Водоснабжение населенных пунктов. Водозаборные сооружения

Общие сведения о водозаборных сооружениях
Комплекс сооружений и устройств, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, называют водозабором. Основным требованием к водозаборным сооружениям является обеспечение бесперебойного получения воды в нужном количестве и соответствующего качества. Эти сооружения должны быть приспособлены к работе при снижении глубины или расхода воды в русле реки, при образовании в потоке шуги, при регулировании стока на ГЭС и т. д
Для забора поверхностных вод применяют крибы, береговые, русловые, приплотинные и другие типы водозаборных сооружений. Для забора подземных вод используют трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водозаборы, лучевые водозаборы, каптажи родников (ключей).
Выбор типа и конструкции водозаборного сооружения в основном зависит от гидрогеологических и гидрологических особенностей источника водоснабжения. Кроме того, тип водозаборных сооружений определяется комплексом местных факторов:
условиями забора воды,
надежностью подачи воды,
мощностью источника,
величиной отбора,
качеством воды и пр.

Место расположения сооружений для забора воды из поверхностного источника следует выбирать по возможности ближе к потребителю, но с учетом организации зоны санитарной охраны на участке, обладающем достаточными расходами и глубиной.
Для обеспечения бесперебойности работы водозаборных сооружений их необходимо секционировать. Число независимо работающих секций, самотечных линий, оголовков должно быть не менее двух.
Сооружения для забора воды из поверхностных источников
Разнообразие природных условий и обилие методов водоприема обусловливает наличие большого числа признаков, по которым могут быть подобраны речные водозаборы (для группового водоснабжения сельских населенных пунктов они должны обеспечивать забор воды до 2 м3/с). На реках применяют в основном водозаборные сооружения двух типов: береговые и русловые.

Береговые водозаборы, устраивают при сравнительно крутых берегах реки. Вода забирается непосредственно у берега реки, в этом месте берег должен быть устойчивым, незатопляемым (в период паводков) и удобным для размещения водозабора. По конструктивному оформлению береговые водозаборы бывают двух типов: раздельные и совмещенные с насосной станцией. При слабых грунтах берега и неблагоприятных топографических условиях сооружают раздельный береговой водозабор, а при прочных скалистых грунтах - водозабор, совмещенный с насосной станцией.
Русловые водозаборы применяют, когда река имеет пологие берега и небольшую глубину у берега и когда в прибрежной полосе вода загрязнена. Для уменьшения попадания в самотечные линии крупных наносов и посторонних предметов во входных отверстиях водоприемника затопленного типа размещают решетки.
Значительное распространение для орошения и временного водоснабжения получили передвижные и плавучие водозаборные сооружения, совмещенные с насосной станцией. Отметка расположения этих водозаборов адекватна изменению уровня воды в источнике, что обеспечивает забор воды при малой и постоянной высоте всасывания.

Рис. 2. Речные водозаборы
а – береговой раздельный; б – юереговой совмещенный; в – русловой; 1 – водозаборный колодец; 2 – окна; 3 – сетка; 4 – галерея; 5 – насосная станция; 6 – оголовок (водоприемник затопленного типа); 7 – самотечные линии.

Сооружения для забора подземных вод
Воды подземных источников, образующиеся вследствие просачивания в землю поверхностных вод и атмосферных осадков, встречаются в виде грунтовых вод, залегающих в верхних слоях грунта, межпластовых вод, содержащихся в водоносных пластах, перекрытых водонепроницаемыми пластами, и родников (ключей), выклинивающихся на поверхность земли. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).
Рис. 3. Залегание подземных вод.
1 – атмосферные осадки; 2 – область питания подземных вод; 3 – верховодка; 4 – грунтовые воды; 5 – артезианская скважина; 6 – область разгрузки напорных вод; 7 – водоупорные породы; 8 – артезианские воды; 9 – пьезометрическая линия.

Безнапорные подземные воды заполняют водоносные слои неполностью и имеют свободную поверхность, давление над которой равно атмосферному. Мощность водоносного пласта определяется слоем водовмещающей породы от водоупора до зеркала подземных вод. Напорные подземные (артезианские) воды, т.е. межпластовые воды, заполняют водоносные пласты полностью. Артезианские воды, как правило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев могут использоваться для хозяйственно-питьевых целей без очистки. При заборе артезианских вод из водозаборного колодца вода в нем может подняться значительно выше уровня верха водоносного пласта и нередко может фонтанировать. Родники, представляющие собой естественный выход на поверхность земли безнапорных или напорных подземных вод, бывают нисходящими (при выклинивании воды на склоне местности) и восходящими (при поступлении воды снизу из напорного водоносного пласта).

Трубчатые колодцы устраивают при относительно глубоком (более 30м) залегании водоносных пластов и их значительной мощности. В большинстве пород стенки скважин укрепляют обсадными трубами, образующими трубчатый колодец. Диаметр трубы в зависимости от глубины опускания обычно принимаются 75-500 мм. Обсадные трубы устанавливают одновременно с бурением скважины. Как правило, последнюю секцию колонны заглубляют в водоупорный слой и используют как отстойник для сбора механических примесей, поступающих в колодец из зоны водоносного пласта через фильтр. Отстойник буровой скважины представляет собой глухой отрезок трубы длиной от 1 до 10 м в зависимости от глубины скважины. Воду из водоприемной части эксплуатационной колоны поднимают на поверхность с помощью насоса или эрлифта. Внутренний диаметр водоподъемной трубы, в которой устанавливается насос, принимают на 50 мм больше диаметра корпуса насоса.
В зависимости от типа водовмещающих пород и глубины трубчатого колодца применяют различные фильтры: сетчатые, щелевые, каркасно-стержневые, проволочные, гравийные, пористые. Фильтр состоит из рабочей перфорированной части, через которую поступает вода в колодец, верхней глухой части, имеющей прорези для установки фильтра, и нижней также глухой, которая служит отстойником.

Подземные воды, просачиваясь через толщу грунта, очищаются от механических примесей и бактерий. Температура подземных вод почти постоянна. Напорные водоносные пласты обычно обладают значительным запасом воды, дебит их относительно постоянен и мало зависит от количества выпадающих осадков. В зависимости от глубины залегания водоносного пласта и его мощности (толщины) для забора подземных вод устраивают водозаборы (трубчатые и шахтные колодцы) и горизонтальные водозаборы (горизонтальные галереи, лучевые водозаборы и др.) Горизонтальные и вертикальные водозаборы могут быть совершенными и несовершенными. Совершенные – прорезают водоносный пласт и достигают водонепроницаемого слоя, несовершенные – прорезают водоносный пласт частично, не достигая водоупорного слоя.

Шахтные колодцы широко применяют для снабжения водой небольших населенных пунктов, пастбищ, полевых станов, животноводческих ферм и т.д. В большинстве случаев шахтные колодцы применяют для забора подземных вод, залегающих на глубине до 30-40 м.
Шахтный колодец должен быть защищен от попадания в него загрязнений и поверхностных вод, поэтому его стенки поднимают над поверхностью земли на 0,7-1 м, а вокруг него делают земляную отсыпку, мощенную камнем. Кроме того, вокруг колодца устраивают кольцевой замок из мятой глины шириной 0,7 м, заглубляя его ниже поверхности земли на 1-2 м. Колодец закрываю крышкой. Вода поступает в колодец через его боковые отверстия, а также через дно, если колодец несовершенного типа. Вода из шахтных колодцев поднимается насосами или с помощью сифонов.

Зоны санитарной охраны.
Для предотвращения загрязнения источников хоз-питьевого водоснабжения создают зоны санитарной охраны. Для источников водоснабжения санитарная зона делится на два пояса, в каждом из них устанавливают особый режим и вводят санитарный надзор и лабораторный контроль за качеством воды в источниках, питающих систему водоснабжения.
Первый пояс (строгого режима) охватывает часть используемого водоема в месте забора воды и территорию расположения головных водопроводных сооружений (водозаборы, насосные станции, резервуары). Границы первого пояса зоны санитарной охраны определяются в зависимости от вида водоисточника, рельефа местности и размещения головных водопроводных сооружений.
Второй пояс (зона ограничения) охватывает территорию, окружающую источники водоснабжения и их притоки (при поверхностных источниках). Во втором поясе запрещается такое использование территории или источника водоснабжения, которое может вызвать качественное или количественное их ухудшение. В пределах зоны второго пояса проводят оздоровительные мероприятия и ограничения хозяйственной деятельности для защиты источников от ухудшения качества их воды.