آزمایش پمپاژ (Pumping test) چیست؟ نحوه انجام
آزمایش تعیین آبدهی چاه یا آزمایش پمپاژ برای تعیین خصوصیات هیدرولیکی سفره آبدار جهت مطالعه وضعیت آبهای زیرزمینی یک منطقه و یا برای تعیین مقدار آبدهی و افت سطح آب در یک چاه انجام می‌شود.
هدف اصلی آزمایش پمپاژ تعیین ظرفیت مخصوص چاه یا نسبت آبدهی (Q) به مقدار افت سطح آب (S) جهت انتخاب پمپ و متعلقات مربوطه برای برآورد میزان هزینه‌های لازم برای تجهیز چاه میباشد. ضمناً در نتیجه عمل پمپاژ موادریزدانه باقیمانده در مراحل حفاری و توسعه، از چاه خارج شده و توسعه طبیعی و برقراری ارتباط آبی سفره با چاه فراهم می‌شود. ظرفیت مخصوص معرف قدرت آبدهی چاه میباشد که بدون نیاز به وجود چاههای مشاهده‌ای صورت می‌گیرد. در حالی که در آزمایش سفره آب وجود چاههای مشاهده‌ای یا چاههای پیزومتر با فواصل معین نسبت به چاه اصلی در حال آزمایش الزامی است.
تعاریف
قانون دارسی
بر طبق قانون دارسی مقدار جریان آب (Q) از داخل یک لایه قابل نفوذ نسبت مستقیم با افت فشار ارتفاع (Head Loss) و نسبت عکس با طول مسیر جریان دارد و با ضریب ثابت k متناسب است.
Q=KAi
V=Ki
در این فرمول:
Q : مقدار جریان آب بر حسب متر مکعب در روز
K : ضریب ثابت دارسی بر حسب متر در روز
Li : شیب هیدرولیک یا مقدار افت فشار مربوط به ارتفاعh در طول مسیر
A : سطح مقطع عمود بر جهت جریان آب بر حسب متر مربع
V : سرعت جریان بر حسب متر در روز
ضریب K را قابلیت هدایت هیدرولیکی یا قابلیت نفوذ (Permeability) گویند و آن مقدار جریان از واحد سطح مقطع گذرگاه آب تحت اثر شیب هیدرولیکی واحد میباشد. مقدار قابلیت نفوذ یا ضریب k برای رس 7 (10x-10) تا 5 (10x-10)، سیلت 1 (10x-10)، ماسه ریز 10 تا 1 (10x-10)، ماسه درشت 10 تا 200 و شن 10 تا 1000 متر در روز میباشد.
بار پیزومتریک (Piezometric Head) عبارتست از ارتفاع سطح آب زیرزمینی در یک سفره تحت فشار (محصور) در داخل چاه مشاهده‌ای در مقایسه با یک سطح مبنا مثل سطح دریا. سطح پیزومتریک به سطح فرضی آب کلیه چاههای مشاهده‌ای که در یک سفره تحت فشار حفر شده‌اند و آب تا آن سطح بالا می‌آید، گفته می‌شود. سطح فراتیک (phreatic) یا سطح آزاد آب در چاهی که در سفره آزاد حفر شده، عبارتست از ارتفاعی که فشار آب زیرزمینی با فشار آتمسفر برابر باشد.
اختصاصات هیدرولیکی (Hydraulic Properties)
اختصاصات هیدرولیکی سفره آب عبارتند از:
قابلیت انتقال (Transmissivity)
قابلیت انتقال (T) عبارتست از مقدار شدت جریان در شیب هیدرولیک واحد از داخل مقطعی از سفره آب به عرض واحد و ارتفاع ضخامت سفره آب بر حسب مجذور طول بر زمان و یا متر مربع در روز و از حاصلضرب مقدار متوسط قابلیت نفوذ در ضخامت سفره بدست می‌آید.
ضریب ذخیره (Storage Coefficient) و آبدهی ویژه (Specific Yield)
ضریب ذخیره یا گنجایش (sy) و آبدهی ویژه (s) حجم آبی است که سفره آب می‌تواند در واحد سطح اکیفر به ازاء تغییر مقدار یک واحد فشار در خود جای دهد یا خارج کند.
ضریب ذخیره در سفره‌های محصور تابع قابلیت ارتجاع مواد سازنده سفره و آب است و بین 4-10 تا 6-10 متغیر است.
آبدهی ویژه در سفره‌های آزاد عملاً برابر تخلخل مؤثر میباشد. در رسوبات ریزدانه فضاهای کوچک بین دانه‌ای در تخلخل مؤثر لایه تأثیری ندارد زیرا نیروی نگهدارنده آب بزرگتر از وزن آب میباشد. مقدار آبدهی ویژه ماسه بین 1/0 تا 2/0 است.
مقاومت هیدرولیک یا مقاومت در برابر جریان عمودی یا ضریب معکوس تراوش (Reciprocal leakage Coefficient) خاص سفره‌های نیمه محصور بوده و از تقسیم ضخامت بخش اشباع لایه نیمه قابل نفوذ (D) بر قابلیت نفوذ آن لایه برای جریان عمودی بدست می‌آید.
فاکتور تراوش (Leakage Factor)
این فاکتور منشاء آب حاصل از چاه حفر شده در یک سفره آب را نشان می‌دهد و بر حسب متر بیان می‌شود. اگر مقاومت لایه نیمه قابل نفوذ در برابر جریان آب در مقایسه با مقاومت خود سفره آب زیاد باشد، فاکتور تراوش زیاد بوده و تأثیر تراوش کم است.
فاکتور زهکشی (Drainage Factor)
فاکتور زهکشی در سفره آبهای آزاد با آبدهی تأخیری قابل مقایسه با فاکتور تراوش در سفره‌های نیمه محصور است و واحد آن متر طول میباشد. اگر مقدار این فاکتور مساوی بی‌نهایت شود آبدهی سفره فوری و سریع بوده و همزمان با پائین رفتن سطح ایستابی خواهد بود.
انواع سفره‌های آبدار
سفره آب غیرمحصور (Unconfined Aquifer)
سفره آب غیر محصور عبارتست از یک لایه قابل نفوذ که قسمتی از آن دارای آب اشباع بوده و بر روی یک لایه تقریباً غیرقابل نفوذ قرار گرفته باشد. سطح آب در این سفره‌ها همان سطح آزاد یا سطح فراتیک است. خروج آب از درون فضاهای بین دانه‌ها در سفره‌های غیرمحصور دانه‌ریز تحت تأثیر نیروی ثقل به آرامی و پس از گذشت مدتی از پائین رفتن سطح ایستابی صورت می‌گیرد که به آن سفره غیر محصور با آبدهی تأخیری (Unconfined Aquifer with delayed yield) می‌گویند.
سفره آب محصور (Confined Aquifer)
هر گاه یک لایه نفوذپذیر اشباع از آب از بالا و پائین بوسیله دو لایه نفوذناپذیر محصور شود، سفره آب محصور بوجود می‌آید. در این سفره‌ها فشار آب معمولاً بیش از فشار آتمسفریک بوده و به آن آب محصور یا آب تحت فشار می‌گویند که چنانچه سطح آب بالاتر از سطح فوقانی سفره آب قرار بگیرد به آن حالت آرتزین می‌گویند.
سفره آب نیمه محصور (Semi confined Aquifer)
اگر لایه آبدار اشباع از بالا بوسیله لایه نیمه قابل نفوذ و از پائین بوسیله لایه غیرقابل نفوذ و یا کم نفوذ احاطه شده باشد بنام سفره نیمه محصور یا نشتی (Leaky) خوانده می‌شود.
سفره آب نیمه غیرمحصور (Semi-Unconfined Aquifer)
سفره آب نیمه غیر محصور بوسیله لایه نیمه قابل نفوذ دانه‌ریز که قابلیت نفوذپذیری آن در جهت افقی قابل اغماض نباشد پوشیده شده است.
تجهیزات پمپاژ
تجهیزات لازم برای آزمایش پمپاژ عبارتند از: یک عدد پمپ توربینی بهمراه مقدار کافی شافت و غلاف و لوله آبده، یکدستگاه موتور دیزل مجهز به کلاج صنعتی، یکدستگاه جعبه دنده با نسبت 5 به 6 و یکعدد سر تخلیه.
لوازم اندازه‌گیری عبارتند از: عمق سنج و کف یاب، حرارت سنج، کرونومتر، کنداکتیویتی متر(EC سنج)، pH متر، رسوب سنج– صفحه اریفیس در اندازه‌های مختلف، ظرف نمونه‌گیری آب، فرمهای توسعه و آزمایش بر حسب نمونه آب، دورسنج موتور، آب آهک یا سود سوزآور جهت صابونی کردن روغن روی آب و خنثی سازی آن بمنظور جلوگیری از عایق کردن سرسوند اندازه‌گیری. برای انجام آزمایش پمپاژ یک حلقه چاه بعمق 100 متر از یکعدد پمپ توربینی شافت و غلاف، یکدستگاه جعبه دنده 120 اسب، یکعدد سرتخلیه و مقدار کافی لوله و شافت و غلاف و یکدستگاه موتور دیزل زمینی با کلاج صنعتی استفاده می‌شود. قطر پمپ می‌تواند 6 یا 8 اینچ و لوله‌های آبده معمولاً به قطر 6 اینچ بوده که با یک تبدیل به پمپ 8 اینچ متصل می‌گردند. چنانچه عمق چاه بیش از 100 متر و حداکثر تا 200 متر باشد از پمپ توربینی 20 طبقه و شافت بقطر 38 میلی‌متر و موتور 279 اسب استفاده می‌کنند.
توضیح اینکه هر طبقه پمپ توربینی 10 اسب بخار نیرو لازم دارد که با احتساب 20% افت نیرو در مسیرهای انتقال برای یک پمپ 10 طبقه می‌باید از یک جعبه دنده به قدرت 120 اسب بخار و با احتساب 25 درصد افت نیرو در جعبه دنده، از موتور دیزل 175 اسب بخار استفاده شود.
پمپ‌های کاسه‌ای توربینی با شافت و غلاف بر اثر چرخش دورانی پروانه (Impeller) در درون کاسه پمپ (BOWL) و ایجاد نیروی گریز از مرکز آب را رو به بالا می‌راند. هر طبقه از پمپ می‌تواند آب را تا ارتفاع 10 متر رو به بالا پرتاب کند و بنابراین برای رساندن آب به ارتفاع 100 متر می‌باید ده طبقه پمپ را پشت سر هم کوپله نمایند.
پروانه‌ها توسط یک شافت سراسری که از درون لوله آبده (کالمن Column) عبور کرده است توسط نیروی موتور و به کمک جعبه دنده به دوران در می‌آید. لوله آبده به سر تخلیه متصل و از طریق یک لوله افقی آبده یا لوله تخلیه (Discharge pipe) آب را در سطح زمین تخلیه می‌کند.
نیروی مولد موتور دیزل یا موتور برقی (الکتروموتور) توسط گاردان افقی به جعبه دنده منتقل می‌شود. جعبه دنده در روی سرتخلیه قرار گرفته و شافت پمپ به آن متصل می‌گردد که مقدار نیرو و سرعت دوران وارده توسط گاردان افقی از موتور مولد را تغییر داده و به شافتهای عمودی پمپ منتقل می‌کند.
رابطه تعداد دور موتور با دور جعبه دنده از عدد نسبتی مثلاً نسبت 5 به 6 مشخص می‌گردد. در این رابطه به ازاء تعداد هر 5 دور موتور، تعداد دور شافت توسط جعبه دنده به 6 دور تبدیل می‌شود. در بعضی از انواع پمپ‌های توربینی مدل شافت و غلاف، موتور برقی بطور عمودی در بالای سر تخلیه نصب شده و مستقیماً به سر شافت متصل می‌گردد. برای جلوگیری از شکم دادن شافت و عدم برخورد با جداره لوله کالمن بفواصل 3 متری یک لاستیک سه شاخه (spider) که در وسط آن یک شکاف حلقه‌ای دارای بوش برنجی برای عبور شافت دارد، قرار می‌دهند. چرخش شافت در اثر اصطکاک با حلقه میانی لاستیک ایجاد گرما می‌کند. خنک کردن شافت ممکن است مستقیماً توسط آب پمپ شده درون لوله کالمن باشد و یا اینکه در درون غلاف‌های لوله‌ای متصل بهم پر از روغن قرار گرفته و بدینوسیله خنک شود. قطر لوله غلاف حتی‌الامکان کم بوده و بفواصل معینی دارای بوشهای یاتاقانی است که شافت از وسط آن عبور می‌کند تا در اثر دوران به دیواره غلاف برخورد نکند. روغن درون غلاف گرمای حاصل از اصطکاک چرخش شافت را می‌گیرد. لوله‌های غلاف در فواصل سه متری بوسیله لاستیک اسپایدر در وسط لوله کالمن مستقر می‌گردد تا در اثر چرخش شافت دچار لرزش و یا نوسان نشوند. برای انجام آزمایش پمپاژ اطلاعات اولیه بشرح ذیل مورد نیاز است.
- نوع چاه، قطر و عمق آن
- مشخصات لوله جدار و اسکرین چاه
- مشخصات دانه‌بندی و جنس زمین
- عمق سطح برخورد به آب و تغییرات آن در طول دوره حفاری و سطح ایستابی
- ضخامت ستون آب
- نتیجه آزمایش آبدهی با گل کش یا ایرلیفت
با توجه به اطلاعات فوق‌الذکر، پمپ آزمایش را به مقدار 5 تا 10 متر بالاتر از کف چاه نصب می‌کنند مگر آنکه دستور دیگری از طرف ناظر داده شود. برای جلوگیری از نفوذ آب پمپاژ شده از چاه به درون زمین و تأثیر منفی بر روی نتایج اندازه‌گیریها، لازم است این آب به مسافت دوری از چاه هدایت شود.
تکمیل توسعه به کمک پمپاژ
قبل از آغاز هر گونه عملیات ابتدا سطح ایستابی را بوسیله عمق‌یاب الکتریکی اندازه‌گیری می‌نمایند. بعد از انجام عملیات توسعه چاه توسط پمپ گل و یا پیستون زنی و خاتمه حفاری، برای تکمیل توسعه چاه عملیات پمپاژ با دور موتور 900 شروع شده و سپس با دورهای 1100، 1300، 1500 ادامه می‌یابد.
هدف از انجام این مرحله از توسعه چاه، خارج نمودن گل و لای و ماسه باقیمانده و تمیز شدن چاه و شبکه‌های لوله‌های مشبک میباشد. طول زمان انجام پمپاژ توسعه برای هر دور موتور بستگی به صاف شدن آب خروجی داشته و معمولاً طولانی است. در طول مدت انجام شستشو به طریق پمپاژ می‌باید مرتباً کلاج زده شود بدین معنی که با آزاد کردن درگیری موتور با جعبه دنده و توقف چرخش پمپ، تمامی آب موجود در طول لوله‌های آبده با سرعت به داخل چاه تخلیه شده و سبب ایجاد آشفتگی و بهم‌زدن رسوبات درون چاه می‌گردد. حال با برقراری مجدد چرخش پمپ، آب گل‌آلود از چاه خارج می‌گردد. این عمل تا حصول اطمینان از صاف شدن آب در هر دور موتور چندین بار تکرار می‌گردد. معیار اتمام عمل توسعه بستگی به مقدار بار رسوبی همراه آب دارد.
تماس واتساپ: 09190622992 (98+)
شناسه تلگرام مدیر سایت: Basin_Ir_bot@
نشانی ایمیل: www.Basin.ir@Gmail.com
(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)
_______________________________________________________
تماس با ما
تماس واتساپ
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
سفارش پروژه
در منابع آب
نظرات (۰)