PL164917B1

PL164917B1 - Method of getting water from lowland underground water resources

Info

Publication number: PL164917B1
Application number: PL28727090A
Authority: PL
Inventors: Jan Gizicki
Original assignee: Jan Gizicki
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1994-10-31
Also published as: PL287270A1

Abstract

Sposób uzyskiwania wody z nizinnych wód gruntowych, zwłaszcza dlapotrzeb rolnictwa, w którym stosując znaną technikę wiercenia studni bezfiltrowych wykorzystuje się wody podziemnych zbiorników wyrównawczych gromadzone w piaskach i glinach zwałowych na wklęsłych deformacjach warstw nieprzepuszczalnych występujących pod wzniesieniami pochodzenia osadowego, względnie na wklęsłych obszarach zlewisk, znamienny tym, że w wytworzone w wyniku intensywnego odpompowania wody z właściwych odwiertów jamy czerpalne wprowadza się niskohydroskopijny i lżejszy od wody naturalny lub sztuczny granulat, który pod wpływem oddziaływania sił wyporowych wody tworzy w nich samosterujące się podpory stropowe.The method of obtaining water from the lowlands groundwater, especially for needs agriculture in which using a known technique drilling filterless wells uses underground water from expansion tanks collected in sands and clays dumps on concave deformations impermeable layers present under hills of sedimentary origin, or in concave areas of catchment areas, characterized in that produced as a result intensive drainage of water from proper drilling holes introduces low hydroscopic and lighter natural or artificial granules from water, which under the influence of displacement forces water creates self-steering in them floor props.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzyskiwania wody z nizinnych wód gruntowych, a zwłaszcza dla potrzeb rolnictwa.The subject of the invention is a method of obtaining water from lowland groundwater, especially for agriculture.

Zgodnie z dotychczasowym stanem techniki eksploatacja podziemnych wód gruntowych oparta jest na wyszukiwaniu metodami badań geologicznych, hydrologicznych, geofizycznych, fizykochemicznych, bakteriologicznych, względnie przy pomocy próbnych odwiertów i pompowali najobfitszych warstw wodonośnych (Wierzbicki J., Szpindor A. Zaopatrzenie w wodę i kanalizacja osiedli wiejskich, s. 77-79.1978, W-wa, ARKADY). Zalegające warstwy wodonośne w zależności od głębokości, rodzaju gruntów i bezpośrednich potrzeb eksploatowane są za pomocą studni kopanych względnie wierconych studni filtrowych lub bezfiltrowych.According to the current state of technology, the exploitation of groundwater is based on searching by geological, hydrological, geophysical, physicochemical, bacteriological research methods, or by means of test boreholes and pumping of the most abundant aquifers (Wierzbicki J., Szpindor A. Water supply and sewerage of rural settlements , pp. 77-79.1978, Warsaw, ARKADY). The residual aquifers, depending on the depth, type of soil and immediate needs, are exploited with the help of dug or drilled filter or non-filter wells.

W przypadku napotkania sypkiej warstwy wodonośnej, wiercona studnia bezfiltrowa musi być wykonana w sposób specjalny i w korzystnych warunkach hydrogeologicznych. Każdorazowo nieprzepuszczalna warstwa stropowa winna być zwarta i wytrzymała, a eksploatowana warstwa wodonośna o odpowiedniej miąższości. Intensywnie odpompowując wodę z warstwy wodonośnej poprzez uprzednio wykonany odwiert, przy równoczesnym stopniowym obniżaniu rury ssącej, wytwarza się w niej jamę czerpalną w postaci leja przyjmującego kształt odwróconego stożka o łagodnych skarpach, zależnych od kąta tarcia wewnętrznego gruntu. Głębokość wytworzonego leja nie powinna przekraczać 2/3 miąższości warstwy wodonośnej, a jego promień w gruntach drobno- i średnioziamistych zbliżony jest do podwójnej jego głębokości. Samo wytworzenie leja jest możliwe tylko wówczas, gdy wytrzymałość warstwy stropowej jest wystarczające dla utrzymania nad nim stropu. Celem zabezpieczenia tak wykonanego leja przed rozpłynięciem i utrwalenia jego kształtu, zgodnie z dotychczasowym stanem techniki sam lej zasypuje się grubym piaskiem lub żwirkiem i następnie ubija właściwym ubijakiem mocowanym do żerdzi wiertniczych. W przypadku istnienia kilku horyzontów wód gruntowych w praktyce tego typu ujęcia można wykorzystywać dla ujęcia wody z kilku poziomów (Gabryszewski T. Wodociągi. Wyd. ΠΙ, s. 145-147, W-wa, PWN).In the event of encountering a loose aquifer, the drilled filterless well must be constructed in a special way and under favorable hydrogeological conditions. Each time, the impermeable floor layer should be compact and durable, and the exploited aquifer should be of appropriate thickness. By intensively pumping water out of the aquifer through the previously made borehole, with the simultaneous gradual lowering of the suction pipe, a drawing pit is formed in it in the form of a funnel taking the shape of an inverted cone with gentle slopes, depending on the angle of internal friction of the soil. The depth of the created funnel should not exceed 2/3 of the aquifer thickness, and its radius in fine and medium-sized soils is close to twice its depth. The production of a funnel itself is possible only if the strength of the floor layer is sufficient to support the floor above it. In order to prevent the funnel made in this way from flowing out and to fix its shape, according to the prior art, the funnel itself is covered with coarse sand or gravel and then compacted with an appropriate rammer attached to the drill rods. If there are several groundwater horizons, in practice, this type of intake can be used for water intake from several levels (Gabryszewski T. Wodociągi. Wyd. ΠΙ, pp. 145-147, Warsaw, PWN).

Studnia bezfiltrowa jednak nie wszędzie może być wykonywana, szczególnie nie znajduje zastosowania do ujęć większości wód holoceńskich z tarasów i dolin rzecznych, ponieważ wytrzymałość napotykanego tu stropu nie jest dostateczną dla wytworzenia leja stanowiącego właściwą jamę czerpalną wody (Wierzbicki J., Szpindor A. Zaopatrzenie w wodę i kanalizacja osiedli wiejskich, s. III. 1978, W-wa. ARKADY).The filter-free well, however, cannot be constructed everywhere, especially it is not applicable to the intakes of most Holocene waters from terraces and river valleys, because the strength of the ceiling encountered here is not sufficient to create a funnel constituting a proper water intake cavity (Wierzbicki J., Szpindor A. water and sewage system for rural settlements, pp. III. 1978, Warsaw. ARKADY).

W sposobie według wynalazku, szczególnie w warunkach wód podziemnych zbiorników wyrównawczych tworzących się w piaskach i glinach zwałowych na wklęsłych deformacjachIn the method according to the invention, especially in the groundwater conditions of equalizing reservoirs, formed in sands and tills on concave deformations

164 917 warstw nieprzepuszczalnych występujących pod wzniesieniami pochodzenia osadowego względnie na wklęsłych obszarach zlewisk, stosując znaną technikę wiercenia studni bezfiltrowych, do wytworzonych w wyniku intensywnego odpompowania wody jam czerpalnych wprowadza się niskohydroskopijny i lżejszy od wody naturalny względnie sztuczny granulat, który pod wpływem oddziaływania sił wyporowych wody tworzy w nich samosterujące się podpory stropowe. W praktyce współczynnik wypełnienia jamy czerpalnej granulatem każdorazowo winien być nie mniejszy niż 0,8.164,917 impermeable layers occurring under elevations of sedimentary origin or in concave areas of catchment basins, using the known technique of drilling filterless wells, low-hydroscopic and lighter than water natural or artificial granules, which under the influence of water buoyancy forces, are introduced into the intake pits created by intensive pumping of water creates self-steering ceiling supports in them. In practice, the coefficient of filling the drawing cavity with granules should be each time not less than 0.8.

Wodne zbiorniki wyrównawcze powstałe w większości przypadków wskutek deformacji warstw nieprzepuszczalnych na przełomie epok dyluwium i aluwium, kiedy to warstwy te, nasycone wodą topniejącego lodowca, uległy uplastycznieniu i ugięciu w następstwie obciążeń grawitacyjnych lodu oraz nanoszonych przez wody osadów. Analogicznie jak dla jezior pochodzenia polodowcowego, gdzie ciężar pozostałego lodu spowodował ugięcie warstw nieprzepuszczalnych i po jego stopnieniu wytworzył powierzchniowe zbiorniki wodne, tak dla wzniesień pochodzenia osadowego ich własny ciężar spowodował ugięcie warstw nieprzepuszczalnych, a tym samym wytworzenie się na nich podziemnych wodnych zbiorników wyrównawczych w postaci zaległych warstw wodonośnych, które tworzą piaski i gliny zwałowe o właściwej miąższości nie zapewniającej, w przypadku wierconych studni bezfiltrowych, utrzymania stropu właściwych lejowych jam czerpalnych. Wypełniając jednak każdorazowo w minimum osiemdziesięciu procentach przestrzeń jamy czerpalnej niskohydroskopijnym i lżejszym od wody granulatem, np. styropianem, pod wpływem oddziaływania sił wyporowych wody tworzy się w jej półkulistej części samosterowny strop uniemożliwiający w trakcie eksploatacji jej samozapadnięcie.Water expansion tanks formed in most cases as a result of deformation of impermeable layers at the turn of the dividium and alluvium epochs, when these layers, saturated with the water of the melting glacier, became plasticized and deflected as a result of the gravitational loads of ice and sediments deposited by the water. Similarly to the lakes of glacial origin, where the weight of the remaining ice caused the deflection of impervious layers and, after its melting, created surface water reservoirs, for elevations of sedimentary origin their own weight caused the impervious layers to deflect, and thus the formation of underground water equalizing reservoirs on them. of overdue aquifers formed by sands and tills of appropriate thickness, which, in the case of drilled filterless wells, do not maintain the roof of the proper funnel intake pits. However, each time filling the space of the intake cavity with a low-hydroscopic and lighter than water granulate, e.g. polystyrene, at least eighty percent, under the influence of water displacement forces, a self-steering roof is created in its hemispherical part, preventing its self-collapse during operation.

Sposób uzyskiwania wody według wynalazku pozwala nie tylko na pełne wykorzystanie zaległych w przedmiotowych warstwach wodonośnych wód gruntowych ale również umożliwia, szczególnie w warunkach gospodarki rolnej, na uzyskanie bezpośrednio w warunkach polowych zespołów ujęć czerpania wody gruntowej poprzez kolejną eksploatację wykonanych odwiertów.The method of obtaining water according to the invention allows not only to fully use the groundwater remaining in the aquifers in question, but also allows, especially in agricultural conditions, to obtain sets of ground water intakes directly in the field by subsequent exploitation of the boreholes.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 uwidacznia schemat ujęcia wody w warunkach wierconych studni bezfiltrowych zarówno na wklęsłych deformacjach warstw nieprzepuszczalnych występujących pod wzniesieniami pochodzenia osadowego jak i na wklęsłych obszarach zlewisk, a fig. 2 w przekroju wyposażoną w samosterującą się podporę stropową pojedynczą jamę czerpalną wody.The subject of the invention is presented in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the diagram of the water intake in the conditions of drilled filterless wells both on concave deformations of impermeable layers occurring under elevations of sedimentary origin and in concave areas of catchment areas, and Fig. 2 in cross-section equipped with a self-steering ceiling prop with a single water spout.

W układzie geologicznym powstałym na przełomie epok dyluwium i aluwium zarówno w miejscach nagromadzenia przez topniejącą pokrywę lodową piasków i glin zwałowych 1 w postaci wzniesień 2 jak i wytworzonych przez ciężar lodowca obszarach zlewisk 3 usytuowane pod warstwą wodonośną pierwszego horyzontu 4, względnie pod warstwą wodonośną drugiego horyzontu 5, warstwy nieprzepuszczalne 6 lub 7 przyjmują każdorazowo postać wklęsłych deformacji 8 względnie 8’ i odpowiednio 9 względnie 9’, a tym samym w ich strefie tworzą się właściwe zbiorniki wyrównawcze wód podskórnych 10 lub 10’ i wód gruntowych płytkich 11 lub 11’.In the geological system formed at the turn of the epochs of diluvium and alluvium, both in the places where sands and tills 1 in the form of hills 2 accumulate by the melting ice cover, and in the catchment areas 3 located under the aquifer of the first horizon 4, or under the aquifer of the second horizon created by the weight of the glacier 5, the impermeable layers 6 or 7 each take the form of concave deformations 8 or 8 'and 9 or 9', respectively, and thus the corresponding equalizing reservoirs 10 or 10 'and shallow groundwater 11 or 11' are formed in their zone.

Dokonując odwiertu 12 lub 12’ albo 13 lub 13’ w strefie właściwych zbiorników wyrównawczych i odpompowując intensywnie z nich wodę, na skutek rozluźnienia spoistości właściwej warstwy wodonośnej, wytwarzają się każdorazowo u wlotu rur ssawnych 14 lub 14’ albo 15 lub 15’jamy czerpalne 16 o kształcie połączonych z sobą odwróconego stożka 17 i półkulistej czaszy 18, której wielkość promienia zazwyczaj odpowiada dwum wysokościom właściwego stożkaBy drilling a 12 or 12 'or 13 or 13' borehole in the area of appropriate expansion tanks and intensively pumping water out of them, as a result of loosening the cohesiveness of the water-bearing layer, each time at the inlet of the 14 or 14 'or 15 or 15' suction pipes 16 with the shape of the interconnected inverted cone 17 and the hemispherical cap 18, the radius of which usually corresponds to two heights of the actual cone

17. W tak wytworzoną jamę czerpalną 16 wprowadza się niskohydroskopijny i lżejszy od wody naturalny względnie sztuczny granulat 19, np. właściwie spreparowany granulat styropianu wypełniając nim obszar półkulistej czaszy 18, co odpowiada współczynnikowi wypełnieniajamy 0,8. Wypełniający górną część jamy czerpalnej 16 granulat 19 pod wpływem oddziaływania na niego sił wyporowych wody 20 tworzy w obszarze półkulistej czaszy 18 samosterującej się podporę stropową 21, która zapewnia stabilność kształtu jamy 16 nawet w przypadkach zmiany i znacznego obniżenia poziomu wód.17. The low-hydroscopic and lighter-than-water natural or artificial granules 19, e.g. properly prepared polystyrene granules, are introduced into the so-prepared intake cavity 16, filling the area of the hemispherical bowl 18 with it, which corresponds to a filling factor of 0.8. The granulate 19, which fills the upper part of the drawing cavity 16, under the influence of the displacement forces of water 20, forms a roof support 21 in the area of the hemispherical bowl 18, which ensures the stability of the shape of the cavity 16 even in the event of a change and a significant drop in the water level.

164 917164 917

Wykonując w warunkach gospodarstw wolnych tym sposobem zespól wierconych studni bezfiltrowych, uzyskuje się automatycznie dla potrzeb rolnych, nawet w warunkach okresowego wyczerpania wody w poszczególnych odwiertach, zespół naturalnych jej źródeł okresowo wymiennych przy eksploatacji.By making a set of drilled filterless wells in the conditions of free farms in this way, a set of natural sources, periodically replaceable during operation, is obtained automatically for agricultural purposes, even in conditions of periodical water exhaustion in individual wells.

Fig.2Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 10 000 złPrice: PLN 10,000

Claims

Patent claims

1. The method of obtaining water from lowland groundwater, especially for the needs of agriculture, in which, using the known technique of drilling filterless wells, the water of groundwater reservoirs collected in sands and tills on concave deformations of impermeable layers occurring under elevations of sedimentary origin or in concave areas are used drainage basins, characterized by the fact that low-hydroscopic and lighter-than-water natural or artificial granules are introduced into the drawing cavities produced as a result of intensive pumping of water from the relevant boreholes, which, under the influence of the water buoyancy forces, create self-steering roof supports.

2. The method according to p. The method according to claim 1, characterized in that the filling factor of the drawing cavity with granules is each time not less than 0.8.