Kopaná studnaEdit
Do nedávných staletí byly všechny umělé studny ručně kopané studny bez čerpadla různého stupně propracovanosti a zůstávají velmi důležitým zdrojem pitné vody v některých venkovských rozvojových oblastech, kde se dodnes běžně kopou a používají. Jejich nepostradatelnost dala vzniknout řadě literárních odkazů, doslovných i obrazných, na ně, včetně zmínky o události, kdy se Ježíš setkal se ženou u Jákobovy studny (Jan 4,6) v Bibli, a dětské říkanky „Ding Dong Bell“ o kočce ve studni.
Ručně kopané studny jsou výkopy o průměru dostatečně velkém na to, aby se do nich vešel jeden nebo více lidí s lopatami, kteří kopou až pod hladinu podzemní vody. Výkop je vodorovně zpevněn, aby nedošlo k sesuvu půdy nebo erozi ohrožující kopající osoby. Mohou být obloženy položenými kameny nebo cihlami; vytažení tohoto obložení nahoru nad povrch země a vytvoření stěny kolem studny slouží k omezení kontaminace i zranění pádem do studny. Modernější metoda zvaná kesonování používá železobetonové nebo prosté betonové prefabrikované studniční prstence, které se spouštějí do vrtu. Tým kopající studnu kope pod řezným prstencem a sloupec studny se pomalu noří do vodonosné vrstvy, přičemž je tým chráněn před zřícením vrtu.
Ručně kopané studny jsou levné a technologicky nenáročné (ve srovnání s vrtáním), protože k přístupu k podzemní vodě ve venkovských lokalitách v rozvojových zemích využívají převážně ruční práci. Mohou být budovány za vysoké míry účasti komunity nebo místními podnikateli, kteří se na ručně hloubené studny specializují. Byly úspěšně vyhloubeny až do hloubky 60 metrů. Mají nízké provozní náklady a náklady na údržbu, částečně proto, že vodu lze získávat ručním čerpáním bez použití čerpadla. Voda často pochází z vodonosné vrstvy nebo podzemní vody a lze ji snadno prohloubit, což může být nezbytné v případě poklesu hladiny podzemní vody, a to teleskopickou výstelkou hlouběji do vodonosné vrstvy. Vydatnost stávajících ručně kopaných studní lze zlepšit prohloubením nebo zavedením vertikálních tunelů či perforovaných trubek.
Nevýhod ručně kopaných studní je celá řada. Ruční kopání studní může být nepraktické v oblastech s výskytem tvrdých hornin a jejich kopání a vystrojování může být časově náročné i v příznivých oblastech. Vzhledem k tomu, že studny využívají mělké vodonosné vrstvy, mohou být náchylné k výkyvům ve vydatnosti a k možné kontaminaci povrchovou vodou, včetně odpadních vod. Výstavba ručně kopaných studní obvykle vyžaduje použití dobře vyškoleného stavebního týmu a kapitálové investice do vybavení, jako jsou betonové kruhové formy, těžké zvedací zařízení, bednění studnových šachet, motorová čerpadla pro odvod vody a pohonné hmoty, mohou být pro lidi v rozvojových zemích velké. Výstavba ručně kopaných studní může být nebezpečná kvůli zřícení vrtu studny, pádu předmětů a udušení, včetně udušení z výfukových plynů odvodňovacího čerpadla.
Vodní studna Woodingdean, ručně kopaná v letech 1858 až 1862, je nejhlubší ručně kopanou studnou s hloubkou 392 metrů. Velká studna v Greensburgu v Kansasu je označována za největší ručně hloubenou studnu na světě s hloubkou 109 stop (33 m) a průměrem 32 stop (9,8 m). Objemově větší jsou však Josefova studna v káhirské citadele s hloubkou 280 stop (85 m) a Pozzo di S. Patrizio (Studna svatého Patrika) postavená v roce 1527 v italském Orvietu s hloubkou 61 metrů a šířkou 13 metrů (43 stop).
Hnací studnyRedakce
Hnací studny lze velmi jednoduše vytvořit v nezpevněném materiálu pomocí konstrukce studny, která se skládá ze zpevněného hnacího bodu a síta (perforované trubky). Hrot se jednoduše zatluče do země, obvykle pomocí trojnožky a řidiče, a podle potřeby se přidávají úseky potrubí. Ovladač je zatížená trubka, která se nasune na hnanou trubku a opakovaně se na ni spouští. Při výskytu podzemní vody se vrt vymyje od sedimentů a nainstaluje se čerpadlo.
Vrtané vrtyPříprava
Vrtané vrty se obvykle vytvářejí buď pomocí vrtacích strojů s horní rotační hlavou, stolních rotačních strojů nebo vrtacích strojů s lanovým nářadím, přičemž všechny tyto stroje používají vrtací stopky, které se otáčejí a vytvářejí tak řezný účinek v útvaru, odtud termín vrtání.
Vrtané studny mohou být hloubeny jednoduchými metodami ručního vrtání (vrtání, kalení, tryskání, hnaní, ruční příklepové vrtání) nebo strojního vrtání (rotační, příklepové, příklepové vrtání). Nejběžnější je metoda hlubinného rotačního vrtání. Rotační vrtání lze použít v 90 % typů útvarů.
Vrtané studny mohou získat vodu z mnohem větší hloubky než kopané studny – často až do hloubky několika set metrů.
Vrtané studny s elektrickými čerpadly se používají po celém světě, obvykle ve venkovských nebo řídce osídlených oblastech, i když mnoho městských oblastí je částečně zásobováno z obecních studní. Většina strojů pro vrtání mělkých studní je namontována na velkých nákladních automobilech, přívěsech nebo pásových vozech. Hloubka studní se obvykle pohybuje od 3 do 18 metrů (10-60 stop), ale v některých oblastech může být hlubší než 900 metrů.
Rotační vrtné stroje používají segmentovou ocelovou vrtnou strunu, obvykle složenou z 6 m (20 stop) úseků pozinkovaných ocelových trubek, které jsou spojeny závitem, s vrtákem nebo jiným vrtným zařízením na spodním konci. Některé rotační vrtací stroje jsou navrženy tak, aby současně s vrtáním vlastního vrtu instalovaly do vrtu ocelovou pažnici (zarážením nebo vrtáním). Jako cirkulační kapalina se používá vzduch a/nebo voda k vytěsňování odřezků a chlazení vrtáků během vrtání. Jiná forma rotačního vrtání, označovaná jako bahenní rotační vrtání, využívá speciálně vyrobené bahno nebo vrtnou kapalinu, která se během vrtání neustále mění, aby mohla trvale vytvářet dostatečný hydraulický tlak k udržení otevřených bočních stěn vrtu bez ohledu na přítomnost pažnice ve vrtu. Obvykle se vrty vrtané do pevné horniny oplášťují až po dokončení vrtného procesu, a to bez ohledu na použité strojní zařízení.
Nejstarší formou vrtného strojního zařízení je kabelové nářadí, které se používá dodnes. Je speciálně navržen pro zvedání a spouštění vrtáku do vrtu, přičemž výron vrtáku způsobuje zvedání a spouštění vrtáku na dno vrtu a konstrukce kabelu způsobuje, že se vrták otáčí přibližně o 1⁄4 otáčky na jeden pád, čímž vzniká vrtná činnost. Na rozdíl od rotačního vrtání vyžaduje vrtání s lanovým nástrojem zastavení vrtné akce, aby bylo možné vrtnou jámu vyzdvihnout nebo vyprázdnit od vyvrtaných zbytků.
Vrtané vrty jsou obvykle opláštěny továrně vyrobenou trubkou, obvykle ocelovou (při vrtání se vzduchovým rotačním nástrojem nebo s lanovým nástrojem) nebo plastovou/PVC (při vrtání s bahenním rotačním nástrojem, který se vyskytuje i ve vrtech vrtaných do pevných hornin). Plášť se zhotovuje chemickým nebo tepelným svařováním segmentů pláště k sobě. Pokud je plášť instalován během vrtání, většina vrtáků vhání plášť do země při postupu vrtu, zatímco některé novější stroje skutečně umožňují, aby se plášť otáčel a zavrtával do formace podobně jako vrták postupující těsně pod ním. PVC nebo plast se obvykle svařuje a poté se spouští do vrtaného vrtu, vertikálně poskládané s jejich konci vnořenými do sebe a buď slepenými, nebo spojenými. Úseky pažnic jsou obvykle dlouhé 6 metrů (20 stop) nebo více a mají průměr 6 až 12 palců (15 až 30 cm) v závislosti na zamýšleném použití vrtu a místních podmínkách podzemní vody.
Povrchová kontaminace vrtů ve Spojených státech je obvykle kontrolována použitím povrchového těsnění. Velký otvor se vyvrtá do předem stanovené hloubky nebo do omezující formace (například jílu nebo skalního podloží) a poté se od tohoto bodu dokončí menší otvor pro studnu. Vrt je obvykle opláštěn od povrchu dolů do menšího otvoru pažnicí, která má stejný průměr jako tento otvor. Prstencový prostor mezi velkým vrtem a menší pažnicí je vyplněn bentonitovou hlínou, betonem nebo jiným těsnicím materiálem. Tím se vytvoří nepropustné těsnění od povrchu k další uzavírací vrstvě, které brání kontaminantům v cestě po vnějších bočních stěnách pažnice nebo vrtu do vodonosné vrstvy. Kromě toho se vrty obvykle uzavírají buď technickým uzávěrem vrtu, nebo těsněním, které propouští vzduch přes síto do vrtu, ale zabraňuje přístupu hmyzu, drobných živočichů a nepovolaných osob do vrtu.
Na dně vrtu se v závislosti na formaci ponechává stínicí zařízení, filtrační obal, štěrbinová pažnice nebo otevřený vrt, který umožňuje proudění vody do vrtu. V nekonsolidovaných formacích (písky, štěrky atd.) se obvykle používají konstruované clony, které umožňují průchod vody a určitého procenta formace skrz clonu. Umožněním průchodu části materiálu se vytvoří velkoplošný filtr ze zbytku formace, protože množství přítomného materiálu, který může projít do vrtu, se pomalu snižuje a je z vrtu odstraněno. Skalní vrty jsou obvykle opláštěny PVC výstelkou/plášti a sítem nebo štěrbinovým pláštěm na dně, to je většinou přítomno jen proto, aby se horniny nedostaly do sestavy čerpadla. V některých vrtech se používá metoda filtračního obalu, kdy je uvnitř vrtu umístěno poddimenzované síto nebo štěrbinový plášť a kolem síta, mezi sítem a vrtem nebo pláštěm, je napěchováno filtrační médium. To umožňuje filtrovat vodu od nežádoucích materiálů před vstupem do vrtu a čerpací zóny.
-
Automatický studnový systém poháněný tryskou.čerpadlem
-
Automatický systém studny poháněný ponorným čerpadlem
-
Systém studny s cisternou
.
-
Systém studny s tlakovou cisternou
-
Část studny se sítem z nerezové oceli
.