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

Какие источники водоснабжения бывают

Характеристика

Чаще всего под источниками водоснабжения, подразумеваются природные ресурсы в виде поверхности, земли и прослоев, атмосферы. Это могут быть реки, водохранилища, глубокие артезианские воды и другие объекты.

Каждый источник имеет свое происхождение, отличается составом, качественными характеристиками с точки зрения потребления и санитарной надежности. Комплекс этих свойств дает ответ на вопрос, можно ли использовать данную воду для определенных целей.

Характеристики также определяют объем, в котором могут быть использованы конкретные источники воды. Например, артезианская вода сама по себе отличается благоприятными санитарными свойствами, которые делают ее пригодной для бытового использования.

Ресурсы поверхностных источников воды обычно используются для бытовых целей, так как они наименее пригодны для приготовления пищи из-за их уязвимости к загрязнению. Однако существуют специальные системы очистки таких вод с подключением дезинфицирующих средств.

Классификация

Типы источников водоснабжения:

Атмосферные воды : дождь, снег, лёд.

Поверхностные воды: моря, реки, водохранилища, озера, ручьи и т.д.

Подземные воды: Верховодные, грунтовые, межпластовые напорные (артезианские и ненапорные.

Поверхностные источники водоснабжения

Природные источники поверхностных вод включают в себя:

• Моря, их заливы и проливы;
• Водотоки (реки, каналы, ручьи);
• Водные объекты (озера, пруды, болота);
• Естественный отток грунтовых вод на поверхность (гейзеры, родники, фонтаны);
• Снежные поля и ледники.

Поверхностные источники водоснабжения имеют большую площадь водной поверхности. Доступную для организации различных природных и антропогенных процессов, и большую пропускную способность годового стока.

Эти факторы определяют приоритет поверхностных водных объектов. При выборе источника водоснабжения для крупных промышленных центров и населенных пунктов с большим населением.

Главной характеристикой водохранилищ является большой объем воды. Это открытые водоемы, где процветает биологическая жизнь. У них свое преимущество — это самоочищение воды.

Но есть и недостаток — это загрязнение всеми видами химических и бактериологических процессов. Наиболее загрязненными источниками водоснабжения являются поверхностные воды.

• 
• 
• 

Поверхностные источники

Лучшими источниками поверхностного водоснабжения являются реки. Чаще всего они используются для городского водоснабжения.

Для большинства рек основными источниками водоснабжения являются дождь, снег и ледниковая вода. В сухое время года и в период замерзания грунтовые воды являются источником водоснабжения рек.

Реки, как правило, имеют несколько источников снабжения с преобладанием одного или двух из них, варьирующихся в зависимости от времени года.

Озера и пруды используются для небольших поселений. Искусственные водохранилища используются как сложная конструкция для всех видов водопроводных сетей.

Следует отметить, что санитарно-гигиенические характеристики поверхностного источника водоснабжения не являются постоянными. Все дело в том, что бактериальный и химический состав воды часто меняется, особенно в сезон дождей или таяния снега.

Например, летом во многих водоемах происходит цветение воды, что значительно ухудшает качество воды из-за продуктов распада флоры и фауны.

Особенности

Реки и водохранилища, построенные на них с этой целью, чаще всего используются для организации централизованного, промышленного или бытового водоснабжения.

Характерными показателями качества речной воды являются высокая цветность и мутность (особенно в период половодья). Высокое содержание природных органических веществ (гуминовой и фульвовой кислот. Растительной и животной органики), обильная микрофлора.

В то же время речная вода характеризуется низкой минерализацией и низкой карбонатной жесткостью, что является одним из безусловных требований в системах промышленного водоснабжения.

Водохранилище

Озерная вода характеризуется крайне низким содержанием взвешенных веществ, т.е. озерные воды, особенно образующиеся в горных районах, имеют низкую мутность и цвет. Степень солености воды в озерах весьма различна.

Поверхностные водные источники характеризуются значительными сезонными колебаниями показателей качества воды и количества загрязняющих веществ в них.

В осенне-весенний период, и особенно во время паводков, показатели мутности и цветности резко возрастают. Эпидемиологические показатели значительно ухудшаются, а общая твердость, наоборот, снижается.

Качество речной воды в значительной степени зависит от интенсивности атмосферного стока, таяния снега, поверхностного стока с сельскохозяйственных угодий и мест скота, городского и ливневого стока, а также неочищенных или неочищенных промышленных сточных вод.

Поверхностные источники водоснабжения, из-за их доступности более подвержены загрязнению, чем грунтовые воды.

Характер и степень загрязнения определяются количественным и качественным составом неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод.

Сбросами из ирригационных систем, наличием рыболовецких хозяйств, рыболовецких предприятий и мест массового купания.

Наиболее частыми загрязнителями из поверхностных источников являются различные органические и неорганические соединения, патогены кишечника, простейшие и яйца гельминтов.

Среди химических веществ в речных водах чаще всего встречаются фенолы, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, хлорорганические и другие пестициды, алифатические амины, ароматические углеводороды и соли тяжелых металлов.

В орошаемых сельскохозяйственных районах оросительные каналы могут использоваться в качестве источников воды, вода которых небезопасна по эпидемическим показателям и содержит огромное количество пестицидов. Невозможно использовать такую воду без предварительной обработки.

Использование поверхностных источников

Поверхностные источники воды широко используются в централизованном бытовом и питьевом водоснабжении крупных городов в связи со следующими обстоятельствами:

• огромные запасы влаги, превышающие объем имеющихся подземных источников;
• почти постоянный поток воды;
• наличие воды для забора в системах водоснабжения;
• средняя степень минерализации.

Однако открытые водоемы постоянно загрязняются пылью из окружающего воздуха, сточными водами из населенных пунктов и сточными водами промышленных предприятий.

Вода в реках и озерах содержит минеральные и органические примеси (зерна песка, глины, ила, органические вещества растительного и животного происхождения) в больших количествах.

Для того чтобы поверхностные воды соответствовали санитарно-гигиеническим требованиям к питьевой воде, необходима специальная предварительная обработка — фильтрация, очистка и дезинфекция.

В случае централизованного водоснабжения реализуются дорогостоящие системы водоподготовки с выделением охранной зоны водозабора (для рек охранная зона составляет 100 м и 200 м соответственно выше и ниже по течению).

Очистительная станция

Стоимость таких мер для отдельных пользователей превышает стоимость бурения артезианской скважины. Поэтому для бытовых нужд и орошения используется нецентрализованная подача воды в дом из открытого водохранилища или самостоятельная подача воды в дом из реки.

Подземные источники водоснабжения

Верховодка

это скопление жидкости на поверхности водоупорных или слабопроницаемых пород, которые лежат ближе к поверхности земли и не имеют постоянного распределения.

Они образуются в результате инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, захваченных непроницаемыми или слабопроницаемыми швами и линзами, а также конденсации водяного пара в горных породах.

Для них характерна сезонность существования: в периоды засухи они часто исчезают, а в периоды дождей и интенсивного таяния снега вновь появляются.

Подвержены резким колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий (количество атмосферных осадков, влажность воздуха, температура и т.д.). Кроме того, вода, временно появляющаяся в болотных образованиях торфяников, также называется верховодкой.

Верховодка, как правило, пресная вода, с низким уровнем минерализации, но часто загрязненная органическими веществами, содержит большое количество железа и кремниевой кислоты. В целом, не может служить хорошим источником водоснабжения.

Однако, при необходимости, принимаются меры по искусственному сохранению высокого уровня воды: установка прудов; отвод воды из рек, обеспечение постоянной подачи воды в эксплуатируемые скважины; посадка растительности, замедление таяния снега; создание резервуаров для хранения воды и т.д.

В пустынных районах, с помощью канав в глинистых районах — такыров, атмосферная вода отводится на смежные участки песков, где создается линза грунтовых вод, представляющая собой определенный запас пресной воды.

Грунтовые воды

это первый постоянный уровень воды с поверхности земли. Они образуются, в первую очередь, в результате инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и воды из рек, озер, водохранилищ и ирригационных каналов;.

В некоторых местах запасы подземных вод заполняются подъемом воды из более глубоких горизонтов (например, воды из артезианских бассейнов), а также конденсацией водяного пара.

Как правило, грунтовые воды не накладываются на непроницаемые сверху породы, и они не заполняют водопроницаемый слой до полной емкости, поэтому поверхность грунтовых вод свободно стекает, не находясь под давлением.

В некоторых районах, где имеется локальный противофильтрационный слой, грунтовые воды получают местное давление (величина последнего определяется расположением уровня грунтовых вод в прилегающих районах без противофильтрационного слоя). Когда скважина или ствол достигает уровня грунтовых вод, он фиксируется на той глубине, на которой он был обнаружен.

Зоны пополнения и распределения подземных вод совпадают. Следовательно, условия формирования и режим грунтовых вод имеют характеристики, отличающие их от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям.

В зависимости от количества осадков поверхность грунтовых вод подвержена сезонным колебаниям: в сухой сезон она уменьшается, во влажный — увеличивается; изменяется также скорость течения, химический состав и температура грунтовых вод.

В непосредственной близости от рек и водохранилищ изменение уровня, скорости течения и химического состава подземных вод определяется характером их гидравлической связи с поверхностными водами и режимом поверхностных вод.

Залегание грунтовых вод

Различия в условиях формирования подземных вод обуславливают зональность их географического распределения, что тесно связано с зональностью климата, почвенного и растительного покрова.

В лесных, лесостепных и степных районах распространены свежие (или слабо минерализованные) грунтовые воды; в сухих степях, полупустынях и низинных пустынях преобладают соленые грунтовые воды, среди которых пресная вода встречается только в отдельных районах.

Подземные источники водоснабжения,, в силу их относительно легкой доступности, имеют большое значение для народного хозяйства как источник водоснабжения промышленных предприятий, городов, поселков, сел в сельской местности и т.д.

Артезианские

Артезианские межпластовые-это подземные воды, заключенные между водоупорными слоями в водоносных пластах под гидравлическим давлением, образующие артезианские бассейны.

После того, как скважина или шурф проходит через непроницаемый слой породы, пока артезианские резервуары не будут готовы, уровень воды поднимается внутри скважины или шурфа над крышей водоносного горизонта.

Иногда вода бьет из земли с большим давлением, образуя фонтаны. Источники артезианского типа чаще всего встречаются на глубинах от 100 до 1000 метров.

В связи с глубиной залегания, эти воды не подвержены воздействию человеческой деятельности в виде загрязнения отходами. На состав источников также не влияют дожди и наводнения.

Вода насыщена солями различных металлов, составляющих землю. Обычно это соли кальция, железа, магния и марганца.

Артезианская вода ценна как источник питьевой воды. Она нуждается в меньшем количестве фильтрации, чем грунтовые воды. В нем меньше бактерий и вирусов. У него низкая концентрация примесей.

Атмосферные осадки как источник водоснабжения

Дождь и снегопад также могут рассматриваться в качестве ресурса для технических и бытовых нужд. Эта вода имеет довольно низкий уровень солености, что делает ее дистиллированной. При необходимости для питья можно также использовать осадки, но только в течение короткого периода времени.

Еще несколько десятилетий назад сбор дождевой воды для различных целей был очень распространен. Но за последние несколько десятилетий использование дождевой воды значительно сократилось. Исключение составляют засушливые регионы.

Однако использование дождевой воды для питья создает определенные риски, к которым особенно восприимчивы пожилые люди, дети и люди с ослабленным иммунитетом. Химическое и бактериальное загрязнение дождевой воды почти всегда присутствует, в той или иной степени.

Дождевая вода позволяет пополнять запасы воды и использовать ее для орошения приусадебных участков.

Качество воды

Что касается гигиенических требований к источникам воды, то следует отметить, что существуют определенные стандарты, которым должна соответствовать вода в них. Если стандарты качества ниже, необходимо будет рассмотреть системы водопочистки.

Качество воды в источниках водоснабжения, должно соответствовать СанПиН 1.2.3685-21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания

Как упоминалось выше, самая чистая вода находится в межслойных слоях. А главное требование к девелоперам и операторам проектов — не снижать его качество на стадии добычи и транспортировки. Понятно, что самая грязная вода добывается из поверхностных источников.

Следует отметить, что технологии лечения постоянно совершенствуются. Но на каждом этапе времени используются те, которые имеют технологическое и экономическое обоснование.

Например, существуют технологии, с помощью которых даже самая грязная вода может быть доведена до максимально чистого уровня. Но такие технологии стоят дорого, что не окупит затраты на их приобретение и внедрение.

Требования к источникам водоснабжения

Специалисты обращают внимание на те показатели, которые не меняются даже при бережном обращении. В то время как мутность может быть удалена фильтрами. Концентрация железа может быть снижена путем обезжелезивания.

Сероводород может быть удален путем аэрации и фторидного обессоливания. Что снижает жесткость воды или обессоливания это большие расходы в финансовом плане, которые связаны со сложными технологическими процессами, требующими значительных расходов и энергопотребления.

Требования к источнику водоснабжения

Поэтому при анализе воды для систем водоснабжения, особенно для питьевой воды, необходимо строго придерживаться стандартов.

Например, сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л, концентрация сульфатов не должна превышать 500 мг/л, хлорида — 350 мг/л, оптимальная твердость — до 7 мг-экв/л. Сегодня большое внимание уделяется радиоактивной безопасности воды.

Обратите внимание: поскольку грунтовые и поверхностные воды имеют разную степень защиты, у каждого из них есть свои требования. Правда, различия незначительны, но они существуют.