Спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження

Реферат: UA 104235 U UA 104235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі водопостачання, зокрема до способів забору підземних вод, які самовиливаються на поверхню землі з водоносного горизонту, а саме до способів забору підземних вод у зоні їх розвантаження і може бути застосовано для забезпечення питного децентралізованого водопостачання населення у надзвичайних ситуаціях. Сьогодні підземні води широко використовуються для забезпечення потреб питного й господарського водопостачання населення. Постачання населення промислових і сільськогосподарських підприємств високоякісною питною водою є однією з найважливіших народно-господарських завдань. Для багатьох міст і селищ єдиним джерелом водопостачання є підземні води. Тип споруджень для забору підземних вод залежить від конкретних гідрогеологічних умов і повинен бути спрямований на ресурсозберігаюче використання питних вод, що самовиливаються на поверхню землі, шляхом застосування спеціальних каптажних пристроїв [1]. Тип споруд для забору підземних вод залежить от глибини їх залягання, потужності водоносного пласта, його водорясності, умов залягання (характеру порід, наявності напору в пласту та інше). Всі типи споруд для прийому підземних вод, що застосовуються в практиці водопостачання, поділяються на наступні групи: - водозабірні свердловини; - копані шахтні і забивні фільтрові колодязі; - горизонтальні водозабори; - променеві водозабори; - каптаж джерел води. Водозабори підземних вод повинні забезпечувати надійне приймання необхідної кількості підземних вод і подачу їх під потрібним напором споживачам [2]. Відомими пристроями для забору підземних вод є каптажі джерел (бювети), що являють собою організований вихід підземних вод, де вода виливається постійно, а користувачі нею користуються у міру потреби. Бювети складаються з каптажу, облаштованих підходів до джерел і системи водовідведення зайвої води, яка не відібрана користувачами. Недоліками бюветів є марна витрата більшої частини води, яка надходить з під землі. Каптаж природного джерела не можливо перевести на крановий режим з причини того, що каптаж може бути пошкоджений напором води і її вилив може статися поряд з каптажем. Таке вирішення не підходить для каптажу джерела, запаси якого можуть бути виснажені у процесі самовиливу води. Задачею, яка направлена на забезпечення питного децентралізованого водопостачання у надзвичайних ситуаціях, є ресурсозберігаюче використання питних вод, які у певних гідрогеологічних умовах за допомогою спеціального каптажного пристрою самовиливаються на поверхню землі. Дана задача може бути вирішена за рахунок поєднання і розміщення у зоні розвантаження підземних вод двох технічних елементів - свердловини спеціальної конструкції, яка забезпечує самовиливання підземної води на поверхню, і пристрою, що регулює або зупиняє потік води на поверхню (яке забезпечить питне децентралізоване водопостачання у надзвичайних ситуаціях. При такій постановці задачі технічним результатом буде можливість отримувати користувачам захищену від забруднення підземну воду без використання електричних і електронних пристроїв і елементів, без використання мускульної сили у режимі децентралізованого водопостачання і мінімального впливу на природний резервуар підземних вод [3], [4]. Відомий спосіб забору підземних вод у зоні їх розвантаження, що включає спорудження в місці водоносних розвантажень, а саме в місці розташування природного джерела, каптажу і водозабірника з переливом, відкачку, наприклад, насосом з нього води споживачеві й регулювання забору заданої витрати [5]. До недоліків відомого способу належить те, що вода при самовиливі контактує з великою поверхнею водозбірника, а також те, що забір води з водозбірника виконується за допомогою насоса. Ще одним недоліком є нераціональне використання запасів підземних вод, що самовиливаються постійно, де більша їх частина не використовується для питних цілей саме з причини постійного самовиливу. Відомий спосіб забору підземних вод у зоні їх розвантаження, при якому споруджують в місці водоносних розвантажень, а саме в місці природного джерела підземних вод, каптаж і водозабірник з переливом, відкачують з нього воду насосом споживачеві й регулюють забір заданої витрати питної води [6]. До недоліків відомого способу належить те, що вода при самовиливі контактує з великою поверхнею водозбірника, а також те, що забір питної води з водозбірника виконується за допомогою насоса. Ще одним недоліком є нераціональне використання запасів підземних вод, 1 UA 104235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 що самовиливаються постійно, де більша їх частина не використовується для питних цілей саме з причини постійного самовиливу. Найбільш близьким аналогом є спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, при якому на підставі існуючих гідрогеологічних матеріалів і топографічних карт виявляють ділянки в підніжжі схилів річкових долин, у межах яких п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищує рівень поверхні землі більше, ніж на 1 м, визначають місце обладнання свердловини, проводять на виявленій ділянці висхідного розвантаження підземних вод буріння водозабірної свердловини на другий водоносний горизонт з ізоляцією першого водоносного горизонту, обладнують пробурену водозабірну свердловину - штучний вихід підземних вод, що самовиливає, каптажним пристроєм [7]. До недоліків відомого способу належить те, що використання запасів підземних вод, що самовиливаються постійно, є дуже нераціональним тому, що більша частина води не використовується для питних цілей, а втрачається, стікаючи у водотік, водойму, чи у зливову каналізацію. При цьому напір води у живлячому водоносному горизонті зменшується і самовилив поступово припиняється. Вищезазначене виливання підземних вод за певний відрізок часу може призвести до зменшення напору води у горизонті і припиненню самовиливу з свердловини, і тому відбір води доцільно обмежити потребою в ній на потреби децентралізованого водопостачання у надзвичайні періоди природних катастроф і техногенних аварій. В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечити, у комплексі, простоту конструкції каптажу, економну витрату цінних питних вод, при якій зберігається їх напір, що перевищує поверхню землі і забезпечується можливість відбору води без насосного обладнання самовиливом, можливість всесезонного використання такого джерела питної води, надходження води у тару користувача без контакту з будь яким водозбірником насосом і трубопроводами. Поставлена задача вирішується в способі забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, при якому на підставі існуючих гідрогеологічних матеріалів і топографічних карт виявляють ділянки в підніжжі схилів річкових долин, у межах яких п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищує рівень поверхні землі більше, ніж на 1 м, визначають місце обладнання свердловини, проводять на виявленій ділянці висхідного розвантаження підземних вод буріння водозабірної свердловини на другий водоносний горизонт з ізоляцією першого водоносного горизонту, обладнують пробурену водозабірну свердловину - штучний вихід підземних вод, що самовиливає, каптажним пристроєм, згідно з корисною моделлю, пробурену водозабірну свердловину обладнують каптажним пристроєм кранового типу і цим забезпечують регульований вихід підземних вод, використовуваний у міру необхідності. Згідно з корисною моделлю, місце обладнання свердловини розташовують переважно у вузькій смузі уздовж підніжжя схилу річкової долини так, щоб п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищував рівень поверхні землі в місці виходу підземних вод зі свердловини не менше, ніж на 1 метр. Згідно з корисною моделлю, каптажний пристрій кранового типу закривають надсвердловинним захистом і теплоізолюють. Порівняльний аналіз способу, що заявляється, з аналогом дозволяє зробити висновок, що спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, відрізняється від аналога тим, що пробурену водозабірну свердловину обладнують каптажним пристроєм кранового типу і цим забезпечують регульований вихід підземних вод, використовуваний за мірою необхідності, місце обладнання свердловини розташовують переважно у вузькій смузі уздовж підніжжя схилу річкової долини так, щоб п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищував рівень поверхні землі в місці виходу підземних вод зі свердловини не менше ніж на 1 метр, а каптажний пристрій кранового типу закривають надсвердловинним захистом і теплоізолюють. Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 показано схему підніжжя схилів річкових долин, переважно, у підніжжі схилу борової тераси, де планується забір підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження (де п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищує рівень поверхні землі більше, ніж на 1 м), на фіг. 2 показано місце зони висхідного розвантаження підземних вод, а саме, ділянки в підніжжі схилів річкових долин - у підніжжі схилу борової тераси, у межах якої п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищує рівень поверхні землі більше, ніж на 1 м, на фіг. 3 показано місце обладнання свердловини - штучного виходу підземних вод, що самовиливаються, на фіг. 4 показано схему буріння свердловини в зоні висхідного розвантаження підземних вод (в місці, яке вибрано для обладнання свердловини - штучного виходу підземних вод, що самовиливаються), на фіг. 5 показано схему штучного виходу 2 UA 104235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підземних вод, що самовиливаються зі свердловини, яку пробурено в зоні висхідного розвантаження підземних вод, на фіг. 6 показано схему введення обсадної колони у свердловину і забезпечення ізоляцію обсадної колони від першого водоносного горизонту затрубною цементацією (позиція "Ц"), на фіг. 7 показано схему введення у порожнину обсадної колони фільтрової колони з фільтром, на фіг. 8 показано схему встановлення сальника між внутрішньою поверхнею обсадної колони і зовнішньою поверхнею фільтрової колони, на фіг. 9 показано схему розміщення оголовка свердловини на місці обладнання свердловини - штучного виходу підземних вод, що самовиливаються, на фіг. 10 показано схему розміщення на обсадній колоні оголовка свердловини, на фіг. 11 показано схему розміщення на оголовку свердловини каптажного пристрою кранового типу (із зливною трубою, яку обладнано вентилем), на фіг. 12 показано схему розміщення під зливною трубою каптажного пристрою кранового типу дренажної труби для відведення зайвої води, на фіг. 13 показано схему закриття каптажного пристрою кранового типу та оголовку свердловини надсвердловинним захистом надсвердловинною спорудою (будкою), на фіг. 14 показано схему попереднього використання обладнання, за допомогою якого здійснюється спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, на фіг. 15 показано схему забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження у ємність, на фіг. 16 показано принципову схему розміщення водозабірного пристрою з самовиливною свердловиною у долині річки, яка пояснює собою суть способу забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється. Спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, реалізують за допомогою обладнання, до складу якого входять: 1 - оголовок свердловини; 2 - обсадна колона із затрубною цементацією (позиція "Ц") для ізоляції від першого водоносного шару; 3 - сальник; 4 - фільтрова колона свердловини (з фільтром); 5 - фільтр; 6 - вентиль; 7 - зливальна труба; 8 - надсвердловинна споруда (будка); 9 - теплоізолюючий матеріал; 10 - металева сітка; 11 - дренажна труба для відводу зайвої води. Спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, реалізується за допомогою обладнання, що зазначене вище, таким чином (див. послідовно схеми на фіг. 1-161). Попередньо проводять гідрогеологічні дослідження (з використанням топографічних карт [2], [3], [8]), при цьому гідрогеологічні дослідження проводять у підніжжі схилів річкових долин, переважно, у підніжжі схилу 12 борової тераси 13 (див. схему на фіг. 1). На підставі проведених гідрогеологічних досліджень виявляють місце зони розвантаження підземних вод, а саме, ділянки 14 в підніжжі схилів річкових долин - у підніжжі схилу 12 борової тераси 13, у межах яких п'єзометричний рівень 15 другого від поверхні водоносного горизонту 16 перевищує рівень поверхні землі 17 більше ніж на 1 м (див. схему на фіг. 2). На ділянці 14, що відповідає всім умовам, визначають місце 18 обладнання свердловини 19 - штучний вихід підземних вод, що самовиливає [2], [3], [4], [8]. При цьому місце зони розвантаження підземних вод, де планується обладнання штучного виходу підземних вод (позиція 19), розташовують переважно у вузькій смузі уздовж підніжжя схилу 12 борової тераси 13 (див. схему на фіг. 3). Далі проводять на виявленій ділянці 14 висхідного розвантаження підземних вод буріння водозабірної свердловини 19 ([4], [8]) на другий водоносний горизонт 16 (послідовно крізь перший від поверхні водоносний горизонт 20 та водотривкі відклади 21) з ізоляцією першого від поверхні водоносного горизонту 20 (див. схему на фіг. 4). При цьому місце 18 обладнання свердловини 19 розташовують так, щоб п'єзометричний рівень 15 другого від поверхні водоносного горизонту 16 перевищував рівень поверхні землі 17 в місці виходу підземних вод 22 зі свердловини 19 не менше, ніж на 1 метр, а місце 18 обладнання свердловини 19 повинне бути розташоване вище п'єзометричного рівня "ПР" першого від поверхні водоносного горизонту 20 (див. схеми на фіг. 2, 4). Після буріння водозабірної свердловини 19 отримують вихід підземних вод 22, які самовиливаються на поверхню землі 17 з другого від поверхні водоносного горизонту 16 (див. схему на фіг. 5). 3 UA 104235 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Продовжують технологічний процес тим, що обладнують штучний вихід підземних вод (свердловину 19) каптажним пристроєм 23 кранового типу і розміщують дренажну трубу 11 (для відведення зайвої води 24) (див. схеми на фіг. 6-12). Для цього попередньо вставляють у свердловину 19 обсадну колону 2 і забезпечують затрубною цементацією (позиція "Ц") ізоляцію обсадної колони 2 від першого водоносного горизонту 20 (див. схему на фіг. 6). Далі вводять у порожнину обсадної колони 2 фільтрову колону 4 з фільтром 5 так, щоб верхній обріз фільтрової колони 4 був розташований в районі нижнього обрізу обсадної колони 2 та нижче п'єзометричного рівня "ПР" першого від поверхні водоносного горизонту 20 (див. схему на фіг. 7). Після цього (як варіант технологічного процесу) між внутрішньою поверхнею 25 обсадної колони 2 і зовнішньою поверхнею 26 фільтрової колони 4 встановлюють сальник 3, при цьому зазначений сальник З встановлюють переважно в районі зазначених торцевих обрізів 27 і 28, відповідно, обсадної колони 2 та фільтрової колони 4 (див. схему на фіг. 8). Таким чином, вищезазначена конструкція свердловини 19 включає в себе обсадну (сталеву або пластикову) колону 2, встановлену до водотривкого шару 21 гірських порід (глина, мергель, аргіліт тощо) із зацементованим "Ц" затрубним простором, і фільтрову колону 4 меншого діаметра з фільтром 5 у інтервалі водоносного горизонту, що залягає під водотривким шаром 21. Свердловина з такою конструкцією (що розміщена у вказаних умовах) буде забезпечувати самовилив підземних вод 22 другого від поверхні водоносного горизонту 16 на поверхню 17 землі - див., відповідно, схему на фіг. 7. По закінченні технологічних операцій щодо встановлення у свердловину 19 обсадної колони 2 та фільтрової колони 4, формують над свердловиною 19 та обсадною колоною 2 оголовок 1 свердловини (див. схеми на фіг. 9-10). На зазначеному оголовку 1 свердловини розміщують зливну трубу 7 каптажного пристрою 23 кранового типу (яку обладнано вентилем 6) (див. схему на фіг. 11) і забезпечують зазначеним каптажним пристроєм 23 організований вихід підземних вод 22, використовуваний у міру необхідності. При цьому зливальну трубу 7 каптажного пристрою 23 розміщують над дренажною трубою 11 для відведення зайвої води 24 (див. схему на фіг. 12). По закінченні усіх робіт каптажний пристрій 23 кранового типу та оголовок 1 свердловини 19 закривають надсвердловинним захистом (встановлюють надсвердловинну споруду - будку 8, при цьому будку 8 встановлюють так, щоб каптажний пристрій 23 кранового типу знаходився у внутрішній порожнині будки 8, а вентиль 6 й нижня частина зливальної труби 7 знаходилися зовні) і теплоізолюють каптажний пристрій 23 кранового типу та оголовок 1 свердловини 19 шляхом заповнення внутрішньої порожнини будки 8 теплоізолюючим матеріалом 9, підкріпленим металевою сіткою 10 (див. схему на фіг. 13). Регульований вихід підземних вод, використовуваний у міру необхідності, здійснюється за допомогою каптажного пристрою 23 кранового типу таким чином (див. послідовність, показану на фіг. 14-16). Людина (позиція "Л") підходить до надсвердловинної споруди - до будки 8 (див. схему на фіг. 13), підставляє ємність 29 під нижню частину зливальної труби 7, яка знаходиться зовні над свердловинної споруди 8 (будки) і відкриває вентиль 6 (див. схему на фіг. 14). Вода 22 під тиском проходить по фільтровій колоні 4 через фільтр 4 і далі по обсадній колоні 2 до оголовку 1 свердловини. Після цього вода 22 через відкритий вентиль 6 каптажного пристрою 23 кранового типу надходить в зливальну трубу 7 і з неї - самовиливом у ємність 29. Якщо при наповненні ємності 29 питною водою 22 відбудеться вилив води 22 із зазначеної ємності 29, то вихід залишків води 24 (зайвої води) забезпечують по дренажній трубі 11, що прокладена у бік від свердловини 19 (див. схему на фіг. 15). По закінченні наповнення водою 22 ємності 29, вентиль 6 закривають, чим забезпечують перекриття подачі води 22 з водоносних шарів, а саме, з другого від поверхні водоносного горизонту 16 (див. схему на фіг. 16). Використання способу забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, дозволить підтримати рівень води у водоносних шарах у найвищому положенні і надасть можливість використовувати це джерело питної води якнайможливо довше. Спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, є екологічно чистим тому, що виключає порушення геологічних структур шарів, не вимагає прокладку електроліній і застосування насосного обладнання. Практичне застосування способу для забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження для забезпечення питного децентралізованого водопостачання у надзвичайних ситуаціях, можливе у річкових долинах на території України і за її межами, оскільки такі умови є типовими для ділянок на підніжжі перших (над заплавою) річкових терас. 4 UA 104235 U 5 10 15 20 25 30 Підвищення ефективності застосування способу забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, у порівнянні з аналогом, досягається шляхом обладнання пробуреної водозабірної свердловини каптажним пристроєм кранового типу, чим забезпечується регульований вихід підземних вод, використовуваний за мірою необхідності. Підвищення ефективності застосування способу забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, у порівнянні з аналогом, досягається й шляхом розташування свердловини так, щоб п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищував рівень поверхні землі в місці виходу підземних вод зі свердловини не менше ніж на 1 метр, чим забезпечується постійний напір води зі свердловини. Підвищення ефективності застосування способу забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, який заявляється, у порівнянні з аналогом, досягається також шляхом закриття каптажного пристрою кранового типу надсвердловинним захистом й його теплоізоляції, чим забезпечується його експлуатація у всі періоди року (в особливості зимою при низьких температурах повітря) та захист каптажного пристрою кранового типу від зовнішніх ушкоджень. Джерела інформації: 1. Башкатов Д.Н., Роговой В.Л. Бурение скважин на воду. - М.: Издательство "Колос", 1976, 206 с. 2. Гуринович А.Д. Питьевое водоснабжение из подземных источников. - Минск: УП Технопринт, 2001, - 304 с. 3. Гуринович А.Д. Питьевое водоснабжение из подземных источников: проблемы и решения. Минск: "Технопринт", 2001, - 305 с. 4. Тугай А. М., Прокопчук И.Т. Водоснабжение из подземных источников. Киев "Ураджай", 1989, - 262 с. 5. Справочник по эксплуатации и ремонту водозаборных скважин / Э.А. Морозов, В.А. Стецюк. Киев: Будивельник, 1984, - 96 с. - аналог. 6. Белицкий А.С., Дубровский В.В. Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения. - М.: Издательство "Недра". 1974, - 255 с. - аналог. 7. Руководство по проектированию сооружений для забора подземных вод /Под ред. Ф.М. Бочевера и А.И. Арцеба/, - М.: Стройиздат, 1978, - 210 с. - прототип. 8. И.Г. Киссин. Вода под землей. - М.: Наука, 1976, с. 55-56. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб забору підземних вод у зоні їх висхідного розвантаження, при якому на підставі існуючих гідрогеологічних матеріалів і топографічних карт виявляють ділянки в підніжжі схилів річкових долин, у межах яких п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищує рівень поверхні землі більше ніж на 1 м, визначають місце обладнання свердловини, проводять на виявленій ділянці висхідного розвантаження підземних вод буріння водозабірної свердловини на другий водоносний горизонт з ізоляцією першого водоносного горизонту, обладнують пробурену водозабірну свердловину - штучний вихід підземних вод, що самовиливає, каптажним пристроєм, який відрізняється тим, що пробурену водозабірну свердловину обладнують каптажним пристроєм кранового типу і цим забезпечують регульований вихід підземних вод, використовуваний у міру необхідності, при цьому місце обладнання свердловини розташовують переважно у вузькій смузі уздовж підніжжя схилу річкової долини так, щоб п'єзометричний рівень другого від поверхні водоносного горизонту перевищував рівень поверхні землі в місці виходу підземних вод зі свердловини не менше ніж на 1 метр, причому каптажний пристрій кранового типу закривають надсвердловинним захистом і теплоізолюють. 5 UA 104235 U 6 UA 104235 U 7 UA 104235 U 8 UA 104235 U 9 UA 104235 U 10 UA 104235 U 11 UA 104235 U 12 UA 104235 U 13 UA 104235 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 14