В состав водозаборных сооружений входят: 1) водозахватные устройства, т. е. сооружения для отбора воды из водоносного горизонта — вертикальные скважины, шахтные колодцы, горизонтальные линейные открытые или закрытые дрены, трубчатые дрены, горизонтальные скважины-лучи (лучевые водозаборы), каптажи источников. В комбинированных водозаборах горизонтальные дрены, галереи, штольни и шахтные колодцы сочетаются с вертикальными скважинами, вскрывающими напорный водоносный горизонт; 2) насосные станции первого подъема воды из водоприемных устройств; 3) водоводы для сбора воды из водоприемных устройств и последующей подачи ее, если это необходимо, на сооружения по подготовке и улучшению качества воды или сразу в резервуары для дальнейшей транспортировки к потребителям; 4) сооружения по подготовке и улучшению качества воды; 5) насосные станции второго и при необходимости третьего-четвертого подъемов (при сифонном способе отбора воды скважинами и шахтными колодцами насосные станции первого и второго подъемов совмещаются в одном здании); 6) магистральные водоводы для транспортировки воды потребителям; 7) сооружения, регулирующие напор и расход воды, подаваемой в водопроводную сеть потребителя.
В состав сооружений горизонтального водозабора входят: а) одна или несколько линейных дрен, проложенных под уклоном к водосборному колодцу; б) смотровые колодцы над дренами; в) водосборный колодец и обычно совмещенная с ним насосная станция.
Лучевой водозабор состоит из водонепроницаемого шахтного колодца; горизонтальных скважин-лучей, выведенных из колодцев в водоносный горизонт веерообразно в одной или двух горизонтальных плоскостях; насосной станции, монтируемой в шахтном колодце.
Для перехвата естественных выходов подземных вод сооружаются каптажи — камеры или колодцы, работающие дном или стенками. Каптажи отдельных источников соединяются трубами, по которым вода самотеком поступает в сборный колодец (камеру), а из него также самотеком или с помощью насосов подается потребителям. При пластовом выходе подземных вод их сбор осуществляется с помощью горизонтальной дрены.
При необходимости в состав сооружений горизонтальных и лучевых водозаборов, а также каптажей родников вводятся устройства для обработки воды.
При искусственном пополнении запасов подземных вод в состав водозабора входят: 1) сооружения для забора воды из источника пополнения, в качестве которого используются поверхностные, шахтные, дренажные воды, очищенные сточные воды или подземные воды другого водоносного горизонта; 2) насосная станция первого подъема для подачи воды из источника пополнения; 3) сооружения предварительной подготовки «сырой» воды, используемой для пополнения; 4) инфильтрационные сооружения, через которые подготовленная вода подается (инфильтруется) в водоносный горизонт, — открытые (бассейны, каналы, площадки, канавы, борозды, русла водотоков, естественные и искусственные понижения рельефа) или закрытые (поглощающие буровые скважины, шурфы, колодцы, галереи, штольни); 5) водозахватные устройства (скважины, шахтные колодцы, лучевые или горизонтальные водозаборы); 6) сборные водоводы; 7) резервуары; 8) сооружения для обработки подземных вод (при необходимости); 9) резервуары чистой воды; 10) насосная станция второго подъема; 11) магистральные водоводы.
Выбор типа водозахватного сооружения определяется геологическими и гидрогеологическими условиями, заданной производительностью водозабора, а также величиной затрат на строительство и эксплуатацию сооружений.
Наиболее распространенным типом водозахватных устройств являются водозаборные скважины, применяемые для отбора подземных вод в различных гидрогеологических условиях с глубин от 10 до 1000 м, а также при залегании водоносного горизонта на глубине менее 10 м, если мощность горизонта не менее 5 м. Шахтные колодцы используются для отбора воды из напорных и безнапорных водоносных горизонтов, залегающих на глубинах до 50 м. Горизонтальные водозаборы с укладкой в открытой траншее трубчатой дрены или каменно-щебеночной призмы применяются в тех случаях,- когда подошва безнапорного водоносного горизонта залегает на небольшой (до 8 м) глубине; для получения подземных вод с больших глубин используются водосборные галереи и штольни.
Лучевые водозаборы применяются для.получения воды из водоносных горизонтов, сложенных песчано-галечниковыми безвалунными отложениями мощностью 3 — 20 м и залегающих на глубине до 20 м от поверхности земли.
В санитарном отношении наиболее уязвимы водозаборные сооружения, обычно отбирающие неглубокозалегающие подземные воды: шахтные колодцы, горизонтальные и лучевые водозаборы, каптажи родников, водозаборы в системе искусственного пополнения подземных вод.
При выборе типа водозахватного сооружения (скважины, лучевой или горизонтальный водозабор) и схемы расположения скважин (одиночные, группы скважин, линейный ряд, кольцевая или площадная система) учитываются гидрогеологическая эффективность водозабора, оцениваемая оптимальными значениями понижений уровня подземных вод и расхода водозабора, технико-экономические показатели (протяженность и стоимость коммуникаций, стоимость строительства водозабора, площадь и народнохозяйственное использование отводимых под водозабор земель), а также экологическое влияние отбора подземных вод на окружающую среду, например на лесные массивы, пастбища и т. д.
В зависимости от того, какую роль в питании эксплуатируемого водоносного горизонта играют поверхностные воды (река, озеро, водохранилище, море), выделяют водозаборы водораздельные, удаленные от поверхностного источника питания, и береговые (или инфильтрационные), размещаемые вблизи уреза реки или водоема и получающие из них постоянное или периодическое питание. Это разделение имеет и санитарное значение. Так, подземные воды, отбираемые береговыми водозаборами, часто испытывают неблагоприятное влияние загрязненных поверхностных вод. Характер и степень изменения качества определяются составом речных вод, производительностью и размерами водозабора, расстоянием его от реки, а также гидрогеологическими факторами — фильтрационной однородностью и водопроводимостью водоносного горизонта, уклонами естественного (т. е. не нарушенного работой водозабора) потока подземных вод и др.
Ухудшение качества подземных вод, как отмечено выше, нередко происходит вследствие случайного проникновения загрязненных атмосферных осадков, поверхностных или некондиционных вод неэксплуатируемого горизонта непосредственно в водозаборное сооружение — скважину, дрену. Для предупреждения этих явлений место расположения сооружения и конструкция водоза-хватных и других сооружений, входящих в состав водозабора, должны удовлетворять определенным санитарно-техническим требованиям. Прежде всего, участок расположения скважин, дрен или других водозахватных сооружений должен находиться в благоприятных санитарных условиях. Кроме того, необходимо выполнение специальных мероприятий по оборудованию скважин. Для предупреждения затопления устья скважины (шахты) грунтовыми или паводковыми водами устраиваются асфальтированные откосы от стен сооружений и водоотводные каналы. Конструкция оголовка скважины должна быть герметична, чтобы не допустить проникновения в межтрубное и затрубное пространство поверхностной воды и загрязнений. Верхняя часть выведенных на поверхность земли колонн должна возвышаться не менее чем на 0,5 м. При выводе устья скважины в шахту на дне последней устраивается приямок с уклоном к нему пола для откачки просочившейся воды. Металлическая крышка должна защищать шахту от атмосферных осадков; вокруг устья скважины и на дне шахты устраивается глиняный «замок».
Изоляция эксплуатируемого водоносного горизонта от выше- и нижележащих горизонтов осуществляется с помощью цементации межтрубного и затрубного пространства, а также тампонажа стыков обсадных труб. Первый от поверхности неиспользуемый водоносный горизонт перекрывается двумя колоннами обсадных труб или одной колонной с затрубной цементацией. Скважины для питьевого водоснабжения, как правило, оборудуются металлическими трубами; использование труб из полимерных материалов или специальных покрытый для металлических труб возможно только с разрешения Министерства здравоохранения СССР. Обсадная труба в верхней части скважины, находящаяся под воздействием грунтовых вод, должна быть коррозионно-устойчивой, что, в частности, может быть достигнуто цементацией затрубного пространства под давлением с выдавливанием цемента от башмака до устья скважины.
Извлечение из скважины промежуточных колонн обсадных труб допускается только в случае, если это не вызовет соединения эксплуатационного и смежных водоносных горизонтов. При вырезке колонны труб срез колонны должен не менее чем на 5 м превышать башмак предыдущей колонны, а кольцевой зазор следует заделывать цементным раствором или сальником. Фильтр скважины должен быть устойчив к химической коррозии и эрозионному воздействию воды. Материал для обсыпки фильтров необходимо отбирать из незагрязненного карьера и затем следить, чтобы его состав не ухудшился при транспортировке и хранении; в некоторых случаях целесообразно промыть материал обсыпки на поверхности земли. Перед засыпкой материал дезинфицируют. При бурении скважин с промывкой забоя водой и применении глинистого раствора вода и глина также должны быть чистыми. После окончания бурения скважины, установки фильтра и строительной откачки, выполняющейся до полного осветления воды в скважине, отбирают пробы воды для химических и бактериологических анализов. Повторная откачка воды из скважины на сброс выполняется после монтажа насоса. В случае интенсивного бактериального загрязнения откачиваемой воды проводят дезинфекцию скважины и насоса раствором активного хлора 50 — 100 мг/дм3. В случаях, когда для подъема воды используется зр-лифт, подаваемый в скважину воздух следует очистить от примесей смазочных материалов; он не должен быть загрязнен дымом, газами, пылью. При ремонте скважины опускаемое в скважину водоподъемное оборудование должно быть очищено от грязи и смазочного масла, а затем промыто раствором хлорной извести. После каждого ремонта проводится откачка воды на сброс, а при плохих бактериологических анализах — хлорирование скважины.
На горизонтальных водозаборах вокруг смотровых и водосборных колодцев устраивают глиняный замок, чтобы исключить проникновение загрязненных поверхностных вод. Колодцы оборудуются крышками и вентиляцией.
Разведочные и неиспользуемые наблюдательные скважины должны быть затампонированы, чтобы предотвратить поступление загрязненных подземных вод из других горизонтов по стволу скважины, по межтрубному или затрубному пространствам. При тампонаже скважин выполняются следующие операции: очистка скважины от заиления и обрастаний стенок; промывка скважины и отбор пробы воды на химический и бактериологический анализы; дезинфекция скважины раствором хлорной извести; засыпка рабочей части скважины фильтрующим материалом (песок, гравий, щебень), предварительно промытым и продезинфицированным; заливка цементным раствором через заливочную трубу; перфорация скважины на участке залегания грунтовых вод; заливка ствола скважины цементным раствором под избыточным давлением для заполнения раствором затрубного и межтрубного пространства через перфорированную часть скважины; устройство шурфа вокруг скважины на глубину 1,5 — 2 м; срез обсадных труб на 0,5 м ниже поверхности земли, заливка шурфа раствором цемента.
При использовании шахтных колодцев к основным санитарно-техническим мероприятиям относятся предохранение прилегающей территории от загрязнения, отвод от колодца ливневых вод, надежное крепление шахты колодца, устройство глиняного «замка» вокруг устья колодца и применение, механического способа водоподъема. По отношению к существующим и возможным источникам загрязнения колодец необходимо располагать выше по течению грунтового потока и выше по рельефу. Нельзя размещать шахтные колодцы на участках, заливаемых ливневыми и талыми водами или заболоченных. При бактериальном загрязнении колодца можно применить хлорирование воды с помощью дозирующего патрона.
Санитарно-технические требования предъявляются и к другим сооружениям водозабора. Так, резервуары для хранения запаса воды должны иметь непроницаемые стенки и дно, для чего применяются глиняные «замки», торкретирование, изоляция асфальтом и др.; поверхностные воды отводятся от резервуаров с помощью нагорных канав. Люки резервуаров и шахт герметически закрывают плотными металлическими крышками; на краях люков делают отливы из цементного раствора. Во избежание вторичного загрязнения воды в системе водоразводящих сетей должна быть обеспечена герметичность соединений труб. Водопроводные линии с водой питьевого качества укладывают, как правило, выше линий бытовой и производственной канализации. Проектирование и укладку водопроводных линий проводят после санитарной оценки трассы; водопроводные линии испытывают под давлением воды на герметичность и прочность, промывают, дезинфицируют раствором хлорной извести или газообразного хлора. При подготовке, транспортировке и хранении воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд, следует применять реагенты, внутренние антикоррозионные покрытия, а также фильтрующие материалы, соответствующие требованиям Министерства здравоохранения СССР.
Г Л А В А 7.