Prútikár radí, že hydraulické charakteristiky, ktoré určujú pohyb vody vo vodonosnej vrstve a cez studňu, vedú k ekonomickému riešeniu plánovania, výstavby a prevádzky studne na ťažbu podzemnej vody.
Účelom studní je zhromažďovať vodu z okolitej zvodnenej vrstvy a prameňov v dôsledku nasávania vytvoreného v studni, ale tak, aby sa zabránilo vymývaniu a zrúteniu pôdnych a horninových horizontov okolo nich.
Koľko vody sa dá zo studne odčerpať, závisí od nespočetných faktorov.
Možno ich rozdeliť do dvoch hlavných skupín:
a) Fyzikálne vlastnosti a rozmery zvodnenej vrstvy.
b) Rozmery a konštrukčné riešenie studne.
Do prvej skupiny patria následovné charakteristiky:
- fyzikálne vlastnosti a rozmery zvodnených vrstiev
- prírodné vlastnosti
Tie sa nedajú zmeniť a tieto vlastnosti určujú maximálnu (ale nepretržitú) výdatnosť vody, ktorú možno na niektorých miestach dosiahnuť s každou studňou.
Charakteristiky zvodnenej vrstvy(-iev) určujú teoretickú maximálnu výdatnosť vody.
Teoretický maximálny prietok vody nie je možné nikdy dosiahnuť v celom rozsahu kvôli vzniknutým stratám, ale správnym konštrukčný návrhom studne máme možnosť sa čo najlepšie priblížiť k teoretickému maximálnemu prietoku vody a dosiahnuť tak efektívne a hospodárne riešenie.
V nasledujúcom texte sumarizujem hydraulické charakteristiky a konštrukčné riešenia studní, ktoré sa najčastejšie vyskytujú pri bytovej ťažbe vody.
V rámci studňovej hydrauliky treba okrem iného preskúmať
a) vodonosnú vrstvu obklopujúcu studňu,
b) filtračnú štruktúru studne
c) v studni sa tvoriace pohyby vody
Pri navrhovaní studní je predovšetkým potrebné určiť, aká vrstva, resp. koľko zvodnených vrstiev sa nachádza v mieste vybranom na realizáciu studne. V závislosti od rozmerov studne a fyzikálnych vlastností možno určiť maximálnu kapacitu zvodnenej vrstvy. Tomu treba prispôsobiť rozmery a konštrukciu studne tak, aby pri ekonomickom riešení studňa vykazovala čo najmenší odpor voči prúdeniu vody a tým sa výdatnosť studne čo najlepšie približovala k teoreticky stanovenému množstvu a kapacite vodonosnej vrstvy.
Studne môžu byť realizované z rôznych materiálov, z ktorých niektoré sú navrhnuté ako filtračné konštrukcie.
Na dne studne nad základnou zátkou je lapač piesku pozostávajúci zo slepej rúry. Ideálna dĺžka tohto lapača je 0,2-0,3 násobok výšky filtračnej konštrukcie, minimálne však 2-3 m.
Dušou a najdôležitejšou súčasťou studne je filtračná štruktúra, ktorá umožňuje vstup vody do studne, ale zabraňuje vniknutiu častíc pôdy do studne.
Ekonomickú prevádzku studne a maximálne využitie kapacity prívodu vody je možné dosiahnuť len vtedy, ak je v závislosti od vrstvy prívodu vody správne zvolená a použitá filtračná štruktúra.
Filtračná štruktúra studne musí spĺňať nasledujúce požiadavky:
a) bezpiesková vodná služba
b) minimálna odolnosť studne proti tečúcej vode.
c) vyhovujúca štruktúra studne z hľadiska pevnosti
Je veľmi dôležité, aby studňa počas prevádzky poskytovala vodu bez piesku.
Piesočnatá, zrnitá voda poškodzuje čerpadlo.
Piesočnatá voda je nevhodná na akékoľvek použitie, úprava pieskovej vody je náročná a nákladná.
Studňa, ktorá zásobuje piesočnatou vodou, nie je studňa.
Vo väčšine prípadov piesok v studni je spôsobený zle zvolenou štruktúrou studne. Ďalším dôvodom môže byť prekročenie limitu, kedy sa piesok zanáša do studne.
V oboch prípadoch sa zhotoviteľ pomýlil, t.j. ak vaša studňa obsahuje aj piesok, žiadajte späť plnú sumu zaplatenú za studňu.
Rám filtra môže byť vytvorený dierovaním alebo delením rúrok. Veľkosti otvorov použitých na filtračnom potrubí sú prispôsobené veľkosti oka vodonosnej vrstvy. Vo všeobecnosti je potrebné usilovať sa o to, aby súčet plôch otvorov bol v porovnaní s povrchom filtračnej trubice veľký a dosahoval aspoň 20-30%. Za zmienku stojí tyčový rámový filter, aj keď sa v dnešnej dobe používa len zriedka. Pri tyčových rámových filtroch je k dispozícii voľná plocha 50-60%, čím poskytuje veľmi priaznivý prítok vody a studničný odpor je malý a ekonomický.
V poslednej dobe sa veľmi rozšírilo používanie filtračných rámov so sieťovou tkaninou alebo pokrytých geotextíliou. Je to nesprávne, pretože použitie sitového plátna má opodstatnenie len pri jednom alebo dvoch druhoch podložia, ale aj v týchto prípadoch je vhodné použiť radšej inú štruktúru filtra. Pri sitkách, najmä bez štrkového filtra, sa bude sitová plachta priebežne zanášať, výdatnosť studne neustále klesať a skôr či neskôr prestane zásobovať studňu vodou. Rám filtra pokrytý geotextíliou alebo podobným husto tkaným materiálom je pre studňu pohromou aj jej majiteľa. O niekoľko dní alebo možno o niekoľko týždňov bude dodávka vody úplne prerušená a krátka kariéra studne sa skončí.
Na základe znalosti o sedimentačnom prostredí a ďalších hydraulických charakteristík je možné správne zvoliť a dimenzovať štruktúru filtra, ktorý najlepšie vyhovuje danému sedimentačnému prostrediu zvodnenej vrstvy.
Najúčinnejším a nenahraditeľným prostriedkom na zvýšenie prietoku vody a zabránenie upchávaniu filtra je štrkový filter používaný vedľa rámu filtra.
Rám filtra pokrytý sitovou tkaninou nenahrádza štrkový filter!
V prípade stredne a jemnozrnného piesku je štrkový filter bezpodmienečne nutný, ale vo všetkých prípadoch je vhodné inštalovať štrkový filter.
Štrkové filtre neznižujú odpor filtračnej konštrukcie vytvorenej na ráme studne, ale nepriamo môžu výrazne zvýšiť prietok vody studňou.
Najdôležitejším účinkom štrkových filtrov je,
– štrkový posip v prípade dvoch alebo viacerých vrstiev horizontu
– štrk bráni prenikaniu jemnejších častíc zeminy do studne.
Štruktúra filtra a filtračné otvory môžu byť teda zvolené oveľa priaznivejšie, podľa rozmerov filtračného štrku a nie vrstvy zvodnenej vrstvy (veľkosť filtračného štrku sa však volí na základe štruktúry zŕn vrstvy zvodnenej vrstvy, napr. zemina v okolí studne.) a tak možno použiť filtračnú štruktúru s oveľa nižším odporom.
V prípade piesočnatej štrkovej zvodne nie je potrebné, ale (odporúča sa) aplikovať samostatný štrkový nástrek, ale je vhodné vykonať čistiace čerpanie tak, aby sa okolo rámu filtra odstránením vytvoril rám umelej vrstvy.
