Обычно пробно-эксплуатационные откачки проводятся в сроки от одного до нескольких месяцев, обязательно захватывая и период, когда питание подземных вод отсутствует.
10.2. Пробные и опытные откачки воды
На стадии предварительных исследований для относительной оценки водообильности водоносных горизонтов производятся, как уже говорилось (10. 1), пробные откачки воды из одиночных скважин. Из мощных водоносных горизонтов, обладающих высокой водопроводимостью, откачки производятся при помощи насосов различных конструкций, а из слабо производительных горизонтов — желонками. Надо сказать, что желоночный способ откачки широко применяется для приблизительной оценки водоносных горизонтов слабой водообильности.
На стадии предварительных исследований, когда откачки осуществляются с целью получения сравнительных данных о водоносности отдельных горизонтов, можно ограничиться одной- двумя ступенями понижения уровня.
На стадии детальных исследований производятся опытные откачки из одиночных скважин, а в особенно ответственных случаях при неглубоком залегании водоносного горизонта—из специально оборудованного для этой цели куста скважин при трех ступенях понижения статического уровня.
Число ступеней понижения уровня зависит не только от стадии исследований и заданного дебита, но также и от степени изученности опробуемого водоносного горизонта.
В районах, где водообильные горизонты хорошо изучены, допустимо проводить продолжительные опытные откачки на одну максимально возможную ступень понижения уровня. Количество откачиваемой воды при этом должно быть не ниже 50% запроектированного дебита. Откачки этого вида обычно проводятся из скважин, вскрывших водоносные горизонты й устойчивых трещиноватых породах или гравийно-галечниковых отложениях и не имеющих фильтров, или оборудованных только перфорированными трубами или каркасно-стержневыми фильтрами с гравийной засыпкой. Во всех остальных случаях, пожалуй, более многочисленных, опытные откачки следует проводить с тремя-четырьмя понижениями уровня. Это позволяет судить о правильности проведенных откачек, выявлять зависимость дебита от понижения и рассчитывать дебит при более низком динамическом уровне, по сравнению с уровнем, достигнутым при откачке.
В «Инструкции по применению классификации эксплуатационных запасов подземных вод» [69] указывается примерная общая продолжительность пробных и опытных откачек (табл. 5).
Продолжительность непрерывной откачки после стабилизации динамического уровня и расхода воды для каждой ступени понижения должна быть не менее 1—2 суток. Несомненно, что более надежные результаты получаются в итоге длительных откачек.
Кроме того, следует откачки проводить в определенные сезоны. Так, например, для водоснабжения в районах с малым количеством водных ресурсов важно установить максимальное количество подземной воды, которое может быть получено при эксплуатации. И опытные откачки, по результатам которых будут делаться расчеты производительности проектируемого водозабора, следует проводить в сезон Года (обычно зимой) с минимальным расходом или наиболее низким положением 100
Табл. 1. Главы 10.
уровня подземных вод. Для строительных же целей важно определить максимальные водопритоки (например, в котлован), поэтому в данном случае откачки проводятся в периоды высокого положения уровня подземных вод.
В рыхлых песчаных породах для прокачки скважины и образования естественного фильтра откачки следует начинать с наименьшего понижения уровня воды, постепенно переходя к максимальному. При такой последовательности понижений в процессе засасывания воды в околофильтровом кольцевом пространстве происходит медленная отсортировка песчаных частиц: более мелкие и легкие частицы проносятся водой через сетку фильтра и выносятся на поверхность земли; более тяжелые частицы, попавшие в фильтр, накапливаются в отстойнике фильтра; наиболее же крупные песчаные фракции остаются за сеткой фильтра, благодаря чему снижается сопротивление движению воды в скважину.
Наоборот, из трещиноватых водоносных пород, если скважины необорудованы фильтрами или закреплены только перфорированными трубами, откачки производят начиная с максимального понижения уровня воды. Такая обратная последовательность откачки обусловлена тем, что при максимальном понижении уровня сравнительно быстрее происходит очистка трещин от заполняющего их песчано-глинистого материала, а это в свою очередь способствует более быстрой стабилизации уровней в наблюдательных скважинах и получению более достоверных данных для построения кривых зависимости дебита от понижения уровня.
Вообще надежность получаемых при откачках результатов в значительной мере обусловливается тщательностью предварительной очистки и прокачки скважины. Поэтому подготовке скважины к откачке следует уделять особое внимание.
Величину понижения уровня на каждую ступень следует задавать, исходя из потребного количества воды, а не из производительности имеющегося насосного оборудования, как нередко поступают на практике. Если известно потребное количество воды, то опытные откачки должны проектироваться с таким расчетом, чтобы* при максимальном понижении уровня можно было получить около половины заданного количества воды. Эта рекомендация наибольшее значение имеет при исследованиях для крупного водоснабжения, когда проектируется водозабор из пластов, не обеспеченных достаточным питанием.
В «Технических условиях» говорится, что при опытной откачке из водоносного горизонта, намечаемого для эксплуатации, количество откачиваемой воды должно составлять не менее 50—75% проектной производительности скважины.
Определив по потребному количеству воды максимальное понижение уройня, нетрудно затем подсчитать понижение уровня, например, для остальных двух ступеней понижения 102 (в случае откачки на три ступени) путем деления найденной величины на три равные части. Во всех случаях минимальное понижение должно быть не менее 1 м.
При выборе пунктов для организации опытных откачек надо учитывать рельеф дневной поверхности, а также и водоупорного ложа пласта, мощность водоносного слоя, характер зеркала подземных вод и т. д. Если в процессе детальных исследований опытные откачки производятся из куста скважин, то следует на более характерных участках дополнительно произвести пробные откачки из одиночных скважин. Для этого можно использовать некоторые разведочные скважины, пройденные на характерных в гидрогеологическом отношении участках изучаемого района.
Опытные откачки довольно дороги и трудоемки и осуществление их требует много времени. Поэтому в интересах частичного сокращения объема пробных и опытных откачек при разведочных работах целесообразно из некоторых скважин и шурфов отбирать образцы водоносных пород для лабораторного определения коэффициента фильтрации. Но при этом следует иметь в виду, что лабораторные опыты, конечно, не могут заменять полевых исследований, которые дают наиболее надежные результаты. Весьма приближенные значения коэффициента фильтрации песчаных пород, если известен их гранулометрический состав, можно получить также расчетным путем, но этот способ дает наибольшие отклонения от действительности.
При вскрытии гидрогеологическими или водопонизительными скважинами в интервале, запроектированном для водозабора, плотных или слабо трещиноватых пород, известняков с прослоями глин или других не водопроводящих пород следует прибегать к торпедированию скважин. Это мероприятие вполне оправдало себя на ряде артезианских скважин й Московском бассейне и других районах, но иногда оно может п не дать положительных результатов.
Для вскрытия водоносных горизонтов, перекрытых обсадными трубами, производится простреливание их при помощи перфораторов. Простреливание отверстий в колоннах обсадных труб особенно широко и с успехом применяется в нефтедобывающей промышленности. Простреливание производят обычно - Перфораторами СП-5 (стреляющий перфоратор для скважин с наименьшим диаметром труб 5"). Принцип действия стреляющих перфораторов освещен в специальной литературе.
К Глубина одиночных гидрогеологических скважин и центральных выработок в опытных кустах зависит от мощности водоносного пласта и глубины залегания от поверхности Водонепроницаемого слоя. Те и другие желательно доводить До кровли водоупорного пласта, подстилающего водоносный Горизонт. Наблюдательные выработки могут иметь меньшую глубину, но она должна быть достаточной для обеспечения замеров динамических уровней подземных вод в процессе водо- понижения. Чем дальше отстоит наблюдательная выработка от центральной, тем меньше может быть ее глубина.