Что такое дебит скважины и как его определить?

Статический и динамический уровень воды в скважине

Если вы собираетесь бурить скважину для воды, необходимо будет ознакомиться с такими важными понятиями, как статический/динамический уровень воды в скважине. Лучше понять, что же это такое, поможет простая схема.

Что такое статический уровень воды?

Статическим уровнем воды скважины называется отметка уровня воды, которая устанавливается в пробуренном отверстии после простоя воды без откачивания на протяжении примерно шестидесяти-девяносто минут. Физическая сущность этого явления состоит в том, что величина давления, которое образуется благодаря водному столбу, находящемуся посередине скважинного отверстия, уравновешивается с другой стороны пластовым давлением всего слоя подземной воды, к которому ведёт скважина. В тот момент, когда эти два показателя давления уравновешивают друг друга, столб воды в скважине останавливается и перестаёт подниматься. Именно такой показатель называют статическим.

Что обозначает динамический уровень воды скважины?

Динамический уровень, в отличие от предыдущего понятия, устанавливается в результате максимального забора воды из скважины. Этот показатель зависит от мощности и работоспособности насоса. Динамический уровень устанавливается после откачивания, производящегося до момента, когда уравниваются объёмы приточной и отточной воды.

В таком случае говорят, что дебит скважинной воды соответствует производительности включённого насоса. Показатель динамического уровня воды скважины может меняться в зависимости от уменьшения либо увеличения потребления. Таким образом, эту величину определяют опытным путём, после чего фиксируют их в документе на скважину. Для определения динамического уровня воды скважины при отсутствии нужных записей скважинного паспорта, не обязательно обращаться к специалистам.

Как определить скважинный уровень воды?

После того, как владелец новопробуренной скважины получил представление о том, что такое динамический/статический уровень воды скважины, он имеет возможность определить динамический параметр уровня скважинной воды лично, пользуясь простой техникой:

на первом этапе необходимо постоянно откачивать воду из скважины, если её уровень опускается, следует опустить высасывающий шланг насоса так, чтобы он постоянно находился под водой и не работал вхолостую;
на втором этапе откачка продолжается;
указанные действия должны осуществляться до тех пор, пока уровень воды не перестанет уменьшаться.

Полученный показатель и будет динамическим уровнем. Его нужно использовать, чтобы грамотно разместить насос внутри скважины: он должен находиться не ниже определённого опытным путём уровня.

Чтобы узнать уровень статический, нужно наоборот прекратить откачивание и оставить насос на час и более. Таким образом вы дадите уровню воды вертикальной скважины уравновеситься водяным пластовым давлением.

Как определить зеркало воды скважины?

Зеркалом воды либо уровнем зеркала воды скважины называют расстояние от верхней границы гидросооружения до поверхности воды в скважине. Это зависит от метода выполняемого бурения. Если был выбран сухой способ бурения, достижение буром зеркала воды будет заметно, так как при этом нагрузка сразу заметно уменьшается. Это происходит потому, что изменяется среда в которой происходит бурение.

При гидробурении водная среда характерна на протяжении всей процедуры бурения, поэтому определить уровень нахождения зеркала в таком случае сложнее. Тогда нужно определять уровень зеркала воды уже после пробуривания, при этом делать это рекомендуется также для сухого бурения, ведь уровень воды мог подняться.

Для определения зеркала достаточно опускать в скважину верёвку с грузиком до момента достижения им водной глади, если глубина значительная, следует воспользоваться скважинным уровнеметром. Однако следует помнить, что для артезианского (глубинного) бурения зеркало воды может отсутствовать. В таком случае вода не просто поднимается вверх до начала скважины, но даже бьёт фонтаном. Естественно, в этом случае вопрос о том, как проверить уровень воды скважины, не стоит.

О том, какой столб воды должен быть у скважины, нет однозначного ответа. Причина кроется в том, что каждая скважина индивидуальна по своим характеристикам, ведь уровень залегания вод также отличается: если скважина артезианская, уровень имеет одно значение, если вода будет найдена выше, столб воды окажется с совершенно другими показателями.

Динамический уровень в скважине

Основными характеристиками скважины, определяющими ее эксплуатационные показатели, являются:

– статический уровень воды;

– динамический уровень;

– диаметр скважины.

Рассмотрим, как они взаимоувязаны между собой и как влияют на динамический уровень. Для начала давайте поймем, что этот уровень характеризует. После бурения скважины. в ней устанавливается статический уровень воды, высота которого (или глубина относительно поверхности земли) определяется исключительно давлением в водоносном горизонте, на который пробурена скважина. То есть этот уровень не зависит ни от диаметра скважины, ни от каких-либо еще ее характеристик (см. статью «Статический уровень скважины »). Сразу скажем, что статический уровень – величина, несмотря на название, непостоянная. При большом потреблении воды из водоносного пласта, давление в нем, естественно, падает и статический уровень воды тоже падает. Также заметим, что если забора воды из скважины нет, ее дебит равен нулю – вода в нее из водоносного пласта не поступает, так как давление в скважине и в пласте одинаково.

Теперь в скважину опускают скважинный насос и начинают откачивать воду. Уровень воды в скважине начинает уменьшаться, и теперь столб воды в ней не уравновешивает давление в водоносном горизонте. В скважину начинает поступать вода. Чем ниже столб воды в скважине, тем сильнее в нее поступает вода. В определенный момент времени, объем поступающей за единицу времени воды в скважину сравнивается с объемом откачиваемой воды, то есть с производительностью насоса. С этого времени уровень воды в скважине не изменяется. Вот этот уровень и называется динамическим уровнем воды. То есть это уровень, установившейся в скважине после длительной работы насоса или уровень, при котором объем поступающей в скважину воды сравнивается с объемом выкачиваемой воды. По ходу сразу несколько замечаний:

1. Динамический уровень для насосов разной производительности – разный!

2. Интенсивность уменьшения уровня воды в скважине, помимо производительности насоса, зависит и от ее диаметра (ведь объем откачиваемой за единицу времени воды определяется как произведение площади скважины на длину, на которую опустилась вода). То есть чем больший диаметр скважины, тем ближе к поверхности находится динамический уровень.

3. Поступление воды в скважину из водоносного слоя при установившемся уровне – это не есть дебит скважины. Дебит – это максимальное количество воды, которое может поступить в скважину, то есть когда уровень воды опустился до дна скважины.

На что влияет динамический уровень в скважине

На глубину погружения насоса. Понятно, что он должен быть установлен ниже этого уровня. Причем рекомендуется опускать на 1-1,5 метра ниже уровня, чтобы столб воды над насосом продавливал ее до рабочего колеса, ведь скважинный насос не самовсасывающий. Также заметим, что, так как динамический уровень зависит от статического (ведь он от него и начинает опускаться), то при опускании последнего опускается и он. Этот обычно происходит летом, когда наблюдается большой водозабор из водоносного слоя. Это обстоятельство, как минимум необходимо учитывать, страхуя себе дополнительной глубиной погружения насоса. Но лучше скважину оборудовать датчиками сухого хода, которые выключат насос, если уровень воды упадет до критического уровня. Работа скважинного насоса без воды недопустима, так как нарушится режим отвода от него тепла и его подшипники попросту расплавятся.

Как определяется динамический уровень в скважине

Его должна определить компания, производящая буровые работы, и записать значение в паспорт скважины (см. статью «Паспорт скважины »). Определяется он следующим образом. В скважину опускается насос и им откачивают воду в течение получаса (насос должен работать примерно на 50% своей производительности). Далее измеряется расстояние до зеркала воды. Это и есть динамический уровень (предварительно измеряется расстояние до зеркала воды до откачки насоса, то есть статический уровень). Если разница между этими уровнями превышает 1 м, то производительность насоса следует уменьшать до тех пор, пока эта разница не станет меньше метра. Оптимально, когда производительность насоса на 15-20% меньше дебита скважины.

Как рассчитывают дебит

Чтобы получить искомую величину, нужно иметь исходные данные, в качестве которых служат показатели статического и динамического уровня, объема получаемой жидкости, высота столба. Формула зависит от типа расчетных операций.

Упрощенный расчет

Таким методом рассчитывается средний дебит скважины. Для получения точных сведений нужно будет воспользоваться иным способом. Но для частного дома упрощенного расчета вполне достаточно. Чтобы определить дебит скважины, нужно умножить интенсивность откачивания на высоту водного столба, а полученную величину разделить на разницу между динамическим и статическим уровнем.

К примеру, имеется скважина глубиной 50 метров.

Статическая отметка – 40 метров, динамическая – 35 м. Количество водный масс, перекачиваемых за 60 минут, указано на насосе, и составляет 2,5 куб/час. Тогда расчет производится следующим образом:

Dт = (2,5/(35-30))*10= 5,0 куб.м/час.

Удельный дебит

Если увеличить мощность насосного оснащения, дин. уровень станет ниже. Это приведет к тому, что дебит снизится. Именно поэтому для получения достоверных данных рассчитывают удельный дебит скважины. Показатель указывает на количество воды, выдаваемой при падении ее уровня на 1 метр. Процедура предполагает произведение двух замеров.

Если установить, что интенсивность водозабора равна V, а снижения отметки залегания воды в скважине v, то формула будет выглядеть следующим образом:

Dуд=(V2-V1)/(h2-h1)

Цифровые индексы указывают на то, к какому замеру (первому или второму) относятся данные. На примере это выглядит так:

Производятся два замера дебита скважины, а именно исходных данных.
Замеряется интенсивность выкачки воды (допустим, она равна 3 кум/час).
Оцениваются показатели уровней. Допустим, статические показатели уровня отличны от динамических на 7 м.

Процедуру повторяют, установив насос, производительность которого равна не 3, а 6 куб/час. В данном случае, предположим, разница между статикой и динамикой – 15 м. Тогда определяя дебит скважины, что это такое становится понятным из расчета:

Dуд =(6-3)/(15-7)= 0,375 куб.м/час.

Полученные данные более точны, но есть возможность произвести расчет, который будет максимально соответствовать реальным показателям, которые характерны для конкретной скважины.

Реальный дебит

Главное требование – отметка, на которой установлен насос, должна быть выше, чем аналогичный показатель для фильтровального пласта. Необходимо измерить, как глубоко от земли находится фильтровальная зона. При этом в формулу Дюпри включен показатель удельного дебита, который рассчитывается, как указано выше.

Кроме того, нужно знать величину статического уровня. Если эти данные имеются, то для расчета нужно высчитать разницу между ним и глубиной фильтрационной зоны, а полученную величину умножить на удельный дебит. В качестве примера можно использовать данные из предыдущего раздела.

В этом случае чтобы получить реальные значения дебита нужно сделать следующее:

Dт =(57-40)*0,375= 6,375 куб.м/час.

Этот способ измерения дает более точные результаты, чем упрощенный. Однако он более трудоемкий, и не всегда применим. Нужен второй насос, которого под рукой можеть просто не оказаться. По-другому невозможно измерить удельные показатели, а значит, этот способ применить уже нельзя.

Снижение дебита

По мере эксплуатации скважины ее характеристики постепенно падают. Это происходит в результате причин как естественного, так и технического характера. К ним, в частности, относятся:

Сезонность. Уровень подземных вод реагирует на сильные заморозки и засухи. Однако изменение водоотдачи, как правило, бывает незначительным и непродолжительным.
Износ узлов и отдельных элементов насоса. Но надо помнить, что выполнение профилактических работ продлевает его долговечность.
Засорение фильтра. Однако проводя его периодическую очистку от песка и известковых отложений, заменяя элементы конструкции, можно обеспечить восстановление дебита в изначальном объеме.
Выработка запасов, содержащихся в водоносном горизонте.

В рамках последнего случая продлить жизнь источника можно, установив на устье скважины герметичный оголовок. В принципе, это позволяет нейтрализовать противодавление атмосферы. А оно равняется 10 м водного столба. Повысятся оба уровня – динамический и статический. А дебит скважины возрастет.

Как рассчитывается дебит скважины по упрощенной методике

Чтобы определить этим способом дебит скважины, использую формулу:

Д=P:(Hдн-Hст)×Hв

Причем значение символов соответствует ранее использованным.

Например, возьмем конкретную ситуацию со следующими исходными данными:

величина статического уровня Hст равняется 20м;
величина динамического уровня Hдн равняется 23 м;
глубина скважины составляет 30 м;
величина водяного столба Hв равняется 10 м;
производительность насоса (P) равна 1,44 м³/ч.

Если подставить в формулу указанные значения, то получим:

Д=1,44:(23-20)×10=4,8 м³/ч

В результате с достаточной точностью можно определиться и с мощностью скважинного насоса.

С выбором скважинного насоса не случится ошибки, если дебит скважины определен верно

Расчет дебета

Самый простой способ, как рассчитать дебит скважины, выглядит следующим образом:

Дт = (О/(Уд – Ус)) х Ув

Дт – значение дебита скважины

О – объем водозабора или производительность насоса

Уд – уровень в динамике

Ус – уровень в статике

Ув – высота водной колонны

Например, если в глубина скважина достигает 100 м, статический уровень 50, а динамический 60, при производительности насоса в 5 м³/час, то, исходя из формулы, получается:

(5/(60 – 50)) х 50 = 25 м³/час

Дебит удельный

Нелишним будет также знать, что удельный дебит скважины – это тот объем накачиваемой воды, который будет выдавать источник при понижении уровня водного зеркала на каждый метр. Высчитывается по следующий формуле:

Д уд = (О2-О1)/(У2-У1)

Д уд – удельный дебит

О2 – объем воды при втором заборе

О1 – аналогичный показатель при первом водозаборе

У2 – понижение уровня при повторном заборе

У1 – снижение уровня при первом заборе

Например, выше определено, что если при закачке воды насосом мощностью 5 м³/час падение уровня составило 10 метров, то повышении силы мотора до 10 м³/час, падение возросло до 20 м. Таким образом, подставляя значения в формулу получаем:

Д уд = (10-5)/(20-10) = 0,5 м³/час

Измерение уровня воды в скважине Источник kabel-house.ru

Минусы скважины на песок

Все, что указано в этой статье относится главным образом к Московской области. Существуют регионы, где известняков вообще нет и скважины бурятся только на песок. Там ситуация может в корне отличаться от написанного.
Итак, прежде чем бурить на песок, слушать советы соседа или буровой конторы о песчаных скважинах, внимательно прочитайте написанное ниже. За всем этим стоит огромный опыт в этой сфере:

Пески есть не везде. Песчаная скважина бурится до водоносных песков, так называемого первого водоносного горизонта, но он есть не везде, это нужно понимать. Пески могут быть сухие или слабо обводненные или их вообще не будет. Будьте готовы к сухой скважине в том случае, когда у вас не найдут водоносных песков, а бурить до известняка вы не рассчитывали, то скважина будет без воды.
Если же вы расспросили соседей и точно уверены в наличии обводненных песков, тогда смотрим дальше.
Вода в эти пески попадает из атмосферы (дождь, снег т.д.) и очиститься должным образом не успевает, а значит ее качество очень невысокое.
Сравнивая качество воды песчаной скважины и колодца нужно отметить чуть более высокое качество в скважине. Это достигается благодаря тому, что в нее не попадает самая грязная верховодка.
Также присутствует сезонное колебание уровня воды, как и в случае с колодцами. Именно по этой причине летом начинаются разговоры об отсутствии воды в скважине. Если в скважине закончилась вода, то делать остается нечего, углублять некуда, ниже идет глина, вам остается только бурить на известняк.
В случае, когда рядом протекает речка, а пески хорошие крупнозернистые, обводненные, тогда сезонных скачков уровня воды не будет. Отсюда и рассказы об не пересыхающих в летнее время скважинах, но такое сочетание бывает очень-очень редко.
И самое главное, благодаря низкому дебиту, скважина на песок не годится для водоснабжения дома. В южной части Подмосковья пески с глинами, песчаная прослойка небольшая, фильтр быстро глинизируется и без того малый дебит снижается еще сильней. Типичная производительность скважины в этой части региона около 0.5 м3/час. На севере Московской области мощность песчаного слоя больше и можно рассчитывать на дебит до 1 м3/час.
По сравнению с колодцем, скважина на песок имеет существенно меньший диаметр, а значит, много воды там не соберется и поступает она не так быстро, как хотелось бы.
Столкнувшись с нехваткой воды, вы, вероятно, захотите узнать, как повысить дебит скважины на песок. К сожалению никак, только артезианские скважины способны дать любую производительность.
Еще один существенный минус это срок службы, обычно он составляет 5-8 лет. Исключения из правил бывают, но очень редко.

Но это не значит, что скважина на песок ни на что не годится, туда можно поставить простенький насос, вроде Водолея, и использовать воду для полива участка.
Учитывая все вышесказанное, становится понятно, что сделать водоснабжение дома из песчаной скважины можно только тогда, когда она пробурена рядом с рекой, имеется большая прослойка крупнозернистых песков, которые смогут обеспечить дебит 2-3 м3/час и в них нет сезонного колебания уровня воды.

Как определить?

Посчитать его можно двумя простыми способами:

В источник погружаете помпу высокой производительности. Включаете ее и полностью откачиваете воду. Ваша задача – определить реальное ее количество. В качестве мерила лучше использовать большую емкость. Также можно посмотреть технические характеристики насоса по паспорту. Вас будет интересовать, какой объем воды насос способен прокачать за определенную единицу времени. Так, вам необходимо засечь время начала откачки и ее окончания. Этот уровень будет называться статическим. Вам необходимо разделить количество всей перекачанной жидкости на потраченное время. Вот вы и получите объем источника.
Такой метод подразумевает погружение насоса на самое дно. При этом помпа должна иметь такую производительность, которая будет отвечать потребностям в частном доме. В процессе откачки вам следует контролировать степень падения жидкости. Необходимо дождаться момента, когда он стабилизируется, то есть успевать восстанавливаться и удерживаться на одном уровне. Этот показатель называется динамическим.

Определить удельный объем можно так: делите разницу между динамическим и статическим уровнем. То есть это показатель отдачи при понижении уровня воды на один метр. Чтобы узнать реальный объем, для этого высоту водяного столба умножаете на статический уровень и на удельный. Вы сможете определить потенциальную возможность источника, а именно подобрать насос, который будет откачивать воду с такой же скоростью, с какой она поступает.

Более точные данные

Если полученные данные при расчете производительности скважины вас не устроили или вызвали сомнения, то нужно самостоятельно вычислить удельную производительность источника. Для этого существует такая формула:

Du = (V2—V1): (H2—H1). Значения в этой формуле трактуются так:
Du — удельный дебит;
V1— количество воды в м3 отобранное в первый раз за один час;
V2 — объем, отобранный с большей интенсивностью;
H1 — падение уровня водяного зеркала при первом отборе;
H2 — падение уровня воды при более интенсивной откачке.

При измерении удельной производительности скважины придётся еще раз откачать воду в течение того же промежутка времени, что и в первый раз, но уже с большей интенсивностью. И изменить разницу между уровнями зеркал в колодце. Зная все данные, можно провести определение и замер среднесуточной возможности источника на участке.

Дебит скважины: как его определить

Расчет дебита скважины производят, исходя из ее габаритов и расстояния находящегося в ней водного уровня от поверхности. Причем надо учитывать, что указанное расстояние может изменяться. Его величина определяется временем года, погодой и техническим состоянием скважины.

Формула расчета дебита скважины носит имя ученого Дюпюи. Причем ею пользуются не только при расчетах скважин на воду, но и газовых и нефтяных стволов. Кроме того, существует и упрощенный метод расчета. В принципе, его точность вполне достаточна, чтобы вычислить производительность насоса. Вычисляя расход, определяют дебет как удельный, так и реальный.

Динамика, статика и высота столба воды

Значение этих терминов нужно изучить, чтобы понять, как определить дебит скважины. Это основные показатели эффективности скважины в процессе водоснабжения. Измерить их до того, как рассчитать дебит скважины. На основании полученных данных определяется мощность насосного оборудования.

Под статическим уровнем понимают глубину шурфа, заполненного водой, при условии, что забор жидкости не производится. Чтобы определить его, нужно обеспечить простой источника в период не менее 60 минут. Динамическим уровнем именуется величина глубину водяного столба, который установится, если забор жидкости будет равным притоку. Величина необходима для расчета дебита скважины.

А под высотой водяного столба предполагают расстояние от дна до отметки статического уровня. При измерении есть одна особенность. Этот параметр определяется от дна, в то время, как остальные – от нулевой отметки (от поверхности земли). А чтобы лучше понять, что такое дебит скважин, нужно рассмотреть принцип проведения расчетов и разобраться в особых требованиях к процедуре.

Определение производительности насоса

При расчете дебита понадобится еще один показатель, участвующий в расчетной формуле,- производительность (Р) откачивающего насоса для скважины. Узнают величину из паспорта помпы или маркировки, нанесенной на шильдике – закрепленной на корпусе прибора металлической бирке.

Если информацию обнаружить не удалось, пользуются расходомером, счетчиком или определяют расход при помощи мерного сосуда и секундомера.

Расчет производительности скважины.

Порядок проведения измерений:

взять канистру установленной емкости, например, 20 л;
запустить насос на воде, находящейся в скважине;
направить струю из шланга в емкость и отметить время секундомером;
определить период наполнения канистры по отметке хронометра.

Если помпа закачала контейнер за 50 секунд, то ее производительность составляет 20/50=0,4 л/с. Тогда часовой расход в кубометрах получится 0,4*3600/1000=1,44 м³/ч.