Для начала, давайте определимся. Если вас интересует дебет, то вы попали не сюда, вам нужно идти на бухгалтерский сайт. Здесь мы обсуждаем скважины, а к ним имеет отношение только дебит (если, конечно, вы не платите за скважину дебетовой банковской карточкой).
Так что же такое дебит скважины? По простому говоря, дебит скважины или родника, это то количество воды, которое из них вытекает за единицу времени. И если для родника дебит — это постоянная величина (конечно, с учётом сезонной изменчивости), то для скважины дебит зависит не только от её характеристик, но и от высоты подъёма воды, марки насоса и даже положения задвижки. Поэтому когда мы обсуждаем достоинства и недостатки конкретных скважин, правильнее говорить не о её дебите, а о производительности, то есть о величине максимального дебита, который она может обеспечить. Но так уж сложилось, что все хотят узнать про дебит, наверное, потому что слово красивое, французское…
Так от чего же зависит дебит скважины?
Как мы уже сказали, дебит скважины зависит от двух, совершенно разных вещей: характеристик насосного оборудования и от характеристик самой скважины, а точнее от характеристик водоносного горизонта, который эта скважина вскрывает.
Характеристики насоса
У любого скважинного насоса есть две основные характеристики: его номинальная производительность (подача) и высота подъёма воды (напор) при которой насос обеспечивает номинальную производительность. Часто эти цифры входят в маркировку насоса. Так насосы старой, ещё советской конструкции обычно называются как-то типа: ЭЦВ 4-1,5-80. Здесь цифра 4 обозначает диаметр обсадных труб (в дюймах), в которые может устанавливаться насос, 1,5 — номинальная производительность (в кубометрах в час) и 80 — высота подъёма (в метрах). Насосы Grundfos в своей маркировке информируют только о производительности, например насос SP 2A-6 обеспечит вам 2 кубометра воды в час, для того чтобы понять, при каком напоре это произойдёт, нужно смотреть инструкцию к насосу, а 6 — это просто номер модели. Некоторые производители не афишируют характеристики своей продукции, и для того, чтобы узнать какого кота в мешке нам предлагают, нужно лезть в таблицы. Если насосу приходится поднимать воду с глубины большей, чем величина напора, прописанная в паспорте (это крайне не рекомендуется), он выдаст воды меньше, чем его паспортная производительность. Наоборот, если насос с высоким напором будет поднимать воду с небольшой глубины, дебит превысит его номинальную производительность. Зависимость здесь не прямая, в каждой инструкции к насосу напечатан график его напорно-расходной характеристики (зависимости дебита от высоты подъёма).
Когда мы подбираем марку насоса по величине напора, нужно иметь в виду, что речь здесь идёт о той высоте, на которую нужно поднять воду от уровня воды, измеряемого при откачке (от динамического уровня). Глубина скважины тут вообще ни при чём. Например, если на глубине 100 метров мы вскрываем напорный водоносный горизонт, в скважине без откачки устанавливается уровень на глубине 20 метров от поверхности земли (статический уровень) и при откачке он опускается на 5 метров, значит, нам нужно поднять воду на высоту 25 метров. Сам насос при этом может быть установлен на любой глубине (конечно большей, чем 25 метров).
При выборе марки насоса нужно ещё учитывать сопротивление фильтров системы водоподготовки и то давление, которое необходимо создать в системе водопровода. Например, если для работы водоподготовки требуется давление в 2 атмосферы (20 м) и в системе вы хотите иметь давление 3,5 атмосферы (35 метров), то к глубине динамического уровня вам нужно добавить 55 метров. В нашем примере, чтобы дебит скважины соответствовал паспортной характеристике насоса, вам потребуется насос с напором 80 метров (25 + 20 + 35).
Характеристики скважины
Мы уже упомянули некоторые характеристики скважины — статический и динамический уровень. На самом деле статический уровень, это характеристика водоносного горизонта. Он не постоянен и колеблется в некоторых пределах. Неглубокие скважины вскрывают грунтовые водоносные горизонты, в которых статический уровень меняется в разные сезоны года. Амплитуда этих колебаний может быть и 5 и 7 метров. В глубоких водоносных горизонтах сезонных колебаний уровня обычно не бывает, но зато в них намного сильнее проявляется влияние скважин, работающих неподалёку. Одновременное включение нескольких производительных скважин может понизить уровень на несколько метров.
Но нас-то интересует не статический, а динамический уровень! От чего он зависит? Дело в том, что для того, чтобы насос смог откачать воду из скважины, вода должна по водоносному горизонту притечь в скважину. При этом она просачивается через мельчайшие поры и трещины в водоносных породах. Чтобы это происходило, должна существовать разница в давлении воды в водоносном горизонте и в скважине. Эта разница и обеспечивается за счёт понижения уровня воды в скважине. Величина статического уровня характеризует давление воды в водоносном горизонте, а динамического — давление воды в скважине. Разница между ними называется понижением. Понижение уровня зависит от проницаемости водоносных пород и от толщины (специалисты говорят мощности) водоносного горизонта.
Ещё понижение уровня в скважине определяется тем, как хорошо скважина вскрывает водоносный горизонт. Это называется совершенством скважины. Бывает два вида совершенства (или точнее несовершенства) скважины: по степени вскрытия скважиной водоносного горизонта и по характеру вскрытия. Первый вид несовершенства скважины бывает тогда, когда скважина вскрывает горизонт не на его полную мощность. Дело в том, что потокам воды, которые текут по нижней части водоносного горизонта, для того чтобы попасть в скважину, которая вскрывает водоносный горизонт только в его верхней части, приходится пройти дополнительный путь через водоносные породы и преодолеть дополнительное сопротивление. Понижение уровня в несовершенной скважине будет больше, чем в совершенной, поэтому высокопроизводительные скважины обычно бурят на полную мощность водоносного горизонта. Для скважин небольшой производительности это обычно не нужно.
Второй вид несовершенства скважин, несовершенство по характеру вскрытия, вызывается тем, что вокруг скважины образуется небольшой слой пород с проницаемостью меньшей, чем в водоносном горизонте. Особенно часто это бывает в скважинах на песок, когда на сетчатый фильтр оседают глинистые частицы, которые частично перекрывают отверстия в сетке. Гидрогеологи называют это явление кольматацией фильтра или скин-эффектом. Скин-эффект бывает и в скважинах на известняк. При бурении сплошным забоем с прямой промывкой (а это основной способ бурения скважин на известняк) частицы разрушенных пород проникают в водоносные трещины и забивают их. Поэтому скважины после бурения обязательно прокачивают, но вымыть все частицы из трещин обычно не удаётся. Многие скважины увеличивают свою производительность через несколько лет активной эксплуатации.
Специалисты часто используют величину удельного дебита скважины, отношение дебита к понижению уровня при откачке. Это интегральная характеристика, учитывающая и проницаемость водоносного горизонта, и несовершенство скважины. Зная величину удельного дебита и статический уровень в скважине, легко оценить её максимальную производительность.
От чего снижается дебит скважины и что с этим делать?
Давайте рассмотрим основные причины снижения дебита скважины. Первая и самая распространённая из них — неисправность насоса. Решение здесь простое и очевидное — заменить неисправный насос исправным. Намного сложнее будет, если насос исправен, а проблема связана с самой скважиной.
В этом случае динамический уровень понижается до насоса, который вместе с водой начинает засасывать воздух. При этом не только снижается дебит скважины, но и ускоряется износ насоса, работать в таком режиме он не должен! У проблемы может быть две причины. Первая связана со снижением уровня в водоносном горизонте. Это может произойти, если в районе скважины появились новые крупные водозаборы. При этом может существенно снизиться статический уровень на большой территории. Например, в Истринском районе Подмосковья вблизи села Обушково за последние годы уровень в подольско-мячковском водоносном горизонте снизился более чем на 20 метров. Единственный выход здесь — опустить насос глубже, если это позволяет конструкция скважины.
Бывает так, что статический уровень не изменился, а насос начинает засасывать воздух. Значит, увеличилось понижение уровня и причиной этому может быть увеличение несовершенства скважины. В скважинах на песок может закольматироваться фильтр, в этом случае может помочь (но не гарантированно) обработка скважины пневмоимпульсом. Иногда сетка фильтра повреждается, и скважина оказывается засыпанной песком. Здесь может спасти только полная прочистка скважины и установка в неё дополнительной фильтровой колонны, если, конечно, конструкция скважины это позволяет. Но часто, дешевле пробурить новую скважину на песок, чем попытаться восстановить старую.
В скважинах на известняк причины снижения дебита похожи. За счёт осыпания частиц известняка со стенок скважины может уменьшиться её глубина. В этом случае скважину можно прочистить буровой установкой. Дополнительный скин-эффект может возникнуть также за счёт кольматации водоносных пород в прискважинной зоне. Это часто происходит, если скважина долго не прокачивается. Дело в том, что водоносные горизонты бывают неоднородными. В них могут быть несколько водоносных слоёв, разделённых глинами. При этом уровень в них может отличаться, и за счёт этого будет происходить переток воды между слоями через скважину. Вода будет выносить мельчайшие частицы из одного слоя и заносить их в другой. Водоносные трещины в том слое, куда притекает воды будут заполняться и его проницаемость уменьшится. Здесь также может помочь обработка скважины пневмоимпульсом. Ещё в скважинах на известняк эффективно работает другой метод восстановления дебита скважины — солянокислотная обработка.
