глубоких водоносных пластах между водонепроницаемыми слоями.
Первые артезианские скважины
Артезианские скважины давно существуют в самых разных странах, однако получили свое название в честь провинции Артуа (лат. Artesium) на севере Франции. Там, в 1126 году, впервые в западной Европе, был построен артезианский колодец, в котором вода сама поднималась на поверхность.
В начале 19 века — это явление было описано во французской специальной литературе, в дальнейшем название закрепилось и напорные воды называют артезианскими.
В некоторых источниках утверждается, что это первое зарегистрированное упоминание самоизливающейся скважины, однако, скорее всего это не так, артезианские скважины существовали ещё в древнем Китае и Египте.
Принцип действия артезианского колодца
Принцип действия артезианского колодца или скважины легко объяснить на примере задачи из учебника по физике за 7 класс.
Задача: На рисунке 121 изображён артезианский колодец в разрезе. Почва, суглинок и песок легко пропускают воду. Глина и известняк, наоборот, водонепроницаемы. Объясните действие такого колодца.
Задача из главы о сообщающихся сосудах. На рисунке скважина изливается. Такой эффект происходит потому что вода заперта между двумя водонепроницаемыми пластами и находится под давлением. Поверхность воды в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне.
Рисунок можно продолжить для большей наглядности:
Далее рассмотрим более подробно как образуются артезианские источники.
Артезианский бассейн
Артезианские воды обычно встречаются в пределах относительно крупных геологических структур, к ним относятся: мульды, впадины, моноклинали, синклинали и т.д. Условия в которых образуются артезианские воды весьма разнообразны и приурочены к сложной схеме разломов и трещин. Они могут быть значительными по площади и иметь один, два и больше напорных водоносных горизонтов, такие структуры называют артезианскими бассейнами.
У каждого артезианского бассейна выделяют три области:
Иллюстрации на рисунке ниже, а далее определение терминов.
Область питания — это место выхода на поверхность водопроницаемых пластов, которые участвуют в строении артезианского бассейна, на поверхность земли.
Питание происходит за счет атмосферных осадков, инфильтрации из рек и озер, других источников, питание может осуществляться в том числе и из другого водоносного слоя или бассейна.
Область напора — это площадь развития артезианского бассейна, где проявляется напорность подземных вод.
Напор может быть измерен в атмосферах или как расстояние от кровли водоносного горизонта до пьезометрического уровня.
Пьезометрический уровень — условно это тот уровень, в котором установится равновесие поверхности воды в сообщающихся сосудах.
Напор может быть положительным или отрицательным, в зависимости от отношения пьезометрического уровня к поверхности земли.
Область разгрузки – это территория выхода напорных вод, область на которой происходит разгрузка может быть открытой или закрытой, артезианские воды на поверхности земли выходят в долины рек, морей и т.п.
На какой глубине артезианская вода
Глубина артезианской скважины от 30-100 метров. В зависимости от местности артезианские воды могут находиться на глубине 100-1000 метров. Обычно скважины хозяйственно-бытового назначения имеют глубину не более 150-300 метров.
Обратите внимание, артезианские воды в определенной местности могут отсутствовать вообще, например, в складчатых областях.
Особенности эксплуатации
Правильно выполненная артезианская скважина первые 20 лет не требует обслуживания, срок эксплуатации может достигать 40-50 и более лет. В отличии от скважины «на песок», артезианская не заиливается, а производительность её стабильна.
Артезианские скважины высокопроизводительны. Для оценки производительности скважин используют термин — дебит.
Дебит — это объем воды стабильно поступающей из скважины за единицу времени (обычно м3/час или м3/мин).
Названные ниже цифры условны, дебит зависит от особенностей местности и конструкции скважины.
Дебит артезианской скважины, обычно от 2-3 м3/час, это 33,3- 50 литров воды в минуту. Столько добываемой воды достаточно для водоснабжения частного дома.
Коллективные скважины на воду позволяют получать 20 и более м3/час, этого достаточно для водоснабжения даже дачного поселка.
Если скважина самоизливается дебит может достигать 70 м3/час и больше.
Самоизлив скважины – это естественный подъем воды из скважины выше поверхности земли без использования водоподъемного оборудования. Этот эффект еще называют фонтанирование или проточная скважина.
Самоизлив скважины может происходить непрерывно или время от времени. Условия для самоизлива могут быть геологическими или топографическими.
Самоизлив важно контролировать, бесконтрольное поступление воды может приводить к затоплениям, обрушениям грунта и к другим серьёзным неприятностям. Про самоизливные скважины готовится отдельная статья.
Качество артезианской воды
Как правило в верхней части разреза примерно 100-600 метров залегают слабоминерализованные пресные воды, а с глубиной их минерализация возрастает, на большей глубине могут находиться высокоминерализованные воды (рассолы).
Артезианская вода в отличии от поверхностных вод как правило не содержит вредных бактерий и вирусов, в замкнутой среде им холодно и нечем питаться. Однако не всегда артезианские воды соответствуют нормативным требованиям и безопасны по параметрам микробиологических и токсикологических показателей.
Артезианская вода может нуждаться в очистке от тяжелых металлов, солей жесткости, которые обуславливают свойства химического состава подземных вод. При этом в ней могут присутствовать ионы недоокисленных металлов, т.к. вода находится в замкнутом контуре, где отсутствует связь с атмосферой.
Наиболее характерными загрязнениями для артезианской воды являются соединения марганца, растворенное железо и сероводород, повышенное содержание солей кальция и магния, а также высокий уровень солей жесткости. Так, большое содержание растворенного железа придает воде «металлический» привкус и запах, возможно и неприятный ржавый цвет.
Еще одна особенность артезианской воды — низкое содержание кислорода.
На качество воды и ее свойства влияют скважины промышленных и химических предприятий предприятия, химчисток, автодороги, автозаправочные станции, предприятия сельскохозяйственной и животноводческой деятельности, а также свалки, уличные туалеты и т.п.
Важно время от времени проводить лабораторный анализ качества воды из любой скважины, в том числе артезианской, на соответствие нормативам СанПин. После анализа можно подходить к выбору системы фильтрации и очистки, конечно если это необходимо.
Что такое артезианская скважина и как её пробурить?
При отсутствии централизованного водоснабжения бурение артезианской скважины (далее по тексту АС) может стать единственным способом решения проблемы. Рассмотрим подробно, что представляет собой это гидротехническое сооружение, перечень сопутствующих работ, а также вопросы с документальным оформлением. В подборке можно найти и другую информацию, связанную с техническими вопросами, такими, как глубина и место бурения. Учитывая актуальность этой темы, будем рады, если вы поделитесь в комментариях своим практическим опытом, с указанием особенностей участка.
Что обозначает термин «артезианская скважина»?
Согласно принятому определению под данным термином подразумевается естественный или искусственный источник воды, поступающей с известнякового водоносного слоя.
Естественный (А) и искусственный (В) артезианский источник
Ниже на рисунке наглядно отображено, чем АС отличается от других источников.
Сравнительная глубина различных источников
Обозначения глубинных источников:
Плюсы и минусы
Наблюдаемый рост популярности такого способа водоснабжения объясняется следующим рядом преимуществ:
Для объективности следует рассказать и об отрицательных сторонах, к таковым следует отнести:
Как видите, все недостатки сводятся к финансовой стороне вопроса.
На какую глубину бурят артезианскую скважину?
На данный вопрос нельзя дать односложный ответ, все зависит от характера местности и глубины залегания водоносного слоя. Бурение может вестись как на 30-35, так и на 100-150 метров и более. В практике встречались случаи, когда до известнякового горизонта от поверхности было 20 метров, и наоборот, более 800. Средняя глубина порядка 80 метров.
Без пробного бурения спрогнозировать глубину известнякового горизонта можно только по косвенным признакам, опираясь на информацию о других скважинах в данной зоне.
Обратим внимание, что чем глубже находится вода, тем выше ее минерализация.
Как определить место под будущую скважину?
Теоретически АС может располагаться где угодно, но при выборе места необходимо учитывать следующие факторы:
Бурение с промывкой
Считается правильным вооружиться планом участка или топографической картой местности (в крайнем случае, нарисованной от руки схемой), и с учетом вышеизложенных требований, выбрать наиболее подходящее место. Если с этим возникнут проблемы, специалисты компании, которая будет проводить работы, подскажут несколько оптимальных вариантов.
Виды конструкций
Есть несколько вариантов обустройства АС, на выбор того или иного из них оказывают влияние следующие факторы:
Наиболее распатронены следующие конструкции:
Типовая скважина
Обозначения:
Верхняя (А) и внутренняя (В) обсадки
Такой тип конструкции применяется в случае обнаружения в верхних слоях горизонта глиняные прослойки.
Скважина с кондуктором
Эти незначительные изменения в конструкции позволяют защитить обсадку от плавунов.
Принцип конструкции телескопической артезианской скважины
Мы привели наиболее распространенные типы конструкций АС, их вариаций значительно больше.
Документальное оформление
Согласно российскому законодательному праву, перед реализацией проекта АС, необходимо получить соответствующее разрешение. Для этого следует собрать следующий пакет документов:
Помимо предоставленных документов понадобится оплатить налог и получить лицензию на добычу, ее стоимость начинается от 70 тыс. рублей. На размер оплаты влияет производительность АС, например, если добыча ведется в промышленных масштабах, то лицензии возрастет до 300 тыс. руб (максимальная стоимость). Согласитесь, цена не малая, но если от скважины будет запитан поселок, то расходы на лицензию можно сократить.
Обратим внимание, что многие компании, предлагающие услуги по обустройству АС, помогают своим клиентам оформить все разрешительные документы.
Перечень работ по бурению
Обустройство АС можно принято условно разбивать на следующие этапы:
Прокачка необходима для промывки скважины
Рекомендации и правила эксплуатации
В завершении приведем несколько советов по эксплуатации АС:
Устройство артезианской скважины: плюсы и минусы, документальное оформление, виды и работы по бурению
Дом за городом или дача не всегда оснащены центральным водоснабжением. В таком случае встает вопрос об обустройстве автономного источника воды — например, артезианской, или глубинной, скважины.
Что обозначает термин артезианская скважина
Артезианская скважина (сокр. АС) — это система извлечения подземных вод, которые залегают на большой глубине между 2 водоупорными слоями известняковых пород. При вскрытии верхнего из них вода под высоким напором и с помощью насоса устремляется вверх, к поверхности земли. Другие названия АС — «глубинная», «скважина на известняк».
АС бывают природного происхождения и искусственно созданные человеком (буровые). Первые образуются естественным путем при возникновении разломов и трещин в земной коре и формируют артезианские бассейны (примеры: Печорский, Волго-Камский, Азово-Кубанский).
Благодаря непроницаемым слоям, между которыми заключены артезианские воды, они защищены от загрязнений поверхностных стоков. Основной источник, питающий скважину, может находиться в десятках и даже сотнях километров от места выхода артезианской воды на поверхность.
Плюсы и минусы
АС имеет свои преимущества и недостатки.
Доводы в пользу выбора артезианской скважины на воду:
Среди недостатков скважины на известняк выделяют дороговизну ее создания по сравнению с обустройством простого колодца или песочной скважины (от 1300-1500 руб. за 1 м заглубления). Еще необходимо получить лицензию перед проведением буровых работ на глубину более 80 м.
Еще один недостаток подобного сооружения состоит в том, что вода из артезианского источника содержит повышенную концентрацию минеральных веществ и для ежедневного потребления нуждается в дополнительной очистке специальными фильтрами.
На какую глубину бурят артезианскую скважину
Главная особенность, которой скважина на известняк отличается от других, — это ее глубина, которая составляет как минимум 30 м и может достигать 300 м и больше.
На практике чаще всего максимальная глубина АС составляет 250 м. Для устройства такой скважины используют телескопическую колонну, в состав которой входит 3 вида труб (или больше) с разным диаметром — чем ниже, тем уже труба.
Как определить место под будущую скважину
В теории глубинная скважина может быть расположена в любом месте. Но на практике есть ряд правил, которыми нужно руководствоваться при выборе места бурения.
Требования к участку предполагаемого обустройства АС:
Будущая скважина должна находиться как можно ближе к точке ввода воды в дом или другое помещение. Это сократит длину трубопровода, а вместе с ней и расходы на обустройство скважины. Расстояние между двумя АС не должно быть меньше 100 м.
Если будет применяться метод бурения с промывкой, то важно обеспечить систему отведения технических вод. Территорию, где планируется вести работы, заранее огораживают и охраняют. Помощь в выборе оптимального места для артезианской скважины могут оказать специалисты буровой службы.
Виды конструкций
Классическая (типовая)
Данный тип конструкции применим при отсутствии в известняковом водоносном слое песка и глины. В скважине используется 1 стальная труба стандартного диаметра 13,3 или 15,9 см. Она служит одновременно обсадной и эксплуатационной. Ее устанавливают до начала известнякового слоя. В нем она уже не требуется, поскольку слой водоупорный и не размывается водой. Насос ставят над известняком, в конце обсадки.
С двойной обсадкой
Этот вариант также называется «труба в трубе». Он аналогичен предыдущему с той лишь разницей, что внизу после стальной обсадки на всю глубину верхнего известнякового слоя до начала воды устанавливают вторую трубу. Она выполнена из прочного пищевого пластика, не выделяющего вредных веществ, имеет меньший диаметр, снабжена водозаборными отверстиями, в нее устанавливают насос.
Для усиления герметичности пространство между 2 обсадками заполняют компактонитовой глиной. При контакте с водой она увеличивается в объеме, заполняя мельчайшие промежутки.
С кондуктором
Такая конструкция необходима, если верхние слои грунта насыщены водой (плывуны) или имеют неоднородную структуру (каменистые прослойки в глине или песке и др.). Кондуктор — это труба с диаметром большим, чем у обсадной. Ее устанавливают в верхних слоях для защиты обсадки от дополнительного давления и от попадания в скважину поверхностных сточных загрязнений.
Телескопическая
Этот тип АС предусматривает установку до слоя известняка 2-3 или более обсадных труб. Такая конструкция является наиболее дорогостоящей. Она целесообразна, если грунт над известняком неустойчив (плывуны, неоднородный состав). Название «телескопическая» связано с тем, что обсадки вложены друг в друга по принципу телескопа. Но они неподвижны, прочно зафиксированы в грунте.
Типичный пример телескопической АС:
Сначала в скважину опускают самую широкую трубу, затем поочередно через нее продвигают вглубь более узкие.
Документальное оформление
Первый шаг в юридической подготовке к обустройству АС — это сбор документов для получения разрешения на бурение глубинной скважины. Их подают в Департамент по недропользованию — в территориальный отдел лицензирования в вашем регионе.
Перед сбором и подачей документов нужно получить разрешение в Министерстве природных ресурсов и экологии (МПРиЭ). Кроме того, в Облкомводе должен быть проверен и согласован проект будущей скважины.
Если глубина АС 100 м и более, то кроме сбора документации необходимо оплатить налоговый сбор. Общая стоимость лицензии и оформления без учета оплаты буровых работ составляет около 1 млн. руб. Это недешево, но вместе с тем 1 глубоководная скважина может снабдить водой несколько домов или даже небольшой поселок.
Услуги по юридическому оформлению предлагают буровые компании, это позволяет сэкономить время. Однако итоговую стоимость проекта это не уменьшает. Более подробные сведения о правилах и юридических аспектах оформления АС можно найти в законе РФ «О недрах». Необходимая информация содержится в статье 19.
Перечень работ по бурению
Если вырыть небольшой колодец при наличии знаний и умений можно своими руками с использованием нескольких помощников и минимума техники, то скважина на известняк требует профессионального подхода. Подготовка к созданию АС подразумевает составление проекта и расчет стоимости, геологические исследования для выбора точного места бурения, оформление документов.
Дальнейший алгоритм обустройства глубинной скважины включает следующие этапы:
В своей работе бурильщики задействуют разное оборудование и технику — буровую вышку для подъема труб, лебедку, бур, штанги, насосы для откачки грязной воды.
Рекомендации и правила эксплуатации
Срок службы скважины напрямую зависит от соблюдения инструкции по эксплуатации, которая прилагается к АС вместе с паспортом. Внимательно прочтите ее перед использованием. Основные рекомендации следующие:
Калькуляторы для расчета
Скважины на известняк — самые дорогостоящие. Стоимость определяется несколькими факторами — глубиной бурения, диаметром обсадных труб, маркой насоса, объемом гидробака, типом обустройства устья (кессон, адаптер или просто железобетонные кольца), длиной траншеи до ввода в дом, транспортными расходами и др. Ориентировочная цена погонного метра бурения составляет от 2000 до 6000 руб.
Вы можете рассчитать стоимость глубинной скважины с учетом вышеперечисленных характеристик, используя специальный калькулятор.
Несмотря на сложность и дороговизну оформления и обустройства, артезианский колодец — это надежный источник чистой, качественной воды на много лет вперед.
История артезианской скважины
В старой советской комедии «Волга-Волга» был колоритный персонаж – водовоз. Бойкий старикан в соломенной шляпе, верхом на бочке с колесами, запряженной старым одром – этот второстепенный герой вносил изрядную долю веселия в этот и без того смешной фильм. Песенку этого персонажа помнит все тогдашнее поколение:
Потому что — без воды
И ни туды, и ни сюды!
Так были открыты артезианские воды. И сейчас артезианские воды можно добывать практически в любом месте, даже в пустыне, весь вопрос только в надлежащем оборудовании, что расширяет ореол обитания человека на всю нашу планету. Да здравствует прогресс.
А теперь немного науки гидрогеологии.
Гидрогеология говорит, что подземных вод, к которым относятся артезианские, существуют нескольких видов:
— почвенные, она же верховодка
Для бытового употребления пригодны три вида вод – почвенные (для полива и технических целей), грунтовые и межпластовые.
Для промышленного применения используются грунтовые и межпластовые воды, все остальные воды малы по объему или содержат разные примеси.
Так как у нас статья про артезианские скважины, то основное внимание уделим межпластовым водам, а остальные воды только кратко опишем.
Почвенные воды – вода, заполняющая промежутки между частицами почвы; может быть свободная, образующая небольшие полости с водой, или связанная, удерживающаяся молекулярными силами. Образуются они в результате обильных осадков и паводков, отличаются непредсказуемостью появления. Эти воды в наибольшей степени загрязнены органическими веществами и, в основном, непригодны для питья.
Грунтовые воды – это водоносный горизонт над ПЕРВОМ от поверхности водоупорном слое. Их источник – осадки; в связи с неглубоким залеганием от поверхности земли уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. Именно на грунтовых водах функционируют обыкновенные деревенские колодцы. Уровень загрязнения грунтовых вод различными органическими и минеральными веществами тоже немаленький, и вода из колодцев требует кипячения или фильтрования.
Межпластовые воды, к которым относятся артезианские – подземные воды, заключённые в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями. В отличие от грунтовых вод, свободно лежащих на первом водоупорном слое, межпластовые воды в большинстве являются напорными. Причина этого очень хорошо описана еще в «Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона» издания аж 1890г:
«…Слои, образующие земную кору, большею частью могут впитывать в себя воду и проводить ее дальше (песок, рыхлые каменистые породы и т. п.) или же состоят из водоупорных веществ (глины, мергеля и т. д.). Слои почвы не лежат горизонтально, но идут в различных направлениях в глубину, вследствие чего, очевидно, возможно, заложив в известном месте буровую скважину, наткнуться на слой, пропускающий воду и находящийся между двумя водоупорными слоями. Слой этот изогнут и, образуя вместе с водоупорными слоями котловину, по краям ее выходит на поверхность земли выше места, в котором достигла его буровая скважина. Атмосферная вода, встречая наружную часть слоев, будет впитываться в проводящий слой, и таким образом в котловине произойдет накопление ее. Вследствие давления воды, выше собирающейся, на воду, собравшуюся на дне котловины, она, найдя выход, пройдет в отверстие буровой скважины и будет подниматься или даже с силой бить вверх фонтаном, если котловина глубока. Вследствие потери от трения высота бьющей струи не достигнет, конечно, уровня столба воды между слоями, давление которого является причиной ее поднятия. Предположительнее всего для заложения артезианских колодцев котловинообразные мульды в долинах, которые наполнены рыхлыми, расположенными между слоями глины каменистыми породами. «
Но трудозатраты на рытье такого глубокого колодца колоссальные, и люди с самого начала стремились упростить эту работу. И тут им на помощь пришли бурильные станки, кардинально облегчившие работу. И я бы даже сказал, не кардинально, а драматически. К примеру, при рытье колодца вручную необходимо вынимать грунт на площади минимум 2х2 метра, а при бурении станком диаметр проделываемой в земле скважины составляет всего 10-20см. Как говорится, почувствуйте разницу. Уже самые первые осознанные попытки добраться до артезианских вод были осуществлены с помощью примитивных буровых установок, именуемых ударными (они, конечно, примитивные, деревянные буровые штанги, деревянные обсадные трубы, но уже в Египте и в Китае с помощью таких станков глубины скважин доходили до 900м, а это было еще до нашей эры!).
Ну а дальше технология бурения все развивалась и развивалась, и сейчас бурение стало настоящей наукой. Как сказала одна девушка во время знакомства с парнем, узнав, что он буровой мастер:
— ой, вы, наверное, такой умный. У вас так все сложно. Все эти ваши превенторы, желонки, каротажи, шарошечные долота. я ничего в этом не понимаю.
У Брокгауза и Ефрона в энциклопедическом словаре описаны напорные артезианские скважины. Но существуют и безнапорные. На картинке видно, чем отличается напорная скважина от безнапорной.
Да, совершенно верно, безнапорная скважина находится на краю плато, и устье скважины (место пересечения скважиной земной поверхности) находится выше артезианского водоносного горизонта (иначе именуемого статическим уровнем). Соответственно, вода в этой скважине поднимается только до этой отметки, и для вывода ее на поверхность необходимы насосы.
Конструкция и устройство артезианской скважины.
Типичная артезианская скважина представляет собой стальную обсадную колонну, состоящую из отрезков стальных труб, накручивающихся по резьбе друг на друга по мере опускания трубы в пробуренную скважину. В зависимости от геологических условий обсадная колонна может быть как одинакового диаметра по всей длине, так и телескопической, где трубы наибольшего диаметра устанавливаются в верхних слоях земной поверхности, где есть сложности в виде плывунов, неустойчивых глинистых слоев и т.д., а более прочные глубинные слои проходят трубами меньшего диаметра. До недавнего времени применялась только металлическая труба, но сейчас в основном применяется двухтрубная конструкция скважины, где наружная труба стальная, а внутри находится пластиковая труба меньшего диаметра. Это позволило увеличить срок службы скважин, так как коррозия металлической трубы существенно меньше из-за того, что артезианская вода не проходит стальную трубу, а движется внутри пластиковой трубы; в артезианскую воду не попадают окислы железа, что улучшает вкусовую составляющую воды.
Срок службы двухтрубной артезианской скважины сейчас берется равным 50-60 лет, а срок службы однотрубной стальной скважины раньше принимался 20-30 лет.
Выше я упомянул, что артезианские воды относятся к полезным ископаемым. А исходя из нынешней демографической и экологической обстановки, становится очевидно, что ценность этого ресурса растет быстро и уверенно. Сегодня 2 млрд. людей в 80 странах мира живут в условиях ограниченного обеспечения питьевой водой, по прогнозам, к 2025 г. с дефицитом воды столкнутся 48 стран с общим населением 3 млрд. человек. В 9 странах потребление воды превышает скорость ее возобновления, к примеру, в Соединенных Штатах подземные воды, накопленные еще со времени ледникового периода, выкачиваются со скоростью, на 25% большей, чем скорость их возобновления.
России повезло, наша страна по запасам воды в мире стоит в ряде лидер ов. В этом отношении нас опережает только Бразилия. Так что мы поплаваем, если что.