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

Основные источники подземных вод

Уникальность Земли заключается в наличии огромного объема воды не только в открытых водоемах, но и под земной корой. 60 миллионов кубических километров – такую цифру называют гидрогеологи.

Как в недрах образовалось такое количество ценного ресурса и где оно хранится? Об источниках подземных вод — далее в статье.

Что такое источники и месторождение?

Источники подземных вод – это родники, ключи или гейзеры, которые при определенной структуре рельефа самостоятельно находят выходы на поверхность земли.

Месторождение – это объем влаги на водоносном горизонте, который ограничен пространством, благоприятным для промышленного отбора.

Контуры для добычи этого уникального ископаемого устанавливаются с учетом экологических проблем, с выделением охранных зон.

Откуда берутся, каковы механизмы пополнения?

Подземные воды, несмотря на длительную эксплуатацию их ресурсов, восстанавливают свой объем с помощью нескольких естественных источников:

1. Любые осадки из атмосферы, которые просачиваются вниз до водоупорного слоя.
2. Конденсат, оседающий в трещинах горной породы. Характерен для местности с большим перепадом дневных и ночных температур.
3. Реликтовые воды, оставшиеся от древних океанов, закрытых осадочными породами. Высокая концентрация солей ограничивает их употребление.
4. Ювенильные воды, которые зарождаются при землетрясениях, извержении вулканов. Их участие в сохранении запасов незначительно.

Каков главный?

Ключевая роль в пополнении подземных вод в любое время года принадлежит осадкам из атмосферы.

Они поступают вглубь почвы сразу после выпадения или постепенно перетекают из открытых водоемов.

Степень проникания зависит от продолжительности и интенсивности осадков: при сильных, но кратковременных осадках влага испаряется, не успев проникнуть вглубь.

Продолжительные осенние дожди дают хорошее наполнение запасов. Самой благоприятной предпосылкой для пополнения является таяние снежного покрова весной, особенно при его затяжном характере.

Схема образования

Реки и озера в недрах земли образуются благодаря способности осадочных пород пропускать и фильтровать поступающую в них воду.

Горные пласты, хорошо пропускающие сквозь себя воду, называются водопроницаемыми. Они состоят из:

• песка,
• гравия,
• щебня,
• песчаника в различных сочетаниях.

Водоупорные породы состоят из гранита и других плотных минералов, на этих пластах происходит основное скопление воды. Их пропускная способность крайне низкая, но влага способна пробить себе дорогу дальше через микротрещины и поры.

Для характеристики подземных вод важно учитывать уровень, на котором они залегают. По глубине расположения они подразделяются на:

• почвенные
• верховодка;
• грунтовые;
• межпластовые (артезианские).

Почвенные воды – сезонное явление, проникают на небольшую глубину, питаясь атмосферными осадками. Они испаряются под солнечными лучами, впитываются растениями. Вглубь переходят только при обильных поступлениях влаги.

Верховодка образуется на уплотненных глинистых и суглинистых почвах. После продолжительных дождей или бурного таяния снега глина разбухает и препятствует дальнейшему проникновению осадков. Глубина залегания – 1-2,5 м.

Основные запасы подземных вод располагаются на двух водоносных горизонтах. Первый постоянный слой образуют грунтовые воды, которые полностью насыщают собой пространство между песчинками, галькой.

Наполненность горизонта меняется от количества выпавших осадков и активности человеческой деятельности.

Следующий водоносный горизонт заключен между пластами водоупорных пород. Подпитку получает от грунтовых вод, нашедших путь сквозь трещины гранита, базальта.

Глубоко расположенные воды второго горизонта (до 1000 м) находятся под большим давлением, вырываются на поверхность фонтаном, с сильным напором.

При бурении промышленных скважин давление падает, иногда наблюдается незначительное снижение запасов бассейна.

Заключение

Под землей вода собирается в хранилища, получая серьезную подпитку от выпадающих дождей и, в меньшем объеме, из других источников.

Структурное разнообразие пород дает возможность влаге просачиваться или скапливаться в недрах на определенной глубине. Состав воды зависит от степени насыщенности солями и минералами, присутствующими в почвах местности.

Тема: ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК ИСТОЧНИК ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Природные (подземные и поверхностные) воды, используемые для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения.

Подземные воды (грунтовые, межпластовые) формируются в водоносных горизонтах при фильтрации атмосферных осадков через почву и горные породы. Атмосферные осадки, накапливающиеся на водонепроницаемом пласте (первом, втором и т.д.), образуют водоносный горизонт. Водоносные горизонты могут иметь естественные выходы подземных вод, называемые ключами (родниками). Вода водоносных горизонтов, расположенных между двумя водоупорными пластами (ложем и кровлей), называется межпластовой. Напорные межпластовые воды, залегающие, как правило, на значительной глубине (50 м и более), называются артезианскими.

Пресные подземные воды сконцентрированы главным образом в верхней части земной коры, в зоне активного водообмена, на глубинах до 600 м, редко глубже. Ниже, в зоне замедленного подземного стока, располагаются воды повышенной минерализации — гидрокарбонатно-кальциевые, хлоридно-сульфатные и др.

Качество грунтовых вод определяется санитарным состоянием вышележащего фильтрующего слоя почвы. При химическом и биологическом загрязнении почвы и поверхностном расположении водоносного горизонта санитарная безопасность грунтовых вод значительно снижается. Из-за ограниченности дебита и ненадежности в санитарном отношении грунтовые воды используются преимущественно для сельского водоснабжения и редко как источник централизованного водоснабжения городов.

Межпластовые воды благодаря защищенности водоносных горизонтов по качеству воды в большинстве случаев соответствуют требованиям ГОСТ и могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей без предварительной обработки. Межпластовые воды обычно обладают хорошими органолептическими свойствами, в них почти полностью отсутствуют микроорганизмы. Нарушение водоупорных перекрытий межпластовых водоносных горизонтов может приводить к их загрязнению, в этих случаях необходима предварительная обработка воды — очистка и обеззараживание

К поверхностным водам относят естественные (реки, озера, моря) и искусственные (водохранилища, каналы, пруды и др.) водные объекты. Поверхностные водоисточники, как правило, наиболее обильны, вода в них слабо минерализована. Однако эти источники загрязняются легче, чем подземные. Загрязнение может быть следствием спуска промышленных и бытовых сточных вод, судоходства, лесосплава, массового купания и др. Степень и характер загрязнения определяются количеством и качественным составом неочищенных или недостаточно очищенных хозяйственно-фекальных и производственных сточных вод, сбросовых вод ирригационных систем, сливных ливневых вод с поверхности населенных пунктов, с.-х. полей и др. Поверхностные водоисточники могут загрязняться органическими и неорганическими веществами, в них могут попадать возбудители кишечных инфекций, яйца гельминтов, простейшие. Наиболее распространенными химическими загрязнениями являются синтетические поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, фенолы, ядохимикаты, соли тяжелых металлов, алифатические и ароматические амины. В районах орошаемого земледелия (в частности, в республиках Средней Азии) в качестве основных И. в. сельского населения используют ирригационные каналы — арыки, вода которых без предварительной очистки и обеззараживания опасна в эпидемиологическом отношении и часто содержит значительные количества ядохимикатов.

В хозяйственно-питьевом водоснабжении используются в основном пресные воды, подземных и поверхностных водоисточников и лишь в отдельных случаях, по согласованию с органами санитарно-эпидемической службы, — подземные воды с минерализацией до 1,5 г/л. Вместе с тем все более широко применяют соленую (морскую) воду и солоноватые подземные воды, которые опресняют и кондиционируют, доводя до требований ГОСТ.

Для обеспечения потребителей водой из подземных и поверхностных водоисточников устраивают водозаборы — гидротехнические сооружения различной сложности. Они служат для забора воды из водоисточника и подачи ее под необходимым контролем в сеть или на очистные сооружения системы водоснабжения. Простейшими водозаборами являются каптажи родников и колодцы (шахтные и трубчатые) — сооружения в виде вертикальной скважины или шахты, используемые для забора воды из безнапорных или напорных малодебитных и неглубоко залегающих водоносных горизонтов. Более сложными сооружениями являются водяные (артезианские) скважины, служащие для забора воды из глубоких обильных источников (межпластовых напорных вод).

Водозаборы из поверхности водоисточников различают по виду водоисточника (речные, озерные, морские, из водохранилищ и др.); по применению (хозяйственно-питьевые и производственные); по месту расположения (береговые, русловые); по способу приема воды (открытые, поверхностные, глубинные, донные, фильтрующие, инфильтрационные и комбинированные); по конструкционным особенностям (трубчатые, ряжевые, бетонные и железобетонные, затопляемые и незатопляемые, с водоподводящим каналом или ковшом); по производительности (малые до 1 м 3 /с, средние — от 1 до 6 м 3 /с и большие — больше 6 м 3 /с), по характеру подвижности (фуникулерные, плавучие); по сроку эксплуатации (постоянные и временные). Для того чтобы сохранить в этих водоисточниках такое качество воды, которое позволяет использовать ее в народном хозяйстве, необходима санитарная охрана водоемов, направленная на предотвращение их загрязнения и устранение его последствий. Санитарная охрана водоемов регулируется рядом взаимосвязанных нормативных документом: «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» (1974); ГОСТ 2874—82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством»; ГОСТ 2761—84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»; «Правилами санитарной охраны прибрежных вод морей» (1975) и др. При соответствии качества воды в водоисточнике требованиям ГОСТ она может быть использована для хозяйственно-питьевого водоснабжения без предварительной обработки. В случае несоответствия воды гигиеническим требованиям необходима специальная обработка воды для доведения ее до требований стандарта.

Пригодность источника водоснабжения для хозяйственно-питьевого водоснабжения устанавливается на основе санитарной оценки условий формирования и залегания подземных под и поверхностных источников водоснабжения с прилегающей к ним территорией выше и ниже водозабора по течению, оценки качества и количества воды, санитарной оценки мест размещения водозаборных сооружений, прогноза санитарного состояния водоисточника и др. Для обеспечения должного качества питьевой воды организуются зоны санитарной охраны водоисточников, основная цель которых — охрана от загрязнения источников водоснабжения, водопроводных сооружений и окружающей территории. Они включают зону строгого режима и зону ограничений.

Для учета и динамического наблюдения за источниками водоснабжения санитарно-эпидемическая служба проводит их санитарную паспортизацию. Санитарный паспорт включает основные сведения об И. в. с подробной характеристикой его санитарного состояния и указанием возможных причин загрязнения, результаты химических и микробиологических анализов воды, а также план мероприятий по его охране и оздоровлению.