Choćby najmniejsze osiedle ludzkie musi posiadać studnię, aby z niej czerpać wodę do użytku domowego. Większe osiedla i warsztaty przemysłowe jak browary, gorzelnie, mleczarnie, młyny, cukrownie, które potrzebują wiele wody, z osiągnięciem jej mają jednak bardzo często sporo kłopotu, mozołu i kosztów, bo woda znajduje się w ziemi często bardzo głęboko i trudno się do niej dowiercić. Stąd też przemysł studniarsko-wiertniczy jest bardzo pożyteczny i zaliczyć go trzeba do gałęzi przemysłu pierwszej potrzeby. Woda używana do picia powinna być czysta i zdrowa. Przy wierceniu i budowaniu studzeń stronę higieny trzeba wziąć koniecznie pod uwagę.
Woda
Skąd się bierze woda w ziemi ?
Wszelka woda, którą widzimy w strumieniach, rzekach, stawach, jeziorach, a nawet w ziemi, pochodzi z opadów atmosferycznych, czyli deszczów ( największymi zbiornikami wody są morza i oceany ). Woda znajdująca się na kuli ziemskiej w mniejszym lub większym stopniu paruje. Wprawdzie parowanie w większości wypadków jest niewidoczne, jednak odbywa się stale. Jako przykład parowania niewidocznego dla oka ludzkiego może służyć suszenie bielizny na słońcu. Bielizna po wypraniu jest nasiąknięta wodą, jednak pod działaniem promieni słonecznych woda ta znika, a bielizna w krótkim czasie staje się sucha. Chociaż nie zauważyliśmy przy tym uchodzącej pary, jednak nastąpiło całkowite wyparowanie wody.
Zupełnie analogiczny proces odbywa się z wszelką wodą na naszej planecie. Wyparowana, unosi się na wyższe sfery atmosfery otaczającą ziemię, a gdy natrafi przy swoim unoszeniu się na warstwy powietrza zimniejszego, nie mogąc się już wtedy w swoim dotychczasowym przezroczystym stanie lotnym utrzymać, powoduje zgęszczenie tej pary i stąd powstają chmury. Gdy nagromadzi się tych chmur większa ilość i gdy w swoim posuwaniu się natrafią na strefy powietrza tak zimnego, że z pary zaczynają się tworzyć krople wody, wtenczas krople te swoim własnym ciężarem opadają na ziemię.
Jest to deszcz. Jak wielka ilość wody unosi się w powietrzu w postaci chmur, wyobrazić sobie możemy najlepiej podczas burz, połączonych z oberwaniem się chmury. Spadające wtedy masy wody są często tak wielkie, że zalewają formalnie całe okolice, wyrządzając ogromne szkody. Gdy mniejsze ilości wody pod postacią deszczu opadną na ziemię, to trudno nam się od razu zorientować gdzie się one podziewają. Wiemy, że część tej wody wsiąka w ziemię, a część paruje, by znów tworzyć chmury. Gdy wody deszczowej spadnie większa ilość, wtedy zauważymy także, że nie tylko wsiąka w ziemię i paruje, ale też tworzy strumienie, które uprowadzają wodę do koryt rzecznych, a rzeki do morza, gdzie w największej mierze odbywa się proces parowania, a zatem tworzenia się chmur.
Jest to jakby wieczny młyn, pracujący dla dobra wszelkiego życia na ziemi, bo słońce, powietrze i woda to najpotrzebniejsze czynniki do życia. W teorii przyjmujemy, że woda, która, spadła na ziemię jako deszcz, mniej więcej w 1/3 odpływa rzekami do morza jako do najniżej położonego zbiornika wód, 1/3 wyparowuje z powrotem w powietrze, by znów spaść jako deszcz, a 1/3 wsiąka w ziemię, by, choć w zmniejszonym tempie, przezwyciężając przeszkody w ziemi, wciąż płynąć do morza, do swojego pra źródła.
Dla zasilania wodą studzeń ma właśnie największe znaczenie woda, wsiąkającą w ziemię i płynąca w różnych warstwach i kierunkach, by dopłynąć ostatecznie do swojego przeznaczenia. Ponieważ woda płynie pod swoim własnym ciężarem po pochyłych warstwach wodonośnych do morza, ciekawe będzie zobrazować w przybliżeniu tą pochyłą wodę. Polska w swojej największej przestrzeni jest rozległą płaszczyzną, położoną od 50 - 150 m ponad poziomem morza. Na tej płaszczyźnie wznoszą się w poszczególnych miejscach liczne pagórki, które dosięgają w niektórych miejscach niekiedy 300 metrów wysokości. Około 50 metrów nad poziomem morza są położone równiny nadbrzeżne. Warty od Poznania do Międzychodu i równiny nadwiślańskie pod Toruniem. Zatem teoretycznie pochyłość wody w środkowej Polsce, nie uwzględniając gór i pagórków, wynosi od 50 do 150 metrów. Na Pomorzu obniża się poziom do 0, czyli wpływa do morza ( Bałtyku ).
Jakość wody
Dobra woda, zdatna do użytku domowego, powinna być: bezbarwna, bez osadów, smaczną, orzeźwiającą, po wypiciu nie pozostawiać żadnego przykrego smaku, a przy tym gasić pragnienie. Temperatura dobrej wody waha się w granicach 8-11 stopni Celsiusa. Woda zbyt zimna powoduje katar żołądka, zbyt ciepła ma nieprzyjemny, mdły smak. Woda, choćby minimalnie zabarwiona np. mlecznie lub żółto jest dla użytku domowego niemożliwą, a dla zdrowia bardzo często szkodliwą; przy praniu bielizny powoduje ona plamy i żółknięcie. Woda tego rodzaju powinna być przed użyciem odżelaźniona i przefiltrowana tak, aby zawartość żelaza nie przekraczała 0,3 mg w 1 litr wody.
Twardość dobrej wody nie powinna przekraczać 6-20 stopni twardości wg. norm niemieckich. Twarda woda użyta do zasilania kotłów parowych powoduje obrastanie rur, w użyciu kuchennym trudniejsze gotowanie, niezbyt dobry smak potraw, a przy praniu większe zużycie mydła.
Temperatura wody.
Woda w rzekach, jeziorach a nawet płytkich studniach ( do 4 m głębokości ), podlega wahaniom temperatury. Zimą jest za zimna i dlatego np. do pojenia bydła nieodpowiednia, gdyż spowodować może łatwo choroby. Krowy pojone bardzo zimną wodą, potrzebują więcej paszy, by w żołądku tę wodę rozgrzać i dają znacznie mniej mleka. Latem natomiast słońce powierzchnie płytkich wód tak dalece rozgrzewa, że w piciu jest ona niesmaczna, nie gasi pragnienia, jak również nie nadaje się do chłodzenia z powodu zbyt wysokiej temperatury.
Woda w głębszych warstwach ziemi tzn. poniżej 4 m, nie podlega już wahaniom temperatury, powodowanymi zmianami atmosferycznymi, natomiast podlega wahaniom ciepłoty warstwy ziemi. Wahania te są jednak niewielkie i wynoszą 8 - 12 stopni C. Wody w warstwach głębszych posiadają zwyczajnie temperaturę wyższą.
Płynięcie wody w ziemi.
Woda w ziemi płynie bardzo wolno. Obliczono, że do przepłynięcia 1 km, potrzebuje ona aż 4 lat. Studniom ten powolny ruch bynajmniej nie przeszkadza, ponieważ przez czerpanie wody ze studni powodujemy szybszy przepływ, który wyrównuje powstały stąd ubytek.
Woda powierzchniowa i zaskórna.
Wody powierzchniowe tworzą rzeki, stawy i jeziora. Natomiast wody zaskórne są to już warstwy wodonośne pod powierzchnią ziemi. Do wód zaskórnych w pierwszym rzędzie zaliczamy wody znajdujące się bezpośrednio pod powierzchnią, w rozległych nizinach rzek i na wyżej położonych przestrzeniach. Wody znajdujące się w warstwach wodonośnych o głębokości do 10 metrów, zaliczamy do zaskórnych, zaś z głębszych warstw do wód wgłębnych.
Zanieczyszczanie wód powierzchniowych i zaskórnych.
Rzeki na całej swojej długości zanieczyszczone są licznymi dopływami ścieków miejskich, fabrycznych i stąd używanie wody rzecznej dla celów domowych jest niemożliwe, a co najmniej niebezpieczne. Zresztą woda z rzek jest niesmaczna i pozostawia po wypiciu w ustach smak brudnej wody. Poza tym po silniejszych deszczach wody w rzekach są często mętne z powodu spływu wody z nadbrzeżnych pól. W czasie chorób epidemicznych, zaraźliwych jak : tyfusu, cholery i innych, używanie wody rzecznej jest wprost niebezpieczne, ponieważ w tych wypadkach woda jest najlepszym rozsadnikiem chorób zakaźnych.
Jeziora i stawy podlegają rzadziej zanieczyszczeniu, lecz jako wody stojące bez większych dopływów nie są dostatecznie odświeżane, a dna i brzegi zamulone i zarośnięte licznymi odmianami roślin wodnych, podlegających gniciu. Zatem i te wody są nieodpowiednie do użycia i podobnie jak woda rzeczna łatwymi rozsadnikami wszelkich chorób
Jeziora i stawy podlegają rzadziej zanieczyszczeniu, lecz jako wody stojące bez większych dopływów nie są dostatecznie odświeżane, a dna i brzegi zamulone i zarośnięte licznymi odmianami roślin wodnych, podlegających gniciu. Zatem i te wody nie są odpowiednie do użycia i podobnie jak woda rzeczna łatwymi rozsadnikami wszelkich chorób.
Wody zaskórne bardzo łatwo zanieczyszczają się poprzez swoją płytkość a zwłaszcza tam, gdzie zaraz pod powierzchnią znajduje się warstwa piasku łatwo przepuszczalnego. Nie odpowiednie są i te wody zaskórne, które znajdują się na rozległych łąkach np. nadnoteckich od Nakła do Piły. Licznie tam osiedleni koloniści, którzy 40 lat temu nie znali jeszcze studzeń wierconych, czerpali wodę zaskórną ze studzeń kopanych w złożach torfowych. Wiosną lustro wody w tych studniach było zupełnie pod powierzchnią, jesienią zaś lub w suchym lecie o 1 metr głębiej. Woda ta była słabo zabarwiona na żółto, a smak miała zgniłych roślin. Miało to m.in ten skutek, że mieszkańcy tych okolic nie mogli trudnić się hodowlą bydła, ponieważ cielęta nie znosiły takiej wody i marniały.
Krowy też nie wytrzymywały długo, zapadając łatwo na choroby kostne. Stąd ludność skazana była na tylko na handel bydłem. Po zastosowaniu studzeń wierconych zaczęto czerpać wodę od 15 do 25 metrów i dopiero wtedy uzyskano wodę zdrową i zdatną dla bydła i użytku domowego. Zamieszkałych nizin, podobnych do nadnoteckich, jest w Polsce bardzo wiele. Mieszkańcy ich czerpią wodę również zanieczyszczoną. Lecz nie starają się szukać lepszej w głębi ziemi, by przez to swój byt polepszyć. Nie mogą zrozumieć, że raz wydane pieniądze na zdobycie lepszej wody, dają stokrotny plon. Mniej narażone na zanieczyszczenie są wody zaskórne na wyżej położonych terenach. Lecz i tu, o ile powierzchnia ziemi składa się z piasków, trzeba studnię wykonać możliwie najdalej od ustępów i miejsc przeznaczonych na mierzwę. Zresztą istnieją w tym względzie odrębne przepisy prawne, w myśl których studnie muszą być oddalone co najmniej 10 metrów od wyżej wymienionych miejsc.
Woda wgłębna
Do wód wgłębnych i gruntowych zaliczamy wszystkie warstwy wodonośne, ułożone poniżej 10 metrów pod powierzchnią ziemi.
Wody płynące w głębszych warstwach wodonośnych, są zazwyczaj do użytku domowego lepsze, smaczniejsze i znacznie mniej zanieczyszczone składnikami organicznymi; woda nim dopłynie do głębiej położonych warstw wodonośnych, ulega dokładniejszemu przefiltrowaniu, przez powierzchnie warstwy. Zaznaczyć tu trzeba, że nie zawsze woda czerpana z głębszej studni jest lepsza. Istnieją przykładowo w Poznaniu studnie o głębokości 100 - 130 m, z których woda ma zabarwienie brunatne. Woda ta przez swój charakterystyczny brunatny wygląd, nie nadaje się do użytku domowego. Nadzwyczaj dobrą jest woda ta do zasilania kotłów parowych, gdyż nie osadza na rurach kamienia, a osad który się tworzy jest tak minimalny i tak jest on luźno przyczepiony do rur, że można go z łatwością usunąć, odmuchując rury - sprężonym powietrzem. Charakterystyczne jest przy tym, że nie wszystkie studnie poznańskie mają wodę o brunatnym zabarwieniu. Inne o tej samej głębokości od 100 - 130 metrów mają wodę zupełnie bezbarwną, smaczną i zdrową, odpowiednią do użytku domowego. Z powyższych przykładów widzimy, że studnie w warstwach głębiej położonych, nie zanieczyszczone z powierzchni ziemi, mogą także wydawać wodę do użytku domowego zupełnie nie odpowiednią. Jednak na ogół wody wgłębne są pod względem jakości lepsze od wody zaskórnej.
Źródła
Pod mianem źródeł rozumiemy miejsca, gdzie woda z ziemi, wypływa sama na powierzchnię. Utworzeniu się źródła sprzyjają uwarstwienia ziemi. Górna warstwa składa się z piasków i żwirów więc woda deszczowa nie spływa po powierzchni, lecz wsiąka w ziemię tak długo aż napotka na warstwę nieprzepuszczalną. Wtedy dopiero spływa dalej po jej pochyłości. Jeżeli warstwa nieprzepuszczalna wyłoni się na powierzchnię ziemi, co zdarza się zazwyczaj na stokach górskich, wtedy i woda spływająca po niej wypływa na powierzchnię, jako źródło.
Wiele źródeł z bardzo silnym wypływem wody spotykamy u podłuża gór skalistych. Skały w większości wypadków są w rozmaitych kierunkach popękane, przez co woda deszczowa ma możność wsiąkania w te pęknięcia. W miejscach miększych woda rozkłada, podmywa ścianki, tak że z czasem tworzą się szczeliny i nawet zbiorniki wody wewnątrz skały. Przez swoje własne ciążenie płynie woda do najniższych położonych miejsc i wypływa u podnóża gór tworząc strumienie, które następnie tworzą rzeki.
Źródła w zależności od pochodzenia dzielimy na :
- szczelinowe
- uskokowe
- przewałowe
- łąkowe
- dolinowe
Ze względu na zawartość składników mineralnych w wodzie rozróżniamy źródła :
- szczawowe
- alkaiczne
- żelaziste
i inne.
Ziemia
Uwarstwienie ziemi
Utwory geologiczne, tworzące uwarstwienie ziemi, a napotykane przy budowie studzeń na rozległej płaszczyźnie Wielkopolski, a częściowo Pomorza i Mazowsza, pochodzą z kilku epok ( systemów ), z których utwory plistoceńskie ( dyluwjalne ) i trzeciorzędowe mają największe znaczenie. Kolejność tych utworów, rozpoczynając od powierzchni ziemi, jest następująca :
- holoceńskie - aluwjalne
- plistosceńskie - dyluwjalne ( starszego i młodszego zlodowacenia ). Powyższe utwory tworzą tak zwany czwartorzęd. Niżej leżące utwory należą do trzeciorzędu;
- plioceńskie
- mioceńskie
- oligoceńskie
Spąg, to znaczy dolną granicę tych utworów, tworzą utwory mezozoiczne, które zależne od okolicy przedstawiają się w postaci utworów: 6) kredowych; 7) jurajskich, a nawet triasowych. W niektórych wypadkach jak np. w okolicach Inowrocławia możemy napotykać na utwory paleozoiczne z epoki permskiej. Starszych utworów od permu na ty terenie nie spotykamy. Podział wszystkich utworów przedstawia nam załączone zestawienie:
 |
| Uwarstwienie ziemi |
Warstwy holoceńskie - aluwialne, powstałe w czasach stosunkowo niedawnych lub jako utwory samodzielne n. p. torfowiska, oraz piaski w dolinach rzecznych, bądź też jako utwory, powstałe przez zwietrzenie i przeróbkę utworów starszych np. gleby ( ziemia macierzysta ), znajdują sięe na samej powierzchni. Pod nimi znajdują się warstwy plistoceńskie czyli dyluwialne, w których możemy wymienić dwie grupy: górną i dolną. Grupa górna, zwykle bezpośrednio znajdująca się pod utworami aluwialnymi, a składająca się przeważnie z żółtej gliny z kamieniami, żółtych piasków, żwirów itp. jest utworem młodszego zlodowacenia i ma rozmaitą grubość ( średnio 8 metrowa ) Miejscami jest ona zniszczona i wtedy odsłania warstwy starsze, miejscami znów grubość jej przekracza 15 metrów.
Druga grupa przedzielona zwykle od pierwszej piaskami i żwirkami ( b. rzadko torfami i iłami z muszelkami ) należy do starszego zlodowacenia i składa się przeważnie z szarych margli z głazami, a w niektórych miejscach ze złóż kamiennych albo spieków z piaskiem i żwirem. Między warstwami czwartorzędowymi a trzeciorzędowymi spotykamy rozległe wkładki piasków i żwirów z obfitą i dobrą wodą. Warstwy te sięgają 30-40 metrów w głąb ziemi, znajdują się jednak miejscami znacznie głębiej. Pod utworami plistoceńskimi - dyluwialnymi znajdują się utwory trzeciorzędowe, które również podzielić można na kilka rodzajów warstw.
Pierwszą z nich jest pliocen, występujący przeważnie w postaci pstrych i siwych iłów, posiadających wkładki jasnych piasków a w dolnych warstwach wkładki węgla brunatnego. Ił ten nazywają również iłem poznańskim. Pod iłem występuje potężna seria, na ogół drobnoziarnistych piasków ziarnistych i kurzawki tj. drobnoziarnistego płynnego piasku z licznymi wkładkami węgla brunatnego, należąca do miacenu (t. zw. mioceńska formacja lignitowa). Niekiedy pod tymi warstwami napotkać można zielone piaski i iły należące do oligocenu, lecz poza tymi innych warstw trzeciorzędowych na terenach Wielkopolski nie znaleziono. Częściej natomiast mioceńskie piaski i lignity leżą bezpośrednio na utworach starszych mezozoicznych n. p. marglach kredowych, opoce, niekiedy piaskowcach, następnie wapieniach i piaskowcach lub iłach jurajskich, albo utworach triasowych (n. p. czerwone iły). Pod tymi utworami występują utwory permskie (n. p. sól, gips i t. p.), niekiedy blisko powierzchni.
Utwory trzeciorzędowe kończą się zazwyczaj na głębokości 150-200 m; utwory mezozoiczne i starsze, posiadające znaczną grubość dochodzącą nie- kiedy setek metrów, nie wchodzą zwyczajnie przy robotach studziennych w rachubę.
Jak widzimy z powyższego, ziemia nasza jest bardzo niejednolicie uwarstwiona i stąd nie można ułożyć żadnej reguły przy budowie studzien. W niektórych miejscach wyłaniają się starsze warstwy na powierzchnię, w innych. zanurzają się bardzo głęboko w ziemię.
Widoczne stąd, że powierzchnia ziemi nie jest stała, lecz faluje. W jednych miejscach unosi się w górę, a w innych opada. Dzieje się to jednak w tak powolnym tempie.
Warstwy nieprzepuszczalne
Przez miliony lat, że ludzkość w swym krótkim okresie życia wcale tego nie zauważa.
Warstwy nieprzepuszczalne.
Zastanówmy się z kolei nad warstwami nieprzepuszczającymi wodę. Do nich w pierwszym rzędzie zaliczyć musimy iły, które stanowią bardzo miałką i jakoby natłuszczoną masę. Rozcierając grudkę iłu w palcach nie wyczuwamy żadnych twardych i ostrych składników. Warstwy iłu dochodzą do 50 m grubości, a w niektórych wypadkach i więcej, są koloru jasno popielatego niekiedy przeplatane żółtym i czerwonym. W przekroju wygląd takiego iłu przypomina nam marmur. Z powodu swej tłustości bywa ił zwany gliną tłustą, a na skutek różnobarwności otrzymał też nazwę pstrej gliny.
Drugą w mniejszym stopniu nieprzepuszczalną warstwę stanowi margiel. W przeciwieństwie do iłu, składa się on bardzo często z grubego piasku i żwiru z głazami (kamieniami), a w zasadzie z drobin, zawierających dużą ilość wapna. Zawartość wapna w marglach powoduje jego zbicie, tak, że przepływ wody jest minimalny.
Warstwy gliny, pochodzące najczęściej z drugiego okresu lodowcowego, zatem występujące w warstwach najmłodszych, zaliczyć można także do nieprzepuszczalnych. Zabarwienie gliny jest zazwyczaj żółte, roztarta w palcach wykazuje ona zawartość piasku i drobin tłustych. Wprawdzie glina, ułożona w warstwach nie głębokich, jest przepuszczalna, jednakże stanowi dużą zaporę dla przepływu wody.
Warstwy wodonośne.
Na warstwy wodonośne czyli przepuszczające wodę składają się żwiry, piaski i szczeliny w warstwach stwardniałych. Woda w warstwach żwirowych przepływa najszybciej i dlatego nadaje się najlepiej do założenia studzien, tak kopanych jak i wierconych. Niestety warstw tych spotykamy bardzo mało.
Częściej występują piaski, lecz przepływ wody przez nie jest uzależniony w dużym stopniu od grubości ziarn i ich wzajemnego ułożenia. Jeżeli ziarnka piasku są mniejwięcej jednakowej wielkości i układają się jedne obok drugich, to powstaje dużo wolnej przestrzeni dla swobod- nego przepływu wody. Natomiast przy ziarnkach różnej wielkości przepływ wody jest gorszy a to głównie dlatego, że ziarna mniejsze wypełniają przestrzenie między ziarnami większemu, tamując przez to przepływ wody.
W warstwach stwardniałych t. j. w skałach litych i twardych warstwach wapiennych piaskowca napotyka- my dość wielkie szczeliny i pęknięcia. Takie szczeliny na- dają się bardzo dobrze jako źródła do studzien, gdyż płynąca niemi obficie woda jest w większości wypadków czy- sta i smaczna.
Przekroje uwarstwienia ziemi.
Dla łatwiejszego zorientowania się czytelnika w uwarstwieniach ziemi w zastosowaniu do wiercenia i kopania studzien umieszczam poniżej kilka rysunków.
W rozległych dolinach przyrzecznych spotykamy grube warstwy torfów. Liczne osiedla, które na tych po- kładach są zbudowane, były dawniej zmuszone czerpać swą wodę ze studzien wykopanych wprost w pokładzie torfu jak to nam przedstawia rys. 1. Woda z takich studzien jest dla użytku domowego niezdatna, a zabarwiona zazwyczaj na żółto, zawiera wiele żelaza i ma smak zgniłych roślin; niezdatna jest ona również do prania bielizny. Celem otrzymania lepszej wody stosuje się w ostatnich czasach studnie wiercone sięgające do głębszych warstw wodonośnych, które z torfem nie mają styczności, jak to nam przedstawia studnia wiercona na powyższym rysunku. Studnie takie dostarczają wodę zwykle dobrą do użytku domowego.
Piasek ze żwirem - Margiel
Warstwy składające się z piasku i żwiru, a znajdujące się w wyżej położonych terenach przyrzecznych nie przedstawiają żadnych trudności przy budowie studzien abisyńskich. By w tych warstwach wykonać studnię abisyńską, nie potrzeba nawet specjalnych narzędzi ani fa- chowca. W fabryce pomp zakupuje się filtr, rurę ssawczą i pompę, na miejscu zaś wykopuje się otwór do mokrej warstwy i skręca rurę ssawczą z filtrem, wstawia filtr w wykopany otwór i wbija w ziemię tak głęboko,
Jeżeli wykonamy wiercenia badawczego zaniechamy, może się zdarzyć taki wypadek, jaki nam przedstawia rys. 4, że wykonamy studnię głęboką z wielkim nakładem kosztów i mozolną pracą, ale wody nie uzyskamy, gdy przeciwnie często już w małej odległości znaleźć wodę można w obfitej ilości.
O ile chodzi o niekoniecznie dużą wydajność wody, to wystarczy w zupełności studnia także w pofałdowanej warstwie, choć płytko położonej. Jeżeli jednak potrzebujemy dużo wody, wtedy należy wiercić studnię do warstwy rozleglejszej i głębiej położonej, jak nam to przedstawia rysunek poniżej.
następnej, bardziej wydajnej warstwy. W tych pochyłych warstwach, o ile chodzi o mniejszą ilość wody, można natomiast zbudować studnię kopaną, jednakowoż musi być ona dość głęboko zanurzona w warstwę nieprzepuszczalną, aby wytworzyła zbiornik wody służący jako
rezerwa. Brzegi rzeczne zazwyczaj są podatne do budowania studzień abisyńskich, nie wystarczają wszakże o ile chodzi o studnie z wielką wydajnością wody. Wtedy trzeba wiercić studnie artezyjskie i to do głębszych wydajniejszych warstw
Rysunki 8, 9 i 10 służą dla większej orientacji czytelników, aby sobie łatwiej wyobrazili, jakie dalsze uwarstwienia ziemi spotyka się przy budowie studzien. Rysunki 8, 9 i 10 służą dla większej orientacji czytelników, aby sobie łatwiej wyobrazili, jakie dalsze uwarstwienia ziemi spotyka się przy budowie studzien. Rys. 11 przedstawia nam w przekroju warstwę wo- donośną, z której można uzyskać studnię artezyjską z samowypływem. Gdzie tylko są warunki na urządze- nie takiej studni, to zaleca się tak uczynić, choćby nawet trzeba było głębiej wiercić. Zaoszczędzamy sobie wtedy urządzenie pompy oraz pracy pompowania.
Zdarza się, choć nie wszędzie, że przy wierceniu studzien napotykamy na warstwy wodonośne, położone jedne nad drugimi, a przedzielone warstwami gliny, marglu lub iłu. Te warstwy wodonośne nie zawsze są podatne do urządzenia studni. Często tak są cienkie, że nie wystarczają na umieszczenie w nich filtra studziennego, względnie składają się z tak drobnego piasku, że woda płynie bardzo wolno i nie wystarcza dla studni.
O ile wystarcza studnia o małej wydajności wody, to wyszukujemy najlepszą z warstw i w niej studnię urządzamy. Natomiast, gdy chodzi o studnię z większą wydajnością wody, to staramy się połączyć więcej warstw razem, aby w ten sposób osiągnąć w studni możliwie jak najwięcej wody. Złączenie więcej warstw uskuteczniamy w ten sposób, że wiercimy otwór, zamurowując go rurami większych rozmiarów, a następnie wkładamy rury studzienne z filtrem o znacznie mniej- szych rozmiarach, a wolną przestrzeń między rurami wypełniamy żwirem. Po usunięciu rury wiertniczej przez słup wsypanego żwiru łączy się wszystkie warstwy wodonośne razem, jak to nam przedstawia rys. 12. Wtedy osiągamy znacznie większą ilość wody.
Są okolice, gdzie płyciej lub głębiej w ziemi spoty- kamy skałę wapienną lub piaskowiec. O ile nad skałą niema dostatecznych warstw wodonośnych, to zmuszeni jesteśmy szukać wody w skale. Ponieważ zazwyczaj skały są niejednolite, lecz popękane w rozmaitych kierunkach, w pęknięcia te wsiąka łatwo woda, ługuje a potem wymywa tak, że z czasem powstają szczeliny i nawet znaczne otwory, w których woda płynie już swobodnie. O ile przy wierceniu studni w skale napotykamy na takie szczeliny, to warto urządzić w nich studnie. W większości wypadków dostarczają one obficie i to dobrej wody.
Normalizacja studzien wierconych.
Bardzo ważnym czynnikiem przy budowie studzien wierconych jest ustalenie normalizacji studzien. Pod normalizacji studzien rozumiemy ustalenie pewnych wymiarów rur, z których studnie mamy wykonywać. Przyjęcie kilku wymiarów rur z licznie wyrabianych przez huty potaniałoby nasze składy rur, ponieważ mniej rozmiarów potrzeb aby utrzymywać na składzie. Ustalenie wymiarów studzien przyczyni się też do znormalizowania wymiarów pomp, co wpływa znów na ich wydatne potanienie. Potrzeba będzie wykonywać tylko kilka modeli a zato produkować je seryjnie. Z normalizacji studzien i pomp będzie miał korzyść konsument, ponieważ przez zaprowadzenie jednolitych wymiarów w całej Polsce łatwiej będzie dostać w razie zapotrzebowania znormalizowane części rezerwowe. Więc zainteresowani w znormalizowaniu studzien i pomp są tak samo producenci jak i konsumenci.
Przy wyborze rur studziennych trzeba zważać na to, by można jedną partię rur przez drugą przesuwać jak to nam pokazuje kolumna rur na rys. 20. Jest to koniecznie potrzebne przy wykonywaniu studzien głębokich.
Rozmiary filtrów należy dostosować do rozmiarów studzien. Tak samo trzeba dostosować wymiary cylindrów pompowych, aby je można umieścić w poszczególnych wymiarach studzien.
Uchwała normalizacji brzmi następująco:
Walne Zebranie Cechu Studniarsko-Wiertniczego z dnia 30 kwietnia 1933 r. uchwaliło następującą normalizację dla wykonywania studzien abisyńskich i artezyjskich.
Studnie abisyńskie.
Wykonuje się je z rur gazowych lub ocynkowanych. Ponieważ w handlu rury gazowe są oznaczone średnicą wewnętrzną i w calach angielskich, to też rury ssawcze studzien abisyńskich mają być określane w ten sam sposób, to jest w calach ang. i średnicą w świetle a studnie te wykonywane z rur 1", 11/4", 1/2", 2"
Filtr studni abisyńskiej po- winien mieć taką samą średni- cę jak rura ssawcza. Długość jego powinna być dostosowana do warstwy wodonośnej, przyczym w żwirze może być krótszy niż w piasku drobnoziarnistym. W zasadzie przyjmuje się do studni abisyńskiej filtr z siatką filtrową długości 1 mtr.
Pompy do studzien abisyńskich mają mieć zależnie od rury ssawczej następujące średnice cylindra:
5089, 4570, 4069, 3560 ,3050, 2670, 2290, 1910, 1659, 1409, 1149, 899
Studnie artezyjskie.
Rury używane do studzien artezyjskich określa się w handlu średnicą zewnętrzną w milimetrach. Stosownie do tego mają być też przy omawianiu wzgl. opisywaniu studzien artezyjskich, rury studzienne i wiertnicze określane średnicą zewnętrzną w milimetrach.
Huty krajowe wykonują rury nadające się do studzien artezyjskich począwszy od 76 do 500 mm w około 40 różnych wielkościach. Naturalnie posiadanie zbyt wielkiej ilości rozmaitych rur oraz narzędzi powiększa koszt utrzymania przedsiębiorstwa i tym samym budowę stu- dzien. Celem zapobieżenia temu ma być zaprowadzonych do studzien artezyjskich jako normalnych, dwanaście na- stępujących wielkości rur: 89 mm, 114 mm, 140 mm, 165 mm, 191 mm, 229 mm, 267 mm, 305 mm, 356 mm, 406 mm, 457 mm i 508 mm zewn. Grubość ścianek rur ma obowiązywać zwyczajna, normalnie przez huty krajowe wykonywana, o ile w ugodzie nie zostało inaczej umówione.
Filtry studzienne, o ile są wykonane z rur żelaznych lub mosiężnych wzgl. miedzianych i podziurkowanych, mają mieć następujące wymiary w milimetrach średnicy zewnętrznej.
Filtry.
Dla studni artezyjskich filtr jest bardzo ważną częścią studni, to też wielu fachowców stara się, aby wyko- nać go jak najlepiej. Stąd nagromadziło się tyle rodzajów filtrów, że nawet studniarzom niekiedy trudno wybrać rodzaj lub system filtra odpowiedni do wykonanej przez siebie studni artezyjskiej a zadowalający zleceniodawcę. W protokole normalizacyjnym ujęte są filtry i ich rozmiary tylko w odniesieniu do rozmiarów studzien. Natomiast co do poszczególnych rodzajów filtrów postaram się sprawę poniżej omówić.
Cel filtra.
Z wyrazu filtr odnosi się wrażenie jakby filtr w studni miał za zadanie filtrowanie wody. Tak jednak nie jest, ponieważ woda, płynąca w warstwie wodonośnej, już za- barwiona lub mętna, po przejściu przez filtr bynajmniej się nie oczyszcza. Woda ze studni przy pompowaniu wy- pływa taka, jaka płynie w warstwie wodonośnej, a filtr ma tylko zadanie wstrzymywanie piasku z warstwy wodonośnej, aby nie płynął razem z wodą i przez to nie zanieczyszczał wody i nie przyczyniał się do nadmiernego zużywania części pompowych. Ponieważ piaski w warstwie wodonośnej składają się z ziarn o rozmaitych wielkościach, często tak drobnych, że trudno te ziarnka wstrzymać, aby nie zamknąć dopływu wody, dlatego w tym leży trudność wykonania filtra, który by wstrzymywał jak najdrobniejsze ziarnka piasku, a równocześnie jak najmniej przeszkadzał płynięciu wody.
Drugim ujemnym czynnikiem dla filtrów są drobiny wapna i związki manganu wydzielające się z wody prze- pływającej przez filtr. Drobiny te nie we wszystkich warstwach wodonośnych znajdują się w równej mierze. Zdarza się, że na wyciągniętym filtrze ze studni istniejącej już kilka lat, znajdujemy tylko ślady tych drobin. W innych miejscach już po paru latach studnia zmniejsza swą wydajność. W takich wypadkach po wyciągnięciu filtra okazuje się, że jest on całkowicie zarosły tymi drobinami. Kawałek takiego filtra przedstawia nam powyższy rysunek.
Nad zapobieżeniem przepływu drobnych ziarnek piasku i zarastania filtra przez wydzielające się drobiny z wody pracują stale fachowcy i starają się zbudować filtr, na który wyżej wymienione ujemne czynniki nie miałyby wpływu. Pomimo bardzo licznie wykonanych różnych konstrukcji, dotąd się to nie udało, można tylko powiedzieć, że poszczególne filtry są mniej lub więcej odporne na zarastanie.
Po zgrupowaniu dotąd istniejących filtrów, mamy w zasadzie dwa ich rodzaje. Pierwszą grupą są filtry siatkowe, drugą filtry żwirowe.
Zastosowanie filtrów.
Filtry siatkowe dzięki swej dogodnej formie, wykonane zwykle z rur żelaznych pocynkowanych lub asfaltowanych, albo z rur miedzianych lub mosiężnych są najwięcej w użyciu. Można je też nieomal we wszystkich okolicznościach stosować dla studzien artezyjskich. Studnie wykonane z filtrami siatkowemu wypadają najtaniej.
Zasadniczo filtry żwirowe stosujemy tylko przy studniach o większych rozmiarach, a mianowicie tam gdzie chodzi o wielkie wydajności wody z warstw wodonośnych, składających się z drobnych piasków, albo zawierających wiele drobin, powodujących zarastanie filtra.
Filtry siatkowe
Filtr siatkowy składa się z rury podziurkowanej, owiniętej siatką jak to przedstawia nam rys. 26 i 28. Filtr siatkowy zakończony ostro do wbijania w ziemię podług rys. 26, lub zakończony świdrem do wkręcania podług
rys. 27, ujęty jest normalizacją dla studzien abisyńskich. Wymiary jego mają być z rur w świetle 1", 1/4", 12" i 2". Do wbijania lub wkręcania może być wykonany filtr tylko z rur żelaznych lub stalowych, ponieważ rury z innych me- tali wbijania lub wkręcania w ziemię nie wytrzymują.
Przy wykonywaniu studzien abisyńskich z poprzednim wierceniem otworu i wyrurowaniem go rurami wiertniczemi tak szerokiemi, że filtr można swobodnie włożyć w te rury, stosuje się również filtry z rur miedzianych lub mosiężnych, tym bardziej, że metale te są odporniejsze na rdzewienie przez co filtr, a tym samym studnia, zatrzymuje dłużej swą zdolność użytkową.
Filtry siatkowe do studzien artezyjskich wykonujemy według rys. 28. Ponieważ filtry do studzien artezyjskich zakładamy już tylko w poprzednio wywierconym otworze, więc niema przeszkody z wyborem rur żelaznych, miedzianych, mosiężnych, stalowych lub innych. Jedynie w rachubę wchodzi koszt i jego wytrzymałość na ciśnienie ziemi, które w większej głębokości i przy znaczniejszej obniżeniu lustra wody w czasie pompowania, są dość duże, mogące wpłynąć na zgniecenie filtra.
Przy większych rozmiarach studzien może być zużyta rura z drzewa, podziurkowana i owinięta siatką lub bez siatki. Wiele się też stosuje rur lano-żelaznych jako rdzeń do filtra siatkowego. Rury lano-żelazne jak nam przedstawia rys. 30 można łatwo wykonać, a w użyciu są mniej wrażliwe na rdzewienie jak rury kuto-żelazne.
Najwięcej filtrów siatkowych wykonuje się z rur kuto- żel. pocynkowanych lub asfaltowanych. Otwory w filtrach są okrągłe, wiercone. Filtry takie najłatwiej wykonać, gdyż każde prawie choćby najmniejsze przedsiębiorstwo studniarskie posiada wiertarkę, a o ile wiertarki nie posiada to każe rurę filtrową wywiercić kowalowi. Muszę zaznaczyć, że wadą tych filtrów jest zarastanie. Jednak jak to już wyżej zaznaczyłem dotąd nie mamy filtrów, które by wcale nie zarastały, to też gdy zarosną muszą być wyciągnięte, oczyszczone z utworzonej skorupy i owinięte na nowo siatką. Do odnowienia nadają się najlepiej filtry z rur kuto-żelaznych, gdyż przy powtórnej wyciągnięciu najbardziej wytrzymuje ciągnienie, i najmniej spotyka się wypadków urwania filtra.
Wiele filtrów siatkowych wykonuje się z rur miedzianych. Filtry z rur miedzianych, żelaznych czy z innych metali owija się przeważnie siatką miedzianą. Ogólnie przyjęło się mniemanie, że filtry wykonane z rury miedzianej wolniej zarastają. Wykonanie jest jednak droższe. Nie- dogodną stroną tych filtrów jest to, że zazwyczaj wykonane są z cienkiej blachy, która przy wyciąganiu filtra nie wytrzymuje i filtr taki łatwo się urywa. Usunięcie urwanej części filtra nasuwa często takie trudności, że zagraża całej studni.
Otwory w rurach filtrowych, obojętnie z jakich metali nie muszą być koniecznie okrągłe. Mogą być prostokątne jak na rys. 29. Nawet uważam takie podziurkowanie za lepsze, ponieważ siatka filtrowa na szczelinach jest mniej narażona na wtłoczenie się w otwory, a przez to możliwość uszkodzenia jest mniejsza. Aby uzyskać w filtrze siatkowym większy przepływ nawija się na rurę filtrową spiralnie drut 2 mm grub. o skoku 20 mm. Wprawdzie nawinięcie takiego drutu na rurę filtrową jest łatwe, lecz korzyść wątpliwa, ponieważ po włożeniu takiego filtra w warstwę wodonośną i po usunięciu rur wiertniczych piasek z warstwy wodonośnej tak mocno przylgnie do siatki, że między spiralą drutu przylgnie ona aż do rury, po- wodując na drucie nawet pęknięcie siatki. O ile pod siatką filtrową ma być koniecznie podkładka, wtedy lepszą jest podkładka siatkowa, wykonana z drutu o otworach 4 mm w kwadrat. Podkładki filtrowe siatkowe z większymi otworami, wykonane z grubszego drutu też nie są dobre, ponieważ na miejscach gdzie dwa druty się krzyżują powstają wywyższenia (węzełki). Po wyciągnięciu takiego filtra ze studni zauważyłem, że górna drobna siatka filtrowa na tych krzyżowaniach była w wielu miejscach poprzerywa- na, co umożliwiało płynięcie piasku z wodą i studnia stała się niezdatna do użytku.
Filtry żwirowe.
Filtry żwirowe podzielić musimy na dwa rodzaje. Filtry podług rys. 29 przystosowane są do studzien żwirowych, z obsypką żwirem filtra w ziemi. Natomiast filtr żwirowy podług rys. 31 przeznaczony jest do zastąpienia filtra siatkowego. Studnie żwirowe w stosunku do studzien z filtrem siatkowym, wypadają znacznie drożej. Obsypka filtra żwirem, aby swój cel spełniła, musi być najmniej 100 mm gruba. To też, aby wykonać najmniejszą studnię żwirową t. j. z rur 89 mm trzeba otwór wykonać rurami wiertniczymi 305 mm trzeba wykonać i wyrurkować otwór rurami 406 mm. Zdania fachowców w kwestii, czy obsypkę filtra żwirem wykonać w dwóch, lub nawet więcej warstwach jak to nam przedstawia rys. 29, czy też wykonać jedną warstwę obsypki żwiru, jak nam przedstawia rys. 30, są podzielone. Uskutecznienie obsypki filtra żwirem w jednej warstwie jest łatwiejsze, potrzeba też do jej uskutecznienia mniej partii rur.
Natomiast zwolennicy większej ilości ob- sypek dowodzą, że żwir ułoży się przy filtrze lepiej i celo- wiej. Wykonanie obsypki w większej ilości warstwach przedstawia nam rys. 29. Jak z rysunku widzimy, wsypuje się przy rurze filtrowej żwir gruboziarnisty, druga wsypka żwir drobniejszy, trzecia wsypka - gruby piasek. Zwolennicy jednej obsypki mówią, że przedstawić na papie- rze i udowadniać ładne i celowe ułożenie żwirów przy ru- rze filtrowej jak na rysunku jest łatwe. W praktyce ma się inaczej, ponieważ przy wyciąganiu rur nie wykluczone jest, że gruby żwir uniesie się z rurą, powodując przerwę w obsypce, a w miejsce żwiru grubego wsunie się żwir z następnych warstw, zbyt drobny dla szczelin w rurze filtrowej przez co nie osiągamy właściwego celu. Teoria nam mówi, że ziarnka żwiru po wsypaniu, zwyczajnie uło- żą się tak, że przepływy między nimi powstaną przynajmniej o pięć razy mniejsze jak ziarna żwiru. Gdy przyjmiemy, że szczeliny w rurze filtrowej są 3 mm szerokie, to wsypać musimy żwir o ziarnach 4-6 mm grubości, zmniejszając podług ziarna żwiru pięciokrotnie uzyskamy przepływy między ziarnami około 1 mm. Musimy wziąć jeszcze pod uwagę fakt, że kanaliki przepływowe prostolinijnie się nie ułożą, lecz powstają różne zakręty, przez które woda musi przepływać. Stąd też można przyjąć, że przy tej jednej obsypce żwiru powstaje wystarczająca za pora dla wstrzymania płynięcia piasku z wodą, a oto właściwie tylko chodzi, bo przez obsypkę rury filtrowej żwirem chcemy stworzyć zaporę dla płynięcia wody z piaskiem z warstwy wodonośnej.
Gdy budujemy studnię żwirową w warstwie wodo- nośnej, składającej się z pokładów żwirowych i gruboziarnistych piasków, tj. w warstwie o dobrym dopływie wody, wystarczy wtedy w zupełności jedna obsypka, dając nawet grubsze ziarna 5-7 mm dla uzyskania łatwiejszego przepływu wody.
Studnie żwirowe wykonujemy również wtedy, gdy napotykamy nadzwyczajne trudności z wykonaniem studni w jakikolwiek inny sposób. Warunki takie ilustruje nam rys. 12 na stronie 19. Przy wierceniu otworu napotyka- my kilka warstw wodonośnych, jednak żadna z nich nie wystarcza na urządzenie studni. Pozostaje wtedy jeszcze ta możliwość, że wykonuje się otwór z dostatecznie sze- rokiem wyrurowaniem, w który wkładamy filtr według okoliczności, może być nawet filtr siatkowy, a obsypką żwirową staramy się połączyć wszystkie warstwy wodo- nośne razem, uzyskując przez to dopływ wody do studni z wszystkich warstw wodonośnych.
Do wszystkich obsypek żwirowych powinno się używać możliwie żwirów kwarcytowych, w każdym razie nie żwirów ze żwirowni zaglinionych, ponieważ żwiry takie wchłaniają łatwiej drobiny wydzielające się z wody, przez co prędzej się zaskorupiają i powodują prędkie zamiera- nie studni. Z powodu trudności wykonania kosztowniejszych studzien żwirowych wykonuje się ich niewiele, a w wyjątkowych tylko wypadkach głębiej niż 40 m.
Oprócz wyżej omówionych studzien z filtrami żwirowymi wykonuje się jeszcze studnie z filtrami żwirowymi Kopczyńskiego. Kopczyński posiada ochronę Polskiego Urzędu Patentowego, stąd filtr nosi jego nazwę. Filtry Kopczyńskiego jak nam ilustruje rys. 31, zastępują w zu- pełności filtry siatkowe. Studnie wykonane z tego rodzaju filtrami żwirowymi nie kalkulują się drożej jak stud- nie z filtrami siatkowymi. Filtr Kopczyńskiego złożony jest z garnków lano-żel. asfaltowanych. W garnki te wsypuje się żwir przed włożeniem go w ziemię, zatem ułożenie obsypki żwiru jest dokładniejsze. Otwór dla wykonania studni nie potrzebuje być większych rozmiarów jak dla studni z filtrem siatkowym. Wmontowanie filtra Kopczyńskiego jest nawet łatwiejsze jak siatkowego, ponieważ nie jest on taki wrażliwy na uszkodzenie. Również łatwo jak siatkowy można filtr ten wmontować w studnie głę- bokie. Dopływ wody do studni przy filtrze Kopczyńskiego jest przynajmniej tak dobry, jak przy filtrze siatkowym. Drobny piasek nie przedostaje się z wodą do studni, na- wet tam gdzie w warstwie wodonośnej są wkładki ku- rzawki. Kurzawka przez górną wsypkę w garnku niezdo- ła się przedostać, więc odnośny garnek izoluje, co filtrowi wcale nie przeszkadza w jego dalszej prawidłowej pracy. Natomiast przy filtrach siatkowych wkładka kurzawki w warstwie wodonośnej jest złem, którego nie można w żaden sposób usunąć. Przy pompowaniu stale płyną z wodą drobne ziarnka piasku, zanieczyszczając ją i powodując szybkie zużycie pompy. zużycie pompy. Jestem zdania, że w studniach szerszych rozmiarów filtr Kopczyńskiego jest lepszy od filtra siatkowego, ponieważ zarastanie tego fil- tra jest znacznie powolniejsze.
Zaznaczyć chciałbym jeszcze, że w Polsce nie wyrabia się w ogóle filtrów z drzewa, choć drzewo nadaje się dobrze do produkcji filtrów. Z drzewa można wykonać filtry o tak małych szczelinach, że nawet nie potrzeba ich owijać siatką. Są firmy, które wykonują filtry z drzewa również z wsypką żwirową. Rury z drzewa o szerszych otworach szczelinowych nadają się też dobrze na filtry do studzeń żwirowych, lub owinięte siatką jako filtry siatkowe. Dobrze by było, gdyby filtry z drzewa wyrabiano również w Polsce.
Rury nadfiltrowe.
Filtry do studzień artezyjskich muszą być przedłużone rurami nadfiltrowemi. Rury powinny być tych samych rozmiarów zewnętrznych co filtry i około 5 m długie. Uszczelnienie rur nadfiltrowych w rurach studziennych. Rury nadfiltrowe w rurach studziennych muszą być dokładnie uszczelnione, aby podczas pompowania nie płynęła między rurami woda z piaskiem.
