2. Забор воды из подземных источников

Подземными называют все воды, находящиеся ниже поверхности земли. В России водоснабжение большинства городов основано на использовании подземных вод.

Широкое использование подземных вод можно объяснить тем, что при их заборе обычно не нужны сложные и дорогостоящие сооружения по очистке воды. Отказ от использования этих вод обычно объясняется или потребностью в больших количествах воды, чем могут дать ее подземные запасы, или чрезмерной, с точки зрения потребителя, их минерализацией.

Подземные воды находятся в пустотах внутри горных пород. Пустоты могут иметь форму пор (в песках, супесях, суглинках, глинах) или трещин и даже целых пещер и подземных тоннелей (в известняках, песчаниках и других твердых горных породах). Подземные воды, заполняя все поры того или иного грунта, образуют водоносные пласты. Условия движения подземных вод в пористых водоносных пластах и трещинах горных пород различны. Способы добывания из них также различны.

Водоносный пласт подстилается водоупорным пластом, называемым иногда водоупорным ложем или просто водоупором. Пласты породы, перекрывающие водоносный пласт, называются его кровлей.

Безнапорные подземные воды насыщают водоносный пласт не на всю его толщину, а имеют свободную поверхность, называемую зеркалом грунтовых вод. Уровень воды в колодцах, опущенных в такой пласт, устанавливается на той же отметке, на которой вода была встроена при вскрытии пласта. Давление над свободной поверхностью грунтовых вод равно атмосферному.

Мощность водоносного пласта определяется слоем грунта от водоупора до зеркала грунтовых вод.

Подземные воды, полностью насыщающие водоносный пласт, покрытый сверху водонепроницаемыми грунтами, и обладающие пьезометрическим напором, называются напорными. Они характеризуются подъемом уровня воды в колодцах выше отметки, на которой вода бывает встречена при устройстве колодца. Давление под кровлей напорного пласта больше атмосферного.

В местах выхода водоносных пластов на поверхность земли образуются родники, или ключи. Родники появляются также в тех местах, где вода из напорных водоносных пластов поднимается на поверхность земли по отдельным трещинам и пустотам водонепроницаемых пород, перекрывающих водоносный пласт.

В верхних припочвенных слоях иногда встречаются воды, обычно называемые “верховодкой”. Они характеризуются непостоянством и неопределенностью залегания. Водоупорный слой, подстилающий верховодку, в ряде случаев обнаружить и установить невозможно, так как при устройстве разведочного шурфа водоносный грунт переходит незаметно в сухой. Также неопределенно бывает распространение верховодки в горизонтальном направлении (в плане).

При решении вопроса об использовании подземной воды необходимо своевременно установить, залегает она в виде грунтового потока, то есть водоносного пласта, по порам которого непрерывно движется вода, или грунтового бассейна, то есть водоносного пласта, содержащего в своих пустотах некоторый запас неподвижной воды, пополняемой различными путями.

В грунтовом потоке свободная, или напорная поверхность подземных вод имеет некоторый уклон в направлении движения потока, а в грунтовом бассейне она горизонтальна.

При добывании подземных вод необходимо предварительно подсчитать их запасы, определить их качество и возможные изменения количества и качества во времени.

Запасы подземных вод можно разделить на динамические и статические. К динамическим запасам относится количество воды, протекающее в определенный период через какое-либо сечение водоносного пласта. К статическим запасам принадлежат все неподвижные накопления подземных вод в пустотах данного объема грунта, периодически пополняемые за счет инфильтрации, конденсации или некоторого непостоянного притока со стороны.

Определение запаса подземных вод требует предварительных гидрогеологических изысканий, которые должны установить все условия залегания подземных вод, питания водоносного пласта и движения воды в нем.

При решении задачи добывания подземных вод для целей водоснабжения необходимо определять эксплуатационные запасы, то есть то количество воды, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.

Для забора подземных вод, залегающих в различных породах и на разных глубинах, применяют следующие типы водозаборных устройств и сооружений: трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водосборы, комбинированные водозаборы, лучевые водосборы, сооружения для каптажа родниковых вод. Тип водоприемного сооружения зависит от глубины залегания подземных вод, мощности и водообильности водоносного пласта, характера водовмещающей породы, наличия давления в пласте и т.п.

Горизонтальные водозаборы применяют при небольшой глубине залегания водоносного пласта (до 5 - 8 м) и малой его мощности. Они представляют собой дренажные трубы или галереи, размещаемые в пределах водоносного пласта на подстилающем водоупоре перпендикулярно направлению грунтового потока. На водосборных линиях через каждые 25 - 50 м предусматривают смотровые колодцы.

Трубчатые колодцы сооружают бурением в грунте вертикальных цилиндрических выработок – скважин, стенки которых в большинстве пород

необходимо укреплять обсадными трубами (стальными, асбестоцементными, полиэтиленовыми), образующими трубчатый колодец. Трубчатые колодцы применяют при глубоком залегании водоносных пластов и их значительной мощности. Отличительная особенность трубчатых колодцев - малый диаметр и большая длина цилиндрической части. Трубчатые колодцы могут быть использованы для получения подземных безнапорных и напорных вод. Для водоснабжения крупных объектов предусматривают несколько трубчатых колодцев, объединяемых в общую систему водосборных сооружений.

Шахтные колодцы сооружают из бетона, железобетона, кирпича, бута и дерева для приема обычно безнапорных вод при относительно небольшой глубине их залегания (до 40 м). Обычно шахтные колодцы не доходят до водоупора (колодцы несовершенного типа) и получают воду через днище и отверстия в стенках. На дне и в отверстиях стен шахтных колодцев размещают фильтры для предотвращения попадания в них частиц породы.

Лучевой водосбор является сооружением инфильтрационного типа,

используемым для забора подрусловых и подземных вод из водоносных пластов небольшой мощности, лежащих на глубине до 20 м. Вода отбирается перфорированными трубчатыми дренами, расположенными в пределах водоносных пород и присоединяемыми радиально к сборному шахтному колодцу.

Каптажные водосборные сооружения устраивают двух типов: для каптажа восходящих родников водоприемные сооружения представляют собой шахты или резервуары, размещаемые над местом наиболее интенсивного выхода подземных вод; для каптажа нисходящих родников сооружают приемные камеры, располагаемые в месте интенсивного выхода родниковой воды. В стенке камеры, обращенной к фронту поступления подземных вод, предусматривают водоприемные окна.