Подземные источники

Подземные воды образуются путем фильтрации атмосферных осадков через почвенный покров или воды рек и озер через их русло.

Дальнейшее движение воды и накопление в виде подземных бассейнов зависят от строения горных пород, через которые она протекает. По отношению к воде все породы делятся на водопро­ницаемые и водоупорные. К первым относятся песок, супесок, гра­вий, галечник, трещиноватые мел и известняк. Вода заполняет поры между частицами породы или трещины и передвигается в силу законов тяжести и капиллярности, постепенно заполняя водоносный слой. Водоупорные породы представлены сплошными залеганиями гранита, плотного песчаника и известняка или гли­нами. Пласты водопроницаемых и водоупорных пород залегают, чередуясь с большей или меньшей правильностью.

Подземные воды залегают до глубины 12—16 км. По условиям залегания различают верховодку, грунтовые и артезианские воды (от названия французской провинции Артуа, лат. Artesium, где они были добыты в XII веке), значительно отличающиеся по гигиеническим характеристикам. Подземные пресные воды, пригодные для целей пить­евого водоснабжения, залегают на глубине 250—300 м и более.

Верховодка. Подземные воды, залегающие наибо­лее близко к земной поверхности, называются верховод­кой. Причиной появления верховодки служит наличие под почвой отложений в виде линз, создающих местный водоупор. Скапливающиеся на этом водоупоре атмосфер­ные воды и образуют верховодку выше уровня собственно грунто­вых вод. Режим питания вер­ховодки неустойчив, так как полностью зависит от атмосферных осадков, выпадающих на ограниченном пространстве. В теплом и жарком районах благодаря испарению минерализованность вер­ховодки иногда настолько повышается, что делает ее непригод­ной для питьевого использования. Вследствие поверхно­стного залегания, отсутствия водоупорной кровли и мало­го объема верховодка легко загрязняется и как правило в санитарном отношении она ненадежна и не может считать­ся хорошим источником водоснабжения

Грунтовые воды. Вода, которая скапливается в процессе фильтрации на первом от поверхности земли водоупорном пласте, называется грунтовой, в колодце она устанавли­вается на том же уровне, что и в подземном слое. Она не имеет защиты из водоупорных слоев; область питания вод совпадает с областью их распро­странения. Глубина залегания грунтовых вод колеблет­ся в пределах от 2—3 м до нескольких десятков метров.

Данный вид водоисточника характеризуется весьма непо­стоянным режимом, который целиком зависит от гидроме­теорологических факторов — частоты выпадения и обилия осадков. Вследствие этого имеются значительные сезон­ные колебания уровня стояния, дебита, химического и бактериального состава грунтовых вод. Кроме того, состав грунтовых вод зависит от местных условий (характера загрязнения окружающих объектов) и состава почвы. Запас их пополня­ется за счет инфильтрации атмосферных осадков, либо воды рек в периоды высокого уровня; не исключена возможность поступления подземных ненапорных вод из более глубоких горизонтов. В процессе инфильтрации вода в значительной мере освобождается от органического и бактериального загрязнения; при этом улучшаются и ее органолептические свойства. Проходя через почвы, вода обогащается углекислотой и про­дуктами распада органических и других веществ, что и определяет в основ­ном ее солевой состав. В природных условиях грунтовые воды не загрязнены и впол­не пригодны для питьевого водоснабжения, если их минерализа­ция не превышает вкусового порога. Однако, если почвенный слой тонок и, кроме того, загрязнен, возможно загрязне­ние грунтовых вод в период их формирования, что представ­ляет опасность в эпидемическом отношении. Чем массивнее загрязнение почвы населен­ного места и чем ближе к поверхности лежит вода, тем реальнее становится опасность ее загрязнения и заражения.

Дебит грун­товых вод обычно невелик, что наряду с непостоянным составом ограничивает их применение для централизован­ного водоснабжения. Используются грунтовые воды глав­ным образом в сельской местности при организации колодезного водоснабжения.

Межпластовые подземные воды. Межпластовые воды залегают между двумя водоупорны­ми слоями, изолированы от атмосферных осадков и поверхностных грунтовых вод водонепроницаемой кровлей, в силу чего обладают наибольшей санитарной надежностью. В зависимости от условий залегания они могут быть напорными (артезианскими) или безнапорными. Их отличительная особен­ность — залегание ниже одного, двух или нескольких слоев водо­упорных пород и отсутствие питания с поверхности непосредственно над ними. В каждом межпластовом водоносном горизонте различают область питания, где горизонт выходит на поверхность, область напора и область разгрузки, где вода изливается на поверхность земли или дно реки, озера в виде восходящих ключей. Добыча межпластовых вод производится через буровые скважины. Качество воды скважины во многом определяется ее расстоянием от границы области питания.

Санитарные достоинства глубоких подземных вод очень вели­ки: они редко требуют дополнительного улучшения качества, обладают сравнительно устойчивым химическим составом и при­родной чистотой в бактериальном отношении, характеризуются высокой прозрачностью, бесцветностью, отсутствием взвешенных веществ и приятны на вкус.

Химический состав подземных вод формируется под влиянием химического (растворение, выщелачивание, сорбция, ионный обмен, образование осадка) и физикохимического (перенос веществ фильтрующих пород, сме­шение, поглощение и выделение газов) процессов. В подземных водах найдено около 70 химических элементов. Недостатком их часто является высокое солесодержание и, в ряде случаев повышенное содержание аммиака, сероводорода и ряда минеральных веществ – фтора, бора, брома, стронция и др. Наибольшее значение для хозяйственно-питьевого водо­снабжения имеют фтор, железо, соли жесткости (сульфа­ты, карбонаты и бикарбонаты магния и кальция). Реже встречаются бром, бор, бериллий, селен, стронций.

Характерной особенностью межпластовых вод являет­ся отсутствие в них растворенного кислорода. Тем не менее микробиологические процессы оказывают суще­ственное влияние на их состав. Серобактерии окисляют сероводород и серу до серной кислоты, железобактерии образуют конкреции железа и марганца, которые частич­но растворяются в воде; некоторые виды бактерий способ­ны восстанавливать нитраты с образованием азота и аммиака. Химический солевой состав различных горизонтов подземных вод колеблется, их минерализация достигает иногда высоких пре­делов, и тогда они непригодны для водоснабжения населенных мест.

Чем дальше отстоит место водозабора (буровая сква­жина) от границы зоны питания или разгрузки и чем лучше защита от проникновения вышележащих вод, тем характернее и постояннее химический состав межпласто­вых вод. Постоянство солевого состава воды — важнейший признак санитарной надежности водоносного горизонта. На формирование состава подземных вод оказывают большое влияние естественные и искусствен­ные факторы. Изменения в солевом составе воды глубоководной артезианской скважины должны рассматриваться как признак санитарного неблагополучия. Причиной таких изменений может быть:

а) поступление воды из вышележащего горизонта, в частности грунтовых вод, при недостаточной плотности изолирующего слоя, затекании вдоль стенок скважины, через заброшенные колодцы, при разработке карьеров, при нерациональной эксплуатации горизон­та, отборе воды, превышающем его водообильность, сопровождающееся изменением мине­рализации;

б) фильтрация речной воды через промоины в водоупорном ложе русла;

в) загрязнение через устье скважины.

В некоторых случаях возможно и бактериаль­ное загрязнение воды. Одной из причин загрязнения подземных вод являются промышленные сточные воды, которые инфильтрируются из накопителей, хвосто - и шламохранилищ, золоотвалов и т. п. в случае неудовлетворительной их гидроизоляции. Инфильтрация промышленных загрязнений наблюдается и с полей фильтрации, которые до недавнего времени использовались для обезвреживания промышленных сточ­ных вод. Проникновению сточных вод через водоупорные горизонты способствуют поверхностно-активные веще­ства, присутствующие в большинстве промышленных сточных вод.

При эксплуатации скважины в определенной части водоносного горизонта в результате присасывающего дей­ствия водоподъемных устройств развивается зона пони­женного давления воды. Степень понижения зависит от мощности водоподъемника, высоты давления в горизонте до его эксплуатации и водообильности горизонта. Наи­большего значения понижение давления достигает вокруг скважины, постепенно снижаясь по мере удаления от нее. Объем водоносной породы, на котором сказывается при­сасывающее влияние водоподъемника при его работе, получил вследствие характерной формы название «ворон­ка депрессии». Наличие и размеры воронки депрессии изменяют гидрогеологические условия в водоносном гори­зонте, снижая его санитарную надежность, так как появ­ляется возможность притока воды из выше - и нижележа­щих водоносных горизонтов через трещины и гидравличе­ские окна в разделяющих их водоупорных пластах.

Территория на поверхности земли, соответствующая границе воронки депрессии, в наибольшей мере может служить источником загрязнения подземных вод, что учитывается при организации зон санитарной охраны водоисточника.

Межпластовые воды вследствие защищенности от по­верхностного загрязнения, постоянства состава и доста­точно большого дебита высоко оцениваются с санитарной точки зрения и при выборе источника хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют преимущество перед дру­гими водоисточниками. Весьма часто межпластовые воды могут использоваться для питьевых целей без предвари­тельной обработки. Единственным принципиальным огра­ничением выбора их в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения является недостаточная водообильность горизонта по сравнению с намечаемой мощно­стью водопровода.