حفر تونل دستی

در سرتاسر جهان، صدها هزار چاه حفر شده با دست (یا دستی) آب مورد نیاز کشاورزی، صنعت و مصارف خانگی را در اختیار ساکنان روستایی قرار می دهد . حفاری دستی چاه های آب برای مصارف خانگی و تولیدی در اکثر نقاط بنگلادش و در امتداد دشت های گنگ هند بسیار رایج است. در بخش‌هایی از آمریکای لاتین و آفریقا، فناوری‌های حفاری دستی اخیراً معرفی شده‌اند. در برخی موارد، مانند نیجر و نیجریه، حفاری دستی به خوبی مورد استفاده قرار گرفته است (DANERT 2009). علیرغم پتانسیل فوق‌العاده فناوری‌های حفاری دستی برای تامین آب با هزینه کم، بسیاری از متخصصان بخش WASH به خوبی شناخته شده نیستند و در برخی موارد قابل قبول نیستند (DANERT 2009). حفاری دستی نیز جذاب است زیرا می تواند توسط شرکت های کوچک و محلی انجام شود.

علاوه بر ساخت دستی، چاه ها را می توان به صورت مکانیکی نیز حفر کرد. تجهیزات حفاری از ساده تا ماشین های بسیار پیچیده و قدرتمند که قادر به حفاری بیش از 200 متر در عمق هستند (SMET & WIJK 2002) متغیر است.

به خصوص در مناطقی که دسترسی محدودی به مصالح ساختمانی، تجهیزات، امکانات مالی و دانش دارند، حفاری ماشینی تنها نقش کوچکی ایفا می کند زیرا نه زمان ساخت و ساز را کوتاه می کند و نه راه حل های کم هزینه ای ارائه می دهد.

اصل اساسی چاه های حفر شده ساده است: یک سوراخ در یک بدنه آب زیرزمینی حفر می شود و سپس آب نفوذی با کمک یک پمپ دستی یا موتوری استخراج می شود. در مقایسه با چاه‌های حفر شده ، قطر چاه‌های حفر شده بسیار کوچک‌تر است: در یک بافت روستایی، چاه‌ها معمولاً 50 میلی‌متر قطر دارند، در حالی که منابع شهری با انتزاع بالا به حفره‌هایی با قطر حداکثر 300 میلی‌متر نیاز دارند (DANERT 2009؛ SMET & WIJK 2002). از نظر طول، چاه‌های حفاری دستی از نظر فنی تا 200 متر را در بر می‌گیرند، اگرچه حداکثر طول 35 متر برای چاه‌های حفاری دستی رایج‌تر است. برای چاه هایی با عمق بیشتر از 50 متر، حفاری دستی معمولاً دیگر گزینه ای نیست که حفاری مکانیکی را ضروری می کند.

عملکرد چاه از نظر کمی به عمق و قطر آن، ظرفیت تغذیه آبخوان و توسعه چاه بستگی دارد. از آنجایی که آب های زیرزمینی معمولاً از کیفیت آب آشامیدنی برخوردار هستند، تصفیه اغلب نیازی به نیست. با این حال، چاه‌های حفر شده مستعد آلودگی هستند مگر اینکه به درستی مورد استفاده، نگهداری و حفاظت قرار گیرند .

همچنین باید به میزان انتزاع توجه جدی شود. اضافه برداشت می تواند اثرات مختلفی بر محیط زیست داشته باشد:

• سطح ایستابی را می توان فراتر از دسترس چاه های موجود پایین آورد
• تالاب ممکن است خشک شود
• از دست دادن فشار هیدرولیک می تواند باعث ریزش زمین و تشکیل دهانه ها شود که استفاده کشاورزی را غیرممکن می کند.
• اگر چاه در نواحی ساحلی قرار داشته باشد، ممکن است نفوذ آب دریا رخ دهد.

ارزیابی اولیه حفر تونل دستی

قبل از شروع طراحی و توسعه هر نوع منبع آبی، باید ارزیابی اولیه به منظور مدیریت و توسعه موثر و کارآمد منابع آبی انجام شود. این ارزیابی شامل یک تخمین بیلان آب (یعنی جمع آوری داده های هیدرولوژیکی، تعیین وضعیت فعلی و روند تامین آب، یک تحلیل ورودی- خروجی، و یک تجزیه و تحلیل جریان آب و مواد) و ارزیابی منابع آب (یعنی ارزیابی و مطالعه سیستماتیک منابع آب در رابطه با تأثیرات انسانی، به عنوان مثال ارزیابی تقاضا، برآورد روند، تجزیه و تحلیل مصرف آب و کیفیت). هنگام تجزیه و تحلیل سمت تقاضا، مسائل تخصیص آب نقش حیاتی ایفا می کند. در نهایت، این ارزیابی می تواند منجر به یک برنامه توسعه منابع آب شود که وضعیت، مدیریت و توسعه آینده منابع آب در یک منطقه یا حوضه خاص را توصیف می کند.

شناسایی موقعیت مکانی

به عنوان اولین گام در ساخت یک چاه، مکان آن باید ارزیابی شود. مکان یابی مناسب یک چاه برای موفقیت و پایداری طولانی مدت آن بسیار مهم است. این نه تنها توسط عوامل فیزیکی (به عنوان مثال زمین شناسی غالب، هیدرولوژی، نزدیکی به محل واقعی استفاده) تعیین می شود، بلکه به همان اندازه توسط عوامل “نرم” (مانند پذیرش توسط جامعه، ظرفیت های O&M چاه شامل پمپ، نوع) تعیین می شود. استفاده از آب، عادات محلی و غیره). برای این منظور چندین رویکرد از راه حل های ساده تا پیشرفته وجود دارد. روستاییان و اعضای جوامع مجاور می توانند منبع اطلاعاتی خوبی در مورد وجود آب های زیرزمینی کم عمق باشند. همچنین، انواع خاصی از پوشش گیاهی (مانند گیاهان موز، خرچنگ، نیشکر، نخل خرما) می تواند نشان دهنده وجود آب های زیرزمینی باشد (COLLINS 2000). اغلب، چاه های موجود در مجاورت نزدیک نشان دهنده وجود آب های زیرزمینی است. اگر تجهیزات فنی در دسترس باشد، سوراخ های آزمایشی می توانند اطلاعات دقیقی در مورد سطح آب زیرزمینی ارائه دهند. برای اطلاعات دقیق تر به: CARTER et al. 2010.

تکنیک های حفاری چاه

برای دسترسی به آب های زیرزمینی، باید یک سوراخ حفر شود و یک پوشش دائمی نصب شود. حفاری باید:

• تشکیل را بشکنید یا برش دهید،
• مواد برش خورده را از سوراخ خارج کرده و در صورت لزوم،
• برای جلوگیری از فروپاشی در حین حفاری، از دیواره های سوراخ پشتیبانی کنید (WAL 2010).
• آزمایشات پمپاژ را انجام دهید و چاه را توسعه دهید .

بنابراین، تعداد زیادی از تکنیک های مختلف وجود دارد. به طور کلی، چهار نوع متمایز از حفاری دستی متمایز می شود: مارپیچ، ضربه ای، لجن کشی و جت. (ر.ک. WAL 2010). به طور فزاینده ای، بیش از یک یا دو تکنیک به صورت ترکیبی استفاده می شود (DANERT 2009). با این وجود، مهم است که بدانیم چاهی که در همان عمق، در همان آبخوان حفر شده و به درستی توسعه یافته باشد، صرف نظر از روش حفاری، به همان اندازه مولد خواهد بود (یونیسف 2010: تامین مالی ).

انتخاب روش بهینه حفاری بیشتر به شرایط زمین شناسی و هیدرولوژیکی بستگی دارد، بلکه به تجربه و مواهب جوامع محلی یا پیمانکاران حفاری نیز بستگی دارد.

تکنیک های حفاری با جزئیات

برگزیده از WAL (2010)

1. افزایش

مارپیچ دستی متشکل از میله های فولادی قابل گسترش است که توسط یک دسته می چرخند. در انتهای میله های مته می توان تعدادی مارپیچ فولادی مختلف (مته مته) وصل کرد. مارپیچ ها به داخل زمین چرخانده می شوند تا زمانی که پر شوند، سپس از گمانه بلند می شوند تا تخلیه شوند.

در بالای سطح آب، گمانه معمولاً بدون نیاز به پشتیبانی باز می ماند. در زیر سطح آب ممکن است از یک محفظه موقت برای جلوگیری از فروریختن گمانه استفاده شود.

حفاری در داخل محفظه موقت با استفاده از بایل تا رسیدن به عمق مورد نظر ادامه می یابد. سپس پوشش دائمی چاه نصب می شود و پوشش موقت باید برداشته شود. مارپیچ ها بسته به نوع زمین شناسی تا عمق 15-25 متری قابل استفاده هستند. قطرها بین 50 تا 200 میلی متر است.

2. ضربی

کوبه‌ای دستی از یک قطعه برش یا چکش سنگین استفاده می‌کند که به یک طناب یا کابل متصل است و به سوراخ سوراخ باز یا داخل یک محفظه موقت پایین می‌آید.

معمولاً برای پشتیبانی از ابزارها از سه پایه استفاده می شود. با بالا و پایین بردن طناب یا کابل، لقمه برش یا چکش باعث سست شدن خاک یا سنگ تثبیت شده در گمانه می شود که سپس با استفاده از بایل استخراج می شود.

درست مانند مارپیچ دستی، ممکن است از یک پوشش موقت فولادی یا پلاستیکی برای جلوگیری از فرو ریختن سوراخ استفاده شود.

هنگامی که صفحه چاه دائمی و پوشش نصب می شود، این پوشش موقت باید برداشته شود. حفاری ضربه ای دستی معمولاً تا عمق 25 متری استفاده می شود.

3. لجن کشی

لجن زنی از گردش آب برای بالا آوردن خاک حفاری شده به سطح استفاده می کند. لوله های مته به بالا و پایین حرکت می کنند. در ضربه پایین، ضربه مته خاک را شل می کند و در حرکت بالا، بالای لوله با دست (یا دریچه) بسته می شود و آب را از طریق لوله کشیده و قلمه ها را به سطح منتقل می کند.

در حرکت پایین بعدی، دست (دریچه) بالای لوله را باز می کند و آب به داخل یک گودال، جلوی چاه می ریزد. در این گودال، قلمه ها از آب جدا شده و ته نشین می شوند، در حالی که آب از گودال سرریز می شود و دوباره به چاه می رود. گمانه با فشار آب باز می ماند.

برای جلوگیری از فروپاشی سوراخ و کاهش هدررفت آب در حال کار، می توان مواد غلیظ کننده (افزودنی) را به آب اضافه کرد. لجن کشی تا عمق حدود 35 متر قابل استفاده است.

4. جت کردن

جت بر اساس گردش آب و فشار آب است. برخلاف لجن کشی، آب از لوله های حفاری به پایین پمپ می شود. حجم زیاد آب اثر فرسایشی در پایین دارد و دوغاب (آب و قلمه ها) بین لوله مته و دیواره گمانه به بالا منتقل می شود.

پمپ دستی یا موتوری استفاده می شود. برای دستیابی به جریان آب کافی از

لوله مته ممکن است به سادگی یک انتهای باز داشته باشد، یا می توان یک مته اضافه کرد و می توان از چرخش جزئی یا کامل لوله مته استفاده کرد. به منظور جلوگیری از فروریختن سوراخ ها و کاهش هدررفت آب در حال کار، می توان مواد غلیظ کننده (افزودنی) را به آب اضافه کرد. جت (با چرخش) عموماً تا عمق 35 متری استفاده می شود.

5. حفاری مکانیکی

روش های حفاری با استفاده از دکل های ماشینی اساساً دو نوع هستند، روش ضربه ای یا یکی از چندین روش چرخشی. هر دو روش دارای مزایا، محدودیت‌ها، عملکرد و مناسب بودن هستند (WURZEL 2001). برای اطلاعات دقیق به WURZEL (2001) مراجعه کنید.

تکمیل چاه

پس از حفر سوراخ، چندین عنصر باید قبل از راه اندازی چاه نصب شود:

• ؛ پمپ
• سر کار (پیش بند) از دهانه سطح در برابر آلودگی ها یا ذرات وارد چاه محافظت می کند.
• آب بند بهداشتی یک لایه غیر قابل نفوذ است که ترجیحاً از بتن ساخته شده است و با جلوگیری از نشت از طریق بسته شن در امتداد گمانه از آلودگی چاه جلوگیری می کند.
• پوشش چاه از ریزش چاه و نشت آلاینده ها جلوگیری می کند. به طور سنتی، لوله های فولادی برای پوشش استفاده می شد، اما لوله های پی وی سی اخیراً جایگزین استفاده از آنها شده اند، زیرا هزینه کمتری دارند و کار با آنها آسان تر است.
• صفحه چاه در حالی که به آب اجازه نفوذ به چاه را می دهد، رسوبات را نگه می دارد. شیارهای صفحه باید کوچکتر از اندازه دانه خاک اطراف باشند. لوله های پی وی سی را می توان به راحتی با اره های برش مخصوص برش داد تا هزاران برش ریز ایجاد شود.
• بسته شن ، متشکل از شن و ماسه دانه بندی شده، فضای بین صفحه و گمانه را پر می کند. تنها در صورتی لازم است که خاک اطراف دارای دانه بندی کوچکتر از اندازه شیار صفحه باشد (WATERAID 2008؛ BALL 2001؛ WAL 2010).

توسعه و آزمایش چاه

همه روش های حفاری ویژگی های هیدرولیکی مواد سازند را در مجاورت گمانه تغییر می دهند. رویه های توسعه برای بازیابی یا بهبود این ویژگی ها برای به حداکثر رساندن عملکرد طراحی شده اند (SMET & WIJK 2002). این امر با حذف ریزدانه ها و با تثبیت بسته شن به دست می آید (WAL 2010). پمپاژ بیش از حد (یعنی پمپاژ بالاتر از نرخ طراحی) می تواند کارایی بسته بندی را با کشیدن ذرات ریز بیشتر به داخل آن بهبود بخشد. در جایی که زمین اطراف ذرات ریز زیادی دارد، جریان آب را می توان با فلاشینگ با سرعت بیشتری تسریع کرد (WATERAID 2008) (به بازسازی چاه مراجعه کنید ).

هنگامی که یک چاه توسعه یافت و عاری از هرگونه ریزه شد، چاه باید آزمایش پمپ شود. پمپاژ آزمایشی اطلاعات مفیدی در مورد عملکرد چاه می دهد و نشان می دهد که آیا بازده چاه برای هدف مورد نظر کافی خواهد بود یا خیر (WAL 2010). همچنین نشان دهنده حداکثر بازدهی است که می توان بدون خطر بهره برداری بیش از حد از چاه برداشت. پس از آزمایش کیفیت آب (همچنین به تست کیفیت آب مراجعه کنید ، چاه می تواند راه اندازی شود.

چاه های دستی بسته به مکان، فناوری مورد استفاده، زمین شناسی و هیدروژئولوژی از 20 تا 3000 دلار آمریکا هزینه دارند. با توجه به اینکه چاه‌های حفاری معمولی (یعنی چاه‌های حفر شده به صورت مکانیکی) در آفریقای جنوب صحرا می‌توانند از 2000 تا 20000 دلار آمریکا هزینه داشته باشند، حفاری دستی، در صورت امکان، می‌تواند صرفه‌جویی قابل‌توجهی را برای تامین منابع آب روستایی فراهم کند (DANERT 2009: HDD). کل هزینه ها عمدتاً شامل هزینه های داده ها، تجهیزات سرمایه ای، وسایل نقلیه، سوخت، مواد، مواد مصرفی و نیروی کار است. روشی برای برآورد هزینه های ساخت چاه در موقعیت خاص شما با جزئیات بیشتر توسط DANERT و همکاران ارائه شده است. (2010): هزینه و قیمت گذاری.

هزینه های بهره برداری و نگهداری چاه حفر شده معمولا جزئی است، مگر اینکه توسعه چاه یا بازسازی چاه به دلیل شرایط اضطراری، آلودگی چاه یا کاهش عملکرد چاه ضروری باشد. هزینه های عملیاتی و نگهداری برای پمپاژ دستی یا پمپاژ مکانیزه معمولاً غالب است.

بهره برداری از چاه های حفر شده شامل پمپاژ و تمیز کردن منطقه اطراف است. اعضای انجمن می توانند به راحتی چاه را به تنهایی اداره کنند. با این حال، تعمیر و نگهداری چاه حفر شده شامل نگهداری موتور یا پمپ الکتریکی یا پمپ دستی نیز می شود که به مهارت و تجربه بیشتری نیاز دارد. اگر پمپ کار نکند، برداشت آب غیرممکن است. همانطور که برای همه منابع آب زیرزمینی، حفاظت برای حفظ کیفیت آب حیاتی است و از این رو بخشی جدایی ناپذیر از هر برنامه نگهداری است.

های حفر شده کمتر در معرض آلودگی به طور کلی چاه های حفر شده در مقایسه با چاه قرار دارند . با این حال، به ویژه در مناطقی که توسعه سریع دارند، خطر ورود آلاینده ها به بدنه آب زیرزمینی از طریق خود چاله بسیار زیاد است. حفاظت از چاه، به عنوان مثال با نصب یک مهر و موم بهداشتی کافی (به عنوان مثال یک پیش بند) از مواد مناسب بین پوشش دائمی و خاک اطراف، برای تامین آب سالم در دراز مدت حیاتی است (SMET & WIJK 2002). اضافی اقدامات حفاظتی مانند سقف و حصار نصب آسان است اما در حفظ کیفیت مناسب آب بسیار موثر است. اگر صخره‌های حاوی آرسنیک وجود داشته باشند، فرآیندهای انحلال می‌تواند منجر به آلودگی طبیعی با آرسنیک شود، زمانی که آب در معرض اکسیژن در سطح قرار می‌گیرد و فناوری‌های حذف آرسنیک را ضروری می‌سازد.