Реконструкция систем водоснабжения и водоотведения населенных мест

2.3. Реконструкция водозаборов подземных вод из скважин 
2.3.1. Общие положения 
Максимально возможный отбор воды из 
источника ограничен эксплуатационными за-
пасами, превышение которых вызывает или 
ускоряет истощение источника, а в ряде слу-
чаев приводит к ухудшению качества воды. 
Движение подземного потока к скважине 
должно происходить в ламинарном режиме; 
турбулентная фильтрация сопровождается 
ростом потерь напора, увеличением гидрав-
лического уклона и значительным снижени-
ем динамического уровня (рис. 2.8). 
Критическая 
скорость 
фильтрации
кр
V , м/сут, превышение которой приводит к 
наступлению турбулентного режима, опреде-
ляется по известной формуле С.К. Абрамова: 
3
.
кр
К
65
V
, (2.4) 
где К – коэффициент фильтрации, м/сут.
Наибольшая скорость фильтрационного потока будет наблюдаться у 
водоприемной поверхности фильтра. Если приравнять ее к критической, 
то максимальная водозахватывающая способность фильтра скважины 
.
з
.
в
Q
, м
3
/
с, окажется равной: 
3
ф
ф
.
з
.
в
K
N
L
d
204
Q
, (2.5) 
Рис. 2.7. Реконструкция оголовка с 
целью увеличения высоты порога [1] 
Рис. 2.8. Схема скважины и 
кривые депрессии: 1 – 
фильтр; 2 – насосный агре-
гат; 3 – отстойник; 4 – кри-
вая депрессии при лами-
нарной фильтрации; 5 – то 
же при турбулентной 

---

16 
где 
ф
d – диаметр фильтра скважин; 
ф
L – длина фильтра; N – скваж-
ность фильтра, т.е. отношение суммарной площади отверстий к площа-
ди поверхности фильтра. 
Следует отметить, что втекание воды через отверстия фильтра не-
равномерно. Поскольку движение воды внутри фильтра происходит с 
возрастающим гидравлическим уклоном (расход увеличивается по на-
правлению движения, а площадь живого сече-
ния остается постоянной), в нижней части 
фильтра избыточный напор H, под действием 
которого вода проходит через отверстия мень-
ше, чем в его верхней части (рис. 2.9).
Реконструкция может коснуться либо отдель-
ных скважин, либо водозаборного сооружения в 
целом, при этом следует иметь в виду, что 
стоимость скважин составляет в среднем лишь 
10
–15 % общей стоимости объекта (стоимость 
земли, ее обустройство, коммуникации). 
Рассмотрим случаи, когда производитель-
ность водозабора не превышает эксплуатаци-
онных запасов. 
 
2.3.2. Реконструкция скважин 
Увеличение производительности скважины, ограниченной пределами 
водозахватывающей способности фильтра, достигается изменением 
подачи насоса. Лимитирующим фактором при реконструкции являются 
параметры насосов или положение динамического уровня подземных 
вод у скважины. Повысить подачу погружных насосов крайне сложно. 
При их замене существуют ограничения, связанные с диаметром сква-
жин, а качественная регулировка практически исключена, так как число 
оборотов близко к максимуму (около 3 тыс. об/мин). 
Иногда удается снизить требуемый напор, что, естественно, приводит 
к увеличению подачи насоса. На рис. 2.10 приводится схема водозабора, 
согласно которой вода из скважин подается по водоводу на станцию очи-
стки (точка а). Если изменить схему коммуникаций и присоединить сбор-
ный трубопровод к промежуточному резервуару 2, откуда она будет отка-
чиваться насосами подкачки первого подъема 3, то требуемый напор
погружных насосов снизится. Из совмещенного графика характеристик 
насоса и трубопровода до и после реконструкции, т.е. на участках до
точек а и б, следует, что подача насоса увеличилась. 
Напор, создаваемый насосом, зависит от степени засорения напор-
ных трубопроводов, чаще всего – водоподъемной трубы, на которой 
крепится насосный агрегат. 
Рис. 2.9. Эпюра избы-
точного напора по дли-
не фильтра 

---

17 
Рис. 2.10. Схема реконструкции водозабора: 1 – скважина; 2 – промежу-
точный резервуар; 3 – насос подкачки первого подъема; а – характери-
стика трубопровода до реконструкции; б – то же после реконструкции; 
Z
и Z – разность геодезических отметок земли в точках а, б и у сква-
жины; – - – напорная линия до реконструкции; - - х - - напорная линия
после реконструкции 
Подобные явления встречаются при откачке железосодержащих 
подземных вод с отрицательным индексом насыщения, т.е. обладающих 
агрессивностью. 
В этих случаях, а также для повышения надежности и экономичности 
водозабора, производится реконструкция скважин с демонтажом водо-
подъемных труб и подачей воды насосом непосредственно по обсадным 
трубам ствола скважины, т.е. беструбной установкой насосного агрега-
та. Насосный агрегат крепится на тросах, и эта нагрузка передается на 
устье скважины. Специальное устройство (пакерное) разделяет объем 
воды в скважине на области всасывания и нагнетания. 
Существует несколько принципиально 
различающихся 
конструкций 
пакеров
(см. [2]). На рис. 2.11 показан пакер меха-
нического действия. Уплотнительный эле-
мент зажат между фланцем и опорным 
кольцом, что создает необходимую герме-
тизацию. Электрокабель (не показан) про-
пускается через пакер, место прохода гер-
метизируется при помощи сальника. 
Реконструкция скважин на Киевском 
подземном водозаборе с беструбной уста-
новкой насосов обеспечила сокращение за-
трат электроэнергии за счет уменьшения 
напора, создаваемого насосами [6]. 
Рис. 2.11. Схема беструбной 
подвески с механическим па-
кером: 1 – обсадная труба;
2 
– насосный агрегат; 3 – трос; 
4 
– опорное кольцо; 5 – уплотни-
тельный элемент; 6 – фланец 

---

18 
Рост подачи приводит к снижению уровня подземных вод у скважины 
(
п
h
'
п
h ). Иногда результатом этого является обнажение насосного агре-
гата. Если размеры агрегата не позволяют его опустить, то целесооб-
разно вакуумировать скважину, создавая ва-
куум-насосом пониженное давление в ее 
герметизированной надводной части. В этом 
случае, в зависимости от создаваемого ва-
куума, уровень воды в скважине поднима-
ется выше динамического уровня подзем-
ных вод (рис. 2.12) Попутно отметим, что 
понижение динамического уровня особенно 
опасно для водозаборов с сифонным отбо-
ром воды из скважин. Ограничивающим 
фактором является допустимое по услови-
ям надежной работы значение вакуума в 
водосборных трубах.