Jak dlouho můžete čerpat vodu ze studny?

Vodní studny přicházejí v různých hloubkách. Pokud se rozhodnete vrtat hlubokou studnu, například 100 metrů hlubokou, znamená to, že se z této hloubky bude muset vytahovat voda? Potřebujete čerpadlo s dopravní výškou více než 100 metrů? Tyto otázky si často kladou lidé, kteří se poprvé rozhodnou postavit si studnu pro zásobování vodou. Řekněme rovnou, že odpověď na obě tyto otázky je ne. Pokud jen chcete vědět, do jaké hloubky je potřeba čerpadlo instalovat, pak je odpověď jednoduchá – čerpadlo je potřeba instalovat pod dynamickou hladinu vody ve studni. A pokud chcete pochopit, proč a co je tato dynamická úroveň, budete se muset trochu ponořit do detailů. Pojďme na to přijít.

Hladina vody ve vodonosné vrstvě

Pro přístup do vodonosné vrstvy jsou vyvrtány studny. Vodonosná vrstva je vrstva horniny (písky, rozbité vápence nebo pískovce) propustná pro vodu, ve které se voda může pohybovat. Propustné vrstvy se střídají s vrstvami relativně nepropustných hornin (například jíly), kterým se říká akvitardy. Vzhledem k tomu, že vrstvy v zemské kůře leží převážně vodorovně (i když s určitým sklonem), voda ve zvodněných vrstvách se také pohybuje převážně v horizontálním směru. Vodotěsné vrstvy jimi také umožňují průchod vody (i když velmi pomalu). K pomalému pohybu podzemní vody málo propustnými vrstvami dochází především ve vertikálním směru. Uvažujme, jak se tvoří hladina vody ve vodonosných vrstvách. Typicky, v mělkých horizontech nejprve od povrchu, hladina vody je ustavena blízko povrchu země. Pokud poblíž teče řeka a je tam rokle, teče tam podzemní voda (odtéká) a hladina podzemní vody v horizontu je nastavena o něco výše, než je hladina vody v řece nebo hladina dna rokle (tato hladina je tzv. drenážní základ). Pokud jsou horní vrstvy reprezentovány propustnými horninami, pak po vyvrtání studny uvidíme hladinu vody v ní v hloubce, ve které byly objeveny horniny nasycené vodou. Taková vodonosná vrstva se nazývá neomezená vodonosná vrstva nebo, staromódním způsobem, horizont podzemní vody. Jsou-li svrchní vrstvy reprezentovány horninami s nízkou propustností, pak může být hladina vody ve studni nastavena výše, takové vodonosné vrstvy se nazývají tlakové vodonosné vrstvy. Odkud pochází přetlak ve vodonosných vrstvách? Faktem je, že vodotěsné (nebo spíše slabě propustné) vrstvy jsou také naplněny vodou a voda v nich se pohybuje pomalu, ale pomalu. Voda, která je absorbována z povrchu nebo z nadložní zvodně, se pomalu pohybuje aquitardem a teče do spodní zvodnělé vrstvy. Jelikož k tomuto pomalému pohybu dochází na obrovské ploše, proudí díky němu velké množství vody. Současně se zvyšuje tlak vody ve zvodně a vzniká zvýšený tlak. Podél vodonosné vrstvy se voda pohybuje vysokou (relativně) rychlostí do vzdáleného odtoku nebo do studny pro příjem vody.

V artézských pánvích může vzniknout zvýšený tlak ve zvodně v důsledku rozdílu výšek zemského povrchu v oblastech doplňování a odvádění podzemní vody. Pokud vodonosná vrstva leží s určitým sklonem, pak na jednom místě může být umístěna blízko povrchu a na jiném – v poměrně velké hloubce. Protože voda dobře přenáší tlak, vytváří se v celé zvodně tlak, který se blíží hladině vody ve zvodně, kde se nachází blízko zemského povrchu (pamatujte na Pascalův zákon ze školních osnov fyziky). Obvykle tam, kde je vodonosná vrstva mělká, do ní prosakuje voda ze zemského povrchu (vodonosná vrstva se dobíjí). Tam, kde je vodonosná vrstva hluboká, podzemní voda protéká nepropustnými vrstvami nadložní vodonosné vrstvy. Pokud do takové vodonosné vrstvy v její hluboké části vyvrtáme studnu, pak voda v této studni stoupne na úroveň odpovídající tlaku vody v horizontu, tedy na úroveň blízkou hladině vody v mělké části vodonosná vrstva. Pokud je oblast dobíjení artézské zvodnělé vrstvy umístěna na kopci a oblast vypouštění je v nížině, pak může být tlak vody ve studni ještě vyšší než úroveň země, taková studna bude samoproudit nebo dokonce tryskat ven. Ukazuje se, že hladina vody ve studni nezávisí na její hloubce, ale pouze na tlaku vody ve zvodnělé vrstvě. V hluboké studni, která proniká tlakovým horizontem, může být hladina v malé hloubce a v relativně mělké studni může voda stát blízko dna (správněji dna) studny.

Hladiny vody ve studni: statické a dynamické

Mluvili jsme o tom, jaká může být hladina (tlak) ve zvodně. Když vrtáme vodní studnu, nastaví se v ní hladina, která odpovídá hladině vody ve zvodně. Toto se nazývá statická úroveň. Statická úroveň se může v průběhu času měnit. V mělkých vrtech jsou hlavním důvodem změn statické hladiny sezónní výkyvy. V suchých létech hladiny klesají a na deštivém podzimu se obnovují. Ve vrtech narážejících na hluboké zvodně se sezónní výkyvy hladiny obvykle neprojevují, ale vliv sousedních odběrů vody je u nich mnohem patrnější. Uvedení nových přívodů vody do provozu může snížit tlak ve zvodně o mnoho metrů. V centrální moskevské oblasti, kde stovky odběrných míst produkují tisíce metrů krychlových vody denně, se tlak podzemní vody snížil o desítky metrů. V některých hlubokých vodonosných vrstvách již klesly na úroveň vodonosných vápenců a tyto horizonty se staly neomezenými. Snížení odběru vody vede ke zvýšení tlaku ve vodonosných vrstvách. Začátkem 1990. let XNUMX. století poklesl odběr vody ze studní v moskevské oblasti a téměř ve všech vodonosných vrstvách jsme pozorovali zvýšení hladiny podzemní vody. Pokud do studny spustíme čerpadlo a zapneme ho, hladina vody ve studni se sníží. Je to způsobeno rozdílem hladin ve studni a zvodněnou vrstvou, že voda teče do studny. Při nepřetržitém provozu čerpadla se bude snižování hladiny zvyšovat, dokud se hladina nestabilizuje v určité hloubce. Tomu se říká dynamická úroveň. Velikost poklesu hladiny závisí na několika faktorech: rychlost čerpání, propustnost hornin zvodnělé vrstvy a kvalita vrtu. Čerpací průtok a pokles hladiny jsou obvykle vzájemně úměrné, takže odborníci dokážou vypočítat konkrétní průtok studnou – množství vody, které lze odčerpat za jednotku času při poklesu hladiny o 1 metr. Po určení měrného průtoku při experimentálním čerpání a znalosti polohy statické hladiny je možné určit polohu dynamické hladiny při provozu vrtu. Právě z této hloubky bude čerpadlo muset zvedat vodu na povrch a je to právě tato hloubka, která určuje požadované vlastnosti čerpadla. Čerpadlo lze instalovat do studny v libovolné hloubce pod dynamickou úrovní. Čerpadlo spuštěné 5 metrů pod dynamickou hladinu a čerpadlo spuštěné o 50 metrů bude fungovat úplně stejně, ale tlak, který potřebuje vytvořit ke zvýšení vody, se nemění. Samozřejmě se nedoporučuje instalovat čerpadlo v těsné blízkosti dynamické hladiny, protože v případě možného poklesu hladiny ve zvodně (v důsledku sezónních výkyvů nebo vlivem jiných vrtů) může čerpadlo vyschnout a selhat. Snížit čerpadlo příliš pod úroveň také není dobré, jsou to jen dodatečné náklady na potrubí zvedání vody. Je tu ještě jeden důležitý bod, na který by se nemělo zapomínat. Konstrukce ponorných čerpadel zajišťuje, že motor čerpadla dostává optimální chlazení, pokud všechna voda, kterou zvedá, proudí kolem čerpadla zespodu. Pokud je tedy čerpadlo instalováno v intervalu, kde je instalován studniční filtr, chladí se hůře, protože část vody vstupuje do čerpadla ze strany a část shora. Proto se doporučuje instalovat čerpadlo nad intervalem filtrace studny.

Obvykle jsou pravidla pro provoz studny sdělována uživatelům těmi, kteří ji postavili. V praxi však uživatelé i nadále dělají chyby, které vedou k poruchám konstrukce. Proto jsme se rozhodli těmto pravidlům věnovat samostatný článek.

Proč je důležité správně provozovat studnu?

Vodní studna je složitá hydraulická stavba. Jeho hlavní součásti, jmenovitě čerpadlo a filtr, jsou umístěny hluboko pod zemí, což výrazně ztěžuje přístup k nim za účelem údržby a oprav (toto potěšení samozřejmě není levné). Správný provoz studny vám tedy může ušetřit vysoké náklady.

Základní pravidla pro používání studní:

Dbejte na správné uspořádání studny

V ideálním případě by její dno mělo být pod úrovní mrazu půdy. Nahoře je umístěn keson nebo adaptér studny a ústí je uzavřeno uzávěrem, který chrání studnu před nečistotami a cizími předměty.

Nečerpejte ze studny příliš mnoho vody

Každá studna má svůj vlastní průtok, který by vám opět měli udat specialisté, kteří pro vás tuto studnu vyrobili. Příjem vody z něj by měl být menší než tento průtok o 10-15%. Pokud z něj budete neustále čerpat další vodu, může se studna zanést. A pak bude vyžadovat nákladné opravy, pokud se poté bude moci dále používat.

Používejte studnu pravidelně

Ze studny je nutné pravidelně odčerpávat určité množství vody. Jinak opět hrozí zanášení. To platí zejména pro pískové studny vytvořené pro zásobování zahradních pozemků vodou. V zimě tedy tyto studny nemá kdo obsluhovat. Odborníci však doporučují alespoň jednou za měsíc přijet do dače v zimě, aby se vyčerpaly 3-4 metry krychlové vody. Tím zabráníte tvorbě kalu.

Artézské studny jsou méně ohroženy zanášením, ale podléhají obrácenému procesu – oxidaci železa rozpuštěného ve vodě. Železo vypadává jako sediment na dně studny a čerpadla. Abychom byli spravedliví, je třeba poznamenat, že tento proces je extrémně dlouhý a může trvat roky.

Nezapínejte čerpadlo na plný výkon, pokud studna nebyla delší dobu používána (více než 3 měsíce)

Tímto způsobem můžete poškodit drahé zařízení. Studniční čerpadlo je třeba „zrychlovat“ postupně.

Nepoužívejte vibrační čerpadla ve studnách (především v písku)

Čerpadla typu „Baby“ a „Rucheek“ zajistí rychlé zakalení studny.

Nezapínejte/nevypínejte čerpadlo pískové studny příliš často

Neustálé zapínání/vypínání studny (více než 10x za hodinu) opět vede k zanášení studny. Proto byste měli pečlivě vybírat kapacitu membránového akumulátoru. A k zalévání rostlin potřebujete bezpodmínečně přímku, která tuto jednotku obchází.

Oprava studny na vodu

Všichni žijeme v reálném světě, takže bychom si měli být vědomi toho, že studna a zařízení v ní mohou v určitém okamžiku vyžadovat opravy i při nejopatrnějším používání.

Známky toho, že studna (nebo její zařízení) potřebuje opravu:

rychlost proudění vrtu snížena o více než 20 %;
tlak čerpadla poklesl o více než 20 %;
byla spuštěna čidla chodu „nasucho“ nebo ochrana čerpadla proti chodu „nasucho“ (to znamená, že dynamická hladina vody ve studni klesla pod kritickou úroveň a čerpadlo se odkrylo);
síla proudu se zvýšila o více než 20 % (systém řízení systému nemusí tento indikátor zobrazit – v tomto případě musíte sami změřit sílu proudu, alespoň jednou a po každé dlouhodobé odstávce vrtu);
ve vodě se objevil písek nebo celkově změnila barvu, chuť atd.;
čerpadlo začalo vibrovat.

Správný provoz a včasné opravy umožňují bezproblémové používání artéské studny po více než půl století. Písková studna vyžaduje čištění každých 5-10 let.