Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐỂ THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH PHỤC HỒI ĐỘ NHẢ NƯỚC
3.2 Thiết kế giếng khai thác nước ngầm
3.2.3 Thiết kế giếng khoan khai thác
3.2.3.1 Đường kính của giếng
Đường kính của giếng khoan có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn. Vì giếng khoan thường có chiều sâu lớn nên nếu đường kính ống quá lớn giá thành xây dựng và đầu tư thiết bị sẽ rất lớn. Nhưng ngược lại, đường kính giếng quá nhỏ thì không đảm bảo khai thác nước ngầm theo yêu cầu, gây khó khăn cho việc bố trí, cấu tạo các bộ phận khác của giếng, ngoài ra còn gây khó khăn trong quá trình thi công lắp đặt.
Đường kính giếng khoan có thể không thay đổi theo suốt chiều sâu của giếng đối với giếng nông. Đối với giếng sâu đường kính ống nên thay đổi để đảm bảo điều kiện kinh tế.
Thường đường kính của giếng khác nhau ở hai bộ phận chính:
- Bộ phận thân giếng thứ nhất được coi như buồng chứa thiết bị máy bơm và động cơ, bộ phận này cũng là ống dẫn nước theo chiều thẳng đứng để nước từ tầng chứa nước dẫn ngược lên vào máy bơm. Nhìn chung bộ phận này được bố trí đường ống, tuy nhiên đối với giếng xây trên nền đá rắn chắc cũng có thể có từng đoạn không cần bố trí đường ống bảo vệ.
- Bộ phận thân giếng thứ hai là phần để nhận nước vào giếng từ tầng chứa nước. Khi thiết kế bộ phận này cần phải hết sức chú ý nghiên cứu tính toán các yếu tố thủy lực của giếng vì nó ảnh hưởng lớn tới sự hoạt động của giếng. Bộ phận này nếu được thiết kế hợp lý sẽ đảm bảo nước vào giếng dễ dàng với tốc độ thấp và ngăn cản bùn cát theo nước vào giếng, đồng thời cũng là bộ phận chống đỡ thành giếng trong trường hợp gặp tầng địa chất mềm yếu.
Đối với giếng mà tầng chứa nước là tầng đá rắn chắc, bộ phận này chỉ là những lỗ khoan, khoan sâu vào tầng đá, lưu lượng và khả năng cấp nước của giếng tùy thuộc vào số khe hở, độ rỗng của khe và tính liên tục của khe hở trong đá.
Đường kính của giếng được xác định nhằm thỏa mãn hai yêu cầu sau đây:
- Ống chứa máy bơm phải đủ rộng để chứa máy bơm và phải có độ trống để lắp đặt máy bơm và máy bơm vận hành có hiệu quả.
- Đường kính của bộ phận lọc phải đảm bảo tạo ra chế độ thủy lực của nước từ tầng chứa nước chảy vào giếng là tốt nhất.
Bảng 3.1 sau đây đưa ra đường kính ống chứa máy bơm và đường kính của máy bơm (máy bơm tuabin trục đứng và máy bơm chìm).
Bảng 3.1 Đường kính ống chứa máy bơm và đường kính của máy bơm (máy bơm tuabin trục đứng và máy bơm chìm)
Lưu lượng dự kiến của giếng
(l/s)
Kích thước của máy bơm chọn
(cm)
Kích thước tốt nhất của ống chứa máy bơm
(cm)
Kích thước nhỏ nhất của ống chứa máy bơm
(cm)
6 10 15 12.5
5 ÷ 11 12.5 20 15
10 ÷ 25 15 25 20
22 ÷ 40 20 30 25
37 ÷ 56 25 35 30
53 ÷ 82 30 40 35
77 ÷ 112 35 50 40
100 ÷ 190 40 60 50
Khi chọn đường kính phần ống đặt máy bơm, yếu tố khống chế là kích thước của loại máy bơm sao cho đảm bảo bơm lưu lượng nhằm khai thác triệt để nguồn nước ngầm theo yêu cầu. Đường kính của đoạn ống này phải lớn hơn đường kính của máy bơm được chọn ít nhất là 5cm.
Lưu lượng của giếng có quan hệ hàm số với đường kính của bộ phận lọc nước, tuy nhiên không phải quan hệ tỷ lệ thuận. Thực tế thiết kế và vận hành các giếng cho thấy: khi đường kính của bộ phận lọc nước tăng lên thì lưu lượng của giếng cũng sẽ tăng nhưng phần trăm tăng lưu lượng rất nhỏ khi tăng đường kính một giá trị đáng kể.
Bảng 3.2 đưa ra số liệu của giếng ở vùng tầng chứa nước được cấu tạo bởi sỏi và cát. Chỉ tăng đường kính bộ phận lọc nước, các đặc trưng thủy lực không đổi.
Bảng 3.2 Quan hệ giữa đường kính của giếng và số % tăng lưu lượng Đường kính giếng (cm) 10 15 20 30 45 60 90
Số phần trăm tăng lưu lượng (%)
0 5 0
10 5 0
15 10 5 0
23 18 13 8 0
28 23 18 13 5 0
38 33 28 23 15 10
Đối với giếng khai thác nước ngầm không áp khi đường kính của bộ phận lọc nước tăng lên gấp đôi thì lưu lượng của giếng chỉ tăng 11%.
Một số tác giả như Slichter (1899), Linsẽly (1964) thì lại công bố rằng, nếu tăng đường kính gấp đôi, lưu lượng có khả năng cung cấp của giếng chỉ là 7%.
Đối với những giếng khai thác nước ngầm ở tầng chứa nước có giới hạn thì tỷ lệ tăng lưu lượng còn nhỏ hơn nữa.
Đối với các giếng xây dựng ở vùng có tầng chứa nước cấu tạo địa chất là cát sỏi thô, nếu tăng đường kính giếng thì phần trăm tăng lưu lượng rất nhỏ vì nước chảy vào giếng trong tầng chứa nước này hầu như chảy tự do.