Расчет для скважин на воду — описываем все нюансы

Факторы, определяющие скорость наполнения:

• Объем водоносного слоя;
• Скорость его истощения;
• Глубина залегания грунтовых вод и сезонные изменения уровня воды.

Зачем знать дебит скважины?

Прежде всего стоит отметить, что расчет объема скважины и ее дебита – это не одно и тоже. Объем – это показатель того, сколько жидкости может уместить источник. А вычисление дебита скважины или колодца – показатель объема жидкости, полученной за 1 час, то есть производительность источника. Измеряется в л/с или м3/ч.

Знать производительность сооружение необходимо, чтобы определить, способна конструкция обеспечить потребность в воде или же дебит нужно повысить.

Расчет дебита скважины производится до того, как компания по бурению выдает паспорт объекта, поскольку характеристики, посчитанные ими, могут отличаться от реального показателя. Рассказываем, как узнать характеристики настоящего дебита воды в колодце.

Что это такое?

Отвечая на вопрос о том, что такое дебит скважины, имеется в виду объем жидкости, который мы сможем получить за указанный промежуток времени.

Говоря об объеме, имеют в виду количество кубических метров воды, которые будут выкачаны за 1 час. Этот факт зависит от многих критериев, в том числе и от выбора оборудования.

Понимая процедуру бурения, мы сразу же рассматриваем такое понятие, как диаметр скважины. При этом, в зависимости от выбора места бурения, дебит скважин с двумя одинаковыми диаметрами может быть разным. Как мы и сказали ранее, он зависит от выбора оборудования и определяется количеством водных масс, которым наполнится скважина за промежуток времени.

В некоторых случаях за 1 час может быть выкачано порядка 4 кубических метров воды, что характеризует скважину как источник с небольшим дебитом. Иногда при равном диаметре можно выкачать до 300 кубометров.

Заранее определить, какой будет ваша скважина, достаточно трудно. В основном, если организация уже не раз бурила в вашем районе, то представители компании знают, на какую глубину нужно бурить, чтобы воды хватило под ваши нужды. В остальном количество воды определяется использованием мощного насоса, либо с помощью эрлифта.

Определения дебита

После бурения, проводившая работу организация предоставляет протокол испытания, либо паспорт на скважину, в который вносится все необходимые параметры. Однако, при бурении для домохозяйств, подрядчики часто вносят в паспорт приблизительные значение.

Перепроверить достоверность информации или рассчитать дебит вашей скважины можно своими руками.

Однако, абсолютно точно рассчитать продуктивность источника сложно. Расчет показателей требует времени и спецоборудования. Но, полученного результата будет достаточно для понимания возможностей вашего источника.

Динамика, статика и высота столба воды

Прежде чем приступить к измерениям, нужно понять, что такое статический и динамический уровень воды в скважине, а также высота столба воды в скважинной колонне. Замер данных параметров необходим не только для расчета производительности скважины, но и для правильного выбора насосного агрегата для системы водоснабжения.

• Статический уровень – это высота водяного столба при отсутствии водозабора. Зависит от внутрипластового давления и устанавливается во время простоя (как правило не менее часа);
• Динамический уровень – установившейся уровень воды во время водозабора, то есть когда приток жидкости равняется оттоку;
• Высота столба – разница между глубиной скважины и статическим уровнем.

Динамика и статика измеряется в метрах от земли, а высота столба от дна скважины

Произвести измерение можно с помощью:

• Электроуровнемера;
• Электрода, замыкающего контакт при взаимодействии с водой;
• Обычного грузика, подвязанного к веревке.

Замер с помощью сигнализирующего электрода

Определение производительности насоса

При расчете дебита необходимо знать производительность насоса во время откачки. Для этого можно воспользоваться следующими способами:

• Посмотреть данные расходомера или счетчика;
• Ознакомиться с паспортом на насос и узнать производительность по рабочей точке;
• Посчитать приблизительной расход по напору воды.

В последнем случае, необходимо на выходе водоподъемной трубы закрепить в горизонтальном положении трубу меньшего диаметра. И произвести следующие замеры:

• Длину трубы (мин 1,5 м.) и ее диаметр;
• Высоту от земли до центра трубы;
• Длину выброса струи от конца трубы до точки падения на землю.

После получения данных необходимо сопоставить их по диаграмме.

Сопоставьте данные по аналогии с примером

Измерение динамического уровня и дебита скважины нужно производить насосом с производительностью не менее вашего расчетного пикового расхода воды.

Упрощенный расчет

Дебит скважины – это отношение произведения интенсивности водооткачки и высоты водяного столба к разности между динамическим и статическим водными уровнями. Для определения дебита скважины определения  используется формула:

Dт =(V/(Hдин-Нст))*Hв , где

• Dт –искомый дебит;
• V – объем откачиваемой жидкости;
• Hдин – динамический уровень;
• Hст – статический уровень;
• Нв – высота столба воды.

Например, мы имеем скважину глубиной 60 метров; статика которой составляет 40 метров; динамический уровень при работе насоса производительностью 3 куб.м/час установился на отметке 47 метров.

Итого, дебит составит: Dт = (3/(47-40))*20= 8,57 куб.м/час.

Упрощенный метод измерений включает замер динамического уровня при работе насоса с одной производительностью,  для частного сектора этого может быть достаточно, но для определения точной картины – нет.

Удельный дебит

С увеличением производительности насоса, динамический уровень, а соответственно и фактический дебит снижается.  Поэтому более точно водозабор характеризует коэффициент продуктивности и удельный дебит.

Для вычисления последнего следует произвести не один, а два замера динамического уровня при разных показателях интенсивности водозабора.

Удельный дебит скважины – объем воды, выдаваемой при снижении ее уровня за каждый метр.

Формула определяет его как отношение разности большего и меньшего значений интенсивности водозабора к разности между величинами падения водного столба.

Dуд=(V2-V1)/(h2-h1), где

• Dуд – удельный дебит
• V2 – объем откачиваемой воды при втором водозаборе
• V1 – первичный откачиваемый объем
• h2 – снижение уровня воды при втором водозаборе
• h1 – снижение уровня при первом водозаборе

Возвращаясь к нашей условной скважине: при водозаборе с интенсивностью 3 куб.м/час, разница между динамикой и статикой составила 7 м.; при повторном замере с производительностью насоса в 6 куб.м/час разница составила 15 м.

Итого, удельный дебит составит: Dуд =(6-3)/(15-7)= 0,375 куб.м/час

Реальный дебит

Расчет строится на основании удельного показателя и расстоянии от поверхности земли до верхней точки фильтровальной зоны, учитывая условие, что насосный агрегат не будет погружен ниже. Данный расчет максимально соответствует реальности.

Dт = (Hф-Hст)*Dуд, где

• Dт –дебит скважины;
• Hф – расстояние до начала фильтровальной зоны (в нашем случае примем за 57 м.);
• Hст – статический уровень;
• Dуд – удельный дебит.

Итого, реальный дебит составит: Dт =(57-40)*0,375= 6,375 куб.м/час.

Как видно, в случае с нашей воображаемой скважиной, разница между упрощенным и последующем измерением составила почти 2,2 куб.м/час в сторону уменьшения производительности.

Причины небольшого дебита скважины:

• естественная гидрогеологическая характеристика водоносного горизонта;
• сезонные изменения в грунтовых водах;
• засорение скважинных фильтров;
• разгерметизация или засорение труб, подающих воду на поверхность;
• механический износ насосной части насоса.

Расчет дебита скважины производится на этапе определения глубины залегания водоносного горизонта, составления конструкции скважины, выбора типа и марки насосного оборудования. По окончанию бурения производят опытно-фильтрационные работы с занесением показателей в паспорт. Если при вводе в эксплуатацию получен неудовлетворительный результат, то это означает, что допущены ошибки в определении проектной глубины бурения или подборе оборудования.

Динамика, статика и высота столба воды

Давайте детально разберемся в основных понятиях:

• Под уровнем статического формата понимается величина, где расположена вода, когда ее не выкачивают.
• Что касается динамического показателя, то этот критерий представляет собой разницу между притоком и оттоком воды во время водозабора.
• Высотой водного столба называют фактическое расположение воды относительно дна. Что касается производительности насоса, то здесь определяют объем жидкости, который можно перекачать за час.

Говоря про замер дебита скважины, рассматривая все вышеперечисленные понятия, крайне важно выделять именно статический уровень отметки воды. Для этого следует не трогать воду в промежуток времени не менее часа. Именно за это время будет набран столб воды, равный статическому параметру. Затем скважину сливают, засекают время, за которое будет полностью опустошена емкость.

После этого снова ждут, чтобы скважина набралась и делают замер вновь. Если за несколько этапов откачивания воды показатели схожи и соответствуют суточному потреблению заказчика, значит, проект бурения успешен.

Дебит скважины, что это такое? Это объем воды, выкачанный за 1 час при условии простоя не менее 60 минут с ее последующим наполнением до аналогичных показателей.

То есть, вы должны понимать, что обязательное условие работы – это ее своевременное наполнение, что обеспечит бесперебойную подачу воды. В противном случае не исключен режим сухого хода насоса, что приведет к перегреву и выходу оборудования из строя.

Как самостоятельно можно попробовать замерить высоту столба воды в скважине:

Расчет объема скважины

Чтобы объем скважины был правильно вычислен, расчеты рассчитывают по определенной формуле. Объемом считают внутренний диаметр обсадной трубы, который известен изначально. Длина становится понятной после окончания буровых работ.

При этом:

1. Величину диаметра необходимо пересчитать в метры. Для этого применяют формулу перерасчета дюймов в метры.
2. Длина обсадных труб определяется как сумма всех звеньев за минусом выступающей части. Также в метрах.
3. Объем – количество кубометров полезного объема, исходя из внутреннего диаметра обсадных труб.

Точная формула содержит большее количество исходных данных, но дает возможность оценить объем скважинного столба с большей точностью.

В расчетах учитывают:

• количество воды в скважине в кубометрах (не в литрах);
• объем эксплуатационных колонн;
• количество раствора, вытесняющего железо в насосной трубе;
• объем шланга, вытесняющего жидкость.

При этом учитывается коэффициент запаса. Затруднения может вызвать подсчет эксплуатационных колонн. Для этого число ПИ, равное 3,14, умножают на двойной диаметр, а полученный промежуточный результат делят на глубину самого столба.

Самой распространенной ошибкой является неверное исчисление объема. Во всех формулах используются кубические метры, а не литры. Измеряя диаметр трубы линейкой, учитывают, что результат замера будет в сантиметрах, которые требуется перевести в метры.

Но если все сделать правильно, результат подсчетов подскажет, сколько нужно материалов, и какой именно резервуар придется монтировать в грунте, чтобы скважина, наполняясь водой, была достаточно производительным источником, чтобы обеспечить все нужды семьи, проживающей в доме. Особенно сложного ничего нет. Достаточно внимательно подойти к вопросу, и при помощи элементарных математических действий получить искомые цифры.

Маленький дебит скважины, что делать? Есть несколько вариантов:

• увеличение глубину скважины для вскрытия следующего водоносного горизонта;
• увеличения дебита путем применения различных методов опытной откачки;
• применение механического и химического воздействия на водовмещающий горизонт;
• перенос скважины на новое место.

Как глубина погружения насоса влияет на производительность?

Погружные насосы, в соответствии с инструкцией, необходимо размещать, как можно дальше от скважинного фильтра. В то же время нормальное расстояние до статического водного уровня должно быть не менее 1 метра.

Внимание! Оптимальная глубина расположение насоса — точка наиболее интенсивного притока воды.

При этом выбирая, на какой глубине установить насосную станцию, следует учитывать, что производительность водозаборного источника снижается пропорционально удалению от дна. То есть, на глубине 40 метров, где в шахте расположен фильтр, выдача жидкости будет максимальной и по расчетам составит 3,6 м³/час.

Тогда как на глубине 28 метров выдача составит 1,8 м³/час, а на глубине равной статическому уровню дебит будет совсем небольшим. Чтобы обеспечить оптимальную производительность бытового водоснабжения, насос необходимо разместить на глубине от 28 до 35 м.

Основные параметры для расчета дебита

Если вы не знаете, как рассчитать дебит скважины, то можете обратиться к специалистам или же произвести расчеты, которые помогут определить статические и динамические уровни.

• Статический уровень, Hст – расстояние от верхнего слоя почвы до уровня подземных вод.
• Динамический уровень, Hд – определяется при откачке воды насосом и замера уровня воды, которая генерируется природным путем.

Формула расчета дебита базируется на точном математическом расчете:

D = H x V/(Hд – Hст), метр:

• D – дебит;
• V – производительность насоса;
• H – высота водного столба;
• Hд, Hст – уровни по динамике и статике.

Как рассчитать?

Для расчета дебита используется простая формула, которой пользуется большинство владельцев скважин:

D=V*Hв/(Hдин – Hстат)

Здесь V – производительность насоса (сколько кубометров откачено за час), Hв – высота водного столба (разность глубины скважины и статистического уровня воды), Hдин – динамический показатель, Hстат – статистический показатель.

Данный метод позволит узнать лишь приблизительное значение дебита скважины, поскольку прямой зависимости между производительностью насосного оборудования и изменением уровней не существует. Проще говоря, если Вы возьмете другой насос и проведете те же расчеты, результат может оказаться совершенно иным. Для более точных расчетов используются формула Дюпюи.

Узнать производительность насоса можно из технического паспорта, либо по счетчику израсходованного объема воды.

Как повысить дебит?

В процессе эксплуатации производительность скважинного водозабора уменьшается. Главная причина снижения дебита – засорение дна. Чтобы повысить производительность до начального показателя, почистить фильтр и шахту сооружения.

Но чистка источника не поможет, если дебит изначально был невысоким.  Причины этому могут быть разные: узкий диаметр эксплуатационной трубы, шахта попала мимо водоносного слоя или он содержит мало влаги.

Как увеличить дебит скважины с минимальными затратами? Самый простой способ — это установка герметичного оголовка.

Атмосферное давление на уровне моря при температуре 0°С показывает 760 мм ртутного столба. Можно рассчитать атмосферное давление для воды зная, что плотность ртути в 13,6 раз выше, плотности воды: 0,76 × 13,6 = 10,336 м.

Если наполнить скважину водой и монтировать на нее герметичный оголовок, то можно убрать атмосферное давление. В результате, если статический уровень был равен 15 м, и убрать атмосферное давление, которое составляет приблизительно 10 метров ртутного столба, то статический уровень поднимется до 5 метров от земли.

Пропорционально статическому уровню, благодаря герметичному оголовку, повысится динамический уровень, а значит увеличится производительность, то есть дебит, водозаборной конструкции.

Но есть и другие способы повысить дебит скважинного колодца – пневмоимпульсная обработка фильтра, использование акустического порохового генератора и другие методики, однако установка герметичного оголовка является самым простым вариантом.

Снижение дебита

В ходе эксплуатации производительность скважины может уменьшаться, основной причиной снижения дебита является засорение, а для его увеличения до прежнего уровня необходимо производить очистку фильтров.

Со временем рабочие колеса центробежного насоса могут износиться, особенно если ваша скважина на песке, в этом случае его производительность станет ниже.

Однако, прочистка может не помочь, если изначально у вас оказалась малодебитная водяная скважина. Причины этого разные: диаметр эксплуатационной трубы недостаточен, она попала мимо водоносного слоя или он содержит мало влаги.

Как выбрать насосное оборудование?

Теперь осталось определить, какой производительности насос окажется для Вас наиболее оптимальным. Вычислить этот параметр несложно – надо подсчитать количество всех водоразборных точек в здании, после чего умножить полученное число на объем воды, который выдает одна точка в течение часа.

Не трудитесь бежать за тарой – это значение составляет 0,5 м3. В итоге получаем необходимую нам производительность насоса.

Проводить подобные замеры необходимо несколько раз в год – для того, чтобы убедиться, что вода по-прежнему поступает в скважину в нужных количествах. Для этого понадобится лишь мерная посуда, кран и секундомер. Засекается время, которое потребуется для заполнения посуды – если при следующем замере время будет совпадать, значит, опасаться нечего, и источник работает в полную силу.

Реальный дебит

В расчетах применяют понятие, как реальный дебит. Здесь, важно учитывать, что насос, независимо от мощности, не будет погружен ниже, чем фильтрационная зона.

Этот критерий рассчитывается просто, из учета расстояния до фильтрационной зоны, где разность статического и динамического уровня, умножается на значение удельного дебита. Реальный дебит, как правило, меньше. Его показания, относительно упрощенного дебита ниже, примерно, на 15-20 процентов.

Методы увеличения

Вопрос, которым задается большинство владельцев – как увеличить дебит водяной скважины? Ответ на него прост – практически никак. Небольшое изменение в положительную сторону возможно лишь в самом начале, когда закончится бурение.

Подключив насос к скважине, возможно извлечь из нее определенное количество сторонних включений, что позволит увеличить ее общую производительность на 2-3 м3 в час. Однако, помогают такие меры далеко не всегда.

Если же скважина используется долгое время, никаких дополнительных резервов повышения дебета не удастся. Единственное, что можно сделать в подобной ситуации – приобрести гидроаккумулятор необходимого объема и подключить к нему все или некоторые водоразборные точки. Такое решение обеспечит Вас необходимым объемом воды при сравнительно малых расходах.

Важные моменты и полезные советы в обустройстве скважины

В заключение хотелось бы привести в пример некоторые моменты обустройства, на которые необходимо обратить внимание.

Система автоматики должна включать в себя реле холостого хода. Благодаря этому узлу, в случае падения дебита и нахождения насоса без воды система просто отключится. Это предотвратит выведение оборудования из строя.

Такие системы необходимо устанавливать при большом количестве потребляемой воды за 1 час, а также при слабой наполняемости скважины.

Выбирая насос, необходимо учитывать его мощность. Здесь важно определить для себя не только количество потребляемых киловатт в час, но и понять, что расстояние от насоса до активного оборудования в части выбора места установки гидроаккумулятора и реле давления должно быть учтено. То есть, считайте длину шланга, на которую насос может подавать воду без потери давления с учетом его нижней точки до места установки гидроаккумулятора.

Устанавливайте обратный клапан. Этот узел позволит воде не сливаться обратно, а, напротив, задерживаться в трубе. Обратный клапан устанавливается в насос и опускается вместе с ним в скважину. Насос должен быть подвешен на металлическом тросе и ни в коем случае не висеть на шланге (о правилах установки скважинного насоса мы более подробно рассказываем в отдельном материале).

Чтобы исключить загрязнение, что в последующем может привести к уменьшению выхода воды на поверхность, рекомендуется устанавливать оголовок.

Принцип повышения дебита скважины при его падении, путем установки оголовка:

Рекомендуют производить монтаж гидроаккумулятора и прочих услуг автоматики в котельной, где уровень влажности ниже, что продлит срок службы электромеханических узлов системы.

Рекомендуется не экономить на емкости гидроаккумулятора. Стоит помнить, что только половина его емкости будет заполнена водой, поскольку вторая половина содержит в себе сжатый воздух. Гидроаккумулятор емкостью на 100 литров содержит не более 50 литров. Чем больше емкость, тем реже будет включаться насос, что в конечном счете продлит срок его эксплуатации. Это также даст больше времени на наполнение скважины.

Обязательно оборудуйте приямок глубиной не менее 2 м. На выходе трубы утепляйте ее, а также располагайте саму трубу из приямка в котельную дома на большем уровне, чем глубина промерзания грунта в вашем регионе. Считается, что для ЦФО труба должна быть зарыта не менее, чем на глубину 1,6 метра.

Возможно ли восстановление?

Со временем фильтр ствола скважины может обрастать частицами ила, забиваться песком  и органическими отложениями.  Указанные естественные процессы напрямую влияют на снижение производительности водозабора. Восстановление дебета в этом случае возможно двумя методами:

• Вибрационным воздействием. Для этого используется специальное устройство, которое опускается в воду на тросе до глубины размещения фильтра. При его вибрации с фильтра отслаиваются скопления песка, ила, известняка и прочих загрязнений.
• Химическим воздействием. Для этого фильтр заливается кислотой, после чего все загрязнения растворяются.

В заключение стоит еще раз отметить, что проведение всех указанных выше расчетов позволит использовать водоносное оборудование эффективно и безопасно. Точные расчеты позволят не только обеспечить нужным объемом воды в свободном доступе, но и значительно сэкономить на приобретении сопутствующего оборудования.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...