Kaivetut kaivotEdit
Viime vuosisatoihin asti kaikki keinotekoiset kaivot olivat pumppaamattomia käsin kaivettuja kaivoja, jotka olivat vaihtelevan kehittyneitä, ja ne ovat edelleen erittäin tärkeä juomakelpoisen veden lähde joillakin maaseudun kehittyvillä alueilla, joilla niitä nykyäänkin kaivataan tavanomaisesti. Niiden korvaamattomuus on johtanut lukuisiin kirjallisiin viittauksiin, niin kirjaimellisiin kuin kuvainnollisiinkin, kuten Raamatun viittaus tapaukseen, jossa Jeesus tapasi naisen Jaakobin kaivolla (Joh. 4:6), ja lastenloru ”Ding Dong Bell”, joka kertoo kissasta kaivossa.
Käsin kaivetut kaivot ovat kaivantoja, joiden halkaisija on riittävän suuri, jotta niihin mahtuu yksi tai useampi ihminen, joka kaivaa lapioineen pohjaveden pinnan alapuolelle asti. Kaivanto tuetaan vaakasuoraan, jotta vältytään maanvyöryiltä tai eroosiolta, jotka vaarantavat kaivavat ihmiset. Kaivannot voidaan vuorata kivillä tai tiilillä; vuoraus ulotetaan maanpinnan yläpuolelle, jolloin kaivon ympärille muodostuu seinämä, joka vähentää sekä saastumista että kaivoon putoamisesta aiheutuvia vammoja. Nykyaikaisemmassa menetelmässä, jota kutsutaan caissoning-menetelmäksi, käytetään teräsbetonisia tai betonisia valmiiksi valettuja kaivonrenkaita, jotka lasketaan kuoppaan. Kaivonkaivajaryhmä kaivaa leikkausrenkaan alta, ja kaivopylväs vajoaa hitaasti pohjavesikerrokseen ja suojaa samalla ryhmää kaivonreiän sortumiselta.
Käsin kaivetut kaivot ovat edullisia ja matalan teknologian kaivoja (verrattuna poraukseen), sillä niissä käytetään pääasiassa käsityötä pohjaveden saamiseksi kehitysmaiden maaseudulla. Ne voidaan rakentaa yhteisön laajalla osallistumisella tai paikallisten yrittäjien toimesta, jotka ovat erikoistuneet käsin kaivettuihin kaivoihin. Niitä on kaivettu menestyksekkäästi 60 metriin (200 jalkaan) asti. Niiden käyttö- ja ylläpitokustannukset ovat alhaiset osittain siksi, että vesi voidaan ottaa käsin ilman pumppua. Vesi on usein peräisin pohjavesialueelta tai pohjavedestä, ja sitä voidaan helposti syventää, mikä voi olla tarpeen, jos pohjaveden pinta laskee, teleskooppaamalla vuorausta syvemmälle pohjavesialueelle. Olemassa olevien käsin kaivettujen kaivojen tuottoa voidaan parantaa syventämällä tai ottamalla käyttöön pystytunneleita tai rei’itettyjä putkia.
Käsin kaivettujen kaivojen haittoja on lukuisia. Kaivojen kaivaminen käsin voi olla epäkäytännöllistä alueilla, joilla on kovaa kalliota, ja niiden kaivaminen ja putkitus voi olla aikaa vievää jopa suotuisilla alueilla. Koska kaivoissa hyödynnetään matalaa pohjavesikerrosta, kaivo voi olla altis tuoton vaihteluille ja pintaveden, myös jäteveden, mahdolliselle saastumiselle. Käsin kaivettujen kaivojen rakentaminen edellyttää yleensä hyvin koulutettua rakennusryhmää, ja pääomainvestoinnit laitteisiin, kuten betonirengasmuotteihin, raskaisiin nostolaitteisiin, kaivon kuilun muotteihin, moottorikäyttöisiin vedenpoistopumppuihin ja polttoaineeseen, voivat olla suuria kehitysmaiden asukkaille. Käsin kaivettujen kaivojen rakentaminen voi olla vaarallista kaivon reiän sortumisen, putoavien esineiden ja tukehtumisen vuoksi, myös vedenpoistopumpun pakokaasujen vuoksi.
Woodingdeanin vesikaivo, joka kaivettiin käsin vuosina 1858-1862, on syvin käsin kaivettu kaivo 392 metrin korkeudella. Greensburgissa, Kansasissa sijaitsevaa Big Well -kaivoa mainostetaan maailman suurimmaksi käsin kaivetuksi kaivoksi, sillä se on 109 jalkaa (33 m) syvä ja halkaisijaltaan 32 jalkaa (9,8 m). Kairon linnoituksessa sijaitseva Joosefin kaivo, jonka syvyys on 280 jalkaa (85 m), ja Orvietossa Italiassa vuonna 1527 rakennettu Pozzo di S. Patrizio (Pyhän Patrickin kaivo), jonka syvyys on 61 metriä (200 jalkaa) ja leveys 13 metriä (43 jalkaa), ovat kuitenkin molemmat tilavuudeltaan suurempia.
Vetokaivot Muokkaa
Vetokaivot voidaan hyvin yksinkertaisesti luoda kiinteytymättömään ainekseen kaivonreikärakenteella, joka koostuu karkaistusta ajopisteestä ja seulasta (rei’itetystä putkesta). Kärki yksinkertaisesti lyödään maahan, yleensä jalustan ja ajurin avulla, ja putkiosuuksia lisätään tarpeen mukaan. Ajuri on painotettu putki, joka liukuu ajettavan putken päälle ja jota pudotetaan toistuvasti sen päälle. Kun kohdataan pohjavettä, kaivo pestään sedimentistä ja asennetaan pumppu.
Poratut kaivotMuutos
Poratut kaivot luodaan tyypillisesti joko top-head rotary -tyylisillä, pöytäpyörivillä tai vaijerityökalulla varustetuilla porakoneilla, joissa kaikissa käytetään poraustankoja, joita käännetään muodostuman leikkaavan vaikutuksen aikaansaamiseksi, mistä termi poraaminen johtuu.
Porakaivoja voidaan kaivaa yksinkertaisilla käsiporausmenetelmillä (augering, sludging, jetting, driving, hand percussion) tai koneporausmenetelmillä (rotary, percussion, down the hole hammer). Syväkivien kiertoporausmenetelmä on yleisin. Kiertoporausta voidaan käyttää 90 %:ssa muodostumatyypeistä.
Porakaivoilla voidaan saada vettä paljon syvemmältä kuin kaivetuilla kaivoilla – usein jopa useita satoja metrejä syvemmältä.
Sähköpumpuilla varustettuja porakaivoja käytetään kaikkialla maailmassa, tyypillisesti maaseudulla tai harvaan asutuilla alueilla, joskin monet kaupunkialueet saavat vettä osittain kunnallisista kaivoista. Useimmat matalien kaivojen porauskoneet on asennettu suuriin kuorma-autoihin, perävaunuihin tai telaketjuajoneuvojen vaunuihin. Vesikaivojen syvyys on tyypillisesti 3-18 metriä (10-60 jalkaa), mutta joillakin alueilla ne voivat ulottua yli 900 metriä (3 000 jalkaa) syvemmälle.
Kiertoporakoneissa käytetään segmentoitua teräksistä porausnarua, joka koostuu tyypillisesti 6 metrin (20 jalan) pätkistä galvanoitua teräsputkea, jotka on kierteitetty toisiinsa, ja jonka alapäässä on poranterä tai muu porauslaite. Jotkin kiertoporakoneet on suunniteltu asentamaan (ajamalla tai poraamalla) teräsvaippa kaivoon varsinaisen porausreiän porauksen yhteydessä. Kiertonesteenä käytetään ilmaa ja/tai vettä porauksen aikana poraustähteiden syrjäyttämiseksi ja poranterien jäähdyttämiseksi. Toisessa rotaatioporausmuodossa, jota kutsutaan mutarotaatioporaukseksi, käytetään erikoisvalmisteista mutaa tai porausnestettä, jota muutetaan jatkuvasti porauksen aikana niin, että se pystyy jatkuvasti luomaan riittävän hydraulisen paineen pitämään reiän sivuseinät auki riippumatta siitä, onko porausreiässä vaippa. Tyypillisesti kiinteään kallioon porattuja porausreikiä ei koteloida ennen porauksen päättymistä, riippumatta käytetystä koneistosta.
Vanhin porauskoneiden muoto on kaapelityökalu, jota käytetään edelleen. Se on erityisesti suunniteltu nostamaan ja laskemaan poranterää porareikään, ja porakoneen kehrääminen aiheuttaa poranterän nostamisen ja pudottamisen reiän pohjalle, ja kaapelin rakenteen ansiosta poranterä kiertyy noin 1⁄4 kierrosta pudotusta kohti, jolloin syntyy poraustoimenpide. Toisin kuin kiertoporauksessa, kaapelityökaluporauksessa poraustoiminta on pysäytettävä, jotta porausreikä voidaan tyhjentää porausjätteestä.
Poratut porausreiät koteloidaan yleensä tehdasvalmisteisella putkella, joka on tyypillisesti terästä (ilma- tai kaapelityökaluporauksessa) tai muovia/PVC:tä (mutakiertoporausrei’issä, jota on myös kiinteään kallioon poratuissa porausrei’issä). Vaippa rakennetaan hitsaamalla joko kemiallisesti tai termisesti vaipan osia yhteen. Jos vaippa asennetaan porauksen aikana, useimmat porakoneet lyövät vaipan maahan porareiän edetessä, kun taas jotkin uudemmat koneet mahdollistavat vaipan kiertämisen ja poraamisen muodostumaan samalla tavalla kuin juuri alapuolella etenevä poranterä. PVC tai muovi hitsataan tyypillisesti ja lasketaan sitten porattuun porausreikään pystysuoraan päällekkäin siten, että niiden päät on liitetty toisiinsa ja joko liimattu tai kiinnitetty toisiinsa. Suojaputken osat ovat yleensä vähintään 6 metriä (20 jalkaa) pitkiä ja halkaisijaltaan 15-30 cm (6-12 tuumaa) riippuen kaivon käyttötarkoituksesta ja paikallisista pohjavesiolosuhteista.
Yhdysvalloissa kaivojen pintakontaminaatiota hallitaan tyypillisesti pintatiivisteen käytöllä. Suuri reikä porataan ennalta määrättyyn syvyyteen tai rajoittavaan muodostumaan (esimerkiksi savi tai kallioperä), minkä jälkeen kaivoa varten tehdään pienempi reikä tästä pisteestä eteenpäin. Kaivo on tyypillisesti koteloitu pinnasta alaspäin pienempään reikään kotelolla, jonka halkaisija on sama kuin kyseisen reiän halkaisija. Suuren porausreiän ja pienemmän vaipan välinen rengastila täytetään bentoniittisavella, betonilla tai muulla tiivistysmateriaalilla. Näin luodaan läpäisemätön tiiviste pinnasta seuraavaan rajoittavaan kerrokseen, joka estää epäpuhtauksia kulkeutumasta kotelon tai porausreiän ulkosivuja pitkin pohjavesikerrokseen. Lisäksi kaivot suljetaan tyypillisesti joko suunnitellulla kaivon korkilla tai tiivisteellä, joka päästää ilmaa seulan kautta kaivoon, mutta estää hyönteisiä, pieniä eläimiä ja asiattomia henkilöitä pääsemästä kaivoon.
Kaivojen pohjalle jätetään muodostumasta riippuen siivilälaite, suodatinpakkaus, uritettu kotelo tai avoin porausreikä, joka mahdollistaa veden virtaamisen kaivoon. Rakennettuja seuloja käytetään tyypillisesti kiinteytymättömissä muodostumissa (hiekka, sora jne.), jolloin vesi ja tietty osa muodostumasta pääsee seulan läpi. Joidenkin ainesten läpäisyn salliminen luo suuren pinta-alan suodattimen muusta muodostumasta, kun kaivoon kulkeutuvan aineksen määrä vähenee hitaasti ja poistuu kaivosta. Kalliokaivot koteloidaan tyypillisesti PVC-vuorauksella/suojuksella ja pohjassa olevalla seulalla tai halkaistulla kotelolla, jonka tarkoituksena on useimmiten vain estää kiviä pääsemästä pumppukokoonpanoon. Joissakin kaivoissa käytetään suodatinpakkausmenetelmää, jossa alikokoinen siivilä tai uritettu kotelo sijoitetaan kaivon sisälle ja suodatinmateriaali pakataan siivilän ympärille, siivilän ja porausreiän tai kotelon väliin. Näin vedestä voidaan suodattaa ei-toivotut aineet ennen kuin se pääsee kaivoon ja pumppausalueelle.
-
Automaattinen vesikaivojärjestelmä, jonka voimanlähteenä on suihkukone…pumppu
-
Automaattinen vesikaivojärjestelmä, jonka käyttövoimana on uppopumppu
-
Vesikaivojärjestelmä, jossa on säiliö
.
-
Vesikaivojärjestelmä, jossa on paineistettu säiliö
-
Ruostumattomasta teräksestä valmistetun siiviläkaivon osa