Хорошо

Земляные работы или сооружение для обеспечения доступа к грунтовым водам

Вырытый колодец в деревне в провинции Фарьяб , Афганистан.

Разница между колодцем и цистерной заключается в источнике воды: цистерна собирает дождевую воду, тогда как колодец черпает воду из грунтовых вод .

Колодец — это выемка или сооружение , созданное на земле путем рытья , забивания или бурения для доступа к жидким ресурсам, обычно воде . Самый старый и наиболее распространенный вид колодца — это водяной колодец для доступа к грунтовым водам в подземных водоносных горизонтах . Вода из колодца выкачивается насосом или с помощью емкостей, таких как ведра или большие мешки с водой, которые поднимаются механически или вручную. Вода также может быть закачана обратно в водоносный горизонт через колодец. Колодцы были впервые построены по крайней мере восемь тысяч лет назад и исторически различаются по конструкции от простого черпака в отложениях сухого водотока до кяризов Ирана и ступенчатых колодцев и саких Индии. Размещение облицовки в стволе колодца помогает создать устойчивость, а облицовка из дерева или плетеных изделий датируется по крайней мере железным веком .

Традиционно колодцы рыли вручную, как это до сих пор происходит в сельских районах развивающихся стран. Эти колодцы недорогие и низкотехнологичные, поскольку в них используется в основном ручной труд, а конструкция может быть облицована кирпичом или камнем по мере выемки грунта. Более современный метод, называемый кессонированием, использует готовые железобетонные кольца колодцев, которые опускаются в скважину. Забитые скважины могут быть созданы в неконсолидированном материале с помощью конструкции скважины, которая состоит из закаленного наконечника привода и сетки из перфорированной трубы, после чего устанавливается насос для сбора воды. Более глубокие скважины можно выкопать методами ручного бурения или машинного бурения, используя долото в скважине . Пробуренные скважины обычно обсаживаются фабричной трубой, состоящей из стали или пластика. Пробуренные скважины могут получать воду на гораздо большей глубине, чем вырытые скважины.

Два широких класса скважин — это неглубокие или открытые скважины, завершенные в пределах самого верхнего насыщенного водоносного слоя в этом месте, и глубокие или закрытые скважины, погруженные через непроницаемый слой в водоносный слой ниже. Коллекторная скважина может быть построена рядом с пресноводным озером или ручьем с водой, просачивающейся через промежуточный материал. Место скважины может быть выбрано гидрогеологом или инспектором по грунтовым водам. Воду можно закачивать или тянуть вручную. Примеси с поверхности могут легко достичь неглубоких источников, и необходимо избегать загрязнения запасов патогенами или химическими загрязнителями. Вода из скважины обычно содержит больше минералов в растворе, чем поверхностная вода, и может потребовать очистки, прежде чем она станет пригодной для питья. Засоление почвы может произойти, когда уровень грунтовых вод падает, а окружающая почва начинает высыхать. Еще одной экологической проблемой является возможность просачивания метана в воду.

История

Верблюд черпает воду из колодца, остров Джерба , Тунис, 1960 г.

Очень ранние неолитические колодцы известны из Восточного Средиземноморья : ^[1] Самый старый надежно датированный колодец находится в местечке докерамического неолита (PPN) Киссонерга-Милуткия на Кипре . Около 8400 г. до н. э. через известняк была проложена шахта (скважина 116) круглого диаметра, чтобы достичь водоносного слоя на глубине 8 метров (26 футов). Скважина 2070 из Киссонерги-Милуткии, датируемая поздним PPN, достигает глубины 13 метров (43 фута). Другие немного более молодые колодцы известны из этого места и из соседнего Парекклиша-Шиллурокамбоса. Первый выложенный камнем ^[2] колодец глубиной 5,5 метров (18 футов) задокументирован из затопленного последнего места PPN (ок. 7000 г. до н. э.) в Атлит-Яме у побережья недалеко от современной Хайфы в Израиле .

Колодец культуры неолитической линейной керамики , 5300 г. до н.э., Эркеленц , Германия

Обшитые деревом колодцы известны с ранней неолитической культуры линейной керамики , например, в Острове, Чешская Республика, датируется 5265 г. до н.э. ^[3] , в Кюкховене (отдаленный центр Эркеленца ), датируется 5300 г. до н.э. ^[4] и в Эйтре в Шлетце (отдаленный центр Аспарн-ан-дер-Цая ) в Австрии , датируется 5200 г. до н.э. ^[5]

Неолитические китайцы обнаружили и широко использовали глубоко пробуренные грунтовые воды для питья. ^{[ требуется ссылка ]} Китайский текст «Книга перемен» , изначально гадательный текст династии Западная Чжоу (1046 -771 до н. э.), содержит запись, описывающую, как древние китайцы поддерживали свои колодцы и защищали свои источники воды. ^[6] Колодец, выкопанный на месте раскопок Хемэду , как полагают, был построен в эпоху неолита. ^[7] Колодец был обшит четырьмя рядами бревен с квадратной рамой, прикрепленной к ним в верхней части колодца. Также считается, что 60 дополнительных плиточных колодцев к юго-западу от Пекина были построены около 600 г. до н. э. для питья и орошения. ^{[7] [8]}

Китайская керамическая модель колодца с системой подачи воды , найденная при раскопках гробницы периода династии Хань (202 г. до н.э. – 220 г. н.э.)

В Египте используются шадуфы и сакии . ^{[9] [10]} Сакия намного эффективнее, так как она может поднимать воду с глубины 10 метров (по сравнению с 3 метрами шадуфа). Сакия — это египетская версия нории . Некоторые из старейших известных в мире колодцев, расположенные на Кипре, датируются 7000–8500 годами до нашей эры. ^[11] Два колодца неолитического периода, около 6500 года до нашей эры, были обнаружены в Израиле. Один находится в Атлите, на северном побережье Израиля, а другой — в Изреельской долине. ^[12]

Колодцы для других целей появились гораздо позже, исторически. Первый зарегистрированный соляной колодец был вырыт в провинции Сычуань в Китае около 2250 лет назад. Это был первый случай, когда древняя технология скважин на воду была успешно применена для добычи соли, и ознаменовало начало соляной буровой промышленности Сычуани. ^[6] Самые ранние известные нефтяные скважины также были пробурены в Китае в 347 году н. э. Эти скважины имели глубину до около 240 метров (790 футов) и были пробурены с помощью долот , прикрепленных к бамбуковым шестам . ^[13] Нефть сжигали для испарения рассола и получения соли . К 10 веку обширные бамбуковые трубопроводы соединяли нефтяные скважины с соляными источниками. Говорят, что древние записи Китая и Японии содержат много намеков на использование природного газа для освещения и отопления. В 7 веке в Японии нефть была известна как горящая вода . ^[14]

Типы

Колодец возле Симайсмы , восточный Катар

Кожаное ведро, используемое для колодца

Ну, историческая деревня, Бхайни Сахиб, Лудхиана , Пенджаб , Индия

Вырытые колодцы

Вид на вырытый вручную колодец, обсаженный бетонными кольцами. Уэлессебугу , Мали.

Вырытый колодец в деревне в Керале , Индия.

Хорошо с цветочной сумкой в ​​виде стены и подиума

До недавних столетий все искусственные колодцы представляли собой безнасосные колодцы, вырытые вручную, различной степени сложности, и они остаются очень важным источником питьевой воды в некоторых сельских развивающихся районах, где их регулярно выкапывают и используют сегодня. Их незаменимость породила ряд литературных ссылок, как буквальных, так и образных, включая ссылку на случай встречи Иисуса с женщиной у колодца Иакова ( Иоанна 4 :6) в Библии и детскую песенку « Ding Dong Bell » о кошке в колодце.

Колодцы, вырытые вручную, представляют собой котлованы с диаметром, достаточным для того, чтобы вместить одного или нескольких человек с лопатами, копающих ниже уровня грунтовых вод . Котлован укрепляется горизонтально, чтобы избежать оползня или эрозии, которые могут подвергнуть опасности копающих людей. Они могут быть облицованы камнем или кирпичом; расширение этой облицовки вверх над поверхностью земли для формирования стены вокруг колодца служит для уменьшения как загрязнения, так и случайных падений в колодец.

Более современный метод, называемый кессонированием, использует сборные железобетонные или простые бетонные кольца для скважин, которые опускаются в скважину. Команда по рытью скважины копает под режущим кольцом, и колонна скважины медленно погружается в водоносный слой , одновременно защищая команду от обрушения ствола скважины .

Вырытые вручную колодцы недороги и нетехнологичны (по сравнению с бурением), и они используют в основном ручной труд для доступа к грунтовым водам в сельской местности развивающихся стран. Они могут быть построены при высокой степени участия сообщества или местными предпринимателями, которые специализируются на вырытых вручную колодцах. Они были успешно вырыты на глубину до 60 метров (200 футов). Они имеют низкие эксплуатационные и эксплуатационные расходы, отчасти потому, что воду можно извлекать вручную, без насоса. Вода часто поступает из водоносного слоя или грунтовых вод и может быть легко углублена, что может быть необходимо, если уровень грунтовых вод упадет, путем телескопирования облицовки глубже в водоносный слой. Дебит существующих вырытых вручную колодцев может быть улучшен путем углубления или внедрения вертикальных туннелей или перфорированных труб.

Недостатки вырытых вручную колодцев многочисленны. Может быть непрактично вырыть колодцы вручную в районах, где присутствуют твердые породы, и их выкапывание и выравнивание может занять много времени даже в благоприятных районах. Поскольку они используют неглубокие водоносные слои, колодец может быть подвержен колебаниям дебита и возможному загрязнению поверхностными водами, включая сточные воды. Строительство вырытых вручную колодцев, как правило, требует использования хорошо обученной строительной бригады, а капитальные вложения в оборудование, такое как формы для бетонных колец, тяжелое подъемное оборудование, опалубка шахты колодца, моторизованные насосы для осушения и топливо, могут быть большими для людей в развивающихся странах. Строительство вырытых вручную колодцев может быть опасным из-за обрушения ствола скважины, падающих предметов и удушья, в том числе от выхлопных газов насоса для осушения.

Колодец Вудингдин , вырытый вручную между 1858 и 1862 годами, является самым глубоким вырытым вручную колодцем — 392 метра (1285 футов). ^[15] Большой колодец в Гринсбурге, штат Канзас , считается крупнейшим в мире вырытым вручную колодцем — его глубина составляет 109 футов (33 м), а диаметр — 32 фута (9,8 м). Однако колодец Иосифа в Каирской цитадели глубиной 280 футов (85 м) и колодец Поццо ди Сан Патрицио (колодец Святого Патрика), построенный в 1527 году в Орвието, Италия , глубиной 61 метр (200 футов) и шириной 13 метров (43 фута) ^[16] оба больше по объему.

Буровые скважины

Забивные скважины могут быть очень просто созданы в неконсолидированном материале с помощью конструкции скважины , которая состоит из закаленного наконечника привода и экрана (перфорированной трубы). Наконечник просто забивается в землю, обычно с помощью треноги и привода , с трубными секциями, добавляемыми по мере необходимости. Привод представляет собой утяжеленную трубу, которая скользит по забиваемой трубе и многократно опускается на нее. При обнаружении грунтовых вод скважину промывают от осадка и устанавливают насос. ^[17]

Пробуреные скважины

Бурение скважин осуществляется с использованием различных типов буровых машин, таких как буровые станки с верхним вращателем, буровые станки с настольным вращателем или канатные буровые станки, которые используют вращающиеся бурильные штанги для врезания в пласт, отсюда и происходит термин «бурение».

Пробуренные скважины могут быть вырыты простыми методами ручного бурения (шнековое, шламовое, струйное, забивное, ручное ударное) или машинным бурением (шнековое, роторное, ударное, погружной молот). Метод роторного бурения глубоких пород является наиболее распространенным. Роторный метод может использоваться в 90% типов пластов (консолидированных).

Пробуренные скважины могут добывать воду с гораздо большей глубины, чем вырытые колодцы — часто до нескольких сотен метров. ^[18]

Пробуренные скважины с электрическими насосами используются во всем мире, как правило, в сельских или малонаселенных районах, хотя многие городские районы частично снабжаются муниципальными скважинами. Большинство машин для бурения неглубоких скважин устанавливаются на больших грузовиках, прицепах или гусеничных тележках. Глубина скважин обычно составляет от 3 до 18 метров (10–60 футов), но в некоторых районах она может быть глубже 900 метров (3000 футов). ^{[ необходима цитата ]}

Буровая установка для бурения скважин на воду с помощью кабельного инструмента в Кимбалле, Западная Вирджиния

Бурение скважины в Эйн-Хемеде , недалеко от Иерусалима, около 1964 г.

Вращающиеся буровые станки используют сегментированную стальную бурильную колонну, обычно состоящую из секций стальных труб длиной 3 м (10 футов), 6 м (20 футов) - 8 м (26 футов), которые соединены вместе, с долотом или другим буровым устройством на нижнем конце. Некоторые вращающиеся буровые станки предназначены для установки (путем забивания или бурения) стальной обсадной трубы в скважину в сочетании с бурением фактического ствола скважины. Воздух и/или вода используются в качестве циркуляционной жидкости для вытеснения шлама и охлаждения долот во время бурения. Другая форма вращающегося бурения, называемая буровым раствором , использует специально изготовленный буровой раствор или буровой раствор, который постоянно изменяется во время бурения, чтобы он мог постоянно создавать достаточное гидравлическое давление, чтобы удерживать боковые стенки ствола скважины открытыми, независимо от наличия обсадной трубы в скважине. Обычно скважины, пробуренные в твердой породе, не обсаживаются до тех пор, пока процесс бурения не будет завершен, независимо от используемого оборудования.

Самая старая форма бурового оборудования — это кабельный инструмент , который используется и по сей день. Специально разработанный для подъема и опускания долота в скважину, забуривание бура заставляет долото подниматься и опускаться на дно скважины, а конструкция кабеля заставляет долото вращаться примерно на 1 ⁄ оборота за падение, тем самым создавая буровое действие. В отличие от вращательного бурения, бурение с помощью кабельного инструмента требует остановки бурового действия, чтобы скважина могла быть опорожнена или очищена от выбуренного шлама. Буровые установки с кабельным инструментом встречаются редко, поскольку они, как правило, в 10 раз медленнее бурят материалы по сравнению с буровыми установками с вращающимся воздухом или вращающимся буровым раствором аналогичного диаметра.

Пробуренные скважины обычно обсаживаются трубой заводского изготовления, как правило, стальной (при бурении с использованием вращающегося воздуха или троса) или пластиковой / ПВХ (при бурении с использованием вращающегося раствора, также присутствует в скважинах, пробуренных в твердой породе). Обсадная труба изготавливается путем сварки, химической или термической, сегментов обсадной трубы вместе. Если обсадная труба устанавливается во время бурения, большинство буров будут вбивать обсадную трубу в землю по мере продвижения скважины, в то время как некоторые более новые машины фактически позволяют вращать обсадную трубу и бурить ее в пласт таким же образом, как и долото, продвигающееся чуть ниже. ПВХ или пластик обычно свариваются растворителем, а затем опускаются в пробуренную скважину, вертикально укладываются, их концы вложены и либо склеиваются, либо соединяются шлицами. Секции обсадной трубы обычно имеют длину 6 метров (20 футов) или более и диаметр от 4 до 12 дюймов (от 10 до 30 см) в зависимости от предполагаемого использования скважины и местных условий грунтовых вод.

Поверхностное загрязнение скважин в Соединенных Штатах обычно контролируется с помощью поверхностного уплотнения . Большая скважина бурится до заданной глубины или до ограничивающего пласта (например, глины или коренной породы), а затем с этой точки и далее завершается меньшая скважина для скважины. Скважина обычно обсаживается от поверхности вниз до меньшего отверстия обсадной трубой того же диаметра, что и это отверстие. Кольцевое пространство между большим отверстием и меньшим кожухом заполняется бентонитовой глиной , бетоном или другим герметизирующим материалом. Это создает непроницаемое уплотнение от поверхности до следующего ограничивающего слоя, которое не позволяет загрязняющим веществам перемещаться вниз по внешним боковым стенкам обсадной трубы или скважины и в водоносный горизонт . Кроме того, скважины обычно закрываются либо специально спроектированной крышкой скважины, либо уплотнением, которое выпускает воздух через сетку в скважину, но не позволяет насекомым, мелким животным и посторонним лицам получить доступ к скважине.

На дне скважин, в зависимости от формации, остается фильтрующее устройство, фильтрующий элемент, щелевая обсадка или открытое отверстие ствола скважины, чтобы вода могла поступать в скважину. Сконструированные экраны обычно используются в неконсолидированных формациях (пески, гравий и т. д.), позволяя воде и проценту формации проходить через экран. Прохождение некоторого материала создает большую площадь фильтра из остальной части формации, так как количество материала, присутствующего для прохождения в скважину, медленно уменьшается и удаляется из скважины. Скальные скважины обычно обсаживаются ПВХ-обсадной трубой/обсадной трубой и экраном или щелевой обсадной трубой на дне, это в основном присутствует только для того, чтобы не допустить попадания камней в насосную сборку. В некоторых скважинах используется метод фильтрующего элемента , при котором негабаритный экран или щелевая обсадная труба помещаются внутрь скважины, а фильтрующая среда набивается вокруг экрана, между экраном и скважиной или обсадной трубой. Это позволяет отфильтровывать нежелательные материалы из воды перед попаданием в скважину и зону откачки.

• 
  Автоматизированная система водоснабжения скважин, работающая от струйного насоса
• 
  Автоматизированная система водоснабжения скважин, работающая от погружного насоса
• 
  Система водоснабжения с цистерной
• 
  Система водоснабжения с напорным резервуаром
• 
  Часть колодца из нержавеющей стали

Классификация

Типы скважин

Существует два основных класса типов пробуренных скважин в зависимости от типа водоносного горизонта, в котором находится скважина:

• Неглубокие или безнапорные скважины заканчиваются в самом верхнем насыщенном водоносном горизонте в этом месте (верхний безнапорный водоносный горизонт). ^{[ необходима ссылка ]}
• Глубокие или ограниченные скважины прокладываются через непроницаемый пласт в водоносный горизонт, который зажат между двумя непроницаемыми пластами (водоупорами или водоупорами). Большинство глубоких водоносных горизонтов классифицируются как артезианские, поскольку гидравлический напор в ограниченном колодце выше уровня верхней части водоносного горизонта. Если гидравлический напор в ограниченном колодце выше поверхности земли, это «текущая» артезианская скважина (названная в честь Артуа во Франции ). ^{[ необходима цитата ]}

Старинный колодец в сельской местности Утаярви , Финляндия.

Особый тип скважины для воды может быть построен рядом с пресноводными озерами или ручьями. Обычно называемый коллекторной скважиной, но иногда упоминаемый под торговым названием скважина Раннея или коллектор Раннея , этот тип скважины включает погружение кессона вертикально ниже верхней части водоносного слоя, а затем продвижение боковых коллекторов из кессона под поверхностный водоем. Откачка изнутри кессона вызывает инфильтрацию воды из поверхностного водоема в водоносный слой, где она собирается боковыми отводами коллекторной скважины и транспортируется в кессон, откуда ее можно закачать на поверхность земли. ^{[ необходима цитата ]}

В зависимости от назначения скважины можно выделить еще два широких класса типов скважин:

• эксплуатационные или насосные скважины — это скважины большого диаметра (более 15 см в диаметре), обсаженные (металлом, пластиком или бетоном), предназначенные для извлечения воды из водоносного слоя с помощью насоса (если скважина не артезианская ). ^{[ необходима ссылка ]}

Принципиальная схема скважины для мониторинга грунтовых вод

• Контрольные скважины или пьезометры , часто представляют собой скважины меньшего диаметра, используемые для контроля гидравлического напора или отбора проб грунтовых вод на химические компоненты. Пьезометры — это контрольные скважины, завершенные на очень коротком участке водоносного слоя. Контрольные скважины также могут быть завершены на нескольких уровнях, что позволяет проводить дискретные пробы или измерения на разных вертикальных высотах в одном и том же месте карты. ^[19]

Скважина, построенная для откачки грунтовых вод, может использоваться пассивно в качестве контрольной скважины, а скважина небольшого диаметра может быть откачана, но это различие по использованию является общепринятым. ^{[ необходима цитата ]}

Размещение

Перед раскопками следует, по возможности, найти информацию о геологии, глубине уровня грунтовых вод, сезонных колебаниях, области и скорости подпитки. Эту работу может выполнить гидрогеолог или специалист по грунтовым водам, используя различные инструменты, включая электросейсмическую съемку ^[20] , любую доступную информацию из близлежащих скважин, геологические карты и иногда геофизические изображения . Эти специалисты дают советы, которые почти так же точны, как и советы бурильщика, имеющего опыт и знания о близлежащих скважинах/скважинах и наиболее подходящей технике бурения на основе ожидаемой целевой глубины.

Загрязнение

Заболевания, передающиеся через воду, могут распространяться через колодец, загрязненный фекальными патогенами из выгребных ям .

Мужчина чистит колодец в Яунде , Камерун.

Ручной насос для откачки воды из колодца в деревне недалеко от Ченнаи в Индии, где вода в колодце может быть загрязнена близлежащими выгребными ямами .

Неглубокие насосные скважины часто могут поставлять питьевую воду по очень низкой цене. Однако примеси с поверхности легко достигают неглубоких источников, что приводит к большему риску заражения для этих скважин по сравнению с более глубокими скважинами. Загрязненные скважины могут привести к распространению различных заболеваний, передающихся через воду . Вырытые и забитые скважины относительно легко загрязнить; например, большинство вырытых скважин ненадежны в большинстве Соединенных Штатов. ^[21] Некоторые исследования показали, что в холодных регионах изменения в речном стоке и наводнения, вызванные экстремальными осадками или таянием снегов, могут ухудшить качество колодезной воды. ^[22]

Возбудители болезней

Большинство бактерий , вирусов , паразитов и грибков , загрязняющих колодезную воду, поступают из фекального материала людей и других животных. Распространенные бактериальные загрязнители включают E. coli , Salmonella , Shigella и Campylobacter jejuni . Распространенные вирусные загрязнители включают норовирус , саповирус , ротавирус , энтеровирусы и гепатиты A и E. Паразиты включают Giardia lamblia , Cryptosporidium , Cyclospora cayetanensis и микроспоридии . ^[21]

Химическое загрязнение

Химическое загрязнение является распространенной проблемой для грунтовых вод. ^[23] Нитраты из сточных вод , осадка сточных вод или удобрений представляют особую проблему для младенцев и маленьких детей. Загрязняющие химические вещества включают пестициды и летучие органические соединения из бензина , химчистки , топливной добавки метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) и перхлората из ракетного топлива, нагнетателей подушек безопасности и других искусственных и природных источников. ^{[ требуется ссылка ]}

Некоторые минералы также являются загрязнителями, включая свинец, выщелоченный из латунной арматуры или старых свинцовых труб, хром VI из гальванопокрытий и других источников, природный мышьяк , радон и уран — все они могут вызывать рак — и природный фторид , который в малых количествах желателен для предотвращения кариеса зубов , но в более высоких концентрациях может вызвать флюороз зубов . ^[21]

Некоторые химикаты обычно присутствуют в колодцах на уровнях, которые не являются токсичными, но могут вызывать другие проблемы. Кальций и магний вызывают то, что известно как жесткая вода , которая может выпадать в осадок и засорять трубы или сжигать водонагреватели. Железо и марганец могут появляться в виде темных пятен, которые пачкают одежду и сантехнику, и могут способствовать росту бактерий железа и марганца , которые могут образовывать скользкие черные колонии, засоряющие трубы. ^[21]

Профилактика

Качество воды в колодце можно значительно повысить, если облицевать колодец, загерметизировать устье колодца, установить самовсасывающий ручной насос, построить фартук, следить за тем, чтобы территория была чистой и свободной от застоявшейся воды и животных, перемещать источники загрязнения ( выгребные ямы , мусорные ямы, канализационные системы на месте ) и проводить санитарно-гигиеническое обучение. Колодец следует очищать 1% раствором хлора после строительства и периодически каждые 6 месяцев. ^{[ требуется цитата ]}

Колодезные отверстия должны быть закрыты, чтобы предотвратить попадание в отверстие и разложение свободного мусора, животных, экскрементов животных и заносимых ветром посторонних предметов. Крышка должна быть на месте в любое время, в том числе при заборе воды из колодца. Подвесная крыша над открытым отверстием помогает в некоторой степени, но в идеале крышка должна быть плотно прилегающей и полностью закрывающей, с только экранированным вентиляционным отверстием. ^{[ необходима цитата ]}

Необходимо соблюдать минимальные расстояния и требования к просачиванию почвы между местами утилизации сточных вод и колодцами. Правила, касающиеся проектирования и установки частных и муниципальных септиков, учитывают все эти факторы, чтобы защитить близлежащие источники питьевой воды.

Образование широких слоев населения также играет важную роль в защите питьевой воды. ^{[ необходима ссылка ]}

Смягчение

Очистка загрязненных грунтовых вод , как правило, очень затратна. Эффективная очистка грунтовых вод , как правило, очень сложна. Загрязнение грунтовых вод из поверхностных и подземных источников обычно можно значительно сократить путем правильного центрирования обсадной колонны во время строительства и заполнения кольцевого пространства обсадной колонны соответствующим герметизирующим материалом. Герметизирующий материал (затирка) следует размещать непосредственно над зоной добычи обратно на поверхность, поскольку при отсутствии правильно сконструированного уплотнения обсадной колонны загрязненная жидкость может попасть в скважину через кольцевое пространство обсадной колонны. Центрирующие устройства важны (обычно одно на длину обсадной колонны или с максимальным интервалом в 9 м), чтобы гарантировать, что залитое кольцевое пространство имеет равномерную толщину. ^{[ необходима цитата ]}

При строительстве новой испытательной скважины считается наилучшей практикой инвестировать в полную батарею химических и биологических тестов рассматриваемой скважинной воды. Очистка в точке использования доступна для отдельных объектов, а очистные сооружения часто строятся для муниципальных систем водоснабжения, которые страдают от загрязнения. Большинство этих методов очистки включают фильтрацию загрязняющих веществ, вызывающих беспокойство, и дополнительная защита может быть получена путем установки экранов обсадных труб только на глубинах, где загрязнения нет. ^{[ необходима цитата ]}

Колодезная вода для личного пользования часто фильтруется с помощью обратноосмотических процессоров воды; этот процесс может удалять очень мелкие частицы. Простой и эффективный способ уничтожения микроорганизмов — довести воду до полного кипения в течение одной-трех минут, в зависимости от местоположения. Домашний колодец, загрязненный микроорганизмами, можно первоначально обработать методом шокового хлорирования с использованием отбеливателя, создавая концентрации в сотни раз больше, чем в коммунальных системах водоснабжения; однако это не устранит никаких структурных проблем, которые привели к загрязнению, и, как правило, требует определенных знаний и испытаний для эффективного применения. ^[21]

После процесса фильтрации обычно применяют ультрафиолетовую (УФ) систему для уничтожения патогенов в воде. УФ-свет воздействует на ДНК патогена с помощью фотонов УФ-С, прорывающихся через клеточную стенку. УФ-дезинфекция набирает популярность в последние десятилетия, поскольку это метод очистки воды без использования химикатов. ^[24]

Экологические проблемы

Риск при размещении скважин на воду заключается в засолении почвы , которое происходит, когда уровень грунтовых вод в почве начинает падать, а соль начинает накапливаться по мере высыхания почвы. ^[25] Еще одна экологическая проблема, которая очень распространена при бурении скважин на воду, — это возможность просачивания метана.

Засоление почвы

Потенциал засоления почвы представляет собой большой риск при выборе места размещения скважин. Засоление почвы происходит, когда уровень грунтовых вод в почве со временем падает и соль начинает накапливаться. В свою очередь, повышенное количество соли начинает иссушать почву. Повышенный уровень соли в почве может привести к ее деградации и может быть очень вредным для растительности. ^{[ необходима цитата ]}

Метан

Метан , удушающее вещество, является химическим соединением, которое является основным компонентом природного газа. Когда метан вводится в замкнутое пространство, он вытесняет кислород, снижая концентрацию кислорода до уровня, достаточно низкого, чтобы представлять угрозу для людей и других аэробных организмов, но все еще достаточно высокого для риска спонтанного или вызванного извне взрыва. Этот потенциал взрыва представляет такую ​​опасность в отношении бурения и размещения скважин. ^{[ необходима цитата ]}

Низкие уровни метана в питьевой воде не считаются токсичными. Когда метан просачивается в водоснабжение, это обычно называют «миграцией метана». Это может быть вызвано тем, что старые скважины природного газа вблизи систем водозаборных скважин становятся заброшенными и больше не контролируются. ^{[ необходима цитата ]}

В последнее время, ^{[ когда? ]} однако, описанные скважины/насосы больше не очень эффективны и могут быть заменены либо ручными насосами , либо педальными насосами . Другой альтернативой является использование самокопаных скважин, электрических глубинных насосов (для больших глубин). Соответствующие технологические организации, такие как Practical Action, теперь ^{[ когда? ]} предоставляют информацию о том, как построить/установить ( сделай сам ) ручные насосы и педальные насосы на практике. ^{[26] [27]}

Пена для пожаротушения ПФАС/ПФОС

Пер- и полифторалкильные вещества ( PFAS или PFAS ) представляют собой группу синтетических фторорганических химических соединений , которые имеют несколько атомов фтора , присоединенных к алкильной цепи. PFAS представляют собой группу «вечных химикатов», которые очень быстро и очень далеко распространяются в грунтовых водах, загрязняя их навсегда. Водозаборные скважины вблизи некоторых аэропортов, где до 2010 года проводились какие-либо виды пожаротушения или учений, вероятно, загрязнены PFAS.

Безопасность воды

Исследование пришло к выводу, что из ~39 миллионов скважин с грунтовыми водами 6–20 % подвержены высокому риску высыхания , если уровень местных грунтовых вод снизится менее чем на пять метров или, как во многих районах и, возможно, более чем в половине основных водоносных горизонтов ^[28] , продолжит снижаться. ^{[29] [30] [ необходимо дополнительное объяснение ]}

Общество и культура

Водопользование, Tacuinum Sanitatis , Biblioteca Casanatense (14 век)

Источники и колодцы имели культурное значение с доисторических времен, что привело к основанию таких городов, как Уэллс и Бат в Сомерсете . Интерес к пользе для здоровья привел к росту курортных городов, многие из которых имели в своем названии колодцы , например, Лландриндод-Уэллс и Ройал-Танбридж-Уэллс . ^[31]

Иногда утверждается, что Эратосфен использовал колодец при расчете окружности Земли ; однако это всего лишь упрощение, использованное в более кратком объяснении Клеомеда , поскольку Эратосфен использовал более сложный и точный метод. ^[32]

Многие события в Библии происходят вокруг колодцев, например, нахождение жены для Исаака в Книге Бытия и разговор Иисуса с самаритянкой в ​​Евангелиях . ^[33]

Простая модель восстановления скважины

Схема скважины с водой, частично заполненной до уровня z, с верхней точкой водоносного горизонта на уровне z _T

Для скважины с непроницаемыми стенками вода в скважине пополняется со дна скважины. Скорость, с которой вода поступает в скважину, будет зависеть от разницы давления между грунтовыми водами на дне скважины и колодезной водой на дне скважины. Давление столба воды высотой z будет равно весу воды в столбе, деленному на площадь поперечного сечения столба, поэтому давление грунтовых вод на расстоянии z _T ниже верхней границы уровня грунтовых вод будет:

${\displaystyle P_{g}=\rho \,g\,z_{T}}$

где ρ — плотность массы воды, а g — ускорение силы тяжести. Когда вода в колодце находится ниже уровня грунтовых вод, давление на дне колодца из-за воды в колодце будет меньше P _g и вода будет вытеснена в колодец. Согласно диаграмме, если z — расстояние от дна колодца до уровня воды в колодце, а z _T — расстояние от дна колодца до верха грунтовых вод, разница давлений будет равна:

${\displaystyle \Delta P=\rho \,g\,(z_{T}-z)}$

Применяя закон Дарси , объемная скорость ( F ), с которой вода нагнетается в скважину, будет пропорциональна этой разнице давлений:

${\displaystyle \Delta P=R\,F}$

где R — сопротивление потоку, которое зависит от поперечного сечения скважины, градиента давления на дне скважины и характеристик субстрата на дне скважины. (например, пористости). Объемный расход в скважину можно записать как функцию скорости изменения уровня воды в скважине:

${\displaystyle F=A{\frac {dz}{dt}}}$

Объединение трех приведенных выше уравнений дает простое дифференциальное уравнение относительно z :

${\displaystyle RA{\frac {dz}{dt}}=\rho g(z_{T}-z)}$

которые могут быть решены:

${\displaystyle z=z_{T}-(z_{T}-z_{0})e^{-t/\tau }}$

где z ₀ — уровень воды в скважине в момент времени t=0 , а τ — постоянная времени скважины:

${\displaystyle \tau ={\frac {RA}{\rho g}}}$

Обратите внимание, что если dz/dt для истощенной скважины можно измерить, то она будет равна и можно рассчитать постоянную времени τ. Согласно приведенной выше модели, для полного восстановления скважины потребуется бесконечное количество времени, но если мы считаем, что скважина, восстановленная на 99%, «практически» восстановлена, то время для практического восстановления скважины с уровня в z будет: ${\displaystyle z_{T}/\tau }$

${\displaystyle T_{r}=\tau \ln \left({\frac {1-z/z_{T}}{1-0.99}}\right)}$

Для полностью истощенной скважины ( z=0 ) потребуется время около 4,6 τ для практического восстановления.

Вышеуказанная модель не учитывает истощение водоносного слоя из-за откачки, которая снизила уровень воды в скважине (см. тест водоносного слоя и уравнение потока грунтовых вод ). Кроме того, практические скважины могут иметь непроницаемые стенки только до, но не включая коренную породу, что даст большую площадь поверхности для поступления воды в скважину. ^{[34] [35]}

Похожие и родственные водные структуры

• Типы древних колодцев
  • Колодец, облицованный кирпичом
  • Замковый колодец , для использования в замке
  • Цистерна , древнегреческая
  • Ступенчатый колодец , древняя Индия

• Современные методы строительства
  • Бурение колодцев баптистами , простая техника
  • Родригес , скважина для сбора питьевой воды в полярных регионах
  • Родниковое водоснабжение , водопроводная вода из скважины

• Использует
  • Святой колодец , священные колодцы в разных религиях
    • Колодец Авраама , священный колодец в Израиле
    • Гхат , священный в индуизме и буддизме

• • Дренаж и орошение
    • Дренаж через скважины
    • Шадуф — оросительный инструмент, который используется для подъема воды из источника на сушу или в другой водный путь или бассейн.

• • Стирка
    • Лавуар , общественное место для стирки белья.

Смотрите также

• Ископаемая вода

• История водоснабжения и канализации

• Древние методы сохранения воды

• Самообеспечение водой и санитарией

Ссылки

1. Пельтенбург, Эдгар (2012). «Водяные колодцы Восточного Средиземноморья 9–7 тысячелетий до нашей эры». В: Флориан Климша (редактор), Wasserwirtschaftliche Innovationen im археологический контекст. Von den prähistorischen Anfängen bis zu den Metropolen der Antike. Раден/Вестфалия: Лейдорф: 69–82. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
2. Галили, Эхуд; Нир, Яаков (1993). «Затопленный докерамический неолитический колодец Атлит-Яма, северный Израиль, и его палеоэкологические последствия». Голоцен . 3 (3): 265–270. Bibcode : 1993Holoc...3..265G. doi : 10.1177/095968369300300309. S2CID  130032420.
3. Рыбничек, Михал; Кочар, Петр; Мюгг, Бернхард; Пешка, Ярослав; Седлачек, Радко; Тегель, Вилли; Коларж, Томаш (2020). «Самая старая в мире археологическая деревянная постройка, датированная дендрохронологически». Журнал археологической науки . 115 . Бибкод : 2020JArSc.115j5082R. дои : 10.1016/j.jas.2020.105082. S2CID  213707193.
4. "Кюховенер Бруннен - ​​Dorfgemeinschaft Kückhoven EV"
5. Tegel W, Elburg R, Hakelberg D, Stäuble H, Büntgen U (2012). «Водяные колодцы раннего неолита открывают самую древнюю деревянную архитектуру в мире». PLOS ONE . 7 (12): e51374. Bibcode : 2012PLoSO...751374T. doi : 10.1371/journal.pone.0051374 . PMC 3526582. PMID  23284685 . 
6. Kuhn, Oliver (2004-06-30). "Древнее китайское бурение". Канадское общество геофизиков-разведчиков . 29 (6).
7. Chang, Mingteh (2012). Лесная гидрология: введение в воду и леса (3-е изд.). CRC Press (опубликовано 1 ноября 2012 г.). стр. 31. ISBN 978-1439879948.
8. Кун, Ви Кек (25 июля 2015 г.). «Как древние китайцы заботились о своей питьевой воде». South China Morning Post .
9. "Объяснение/разница между Сакией и Сакией". Britannica.com . Получено 19 декабря 2011 г.
10. "Sakia explication". Britannica.com . Получено 2011-12-19 .
11. "На Кипре найдены колодцы каменного века". BBC News .
12. Ашкенази, Эли (9 ноября 2012 г.). «Древний колодец раскрывает секреты первых фермеров долины Изреель». Haaretz .
13. "ASTM International – Standards Worldwide". www.astm.org . Архивировано из оригинала 2020-08-01 . Получено 2019-02-01 .
14. Джозеф П. Рива-младший и Гордон И. Этуотер. "petroleum". Encyclopaedia Britannica . Получено 30 июня 2008 г.
15. "Woodingdean Well". 2005. Получено 26 января 2010 .
16. "Колодец Святого Патрика". Umbriatravel.com . Получено 2011-12-19 .
17. «Как я бурю скважину». Popular Science , апрель 1952 г., стр. 177–181.
18. Ассоциация), NKBA (Национальная кухня и ванная комната (2013-10-29). Строительство и системы жилых помещений для кухни и ванной комнаты. John Wiley & Sons. ISBN 9781118711040.
19. Арнольд, Л.Р.; Флинн, Дж.Л.; Пашке, С.С. (2009-10-20). «Проектирование и установка сети скважин для мониторинга грунтовых вод в водоносном горизонте Хай-Плейнс, Колорадо». USGS Publications Wareahouse . Серии данных. Геологическая служба США. doi :10.3133/ds456 . Получено 27 мая 2024 г.
20. Du Preez, Michael. "ЭЛЕКТРОСЕЙСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД" (PDF) . Блумфонтейн, Южная Африка . Получено 21 апреля 2011 г.
21. Комитет по охране окружающей среды; Комитет по инфекционным заболеваниям (2009). «Питьевая вода из частных колодцев и риски для детей». Педиатрия . 123 (6): 1599–1605. doi : 10.1542/peds.2009-0751 . PMID  19482772.
22. Вибе, Эндрю Дж.; Рудольф, Дэвид Л.; Паша, Эхсан; Брук, Жаклин М.; Кристи, Майк; Менквельд, Пол Г. (2021). «Влияние пополнения на основе событий на уязвимость общественных скважин». Устойчивость . 13 (14): 7695. doi : 10.3390/su13147695 . ISSN  2071-1050.
23. Ассоциация, Американские водопроводные сооружения (2003). Источники воды. Американская ассоциация водопроводных сооружений. ISBN 9781583212295.
24. Meulemans, CCE (1987-09-01). "Основные принципы УФ-дезинфекции воды". Озон: Наука и инженерия . 9 (4): 299–313. Bibcode : 1987OzSE....9..299M. doi : 10.1080/01919518708552146. ISSN  0191-9512.
25. "Засоление почвы из-за размещения скважин для воды, упомянутых в Индии". Ngm.nationalgeographic.com. 2002-10-17. Архивировано из оригинала 22 мая 2009 года . Получено 2011-12-19 .
26. "Практические ответы – Ручные насосы". Practicalaction.org . Получено 19 декабря 2011 г.
27. "Ножной насос". Dev.practicalaction.org . Получено 2011-12-19 .
28. Famiglietti, James S.; Ferguson, Grant (23 апреля 2021 г.). «Скрытый кризис под нашими ногами». Science . 372 (6540): 344–345. Bibcode :2021Sci...372..344F. doi :10.1126/science.abh2867. PMID  33888627. S2CID  233353241 . Получено 10 мая 2021 г. .
29. «Крупнейшая оценка мировых скважин грунтовых вод показывает, что многие из них находятся под угрозой высыхания». ScienceDaily . Получено 10 мая 2021 г. .
30. Jasechko, Scott; Perrone, Debra (23 апреля 2021 г.). «Глобальные скважины грунтовых вод под угрозой иссякания». Science . 372 (6540): 418–421. Bibcode :2021Sci...372..418J. doi :10.1126/science.abc2755. ISSN  0036-8075. PMID  33888642. S2CID  233353207 . Получено 10 мая 2021 г. .
31. Берр, Томас Бендж (1766). История Танбридж-Уэллса. Лондон.
32. Руссо, Лючио (2004). Забытая революция . Берлин: Springer. С. 273–277.
33. Бромили, Джеффри У. (1982), Международная стандартная библейская энциклопедия: EJ , Wm. B. Eerdmans Publishing, стр. 955, ISBN 9780802837820
34. "Well Flow Equations" (PDF) . Cal Poly Humboldt, Department of Geology . Получено 13 июня 2022 г. .
35. «Сколько воды может дать колодец». Inspectapedia . Получено 13 июня 2022 г.

Библиография

• Дрисколл, Ф. (1986). Грунтовые воды и колодцы . Сент-Пол : Johnson Filtration Systems. ISBN 978-0-9616456-0-1.
• Raymond Rowles (1995). Бурение на воду (2-е изд.). Avebury, Cranfield University. ISBN 1-85628-984-2.

Внешние ссылки

• Тема «Устойчивое развитие подземных вод» Сети сельского водоснабжения (RWSN)
• Водный портал – Аквопедия
• Набор инструментов для устойчивой санитарии и управления водными ресурсами
• Центры США по контролю и профилактике заболеваний (CDC) Здоровая вода – сайт о скважинах, на котором описываются основные сведения о скважинах, рекомендации по правильному размещению и расположению скважин для предотвращения загрязнения, испытания скважин, заболевания, связанные со скважинами, экстренная обработка скважин и другие темы.
• Геологическая служба США – Грунтовые воды: скважины
• Геологическая служба США – Наука о воде Фотографии текущей артезианской скважины
• Бурение скважин 18 крайне полезных вопросов и ответов
• Американский фонд грунтовых вод
• Международная техническая библиотека Lifewater Архивировано 16 июня 2013 г. на Wayback Machine
• Технические ресурсы по строительству скважин для НПО