Колодец это сообщающийся сосуд
Организация индивидуального водоснабжения дачников и владельцев загородных коттеджей часто ложится на их плечи. Артезианский колодец – самый производительный и эффективный вариант автономного источника воды. Глубина скважины достигает слоев, которые не зависят от сезонных колебаний уровня воды и других факторов. Бурение можно заказать специализированной компании или выполнить самостоятельно.
Особенности артезианской скважины
Название «артезианская вода» пошло от французской провинции Артуа, где в XII в. устраивались первые колодцы на глубинных горизонтах. Их особенность – нахождение между водоупорными слоями. При бурении скважины или шурфа жидкость поднимается выше кровли водоносного пласта. Вода изливается наружу, иногда над поверхностью земли может подниматься фонтан. Процесс обусловлен гидравлическим давлением, создающим напор.
Вода, находящаяся на уровне известняков, успевает хорошо очиститься, проходя многочисленные природные фильтры из песка и суглинка. Глубина источника составляет 50-250 м. Чтобы выяснить примерное залегание водоносных слоев в регионе, пользуются специальными картами, для более точной информации проводится пробное бурение.
Виды скважин водоснабжения
Внимание. В некоторых источниках вода может быть излишне минерализована, поэтому перед употреблением необходимо отдать жидкость на химический анализ.
Основа скважины – обсадная труба, конструкция защищает ствол от обрушения породы, а установленный в нижней части фильтр, избавляет от загрязнения. Чаще всего используются пластиковые или металлические трубы. Каждый материал имеет достоинства и недостатки: металл – подвергается коррозии, пластик может не выдержать давления грунта. Оптимальный вариант – выполнить наружную обсадную колонну из металла, а внутреннюю из пластика.
Производительность напорного источника составляет 5-10 м3/час, этот показатель значительно выше, чем у скважины на песок – 0,5-1,5 м3/час. За счет большого дебета происходит быстрое наполнение колодца.
Совет. Фильтр на обсадную колонну выбирается в зависимости от типа грунта. Для песчаной почвы – подойдет сетчатый, для каменистых пород – устанавливаются щелевые и дырчатые.
Принцип действия артезианского колодца
Грунтовые воды, скопившиеся между водоупорными пластами, при вскрытии верхнего слоя устремляются вверх по стволу. Действие артезианского колодца основано на принципе сообщающихся сосудов. Скважина функционирует при определенных условиях:
- колодец устраивается в низине;
- рыхлый пористый слой, насыщающийся жидкостью, зажат между двумя водонепроницаемыми пластами.
В замкнутом пространстве скапливается значительный объем воды, не имеющий выхода наружу. Искусственное отверстие, проделанное через несколько типов грунта, дает возможность воде подниматься на определенную высоту под действием давления.
Действие артезианского колодца
Поэтому, несмотря на значительную глубину колодца, водозабор осуществляется на более высоком уровне, обычно на песчаном горизонте. Величина подъема зависит от количества жидкости в подземном бассейне. В одних колодцах вода изливается фонтаном, а в других просто поднимается до половины скважины. После водозабора уровень восстанавливается самопроизвольно.
Совет. Производительность колодца пропорционально его диаметру и стоимости. Чем больше диаметр, тем существенней производительность скважины и выше стоимость работ по ее бурению.
Преимущества и недостатки артезианского колодца
Автономные скважины стали популярным способом наладить водоснабжение частного дома или небольшого поселка. Для их использования требуется специальное разрешение и финансовые вложения, но это не снижает спрос на индивидуальные источники напорного типа. Почему же они так популярны?
Преимущества:
- Артезианский колодец обеспечит водой на срок до 50 лет. Этот показатель значительно превышает время эксплуатации абиссинского колодца и песчаной скважины.
- Большой объем подземных вод создает высокий дебит скважины, позволяющий наладить водоснабжение нескольких домов.
- Высокие качества воды, которая прошла многоуровневую фильтрацию. Глубина залегания исключает попадание в жидкость химикатов и канализационных стоков.
Артезианский колодец в разрезе
Недостатки:
- Стоимость бурения артезианской скважины гораздо дороже, чем других вариантов водоснабжения.
- На использование источника необходимо получить разрешение.
- Если в воде растворено много минеральных веществ, она обладает лечебными свойствами, но не рекомендуется для ежедневного употребления. В таком случае придется установить фильтр для очистки от солей и железа.
Бурение артезианского колодца
Выбор способа бурения зависит от нескольких факторов:
- размер скважины – колодец небольшого диаметра можно бурить вручную.
- тип грунта;
- глубина водоносного горизонта.
При самостоятельно бурение артезианского колодца используют механическое устройство с треногой и обсадной трубой, имеющей специальную насадку. Для прохождения мягкого грунта берется винтообразный шнек, для твердого – долото. Прочные породы обычно проходят ударным способом бурения, используя металлический снаряд. Выбирание грунта из водоносного пласта производится желонкой.
Конструкция обсадной колонны
Обустройство скважины
Расстояние между обсадной колонной и скважиной бетонируют. Это мероприятие обеспечивает устойчивость конструкции и защищает трубу от попадания грунтовых вод. Существует несколько способов обустройства скважины:
- Классическая однотрубная – колодец с одной металлической обсадной колонной.
- Двойная обсадная труба – внутрь наружной металлической колонны диаметром 125 мм вводится пластиковая труба сечением 113 мм.
- Монтаж кондуктора – металлическая труба, имеющая диаметр больше обсадной колонны устанавливается в верхней части для защиты от плывуна.
- Телескопическая колонна – применяется для скважин большой глубины (150-200 м). В этом случае диаметр труб, надеваемых одна на другую, постепенно уменьшается. Самая большая устанавливается первой, в нее опускаются 2-3 отрезка меньшего диаметра.
Виды устройства скважин
После установки обсадной колонны с фильтром, выполняется промывание и раскачивание скважины. Из колодца откачивается вода, имеющая примеси песка и глины, до тех пор, пока жидкость не станет прозрачной.
Внимание. Эксплуатации скважины без хорошего фильтра будет недолговечной. Изготовить его можно самостоятельно, выполнив перфорацию нижнего участка обсадной трубы, и обмотав специальной сеткой.
Оборудование для артезианской скважины
Подача воды в систему водопровода осуществляется с помощью насосов. Это могут быть погружные или наружные модели. Верхняя часть скважины для безопасной круглогодичной эксплуатации оборудуется кессоном – камерой, защищающей оборудование и источник от замерзания. Верхний конец обсадной трубы закрывается оголовком. Для нормального функционирования системы водоснабжения требуется монтаж гидроаккумулятора и автоматики.
Оборудование для скважины
Артезианский колодец наиболее эффективный метод автономного водоснабжения. Он обеспечит владельцев чистой питьевой водой на долгие годы. Даже при интенсивной эксплуатации качество и объем воды останутся на высоком уровне.
Не забудьте оценить статью:
Источник
Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости в каждом из сосудов. Таким образом жидкость может перемещаться из одного сосуда в другой.
Перед тем как понять принцип действия сообщающихся сосудов и варианты их использования необходимо определиться в понятиях, а точнее разобраться с основным уравнением гидростатики.
Итак, сообщающиеся сосуды имеют одно общее дно и закон о сообщающихся сосудах гласит:
Какую бы форму не имели такие сосуды, на поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя на одном уровне действует одинаковое давление.
Для иллюстрации этого закона и возможностей его применения начнем с рассмотрения основного уравнения гидростатики.
Основное уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh
где P1 – это среднее давление на верхний торец призмы,
P – давление на нижний торец,
g – ускорение свободного падения,
h – глубина погружения призмы под свободной поверхностью жидкости.
ρgh – сила тяжести (вес призмы).
Звучит уравнение так:
Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.
Из написанного выше уравнения следует, что если давление, например в верхней точке изменится на какую-то величину ΔР, то на такую же величину изменится давление в любой другой точке жидкости
Доказательство закона сообщающихся сосудов
Возвращаемся к разговору про сообщающиеся сосуды.
Предположим, что имеются два сообщающихся сосуда А и В, заполненные различными жидкостями с плотностями ρ1 и ρ2. Будем считать, что в общем случае сосуды закрыты и давления на свободных поверхностях жидкости в них соответственно равны P1 и P2.
Пусть поверхностью раздела жидкостей будет поверхность ab в сосуде А и слой жидкости в этом сосуде равен h1. Определим в заданных условиях уровень воды в сообщающихся сосудах – начнем с сосуда В.
Гидростатическое давление в плоскости ab, в соответствии с уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh1
если определять его, исходя из известного давления P1 на поверхность жидкости в сосуде А.
Это давление можно определить следующим образом
P = P2 + ρgh2
где h2 – искомая глубина нагружения поверхности ab под уровнем жидкости в сосуде В. Отсюда выводим условие для определения величины h2
P1 + ρ1gh1 = P2 + ρ2gh2
В частном случае, когда сосуды открыты (двление на свободной поверхности равно атмосферному), а следовательно P1 = P2 = Pатм , имеем
ρ1h1 = ρ2h2
или
ρ1 / ρ2 = h2 / h1
т.е. закон сообщающихся сосудов состоит в следующем.
В сообщающихся сосудах при одинаковом давлении на свободных поверхностях высоты жидкостей, отсчитываемые от поверхности раздела, обратно пропорциональны плотностям жидкостей.
Свойства сообщающихся сосудов
Если уровень в сосудах одинаковый, то жидкость одинаково давит на стенки обоих сосудов. А можно ли изменить уровень жидкости в одном из сосудов.
Можно. С помощью перегородки. Перегородка, установленная между сосудами перекроет сообщение. Далее доливая жидкость в один из сосудов мы создаем так называемый подпор – давление столба жидкости.
Если затем убрать перегородку, то жидкость начнет перетекать в тот сосуд где её уровень ниже до тех пор пока высота жидкости в обоих сосудах не станет одинаковой.
В быту этот принцип используется например в водонапорной башне. Наполняя водой высокую башню в ней создают подпор. Затем открывают вентили, расположенные на нижнем этаже и вода устремляется по трубопроводам в каждый подключенный к водоснабжению дом.
Приборы основанные на законе сообщающихся сосудов
На принципе сообщающихся сосудов основано устройство очень простого прибора для определения плотности жидкости. Этот прибор представляет собой два сообщающихся сосуда – две вертикальные стеклянные трубки А и В, соединенные между собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая жидкостью известной плотности ρ1 (например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкости в среднем колене находились на одной и той же отметке прибора 0.
Затем измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой h1 и h2. И имея ввиду, что эти высоты обратно пропорциональны плотностям легко находят плотность исследуемой жидкости.
В случае, когда оба сосуде заполнены одной и той же жидкостью – высоты, на которые поднимется жидкость в сообщающихся сосудах, будут одинаковы. На этом принципе основано устройство так называемого водометного стекла А. Его применяют для определения уровня жидкости в закрытых сосудах, например резервуарах, паровых котлах и т.д.
Принцип сообщающихся сосудов заложен в основе ряда других приборов, предназначенных для измерения давления.
Применение сообщающихся сосудов
Простейшим прибором жидкостного типа является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости.
Пьезометр представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (обычно не более 5 мм), открытую с одного конца и вторым концом присоединяемую к сосуду, в котором измеряется давление.
Высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке – так называемая пьезометрическая высота – характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для определения его величины.
Пьезометр – очень чувствительный и точный прибор, но он удобен только для измерения небольших давлений. При больших давлениях трубка пьезометра получается очень длинной, что усложняет измерения.
В этом случае используют жидкостные манометры, в которых давление уравновешивается не жидкостью, которой может быть вода в сообщающихся сосудах, а жидкостью большей плотности. Обычно такой жидкостью выступает ртуть.
Так как плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды и при измерении одних и тех же давлений трубка ртутного манометра оказывается значительно короче пьезометрической трубки и сам прибор получается компактнее.
В случае если необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или, например, в двух точках жидкости в одном и том же сосуде применяют дифференциальные манометры.
Сообщающиеся сосуды находят применение в водяных и ртутных приборах жидкостного типа, но ограничиваются областью сравнительно небольших давлений – в основном они применяются в лабораториях, где ценятся благодаря своей простоте и высокой точности.
Когда необходимо измерить большое давление применяются приборы основанные на механических принципах. Наиболее распространенный из них – пружинный манометр. Под действием давления пружина манометра частично распрямляется и посредством зубчатого механизма приводит в движение стрелку, по отклонению которой на циферблате показана величина давления.
Видео по теме
Ещё одним устройством использующим принцип сообщающихся сосудов хорошо знакомым автолюбителем является гидравлический пресс(домкрат). Конструктивно он состоит из двух цилиндров: одного большого, другого маленького. При воздействии на поршень малого цилиндра на большой передается усилие во столько раз большего давления во сколько площадь большого поршня больше площади малого.
Вместе со статьей “Закон сообщающихся сосудов и его применение.” читают:
Источник
фото с сайта https://zakaz-kolodec.ru/
Колодец — невероятно старое сооружение, придуманное человеком в незапамятные времена для забора воды из почвы. Археологи обнаружили старые колодца в самых древних поселениях человека, т.е. колодцы уже были в те времена, когда люди еще только начинали жить вместе — общинами, родами, и т.д…
Среди тех, кто решил выкопать колодец на даче, существует масса заблуждений на счет некоторых особенностей устройства, сооружения и эксплуатации колодца. В этой статье мы постараемся развеять некоторые мифы о колодцах и высказать некоторые замечания опираясь на свой собственный опыт и на опыт наших предшественников — старых мастеров копателей колодцев.
Чем глубже колодец — тем выше уровень воды в немто расхожее заблуждение. Некоторые «деятели» утверждают, что зеркало воды в колодце — это уровень грунтовых вод. Это неправильно. Ведь если бы это было так, то колодцы копали бы на глубину УГВ (уровень грунтовых вод) и все пили бы по сути, грязную и мутную грунтовую воду. Колодцы же строят по принципу нахождения водоносного слоя, который не имеет никакого отношения к УГВ. Это первое опровержение. Второе опровержение: Вот вам небольшой пример, в Сергиевом Посаде, где мы живем, на нашем участке уровень УГВ — 3 метра, это обычный уровень для района, а глубина колодца — 30 метров и уровень воды в нем — 1 метр. Ну и причем здесь УГВ?!
Таким образом, высота воды в колодце зависит лишь от высоты самого водоносного горизонта и если, в нашем случае, его «толщина» (мы предпочитаем термин «высота») составляет 1 метр, то выше она уже не поднимется, как ни крути, это ведь не водонапорная башня, в самом деле. В физике четко обозначен закон «сообщающихся сосудов», уровень жидкости в которых выравнивается. То же происходит и здесь. Где два сообщающихся сосуда это не что иное, как колодец и водоносный горизонт. Да, для колодца используют верхний водоносный горизонт, он выше, нежели горизонты для скважин, но никакого отношения к грунтовым водам он не имеет.
Чем больше глубина колодца, тем больше объем накопленной воды
Это второе заблуждение. На первый взгляд так кажется, что чем глубже выкопаешь колодец, тем больший объем воды будет. Это заблуждение происходит вследствие того, что часто путают объем и дебет воды. Дебет — это скорость заполнения колодца в промежуток времени и на объем не оказывает влияния из-за того, что сам уровень воды априори не может быть выше водоносного горизонта. Даже если вы будете копать дальше места, где попали в жилу, это не значит, что водоносная жила будет качать вам воду подобно насосу. Средний дебет воды в колодце обычно 1 сутки. Т.е. вода обновляется каждый день. Если у кого-то высота столба воды в колодце 2-3 кольца, это просто значит, что при высоте горизонта в 1 метр выкопали еще 1-2 кольца ниже слоя. Это возможно при постоянной откачке воды при копке. Естественно это стоит несколько дороже, чем обычная копка.
Какой глубины должен быть колодец
Как правило, такой вопрос часто задают те, для кого важен достаточный объем для покрытия своих нужд в воде. Например, для фермеров, которые интенсивно расходую воду во время полевых работ. Что же, глубже выкопать колодец можно. В таком случае у вас просто будет большая емкость для накопления воды. Но со скоростью обновления воды это никак не связано. Вы просто будете аккумулировать больше ее в течении суток, например и для заполнения своих емкостей при помощи насоса, вам хватит расчетно количества. Если же вам все равно не хватает воды — тут уж ничего не поделаешь. Точно предсказать глубину, уровень столба воды и дебет воды в колодце не может никто. Здесь все зависит от самой природы. Более менее точно спрогнозировать уровень воды, глубину и дебет, может лишь опытный мастер на основе как своего опыта, так и опыта своих предшественников. Да и то, точно предоставить прогноз даже он не в силах.
Бывают ли сухие колодцы
Очень редко, но такое случается. На нашей памяти был один похожий случай в окрестностях Сергиева Посада. Так вот, там докопали до 33 метров, но воды так и не встретили, а рядом в 7 метрах был соседский колодец, в котором вода была уже на глубине 10 метров. Ну что ж, ребятам просто «посчастливилось» попасть в т.н. «водораздел», в место, где два водоносных горизонта отделены друг от друга… Некоторые «специалисты», не выкопавшие за свою жизнь ни одного колодца начинают бить себя в грудь и кричать о том, что Копка колодца, это, мол, если и не «русская рулетка», то — лотерея, уж точно. Смеем с негодованием отмести это утверждение, как вредное и ложное. На нашей памяти только один похожий случай, а копаем колодцы мы более 15 лет. Так что пусть не болтают почем зря и не сотрясают воздух. Если уж на то пошло, то бурение скважины гораздо больше подходит для лотереи, ибо здесь совсем непредсказуем результат, а стоит это «удовольствие» на порядок выше копки колодца. Так что вполне понятно, кто начинает «сгущать тучи» вокруг копки колодца для дачи. Сама статистика утверждает, копк колодца практически в 100% случаях приносит положительный результат.
Источник