1.2. Характеристика источников водоснабжения

Классификация подземных вод по Н. Н. Биндеману: верховодка — воды, залегающие наиболее близко к поверхности (выше горизонта грунтовых вод) в области просачивания ат­мосферной влаги; грунтовые — воды, залегающие на первом от поверхности земли водоупор­ном слое; межпластовые ненапорные — воды со свободной поверхностью, находящиеся между двумя водоупорами; артезианские — напорные воды, залегающие между двумя водоупорами и не имеющие свободной поверхности; трещинные — воды, накапливающиеся в трещинах скаль­ных пород: карстовые воды обычно приурочены к крупным полостям и кавернам, появляю­щимся в результате агрессивного воздействия воды на растворимые горные породы.

Источниками природных вод на земной поверхности являются подземные и поверхностные воды, а также атмосферные осадки. К подземным водам от­носятся верховодка, грунтовые, межпластовые, артезианские, трещинные и карстовые. Состав подземных вод определяется главным образом условия­ми их формирования. Так, различают подземные воды, минеральный состав которых сформировался в процессе выщелачивания горных пород, воды, по­павшие в осадочные породы в процессе образования последних на дне морей и океанов и близкие по составу к водам океана, и, наконец, воды, образовавши­еся при переходе воды из связанного состояния в свободное под влиянием вы­сокой температуры и давления.

К поверхностным принадлежат воды открытых водоемов: рек, озер, морей, каналов, водохранилищ и пр. Их состав определяется климатическими, геомор­фологическими факторами (рельефом, формой, размерами бассейна), почвенно-геологическими условиями (состоянием почвы и пород), агротехническими и гид­ротехническими мероприятиями и антропогенными факторами.

Осадки, выпадающие в виде дождя и снега, относятся к атмосферным во­дам. Они аккумулируются в искусственных водохранилищах или естественных резервуарах (долинах) и используются как источники водоснабжения. Состав таких вод определяется чистотой атмосферы, количеством выпавших осадков, условиями, сопутствующими их выпадению, гидрогеологическими свойствами грунтов бассейна сбора воды и способом ее накопления и хранения.

Природная вода представляет собой сложную динамическую систему, со­держащую газы, минеральные и органические вещества, находящиеся в истин-норастворенном, коллоидном или взвешенном состояниях.

В истиннорастворенном состоянии находятся в основном минеральные со­ли, обогащающие воду катионами Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ и анионами SO₄^2-, СО₃^2-, Сl^-, НСО₃^-. В коллоидном состоянии в воде могут находиться различные органические вещества, соли железа, кремнекислота и др.; во взвешенном состоянии — глинистые, песчаные, известняковые и гипсовые частицы.

Для подземных вод характерно значительное содержание минеральных солей и небольшое количество органических веществ. Поверхностные воды, наоборот, отличаются большим содержанием органических соединений. Часто поверхностные и подземные воды сообщаются между собой, что оказывает боль­шое влияние на их химический состав. В первую очередь это относится к верхо­водке и грунтовым водам.

В районах повышенной влажности воды верховодки обычно пресные и со­держат много органических веществ, железа и кремнекислоты. В местах интен­сивного испарения верховодка высокоминерализована. Из-за отсутствия водоупорной кровли такая вода легко загрязняется, а поэтому в качестве ис­точника водоснабжения используется лишь в крайних случаях.

Грунтовые воды питаются за счет инфильтрации атмосферных осадков, инфильтрации воды поверхностных водоемов в период ее высокого стояния, а иногда и за счет подземных вод. Состав грунтовых вод определяется в основном источником их питания. Большая роль в формировании состава этих вод принадлежит процессу испарения. Так, в засушливых районах Средней Азии испарение воды приводит к повышению со­держания солей в грунтовых водах до 100— 200 г/л. Содержание органических веществ в грунтовых водах обычно не превышает 8 мг/л, а мутность их ничтожна.

Состав примесей речных вод, основных ис­точников водоснабжения, зависит от того, ка­кими водами питаются реки — поверхностны­ми или подземными. Поверхностное питание обеспечивается дождями, таянием снега, лед­ников и т. п., а подземное — главным обра­зом грунтовыми водами (родники, ключи).

Содержание взвешенных веществ в ре­ках изменяется в широких пределах (2— 10 000 мг/л). Количество солей колеблется от 30 до 1500 мг/л. В реках с малым солесодержанием растворено до 40 мг/л солей, с повы­шенным — до 1200 мг/л и более. Минимальное содержание солей характерно для рек с поверх­ностным питанием (Нева, Печора), максимальное — для рек, источником пита­ния которых являются подземные воды (Эмба, Ишим). Содержание солей в любой из рек не является постоянным. В период паводков и половодий, когда реки пополняются поверхностными водами, количество солей в них резко уменьшается (рис. 3).

Рис. З. Изменение ионного состава в оды Днепра по месяцам, 1952 г.:

1

I II III IV V VI VII VIII XII

Месяцы

. Ca²⁺ + Mg²⁺;

2. HCO₃^- ;

3. SO₄^2- ;

4. Cl^-.

В соответствии с природой растворенных солей реки подразделяются на не­сколько классов: гидрокарбонатные (Волга, Днепр), сульфатные (Дон, Се­верный Донец), хлоридные (Ишим, Эмба). Содержание органических ве­ществ в реках колеблется в пределах от 2 до 150 мг/л и больше.

Вода озер отличается самым различным содержанием солей — от 30 (Онеж­ское) до 5820 мг/л (Иссык-Куль) и выше. Количество органических веществ в них изменяется от 2,0 до 50 мг/л. Меньшая концентрация характерна для озер, в которых образование органических веществ происходит за счет планк­тона (планктон — совокупность организмов, обитающих в толще воды). В озерах, питающихся болотными водами, содержание их достигает не­скольких десятков миллиграммов в литре. Болотные воды обычно содержат мало солей, но много органических веществ (в некоторых болотах концентрация по­следних достигает 850 мг/л)

В качестве источников водоснабжения часто используют искусственные водохранилища, минеральный и органический состав воды в которых зависит от характера их питания. В процессе формирования ложа водохранилищ со­став воды в них может изменяться. Большое количество питательных веществ, высокая прозрачность воды и солнечная реакция создают в водохранилищах условия для развития растительных и животных организмов и обогащения во­ды органическими веществами.

Атмосферные осадки — талые снеговые и дождевые воды — в безводных и засушливых районах служат источниками водоснабжения. В состав атмосферных осадков входят газы (О₂, CO₂N₂ и др.), соли, бактерии и т. д.; содержание солей и органических веществ в них обычно невелико.

Состав природных вод непрерывно изменяется. Этому способствуют про­текающие в них процессы окисления и восстановления, смешения вод различ­ных источников, выпадания содержащихся в них солей в результате изменения температуры и давления, осаждения и взмучивания грубодисперсных частиц, обмена ионами между осадками и водой, обогащения подземных вод некоторыми микроэлементами вследствие микробиологических процессов.

Самоочищение воды открытых водоемов от бактериальных загрязнений про­исходит за счет сложного комплекса физических, химических и биологических факторов, чему способствует разбавление загрязнений большой массой воды, перемешивание, оседание взвесей, влияние солнечного света, аэрация т. п. Под влиянием биохимических процессов, протекающих в воде, в особенности окисли­тельных, погибают патогенные микробы. Бактерии, кроме того, уничтожаются простейшими, для которых они служат пищей. Разрушающе действуют на бакте­рии также бактериофаги (бактериальные вирусы, вызывающие разрушение бактерий и других микроорганизмов), микробы-антагонисты и антибиотики биологического происхождения. Особенно важна роль самоочищения в открытых водо­емах, в частности в реках, несущих не только естественные загрязнения, но и большое количество сточных вод.

Как правило, естественные факторы очищения источников в настоящее время не могут обеспечить хорошее качество воды, потребляемой для хозяйст­венно-питьевых и промышленных нужд. В связи с этим всегда необходима до­полнительная обработка воды для придания ей свойств, которые наиболее полно удовлетворяли бы запросы потребителя. При выборе надлежащей схемы очистки воды прежде всего следует выяснить качество воды данного источника, т. е. свойства, состав и концентрацию содержащихся в ней примесей и загрязнений.