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

Водоснабжение из подземных источников

Наибольшее распространение в системах сельскохозяйственного водоснабжения получили подземные воды. Преимущественное использование подземных вод можно объяснить, прежде всего, их хорошим качеством и значительным распространением по территории. Системы водоснабжения с забором подземных вод экономически выгоднее систем с поверхностными источниками, так как чаще всего не требуется строительство дорогостоящих очистных сооружений для улучшения качества воды. Но даже и при наличии таких сооружений стоимость систем водоснабжения с забором подземных вод в основном ниже.

На рис.17.1 представлена схема централизованного водоснабжения из подземных источников.

1 – источник водоснабжения (скважина, или группа скважин); 2 — водоподъемник; 3 – сборный резервуар; 4 – насосная станция второго подъема; 5 — установка для обеззараживания воды; 6 – водовод; 7 – водонапорная башня; 8 – распределительная сеть

Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность. Примером безнапорных вод может служить вода в водоносном горизонте, вскрытом колодцем 1 (рис.17.2).

Вода устанавливается в этом колодце устанавливается на уровне, совпадающем с уровнем подземных вод. Безнапорные подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта (слой, вскрытый колодцем 1) называют грунтовыми. Эти воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при использовании для целей водоснабжения их в большинстве случаев подвергают очистке.

Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Примером напорных вод может служить вода в водоносном горизонте, вскрытом колодцем 2. Артезианские воды, как правило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев могут использоваться для хозяйственных целей без очистки.

В колодце, вскрывающем напорный водоносный горизонт, вода поднимается до пьезометрической линии.

Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии водозабора, называется статическим. Статический уровень безнапорных вод совпадает с уровнем подземных вод (рис.17.3), уровень напорных вод совпадает с пьезометрической линией А-А (рис.17.4).

При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называют динамическим(линия ББ).

Уровни воды и пьезометрические линии, устанавливающиеся вокруг колодцев при откачке из них воды (в поперечном разрезе они имеют выпуклую кверху форму), называют кривыми депрессии. Область, ограниченную кривыми депрессии, называют депрессионной воронкой.

При использовании подземных вод первый пояс санитарной охраны составляет участок вокруг колодцев, скважин и других сооружений радиусом 30…50 м. Границы второго пояса зоны охраны подземного источника устанавливают с учетом расположения областей питания подземных вод и ограничения вводят в зависимости от гидрогеологических условий их залегания.

Для централизованного водоснабжения наиболее целесообразно использовать межпластовые напорные водоносные горизонты.

Водозаборные скважины (рис.17.5) сооружают в основном ударно-канатным (а) или роторным способом (б). Скважина имеет следующие основные части: ствол, закрепленный колонной труб 3, устье 1, водоприемную часть, оборудованную в рыхлых породах фильтром 6. Нижняя часть скважины представляет собой отстойник 7 в виде участка трубы длиной 2…10 м.

Конструкция скважины определяется ее глубиной, геологическим строением пород и способом бурения. Устье скважины закрепляют направляющей трубой, которая при бурении придает стволу вертикальное положение. В верхней части ствола располагают первую колону обсадных труб – кондуктор 2, который препятствует попаданию в скважину загрязненных поверхностных вод. Его доводят до первого водоупорного слоя глин и заводят в этот слой на 3…5 м.

Ствол скважины от кондуктора до водоносного пласта в зависимости от способа бурения крепится одной или несколькими колоннами обсадных труб 4. В водоносном пласте, сложенном песчаными, гравелистыми и другими рыхлыми породами, устанавливают в большинстве случаев щелевидный, сетчатый, блочный или гравийный фильтр. Кольцевой зазор между фильтровой и обсадной колоннами уплотняется сальником 5.

Скважины сельскохозяйственного назначения имеют диаметр 150…400 мм и глубину до 500 м.

В зависимости от дебита скважин и потребного расхода воды устраивают несколько скважин, работающих на общий сборный резервуар.

Виды водяных скважин: разновидности подземных источников воды и типы колодцев

Автономное водоснабжение применяется не только в индивидуальном строительстве, но и при строительстве многоэтажек на новых территориях. Это обстоятельство обусловлено высоким качеством подземной воды. Разные виды скважин применяют в зависимости от их глубины и назначения: для отдельного коттеджа достаточно колодца, для снабжения нескольких жилищ, многоквартирных домов требуется скважина с высоким дебитом.

Водяная скважина для дома.

Какие источники под землей

Геологические разрезы по земельным участкам неодинаковы, но закономерности по водоносным слоям существуют. С углублением от поверхности в недра подземная вода становится чище. Водозабор из верхних уровней обходится дешевле, им пользуются собственники частного жилья.

Верховодка

Водный ресурс, находящийся в земле недалеко от поверхности над водоупорным слоем горных пород, называется верховодкой. Водонепроницаемые грунты имеются не на всех территориях, не всегда удается найти подходящий участок для организации неглубокого водозабора. Над такими линзами фильтрационный слой отсутствует, вредные вещества, органические и механические примеси с дождем и снегом проникают в грунт и примешиваются к подземному водоему.

Верховодка характеризуется такими показателями:

1. Глубина залегания. В среднем 3-9 м в зависимости от региона. Для средней полосы — до 25 м.
2. Площадь пластов — ограниченная. Проявления встречаются не в каждой местности.
3. Подпитка запасов осуществляется за счет осадков. С нижележащих горизонтов водопритока нет. В засушливые периоды уровень воды в колодцах и скважинах на верховодку падает.
4. Использование — для технических нужд. Если в составе отсутствуют вредные химические загрязнители, системой фильтрации вода улучшается до питьевой.

Верховодка хорошо подходит для полива огорода. При бурении неглубоких скважин можно сэкономить: проходка доступна для самостоятельного выполнения. Вариант — устройство колодца с укреплением его стенок бетонными кольцами. Не рекомендуется делать водозабор из верхних залежей, если недалеко от земельного участка используют удобрения, располагается промышленная зона.

Грунтовка

Верховодка — ресурс пропадающий, в отличие от грунтовки, являющейся первым постоянным подземным водохранилищем. Извлечение из недр верховодки осуществляется преимущественно посредством колодцев, для забора грунтовки бурятся скважины. Эти типы подземной воды имеют схожие характеристики по глубине залегания —