Сравнительная гигиеническая характеристика подземных водоисточников

Сравнительная гигиеническая характеристика подземных водоисточников. В зависимости от условий формирования выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и межпластовые (напорные и ненапорные).

Подземные воды, имеющие хозяйственное значение, образуются главным образом за счет фильтрации атмосферных осадков через почву. Небольшое количество их образуется в результате фильтрации воды поверхностных водоемов (рек, озер, прудов, болот, водохранилищ и др.) через русла.

Накопление и движение подземных вод зависят от строения пород, которые делятся на водонепроницаемые и водопроницаемые. Водонепроницаемыми являются глина, известняки, гранит. К водопроницаемым относятся: песок, супесок, гравий, галечник, трещеноватые породы. Вода заполняет поры между частичками пород или трещины и продвигается под действием сил тяжести и капиллярности, постепенно заполняет водоносный горизонт. Глубина залегания подземных вод колеблется от 1—2 до нескольких десятков и тысяч метров.

Верховодка — это подземные воды, залегающие вблизи земной поверхности. Они накапливаются на первых от поверхности земли небольших по площади, прерывистых (линзоподобных) и водонепроницаемых включениях (рис. 3). Образуются за счет фильтрации атмосферных осадков. Режим пополнения верховодки водой непостоянен, так как зависит от количества осадков на ограниченной территории. Неглубокое залегание и особенности режима питания обусловливают очень малые запасы этой воды, которые к тому же значительно колеблятся на протяжении года. Кроме того, верховодка легко загрязняется, качество воды в ней значительно изменяется во времени и заслуживает низкой гигиенической оценки. Поэтому верховодку используют как источник хозяйственно-питьевого водоснабжения в исключительно редких случаях при отсутствии других источников водоснабжения. Кроме того, вследствие поверхностного залегания она является препятствием для эксплуатации подземных сооружений.

Грунтовые воды собираются над первым от поверхности земли слоем водонепроницаемых пород (глина, гранит, известняк), где образуют первый постоянно существующий водоносный горизонт, который называется горизонтом грунтовых вод. В зависимости от местных условий глубина залегания грунтовых вод колеблется от 1—2 до нескольких десятков метров. В Туркмении, например, есть колодцы глубиной до 150 м. Грунтовые воды движутся в направлении уклона водонепроницаемого слоя. Скорость их движения обычно невелика — от нескольких сантиметров до 1—3 м/сут в зависимости от водо-вмещающей породы.

Грунтовые воды являются ненапорными, их статический уровень в колодце соответствует глубине залегания. Они характеризуются непостоянным режимом, который зависит от гидрометеорологических факторов: частоты выпадения и количества осадков, наличия открытых водоемов. В результате этого регистрируются сезонные колебания уровня стояния, дебита, химического и бактериального состава грунтовых вод. С гигиенической точки зрения определяющим для качества грунтовых вод является санитарное состояние выше залегающей почвы, степень влияния которой зависит от глубины залегания грунтовых вод. В случае неглубокого их размещения вероятность попадания загрязнения повышается.

Грунтовые воды имеют более или менее постоянный физико-химический состав и лучшее качество, чем поверхностные. Фильтруясь через слой почвы, они преимущественно становятся прозрачными, бесцветными, не содержат патогенных микроорганизмов. Если почва по механическому составу мелкозернистая, то при залегании на глубине 5—6 м и более грунтовые воды вообще не содержат бактерий. В зависимости от химического состава почвы грунтовые воды могут быть слабо-, средне - или сильноминерализованными. Количество растворенных солей в грунтовой воде увеличивается в зависимости от глубины залегания, однако в большинстве случаев повышение минерализации незначительно.

Грунтовые воды широко используют в сельской местности для местного (децентрализованного) водоснабжения. Воду забирают с помощью колодцев различной конструкции (шахтных, трубчатых и др.). Иногда грунтовые воды используют для небольших локальных водопроводов, которые обеспечивают водой отдельные объекты, размещенные, например, за пределами населенных пунктов, в пригородной зоне зеленых насаждений или в поселках с местным водоснабжением. При децентрализованном водоснабжении в населенном пункте такие локальные водопроводы обязательно должны быть в больнице, на предприятиях местной пищевой промышленности (молокозавод, хлебозавод и др.) и т. п. Но чаще всего запасов грунтовых вод недостаточно для создания даже локального водопровода. Из шахтного колодца, забирающего грунтовую воду, можно получить от 1 до 10 м3/сут. К тому же пополнение почвенного слоя водой непостоянно и зависит от количества осадков. Поэтому иногда при создании водопровода с использованием грунтовых вод в качестве источника водоснабжения предусматривают их искусственное пополнение при помощи специальных инженерно-технических сооружений.

При загрязнении почв нечистотами существует опасность заражения грунтовых вод патогенными микроорганизмами. Опасность тем больше, чем интенсивнее загрязнение и чем глубже оно занесено в почву, чем выше зернистость породы и чем выше залегают грунтовые воды. В местах, где залегают трещиноватые породы или известняки с карстовыми ходами, бактерии могут распространяться на сотни метров. В предотвращении загрязнения грунтовых вод большую роль играет санитарная охрана почв.

Грунтовые воды на территориях, расположенных вблизи поверхностных водоемов, могут иметь с ними гидравлическую связь. В таких случаях речная вода фильтруется через породы, формирующие русло, пополняя запасы грунтовой воды. Такие грунтовые воды называют подрусловыми. Подрусловые воды иногда используют для водоснабжения посредством оборудования ин-фильтрационных колодцев, но из-за связи с открытым водоемом состав воды в них непостоянен и в гигиеническом отношении менее надежен.

Межпластовые подземные воды залегают между двумя водоупорными слоями, из которых один — нижний — является водонепроницаемым ложем, а другой — верхний — водонепроницаемой кровлей. Глубина залегания меж-пластовых вод колеблется от десятков и сотен до тысячи метров и более. Наличие водонепроницаемой кровли препятствует попаданию воды в межпластовые слои из расположенных выше горизонтов. Пополнение межпластовых вод может происходить лишь в местах выклинивания водоносного горизонта на поверхность. Обычно зоны питания залегают на значительном (сотни километров) расстоянии от места водозабора. Чем больше это расстояние, тем надежнее защита межпластовых вод от поступления загрязнений с поверхности. Добыча межпластовых вод производится через буровые скважины.

В зависимости от условий залегания межпластовые воды могут быть напорными или ненапорными. Чаще всего межпластовая вода заполняет всю толщу водосодержащей породы (песчаной, гравелистой или трещиноватой) между водоупорными слоями. При этом давление, под которым находится вода в водоносном слое, становится выше атмосферного. Если прорезать водонепроницаемую кровлю скважиной, то благодаря чрезмерному давлению вода в ней поднимается, а иногда даже выливается на поверхность в виде фонтана. Такая межпластовая вода называется напорной, или артезианской1, а уровень, на который она поднимается в скважине самотеком, называется статическим. Ненапорные межпластовые воды не способны подниматься самостоятельно, их статический уровень в скважине соответствует глубине залегания.

Условия формирования и залегания (наличие водоупорного перекрытия, большое расстояние от мест выклинивания, значительная глубина залегания) определяют главную особенность межпластовых вод — постоянство количественных и качественных характеристик. Именно постоянство физических свойств и химического состава является важнейшими показателями санитарной надежности межпластового водоносного слоя. Какие-либо изменения хотя бы одного из показателей качества межпластовой воды являются сигналом о поступлении в ее слой воды из размещенных выше горизонтов, то есть сигналом о возможном загрязнении.

Надежно перекрытые межпластовые воды отличаются от грунтовых невысокой температурой (5—12 °С), постоянным физико-химическим составом, постоянным уровнем и значительным дебитом. Они прозрачные, без цвета, часто — без запаха и какого-либо привкуса. Концентрация минеральных солей в них выше, чем в грунтовых водах, и зависит от химического состава породы, в которой они накапливаются и передвигаются. Межпластовые воды — пресные, но могут иметь разную степень минерализации, вплоть до высокоминерализованных. Степень минерализации определяет другие показатели качества межпластовой воды (в частности, вкус и привкус) и коррел-лирует с содержанием хлоридов, сульфатов, солей жесткости (кальция и магния) и т. п. Межпластовые воды преимущественно щелочные (pH > 7) благодаря наличию гидрокарбонатов щелочных и щелочно-земельных металлов. Иногда могут содержать много железа (II) в виде гидрокарбонатов, марганца (II) в виде сульфатов, сероводорода. Последний образуется в межпластовых водах в результате химических превращений некоторых минеральных солей: восстановления сульфатов, разложения сульфидов металлов (по реакции FeS2 + 2С02 + 2Н20 = H2S + S4- + Fe(HC03)2), при взаимодействии сернокислых солей, растворенных в воде, с битумозными глинами, торфом, нефтью и т. п. Иногда в межпластовых водах выявляют аммонийные соли, которые, как и сероводород, имеют исключительно минеральное происхождение. При отсутствии свободного растворенного кислорода в глубоких межпластовых водах создаются условия для восстановления нитратов в нитриты и аммонийные соли. Поэтому относительно высокое содержание в межпластовых водах сероводорода и аммиака иногда бывает естественным и не свидетельствует об их загрязнении. В природных биогеохимических провинциях, связанных с залежами полиметаллических руд, межпластовые воды могут содержать значительное количество тех или иных микроэлементов, в частности мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома и др. Межпластовые воды Бучакского водоносного слоя (Полтавская область Украины) отличаются высоким содержанием фтора. Разумеется, что такие воды невозможно использовать для хозяйственно-питьевого водоснабжения без специальной обработки.

Безусловным преимуществом межпластовых вод является почти полное отсутствие микробной контаминации. Благодаря длительной фильтрации и наличию водоупорной кровли, защищающей межпластовые воды от загрязнения, они почти не содержат микроорганизмов, тем более патогенных. Такие межпластовые воды эпидемически безопасны и не нуждаются в обеззараживании.

Межпластовые воды, в связи с условиями их формирования и залегания, надежностью перекрытия водоупорными слоями, постоянством состава и достаточно большим дебитом, имеют явные преимущества перед другими источниками водоснабжения и с гигиенической точки зрения заслуживают высокой оценки. В большинстве случаев они обладают высоким качеством — им присущи положительные органолептические свойства, физиологически благоприятный минеральный, в том числе микроэлементный, состав, отсутствие или очень низкое содержание вредных (токсических) химических веществ, эпидемическая безопасность. Поэтому их используют без предварительной обработки.

К сожалению, наряду с природными, на формирование состава подземных вод могут влиять и техногенные факторы. Такое влияние обычно бывает отрицательным и приводит к ухудшению качества межпластовой воды. Загрязнение может возникнуть в случае попадания воды из расположенных выше горизонтов при повреждении водоупорного перекрытия, при нарушениях во время бурения скважин, при их неправильном устройстве и эксплуатации, отсутствии тампонирования в процессе выведения из эксплуатации и т. п. В таких условиях наиболее вероятным является загрязнение ненапорных межпластовых вод, тогда как артезианские воды благодаря избыточному давлению в межпластовом слое лучше защищены и поэтому с гигиенической точки зрения более надежны.

Родниковая вода. Подземные воды, самостоятельно выходящие на поверхность, называют родниками. Выходить на поверхность могут как грунтовые, так и межпластовые воды, если соответствующий водоносный горизонт разрезается при падении рельефа, например на склоне горы, в глубоком овраге. Родники делятся на нисходящие и восходящие. Восходящие родники образуются при выходе на поверхность межпластовых напорных вод, нисходящие — грунтовых вод. Забирают родниковую воду для хозяйственных нужд с помощью водозаборных сооружений — каптажей.