Материал: Гончарук учебник

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Гигиеническая характеристика источников водоснабжения

Источниками воды для централизованной системы хозяйственно-питьево­ го водоснабжения могут служить как пресные поверхностные водоемы (ре­ ки, озера, водохранилища, каналы и т. п.), так и подземные воды (межпласто­ вые — напорные и ненапорные). В условиях децентрализованного (местного) водоснабжения чаще используют подземные (грунтовые) воды, а также родни­ ки. В аридной зоне при отсутствии других источников водоснабжения широ­ ко используют атмосферные (дождевые) воды. Кроме того, в мировой практи­ ке рассматривают возможности водоснабжения населенных мест (и морских транспортных средств) за счет айсбергов Гренландии и Антарктиды, а также опресненной морской воды (Каспийское море, Мексиканский залив). Удель­ ный вес использования тех или иных водоисточников в различных странах су­ щественно отличается.

Водные ресурсы планеты Земля составляют почти 1,39 • 109 км3. Однако 96,5% всей воды на Земле сосредоточены в Мировом океане. Запасы пресной воды весьма ограничены и составляют в целом только 2,53%, из которых 1,74%> (т. е. более половины) сконцентрированы в ледниках. Вода составляет биосферу, а так­ же содержится в других оболочках земли: в атмосфере в виде пара (12,9 • 103 км3), в литосфере (2,34 • 107 км3) и в живых организмах (1,1 • 103 км3). Пары воды, образу­ емые вследствие испарения с поверхностей океанов, морей, озер, водохранилищ, рек, почвы и транспирации растениями, поднимаются в атмосферу. Отсюда вода выпадает в виде дождя, снега; питает водоемы, пополняет моря и океаны. Часть атмосферных вод просачивается в почву, течет под землей и вливается в реки и моря, возвращаясь в дальнейшем в океан. Такое движение воды в природе назы­ вается большим круговоротом. В нем можно рассматривать два малых круго­ ворота (рис. 2). Они связаны: один — с океанической, а второй — внутренний — с континентальной влагой.

Главным источником водоснабжения в Украине является речной сток. Он состоит из местного стока (52,4 км3), который формируется на территории Украины, и транзитного, поступающего с территорий других государств. Глав­ ными водоисточниками для Украины являются реки Днепр, Дунай, Днестр, Десна, Южный Буг, Прут и др. Наиболее мощной водоносной артерией являет­ ся Днепр. Днепр обеспечивает водой почти 32 млн человек и 2/3 хозяйственно­ го потенциала страны. Состояние воды и полноводье водных артерий зависят главным образом от состояния их притоков — малых рек, которых на террито­ рии Украины около 60 тыс, 90% населенных пунктов размещены именно в до­ линах малых рек. На территории Украины семь больших водохранилищ: Ки­ евское, Каневское, Кременчугское, Днепропетровское, Днепродзержинское, Запорожское и Каховское. Полный объем аккумулированной в них воды со­ ставляет 43,8 км3.

В то же время Украина является одной из наименее обеспеченных водными ресурсами стран Европы. Ее водообеспечение составляет 1700 м3/год на 1 чело­ века, из которых за счет стока местного формирования — только 1000 м3/год.

111

Рис. 2. Схема круговорота воды в природе:

1 — испарение с поверхности океанов и морей; 2 — атмосферные осадки над океанами и морями и час­ тично над континентами; 3 — осадки, которые приносятся из океанов и стекают в них по поверхности суши; 4 — осадки, которые приносятся из океанов и стекают в них подземными путями; 5 — осадки, испаряющиеся на континенте; 6 — осадки, которые выпали на континенте, образовавшись за счет ис­ парения на континенте; 7 — осадки, которые проникли в землю и стекают подземными путями в океаны

Водообеспечение из расчета на 1 человека в год во Франции, наиболее удобной для сравнения европейской стране, близкой Украине по площади и численности насе­ ления, составляет 4570м3. В Австрии этот показатель достигает 7700, в Швей­ царии — 7280, в Италии — 3380, Великобритании — 2730. Становится очевид­ ным, что водные ресурсы Украины используют, а следовательно, и загрязняют, в несколько раз интенсивнее, чем в других странах.

Подземные воды Украины имеют не меньшее значение. Прогнозируемые ресурсы подземных вод составляют 22,5 км3/год, из которых 30,2% — эксплу­ атационные запасы. Реально используют до 32% эксплуатационных запасов подземных вод. Почти 70% сел и поселков городского типа удовлетворяют по­ требности в питьевой воде за счет грунтовых вод, или более глубоких межпластовых водоносных горизонтов.

Население и промышленность Украины ежегодно используют почти 30 км3, сельское хозяйство — 10,9 км3 воды. Общее использование подземных вод со­ ставляет 4,57 км3/год.

Гигиеническая оценка атмосферных вод. На качество и свойства атмо­ сферных вод влияют процессы их формирования и условия сбора и хранения. Атмосферные воды образуются в результате конденсации водяного пара. Они содержат небольшое количество солей Ca и Mg и поэтому являются очень мяг­ кими. В то же время на капельках дождевой воды и кристаллах снега сорбиру­ ются вещества, которые содержатся в атмосферном воздухе населенных пунк­ тов: взвешенные частицы (пыль), серы диоксид, азота оксиды, углеводороды (в том числе и бенз(а)пирен), сероуглерод, различные аэрозоли (в том числе тяжелых металлов) и т. п. Особенно высокие уровни загрязнения выявляют в первых порциях атмосферных осадков, которые фактически промывают воз-

112

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

дух, очищая его. Кроме того, на содержание взвешенных веществ и уровень контаминации микроорганизмами заметно влияют способ и условия сбора и хранения атмосферных вод.

В сельской местности, где нет подземных и поверхностных источников пресной воды, дождевую воду чаще всего собирают с крыш домов. Наилучши­ ми являются крыши из оцинкованного железа. Первые порции дождевой во­ ды омывают крышу и желоба от пыли, опавшей листвы и других загрязнений, вследствие чего в них отмечают неудовлетворительные органолептические свойства и они являются эпидемически опасными. Поэтому их надо сливать. Дождевую воду собирают в специальные бочки емкостью до 200 л. Ее коли­ чество зависит от среднего количества осадков для определенной местности. Если количество осадков значительное и составляет 1000 мм/год, то с 1 м2 мож­ но собрать приблизительно 0,8 м3 воды. Такая вода является эпидемически опасной, поэтому для использования в питьевых целях ее нужно обеззаражи­ вать кипячением.

Для сбора больших количеств атмосферной воды используют специальные инженерно-технические сооружения—водосборные площадки.

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

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

Накопление и движение подземных вод зависят от строения пород, кото­ рые делятся на водонепроницаемые и водопроницаемые. Водонепроницаемы­ ми 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 залега­ ния подземных вод колеблется от 1—2 до нескольких десятков и тысяч метров.

Верховодка — это подземные воды, залегающие вблизи земной поверх­ ности. Они накапливаются на первых от поверхности земли небольших по площади, прерывистых (линзоподобных) и водонепроницаемых включениях (рис. 3). Образуются за счет фильтрации атмосферных осадков. Режим попол­ нения верховодки водой непостоянен, так как зависит от количества осадков на ограниченной территории. Неглубокое залегание и особенности режима пи­ тания обусловливают очень малые запасы этой воды, которые к тому же зна­ чительно колеблятся на протяжении года. Кроме того, верховодка легко загря­ зняется, 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 поверх­ ностного залегания она является препятствием для эксплуатации подземных сооружений.

113

Рис. 3. Залегание подземных вод (схема):

1 — водонепроницаемые слои; 2 — горизонт грунтовых вод; 3 — горизонт межпластовых ненапор­ ных вод; 4 — горизонт межпластовых напорных вод; 5 — верховодка; 6 — колодец, питающийся гру­ нтовой водой; 7 — скважина, питающаяся межпластовой ненапорной водой; 8 — скважина, питающа­ яся адежпластовой напорной (артезианской) водой

Грунтовые воды собираются над первым от поверхности земли слоем во­ донепроницаемых пород (глина, гранит, известняк), где образуют первый по­ стоянно существующий водоносный горизонт, который называется горизон­ том грунтовых вод. В зависимости от местных условий глубина залегания грун­ товых вод колеблется от 1—2 до нескольких десятков метров. В Туркмении, например, есть колодцы глубиной до 150 м. Грунтовые воды движутся в на­ правлении уклона водонепроницаемого слоя. Скорость их движения обычно невелика — от нескольких сантиметров до 1—3 м/сут в зависимости от водовмещающей породы.

Грунтовые воды являются ненапорными, их статический уровень в колод­ це соответствует глубине залегания. Они характеризуются непостоянным ре­ жимом, который зависит от гидрометеорологических факторов: частоты выпа­ дения 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 опреде­ ляющим для качества грунтовых вод является санитарное состояние выше за­ легающей почвы, степень влияния которой зависит от глубины залегания грун­ товых вод. В случае неглубокого их размещения вероятность попадания загряз­ нения 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 па­ тогенных микроорганизмов. Если почва по механическому составу мелкозер-

114

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

нистая, 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-, среднеили сильноминерализованными. Количество растворенных солей в грунтовой воде увеличивается в зависимости от глуби­ ны залегания, однако в большинстве случаев повышение минерализации нез­ начительно.

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 пунк­ те такие локальные водопроводы обязательно должны быть в больнице, на пред­ приятиях 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 во­ дой непостоянно и зависит от количества осадков. Поэтому иногда при созда­ нии водопровода с использованием грунтовых вод в качестве источника водо­ снабжения предусматривают их искусственное пополнение при помощи спе­ циальных инженерно-технических сооружений.

При загрязнении почв нечистотами существует опасность заражения грун­ товых вод патогенными микроорганизмами. Опасность тем больше, чем интен­ сивнее загрязнение и чем глубже оно занесено в почву, чем выше зернистость породы и чем выше залегают грунтовые воды. В местах, где залегают трещи­ новатые породы или известняки с карстовыми ходами, бактерии могут распро­ страняться 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 грун­ товой воды. Такие грунтовые воды называют подрусловыми. Подрусловые воды иногда используют для водоснабжения посредством оборудования инфильтрационных 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 межпластовых вод колеблется от десятков и сотен до тысячи метров и более. Нали­ чие водонепроницаемой кровли препятствует попаданию воды в межпласто­ вые 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 километ­ ров) расстоянии от места водозабора. Чем больше это расстояние, тем надеж-

115