16.1.5. Каптажные водозаборные сооружения
Каптаж (франц. captage, от лат. capto – ловлю, хватаю), комплекс инженерно-технических мероприятий, обеспечивающий вскрытие подземных вод, нефти и газа, вывод их на поверхность Земли и возможность эксплуатации при устойчивых во времени оптимальных показателях (дебит, химический состав, температура и др.). Для перехвата пресных, термальных, промышленных подземных вод пользуются также равнозначным термином «сооружение водозабора».
Культура Каптаж известна с ранних эпох цивилизации и достигала высокого уровня в Древнем Риме (термы императора Каракаллы, водопроводные сооружения), Месопотамии, Северной Африке, Средней Азии, на Кавказе (кяризы) и др. Современные каптажные сооружения для подземных вод отличаются большим разнообразием типов и конструкций, учитывающих особенности гидрогеологических условий местности, состав воды, технические и санитарные требования, определяемые заданными режимом водопотребления и целевым назначением эксплуатируемых вод. Простейшим типом каптажных сооружений является шахтный колодец, перехватывающий подземные воды неглубоко залегающих водоносных горизонтов; для предотвращения обвалов стенки колодцев закрепляются каменной кладкой, монолитным бетоном и др. При вскрытии нескольких водоносных слоев горизонт, намеченный к эксплуатации, изолируется от ниже- и вышележащих слоев путём их тампонажа. Наряду с колодцами применяются штольни – протяжённые горизонтальные или слабонаклонные горные выработки, сооружаемые в сильно пересечённых местностях. Иногда штольни сопровождаются системой наклонных, горизонтальных или восстающих скважин, пробуриваемых в боковых стенках и забойной части подземной галереи для увеличения притока воды. Каптаж штольнями осуществлен в СССР в Пятигорске; за рубежом – в Баньер-де-Люшоне (Франция), Бен-Харуне (Алжир) и др. Каптаж безнапорного источника может осуществляться с помощью камеры. Наиболее распространённым типом каптажных сооружений являются буровые скважины – одиночные или групповые. Механизированная проходка скважин обеспечивает вскрытие водоносных горизонтов и зон в весьма сложных горно-геологических условиях на глубинах до 2 км и более. При этом удаётся надёжно разобщать водоносные горизонты в скважинах (обсадка трубами, цементация затрубного пространства), предотвращать обвалы стенок и прорыв воды по затрубному пространству, а также устанавливать насосное оборудование, обеспечивающее отбор с заданными эксплуатационными дебитами. Для обсадки таких скважин обычно применяются стальные трубы. При эксплуатации агрессивных подземных вод (углекислых, сероводородных, с низким pH и др.) каптажные скважины обсаживаются трубами из антикоррозийных материалов: легированных сталей, винипласта, полиэтилена, асбоцемента и прочими. Надкаптажные сооружения на месторождениях минеральных подземных вод выполняются в виде бюветов, павильонов, галерей. Каптаж нефтяных и газовых залежей заключается в герметизации и разобщении межтрубного пространства скважин, регулировании режима их работы и подачи в скважину (или отвода из неё) газа или жидкости. Это достигается специальным оборудованием устья нефтяной или газовой скважины. В зависимости от способа эксплуатации различают каптаж фонтанных, компрессорных, газлифтных и насосных скважин.
Каптажные водосборные сооружения устраивают двух типов:
- для каптажа восходящих родников водоприемные сооружения представляют собой шахты или резервуары, размещаемые над местом наиболее интенсивного выхода подземных вод (рис. 47);
- для каптажа нисходящих родников сооружают приемные камеры, располагаемые в месте интенсивного выхода родниковой воды (рис. 48). В стенке камеры, обращенной к фронту поступления подземных вод, предусматривают водоприемные окна.
Рис. 47. Каптаж напорного источника
Рис. 48. Каптаж безнапорного источника
1 – отверстие для воды; 2 – ключевое отделение; 3 – приёмный клапан; 4 – водослив; 5 – грязевая труба; 6 – задвижка; 7 – лаз для осмотра и очистки камеры.