Источники водоснабжения

Рассмотрены все источники водоснабжения, как природного происхождения (артезианские, грунтовые воды, реки, родники и озера), так и искусственного типа (водохранилища, каналы). Описаны подземные и поверхностные воды, их особенности и отличия.

Источником питьевого водоснабжения называется объект, содержащий воду, которая отвечает всем нормативным гигиеническим требованиям и используется для системы питьевого водоснабжения с соответствующей предварительной подготовкой. Источники водоснабжения, в частности питьевого, должны гарантировать безопасность воды: отсутствие химических веществ в опасных концентрациях, возбудителей инфекционных болезней и радиоактивных элементов. Вода должна обладать благоприятными органолептическими свойствами и должна иметь полноценный минеральный состав. Все воды, которые используются для хозяйственно-питьевого назначения, бывают поверхностные и подземные. (См. также: Монтаж систем водоснабжения)

Природный источник водоснабжения

Подземные воды

Воды, которые находятся в почве, а так же в геологических породах коры планеты в любом физическом состоянии, называются подземными. Они образуются после процесса фильтрации воды из открытых водоемов (озер и рек) через русло. В зависимости от строения горных пород, сквозь которые течет вода, будет зависеть скорость ее движения. Все горные породы по отношению к воде делятся на водоупорные и водонепроницаемые породы.

Протекание подземных вод

В водонепроницаемых слоях вода бежит по законам тяжести. Пласты водоупорных и водонепроницаемых слоев чередуются между собой. Глубина залегания таких вод – от 12 до 16 км.

Схема залегания подземных вод:

1 — водоупорный слой;
2 —грунтовые воды;
3 —межпластовые воды без напора;
4 — горизонт межпластовой напорной воды;
5 — колодец грунтовой воды;
6 — скважина, берущая межпластовую безнапорную воду;
7 — скважина, берущая межпластовые напорные (артезианские) воды.

Подземные источники питьевого водоснабжения – это грунтовые воды, межпластовые воды (безнапорные и напорные), верховодка, инфильтрационные береговые воды и родники. Рассмотрим каждый вид питьевой воды. (См. также: Водоснабжение коттеджа)

Грунтовые воды

В геологической толще пород, на первом водоупорном пласте (если считать от поверхности) располагаются безнапорные воды, которые называются грунтовыми. В колодце они находятся на уровне с подземными водами. Грунтовая вода движется по направлению уклона водоупорного подстилающего слоя. Чаще всего такая вода пригодна для питьевого водоснабжения и в природных условиях не загрязнена. Но загрязнение грунтовых вод может произойти от почвы: чем ближе к поверхности залегает вода, тем больше вероятность ее загрязнения из расположенных над ней хозяйственных объектов и населенных пунктов.

Верховодка

Верховодкой называется некое скопление воды на поверхности слабопроницаемых или водоупорных пород, которые включены в толщу водопроницаемого слоя. Так же как и грунтовая вода, находясь вблизи от поверхности, верховодка может загрязняться и стать непригодной для питьевого водоснабжения.

Артезианская вода

Артезианские воды

Очень важные подземные источники водоснабжения — межпластовые безнапорные, а также напорные воды. Отличием межпластовых вод от других видов является очень глубокое залегание, которое препятствует питанию этих вод поверхностными водами. Артезианская вода (межпластовая напорная) залегает под несколькими водоупорными слоями и изливается на поверхность во время возникновения избыточного гидростатического давления. (См. также: Водоснабжение предприятия)

Артезианские водоносные слои (еще их называют горизонтами или пластами) из глубины своего залегания изливаются на поверхность, где питаются осадками из атмосферы. Если вода из вышележащего горизонта (грунтовых вод) попадет в артезианские воды, то качество артезианской воды ухудшится. Загрязнение так же может произойти от промоины в ложе русла, сквозь заброшенные колодца и скважины, при разработке карьеров и так далее.

Родники

Родником называется естественный выход подземной воды на поверхность. Этот источник образуется после падения рельефа местности, в то время, когда водоносный слой разрезается каким-то оврагом. Такой родник называется нисходящим. Восходящий родник возникает в результате прорыва напорной воды сквозь породы, которые его перекрывали. Вода из родников всегда прохладная и имеет постоянный состав минеральных веществ. Кроме того, родниковая вода отличается своей бактериологической чистотой.

Инфильтрационные воды

Этот тип воды образуется в результате процесса фильтрации открытых водоемов сквозь подземный слой прилегающей территории. Если берег водоема имеет проницаемые фильтрующие породы, то можно построить водозаборные колодцы. Если инфильтрационная вода смешается с водой из открытых водоемов, то ее качество ухудшится. (См. также: Открытая система водоснабжения)

Поверхностное водоснабжение

Поверхностные источники водоснабжения – это реки, озера, водохранилища, пруды и каналы. Поверхностные воды могут постоянно или временно находиться на поверхности. Рассмотрим каждый источник в отдельности.

Это поток воды значительных размеров, протекающий в естественном русле и пополняющийся от подземного или поверхностного стока своего же водосборного бассейна. Реки бывают горными и равнинными. Первый тип реки характеризуется большой скоростью воды и узкими долинами, в то время как равнинные реки имеют медленное течение и широкие долины. Если сравнивать реки по протяженности, то самыми малыми считаются реки, длиной менее 10 км, а самыми большими – 500 километровые и выше.

Озера

Озером называется природная впадина, заполненная солеными или пресными водами. Озера бывают бессточные и сточные (с ручьем или рекой, вытекающей из него). Пресные озера получаются в результате впадающих в него рек. Если стоки, впадающие в озеро, загрязнены, то качество озерной воды будет плохим даже на значительном расстоянии. (См. также: Водоснабжение дома)

Озеро в Техасе (необычное тем, что оно и подземное и наземное одновременно)

Водохранилища

Помимо естественных существуют и искусственные виды источников водоснабжения. Искусственный водоем с замедленным обменом воды и измененным уровневым режимом (с помощью гидротехнических сооружений) в накопительных целях называется водохранилищем. Чаще всего этот искусственный водоем имеет объем больше одного миллиона кубических метров воды, которую можно назвать практически стоячей. Создается водохранилище в основном в русле какой-то реки способом сооружения плотины, выемки грунта или перемычки. Хранилища воды создаются рядом с потребителями – городами, населенными пунктами, предприятиями.

Водохранилище Ледибауэр

Вода в водохранилищах накапливается за счет речного постоянного потока или с помощью талых и дождевых вод. В зависимости от состава речной воды, дождевых и талых, а так же грунтовых вод и будет зависеть минеральный состав воды в водохранилище. Так как вода постепенно испаряется, то концентрация минеральных солей в оставшейся воде увеличивается. Так же для таких водоемов характерно неравномерное распределение солей на разной глубине (послойное распределение).

Вода с меньшим количеством минералов находится на поверхности, в то время как более насыщена солями вода опускает вниз. В результате разрастания водорослей в водохранилищах происходит летнее цветение воды (она станет зеленой или сине-зеленой). Когда водоросли отмирают, вода насыщается остатками разложения органических веществ, появляется сероводород и снижается содержание кислорода в воде, что вызывает мор рыбы.

Зоны санитарной охраны

Начало зоны санитарной охраны

Территории, включающие в себя источники водоснабжения и водопроводы, состоящие из поясов с особыми режимами хозяйственной деятельности — это зоны санитарной охраны источников водоснабжения. Ими могут быть артезианские скважины или какие-либо другие подземные воды, охраняемые от загрязнений.

Зона санитарной охраны

Альтернативные источники водоснабжения это

Сегодня многие считают, что пить воду из крана небезопасно. Очищенная на водоочистных станциях вода, проходя сотни километров по трубам, подвергается повторному загрязнению. Виной всему является износ системы коммунального водоснабжения. Кроме того, эта вода хлорирована. Поэтому все больше людей в последнее время используют альтернативные источники питьевой воды — родниковую, бутилированную воду, и воду, очищенную фильтром.

В Пермском крае ассортимент бутилированной воды многообразен и представлен водой как зарубежных, так и российских производителей, в том числе местных — «Родник Прикамья», «Веселый водовоз», «Новолядовская», «Богатырская», «Белогорский монастырь» и др. Кроме того,
в г. Перми создана сеть типовых киосков по продаже в розлив «экологически чистой артезианской» или «родниковой природной» питьевой воды.

Сотрудниками кафедры динамической геологии и гидрогеологии Пермского госуниверситета совместно с корреспондентами Пермской телекомпании «Рифей-Пермь» была исследована бутилированная вода некоторых Пермских производителей. Судя по информации, указанной на этикетках бутылок или на киосках, вода природная артезианская или родниковая, разливается, расфасовывается непосредственно из скважин или родников.

Из 21 пробы для 10 производился химический, для 11 других — микробиологический (бактериологический) анализы.

В результате химического анализа было установлено, что все пробы воды по тем или иным показателям качества не соответствуют нормативам СанПиНа 2.1.4.1116-2002 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества». Они либо превышают нормативы качества и физиологической полноценности расфасованных вод, либо имеют очень низкие значения.

Так, минерализация в 3 пробах составляет 580-850 мг/дм 3 , что значительно выше оптимальной концентрации для бутилированной воды (200-500 мг/дм 3 ). В некоторых пробах много сульфатов, натрия и нитратов. В одной пробе обнаружен аммоний, концентрация которого в 9 раз превышает норму. Повышенные значения имеет водородный показатель рН (щелочность) — в 9 пробах из 10 наблюдается превышение норматива физиологической полноценности воды.

Что касается общей жесткости воды, то необходимо отметить — для подземных вод Пермского края характерно повышенное значение этого показателя — 7-9 и более мг-экв/дм 3 . Это связано с литологическим составом водовмещающих пород. Однако химический анализ показал, что общая жесткость бутилированной воды напротив находится значительно ниже нормы (1,5 мг-экв/дм 3 ) физиологической полноценности расфасованных вод. Это свидетельствует об искусственном смягчении воды, на что указывает и очень малая концентрация ионов кальция и магния. В 50% проб эти макрокомпоненты почти отсутствуют.

Но самое «удивительное», вода в 7 пробах имеет сульфатный или хлоридный состав (!), что недопустимо для питьевой бутилированной воды. Все это возможно говорит либо о хозяйственно-бытовом или сельскохозяйственном загрязнении подземных источников воды, либо об антисанитарных условиях производства бутилированной воды.

Микробиологический анализ показал, что из 11 проб 8 не соответствует требованиям СанПиНа 2.1.4.1116-2002 «Питьевая вода. ». В воде зафиксированы значительные превышения по общемикробному числу, по числу общеколиформных и термотолерантных бактерий, свидетельствующих об органическом загрязнении воды. Эта некачественная вода была приобретена в киосках по продаже в розлив «экологически чистой артезианской» или «родниковой природной» питьевой воды.

Относительно названия «артезианская», указанного на этикетках или киосках, необходимо сказать, что это рекламный ход производителей. Судя по глубине и расположению скважин, подземные воды являются грунтовыми, а не артезианскими. Они достаточно легко подвержены загрязнению с поверхности земли, особенно вблизи города.

Родниковая вода. На территории г. Перми насчитывается порядка 100-120 родников (источников). Они обустроены и оборудованы для интенсивного отбора воды (дороги, лестницы, навесы или домики, каптаж трубами).

Родниковые воды круглый год употребляются местным населением для питья. Люди думают, что качество родниковой воды значительно лучше, чем водопроводной. Но родники на территории огромного промышленного города, это не ключики на зеленой опушке леса или на берегу прозрачного ручья. Вся территория города подвергается интенсивному загрязнению — воздух, реки, почвы, растительность и конечно подземные воды.

Подземные воды, разгружающиеся в виде родников, имеют небольшую глубину залегания, свободную поверхность, хорошую водопроницаемость отложений — все это благоприятствует свободному проникновению загрязненных с поверхности промышленных, коммунальных, ливневых сточные вод в водоносные горизонты.

Режимные наблюдения за водами родникового стока г. Перми сотрудниками кафедры динамической геологии и гидрогеологии ПГУ (Г.А. Максимович, К.А. Горбунова, Е.А. Кротова, И.Г. Оборина, Л.А. Шимановский, Г.К. Михайлов, Е.А. Иконников, Г.В. Бельтюков, И.М. Тюрина) ведутся с 1960 г. и по настоящее время. Накоплен уникальный материал, на основе которого создана база данных, состоящая из более 4000 химических анализов воды.

На основе современных гидрохимических данных установлено, что родниковые воды, разгружающиеся из четвертичных отложений (Q) (в правобережных микрорайонах города) имеют только сульфатный состав. Преобладание азональной сульфатной гидрохимической формации (по классификации Г.А. Максимовича, 1955) обусловлено влиянием техногенных факторов.

Фациальный состав грунтовых вод очень разнообразен. Из гидрохимических фаций наиболее распространены SO₄-HCO₃-Ca, SO₄-HCO₃-Na и SO₄-NO₃-HCO₃.

Однако, минерализация вод небольшая, ее значения изменяются от 300 до 560 мг/дм 3 , составляя в среднем 470 мг/дм 3 .

Для родниковых вод характерно сильное загрязнение азотистыми соединениями. Концентрация нитратов достигает 100,4, а в среднем составляет 62,0 мг/дм 3 , при ПДК — 45 мг/дм 3 . Нитриты варьируют от 0,01 до 0,05 мг/дм 3 , аммоний — от 0,4 до 2,4 мг/дм 3 . Кроме того, нитрат-ион очень часто входит в состав гидрохимических фаций. Всё это указывает на сильное бытовое загрязнение родниковых вод.

Показатель рН изменяется от 6,2 до 6,8 при среднем значении 6,4. Закисление грунтовых вод является их характерной особенностью и так же связано с загрязнением вод — инфильтрация загрязненных кислых и слабокислых талых и дождевых вод.

По величине общей жесткости грунтовые воды относятся к категории «умеренно жесткие» со средним значением 4,1 мг-экв/дм 3 при ПДК 7.

Зависимость химического состава грунтовых вод от времени года нарушена. Установлено увеличение минерализации весной и осенью, уменьшение — зимой и летом, что не характерно для провинции сезонного питания подземных вод. Температурный режим родниковых вод в целом не нарушен — в зимние месяцы температура воды ниже, чем летом и осенью. Основным источником питания грунтовых вод являются атмосферные осадки, на что указывает зависимость дебита родников от времени года.

Химический состав родниковых вод шешминских отложений (Р₂ u šš) (вся левобережная часть города) стабильней во времени, чем четвертичных. Преобладающими гидрохимическими формациями являются гидрокарбонатная и сульфатная.

Фациальный состав пестрый, но преобладающими гидрохимическими фациями являются две — HCO₃-SO₄-Са и SO₄-HCO₃-Са. Сульфат-ион стабильно присутствует почти во всех гидрохимических фациях и тенденция увеличения распространения сульфатных вод во времени наблюдается. Причиной увеличения в родниковых водах содержания сульфатов является загрязнение с поверхности земли, так как на бόльшей глубине, такой тенденции не наблюдается, о чем свидетельствую данные опробования скважин.

Минерализация подземных вод шешминского водоносного комплекса изменяется от 330 до 1350 мг/дм 3 , составляет в среднем 700-850 мг/дм 3 , при фоновых значениях для Пермского края 300-600 мг/дм 3 . Почти четверть проб (23%) имеют значения минерализации больше ПДК (1000 мг/дм 3 ).

Для родниковых вод характерно стабильное во времени нитратное загрязнение. Нитрат-ион присутствует почти во всех анализах родниковых вод. Его концентрация изменяется в широких пределах — от 3,0 до 150,0 мг/ дм 3 и в среднем составляет 70 мг/ дм 3 . Концентрация ионов SO₄, Са, Na ниже ПДК, но выше фоновых значений в 2-3 раза.

Значение рН изменяется от 6,0 до 7,6 (ПДК=6-9). По жесткости преобладают воды жесткие и очень жесткие, минимальное значение жесткости 5,1, максимальное — 15 мг-экв/дм 3 (ПДК=7 мг-экв/дм 3 ). Как было сказано выше, это связано с литологическим составом водовмещающих пород — с загипсованностью шешминского водоносного комплекса.

Сезонная зависимость химического состава подземных вод в целом сохраняется. Температурный режим не нарушен — минимальные значения зимой, максимальные — летом. Основной источник питания подземных вод — атмосферные осадки, на что указывает зависимость дебита родников от времени года.

Гидрогеохимическое районирование территории г. Перми (масштаб 1:25000) показало, что районы города, которые имеют наибольшую плотность застройки, преобладающее количество промышленных предприятий и длительный период существования освоенных участков территории, характеризуются наибольшей степенью загрязнения. Только на правобережье Камы в микрорайонах Средняя и Верхняя Курья подземные воды на сегодняшний день являются самыми чистыми, все показатели химического состава находятся в пределах ПДК.

Фильтры для воды — еще один способ получения чистой питьевой воды, который в последнее время приобретает все большую популярность.

Однако, исследования, проведенные в нашей гидрохимической лаборатории, показали, что очень часто профильтрованная вода становится дистиллированной. Минерализация сокращается до 50-120 мг/дм 3 , значительно уменьшается жесткость (до 0,1-1,5 мг-экв/дм 3 ), а это значит, что в воде практически отсутствуют ионы Са и Mg.

Дистиллированная вода с минерализацией меньше 100 мг/дм 3 , так же как неочищенная вода, небезопасна для организма и непригодна для постоянного употребления, так как не содержит макро- и микроэлементов, необходимых нашему организму. Постоянное употребление такой воды может привести к нарушению солевого баланса, иммунной системы, сердечного ритма, процессов пищеварения. По сути, дистиллированная вода является не питьевой, а технической.

Приобретая фильтры, люди зачастую руководствуются не правилами, а стоимостью, яркой рекламой, «ультрасовременной технологией очистки». Хотя, по правилам, прежде чем купить фильтр, необходимо сделать анализ воды, на основании которого можно определить, концентрация каких компонентов находится в норме, а каких — в избытке. И уже с учетом этого выбрать фильтр. Кроме того, профильтрованную воду также необходимо проанализировать и убедиться в том, что она качественная.

Таким образом, использовать бутилированную воду местных производителей без дополнительной очистки не рекомендуется, особенно ту, которая продается в киосках по продаже в розлив.

Пить родниковую воду в «сыром виде» небезопасно — качество воды в родниках не соответствует нормам «Питьевая вода», все родники на территории г. Перми в большей или меньшей степени подвержены загрязнению.

К выбору фильтра по очистке воды необходимо отнестись серьезно. Оценить качество воды можно только с помощью лабораторного анализа, причем произвести его необходимо как до его установки, так и после.