Spring catchment/bg
Природни извори
Хора и извори
Естествено срещащите се извори са отговорни за определянето на местата за заселване на много древни общности по света. Много хора уважават изворите и ги намират за свещени и притежаващи специални качества. През цялата човешка история свежестта на водите им е утолявала много жадни души, а тяхната надеждност е поддържала много общности. Изворите се срещат естествено по целия свят, където подземните води са изложени на повърхността. Има няколко начина, по които изворите могат да бъдат класифицирани. Видът водоносен хоризонт, от който идват, геоложките характеристики, които ги формират, разпределението на дебита им, температурата и химичните им съставки са все отличителни черти, с които да ги класифицираме. Те излизат на повърхността или чрез гравитация, или под налягане, и варират по количество оттичащи се води от само тънка струйка до 250 милиона галона/ден (Kincaid, 2009). Изворите обикновено могат да бъдат намерени на места с висок релеф и обилни валежи. Подземните води, които излизат на повърхността, се филтрират естествено през подземни среди. Качеството на изворната вода се определя от съставките, които се намират в подпочвената среда, но като цяло е адекватно за питейна вода. Изворите могат да извират на повърхността в открита зона или директно във воден басейн, като например река или езеро. Откритата експозиция обикновено се събира и тече по канализиран начин, предлагайки лесно уловим източник на вода. Предвид високото им качество на водата и широкото им разпространение, естествените водни извори осигуряват чиста питейна вода на хората от поколения по целия свят.
Пролетно развитие
При разработването на този чист и надежден ресурс, предоставен от природата, е от първостепенно значение да се гарантира, че строителството не само осигурява желания дебит, но и защитава извора за устойчиво бъдеще. От изключителна важност при използването на извор е да се гарантира качеството на водата, както и нейното количество. Прекомерната употреба, замърсяването на близката повърхност и неправилното строителство са обичайните причини за влошаване на качеството на извора. Използването на земята в близост до извор от добитък, промишленост, транспорт или селско стопанство може да допринесе за замърсяване на водоизточника, особено ако те са нагоре по склона на източника. По време на оттичане тези замърсители могат да бъдат пренесени и смесени с изворната вода. Като се има предвид естественото налягане, на което са подложени изворните изходи, намесата в тях може да причини необратими щети. По време на строителството дебитът може да бъде намален чрез създаване на обратно налягане, което може трайно да отклони водата от извора към друго място с по-малко съпротивление. Уплътняването над и около зоната на изхода на извора може да причини промени в пътя на подземния поток. Както по физически, така и по обществени причини, правилните техники за каптиране на изворна вода трябва да бъдат от първостепенно значение, за да се гарантира стойността на извора.
Пролетна геология
Източникът на изворна вода идва от валежите. С промяната на климата, изворите действат като перфектни индикатори за реакцията на водосборния басейн към промяната във валежите. Когато дъждът или снегът докоснат земята, някои водни частици се изпаряват или се използват от растенията, някои се оттичат в реките, а останалите се инфилтрират в земята. Тези подземни води се движат чрез гравитация и подпочвено налягане към реки, езера и океани, но понякога излизат на повърхността като извор. Изворът представлява подземните води на повърхността. Това се случва, когато наклонът на подземните води е по-малък от наклона на повърхността, обикновено се нарича депресивен извор (Bryan 1919). Често срещан тип извор, наречен контактен извор (Bryan 1919), има непропусклив слой или канал, който насочва потока на подземните води към повърхността. Това обикновено се случва при контакти на геоложки слоеве, които са вертикално изложени, като по-малко пропускливият слой на дъното действа като шелф (Bryan 1919). Също така разломите и пукнатините в субстрата могат да създадат прекъсвания и пътища, през които водата може да тече към повърхността. Артезиански извор е такъв, който е под по-високо налягане, което кара водата да пробие повърхността. Тези извори обикновено се срещат там, където има понорници (Stringfield 1966) и в карстов релеф. Извори рядко се срещат в ужасно равнинни местности поради потенциала на потока от гравитационната енергия и налягането на водата. Водата, излизаща от извор, може да бъде централизирана от някакъв вид тръбопровод, позволяващ по-лесно събиране, или може да бъде разпръсната в голяма площ. Разпръскването може да бъде от различни фуги и пукнатини, растителност или повърхностен релеф. Изворната вода може също да образува събирателен басейн близо до ухото на извора, което може да затрудни локализирането ѝ. Физическата геология на извора трябва да се вземе предвид, за да се осигури ефективно развитие (Meuli 2001).
Ефективен водосборен басейн на извора
Правилната пролет
Преди всичко, изворите са деликатни и ограничени водни ресурси, които изискват внимателно управление. Не всеки извор е подходящ за човешко развитие. Има няколко фактора, които човек трябва да вземе предвид, преди да промени каквото и да било в рамките на водосборния басейн на извора. Преди да се използва изворен ресурс за консумация от човека, водата трябва да е с качество, подходящо за човешка употреба, както и да има достатъчно количество.
Подходящ източник (качество на водата)
Качеството на изворната вода зависи от естествения минерален състав и концентрации във водоносния хоризонт, наличното замърсяване и наличието на бактерии. Има няколко ясни признака, че изворната вода е подходяща за консумация от човека. Очевиден знак, че тя не е с качество за питейна вода, е ако около извора няма видим живот. Това може да означава екстремни основни или киселинни условия, които може да са твърде енергоемки за пречистване. Наблюдавайте водосборния басейн над мястото на извора за употреба и/или евентуални смущения. Селскостопанската и промишлената употреба нагоре по склона на извора може да има вредно въздействие върху качеството на изворната вода. Дефекацията на открито и проксималните санитарни съоръжения могат да причинят директно вирусно, патогенно и бактериологично замърсяване. Тестването на водата точно при източника е от съществено значение преди разработването на проекта. Най-често срещаните тестове за осигуряване на питейна вода включват: общо разтворени твърди вещества, pH, летливи органични съединения и форми на E. coli. Таблица 1 показва различни ефективни сензорни тестове, които могат да се използват без използването на инструменти. Насоките за безопасна питейна вода от Световната здравна организация предоставят приемливи нива на съставките на водата [1].
Достатъчно водоснабдяване (количество вода)
Необходимото количество вода за потребителя зависи от няколко технически и обществени фактора. В крайна сметка, желаното количество вода трябва да зависи от средното дневно търсене на населението от потребителите. Това е продукт на потреблението на човек и общия очакван брой на населението за периода на разработването.
СРЕДНО ДНЕВНО ТЪРСЕНЕ = ПРОЕКТИРАНО БЪДЕЩО НАСЕЛЕНИЕ * КОНСУМАЦИЯ НА ЧОВЕК ДОБАВКА (л/мин) = Pf * Cpp (л/мин)
Типичен източник на консумация на човек е 25 – 50 галона/човек/ден (СЗО), като населението трябва да отчита растежа и проектната продължителност на живота.
БЪДЕЩА ПРОЕКТИРАНА ПОПУЛАЦИЯ = ТЕКУЩА ПОПУЛАЦИЯ * (1 + ТЕМП НА РАСТЕЖ * ПЕРИОД НА ПРОЕКТИРАНЕ / 100) Pf = Pc * (1 + r % * td / 100)
Удобен модел на електронна таблица за изчисляване на водните системи, създаден от клона на EWB-Fort Lewis College. Въпреки че количеството вода, необходимо за употреба, се определя от потребителя, наличното количество се определя от дебита на извора. Прецизните измервания на количеството вода, което изворът дава, са от първостепенно значение във всеки сценарий на развитие. Могат да се използват няколко техники за измерване, но е изключително важно да се вземе предвид времевата променливост при тестване на количеството вода. Климатът и валежите се колебаят през годината, влияейки върху нивата на подпочвените води и по този начин върху дебита на извора. Изчисленията за дебита на извора трябва да включват най-ниския сезонен дебит. Минималните дебити могат да бъдат в края на сухия сезон, но обикновено се срещат няколко месеца след това и до влажния сезон. Най-точните измервания отчитат всяка водна частица в изворната система. Отчитането на общия дебит от извор може да се окаже предизвикателство (EWB, 2010). Има два различни метода, използвани за измерване на водния дебит. Най-разпространеният начин е да се измери времето, необходимо за запълване на определен обем. При този метод оценката на дебита и последващият избор на съд спомага за точността и ефективността на процеса. По-големите дебити изискват по-големи измервателни съдове, отколкото по-ниските дебити. В крайна сметка, колкото повече време отнеме пълненето на съда, толкова по-точни ще бъдат данните.
ОБЕМ (литри) / ВРЕМЕ (секунди) = ДЕБИТ (L/s) V/t = Q
Друг метод за измерване на дебита е чрез измерване на скоростта на канализирания поток върху площта на напречното сечение на потока. СКОРОСТ = ПРОМЯНА В РАЗСТОЯНИЕТО / ВРЕМЕТО v = (dx/dt) / t
Ако се определи площта на напречното сечение на канала и се измери средната скорост на изтичането на пружината, потокът може да бъде приблизително определен.
ДЕБИТ (m3/s) = СКОРОСТ (m/s) * ПЛОЩ (m2) Q = v * A
Средната скорост може да се измери чрез изпращане на плаващи частици надолу по канализирания поток на известно разстояние, като същевременно се измерва промяната във времето. Площта на напречното сечение може да се измери в земята, но поради неравностите в естествения релеф, временното изграждане на преливник се оказва полезно.
Не е правилната пролет
Ако оценките от проучването на извора покажат, че конкретният извор не е адекватен източник на вода за потребителя, могат да се вземат предвид няколко фактора. Качеството на водата обикновено е динамично по природа и има способността да се подобрява. Откриването на замърсяването и неговия източник и отстраняването му е очевидно решение. Оценката на земеползването нагоре по течението/нагоре по течението от извора и премахването на потенциалните източници на замърсяване е най-ефективната тактика. Осигуряването на техники за защита на ресурсите, като например ограждане на близката зона за събиране и изграждане на съоръжения за отклоняване на оттичане, може да реши проблема с качеството на водата. Пречистването на водата е друга жизнеспособна опция.
В случай на липса на желаното количество изворен отток, преразглеждането на водоползването трябва да бъде опция. Изворната вода се счита за по-висококачествена от тази на повърхностния отток в реките и може да се използва само за питейна вода, докато другите източници могат да се използват за къпане и готвене (ако са правилно пречистени). Помислете за използване на няколко извора, ако има такива във водосборния басейн, които е възможно да бъдат добавени към водоснабдителната система. Това се насърчава при всяко разработване на водосборен басейн с изворна вода, предвид колебливата надеждност на изворния дебит и неточните оценки на изворите преди внедряването (Meuli, 2001).
Съображения за събиране на данни от гравитационния поток
Често срещан проблем при разпределението на тръбите, свързан с технологията за събиране на извори, е липсата на напор. Изворни зони могат да се образуват в топографски вдлъбнатини и в относително равни зони. При инсталиране на разпределителна система към системата за всмукване на извори, трябва да се положат значителни усилия по време на изграждането на събирането, за да се получи адекватно налягане на напора, за да се осигурят желаните всмукателни потоци. Това се прави чрез проучване на района и гарантиране, че енергията на потока е адекватна, като се използва хидравличната нивелирна линия (HGL) и котите на тръбите като оценка. Хидравличната нивелирна линия е просто сума от налягането на напора върху специфичното тегло на течността и котата на напора.
HGL = z + p/y в метри
Сумата от хидравличната нивелирна линия и скоростния напор е енергийната нивелирна линия (EGL). HGL + v2/2g = EGL
Котата на разпределителната тръба не трябва да надвишава котата на енергийната линия. Ако няма поток, влизащ във всмукателния блок, и той се връща в точката на изпускане от извора, бързо оставете изворната вода да тече свободно, за да намалите обратното налягане. Възможно е тръбопроводът да е над хидравличната линия и да е необходим по-голям напор. В този случай се препоръчва допълнително изкопаване на траншеята за тръбопровода.
Проектиране и строителство на водосборен басейн за извори
Предвид голямото разнообразие от извори, всеки от тях представлява технически особености при разработването, специфични за неговите характеристики. Могат да се прилагат общи насоки, но те трябва да се адаптират към всеки отделен случай. В този документ са описани два типа проектиране, които са избрани въз основа на точкови източници, модификация на мястото и финансови възможности на потребителите. Дизайнът с кутия за извори работи най-добре, когато изворът е на едно отделно място (1-2 м ширина). Дизайнът с басейн отчита единичен точков източник или зона на просмукване, която се концентрира в басейн, който е близо до точката на произход. Основно съображение при проектирането на каптаж на извор е да се сведе до минимум повърхностното излагане на водата. Това намалява вероятността за навлизане на замърсители в системата, причинени от оттичане, контакт с животни, хора и всякакъв друг източник на потенциално замърсяване (Niskanen, 2003). Това се подпомага, като се гарантира, че конструкцията на каптажа на извора е възможно най-близо до точката на излагане на извора.
Пружинна кутия
Ефективното устройство за събиране на изворна вода събира целия желан изворен дебит в устройство и насочва водата към тръба за разпределение. Дизайнът на кутията за извори отчита факта, че много естествени изворни среди затрудняват улавянето на целия дебит и следователно изисква значителна манипулация на място, за да бъде ефективна. Важно е да се помни, че кутията за събиране НЕ е устройство за съхранение и че служи само за събиране на водата от зоната на изтичане на извора. Устройството за съхранение трябва да бъде разположено извън и под каптажа на извора, за да се намали уплътняването и смущенията (Meuli, 2001).
Предпазни мерки
Изкопаването на изхода на извора е необходимо, за да се улови адекватно цялото количество вода, да се гарантира, че строителството не възпрепятства ресурса на извора и да се осигури правилното местоположение на събирателния съд. Ако изкопаването се извърши внимателно, естеството на извора ще стане по-видимо и по-лесно за управление (Meuli, 2001). За да се получи най-надеждният дебит на извора, изкопните работи и строителството трябва да се извършват през сухия сезон, въпреки че познаването на големия обхват на дебита на извора по време на пиковите оттоци трябва да се отбележи и вземе предвид при строителството. Както беше посочено по-горе, този метод изисква значителна манипулация на извора и по този начин увеличава вероятността от необратими щети на ресурса на извора чрез уплътняване и обръщане на налягането. След като пътят на потока към извора е ограничен и изходното налягане впоследствие се увеличи, потенциалът водното налягане да бъде изтласкано на друго място значително се увеличава. Този алтернативен маршрут може да доведе до по-малко криволичещ и съпротивителен път за потока и трайно да промени местоположението на изхода на извора. Чрез изграждането на импровизиран събирателен агрегат и изпускателна тръба (т.е. кофа и маркуч) изворната вода трябва да се отклонява по време на строителството.
Строителство
След като изкопните работи са завършени и местоположението на изхода на извора е ясно определено, може да започне изграждането на кутията за извора. Основата на бетонната конструкция трябва да бъде върху или точно вътре в непроницаемата повърхност, която е отговорна за потока на изворната вода. Схемата вдясно показва предложения дизайн на кутията за извора, изградена от бетон. Входът на тръбата и преливникът с тръба са изключени от проектната схема поради специфични конструктивни съображения, но обикновено съществуват в колекторната кутия. Входната тръба трябва да е под преливната тръба, но над пода на кутията с поне 3 инча, за да се отчете утаяването (Hofkes, 1983). И двата изхода трябва да са на или под котата на извора, за да се гарантира, че не се натрупва обратно налягане. Страничните „крила“ от външната страна на кутията действат като бариери, които допълнително увличат потока от извора в колекторната кутия. Кутията трябва да има капак, за да се позволи почистването на утайки, тестването на водата и всякаква поддръжка, която може да възникне.
Колекция от данни за съхранение
Съоръжението за събиране на вода е проектирано за изворни среди, които естествено се събират в точката на заустване. Въпреки че излагането на повърхностни среди е по-обширно и намаляването на замърсяването е леко затруднено, тези извори естествено събират водата и я централизират, облекчавайки необходимостта от изкопни работи и техники за принудително събиране. Тази техника използва минимални строителни разходи.
Строителство
Тази техника за събиране на вода от извори използва съществуващ естествен събирателен басейн като точка на събиране, който включва тръбна конструкция за всмукване и малък контролен язовир. Фигурата вдясно показва задържащия басейн, заедно с бетонно подсилен контролен язовир и тръбна конструкция за всмукване. Тръбната конструкция за всмукване се състои от 6 реда перфорирани тръби, разположени на различна височина, за да се компенсира натрупването на утайки, запушването с растителност и колебанията в изворния поток. Около всмукателния апарат е увита мрежа като филтър, за да се намали допълнително запушването на перфорираната тръба. Изходът на всмукателната тръба е на едно ниво с изхода на извора. В повечето извори с нисък дебит скоростта на утаяване е ниска, а плиткото почистване предлага лесна поддръжка. Предимствата на този дизайн са главно ниската цена и необходимите технически възможности. Този вариант е по-привлекателен за общности и агенции с ниски финансови средства и позволява защитата на повече извори.
Притеснения
Обратното налягане, натрупано по време на развитието на водосборния басейн на извора, трябва да бъде внимателно анализирано. При метода с басейн, е важно да се гарантира, че височината на язовира е достатъчна, за да се осигури минимално утаяване и налягането на водата, необходимо за навлизане на вода във всмукателната конструкция или изпускателната тръба. Прекомерното налягане, произтичащо от увеличения напор поради височината на язовира, може да доведе до необратими промени в дебита и местоположението на извора.
Мониторинг и експлоатация
Ако са изградени с тези съображения и проекти, изворните водосборни басейни се нуждаят от много малко наблюдение и поддръжка (Meuli, 2001). Експлоатационната поддръжка, необходима за гарантиране на запазването на качеството и количеството на водата, обикновено трябва да се извършва месечно. Важно е непрекъснато да се проверява защитената зона, дали оградата и растителността са функционални и адекватни, дали няма непреднамерена употреба, дали отклоняването на оттичането е адекватно, ерозията на почвата е минимална и дали не са създадени нови извори или точки на просмукване.
Често срещани грешки и отстраняване на неизправности
За да се осигури качествено разработване на изворни ресурси, са изтъкнати няколко често срещани грешки. Разработването на изворен ресурс може да бъде безполезно, ако се извърши неправилно.
- Липса на защитна зона и поддръжка
- Дърветата, засадени твърде близо, компрометират структурата на събиране
- няма достатъчно растителност за борба с ерозията
- липса на смекчаване на оттичането на повърхностни води
- няма филтър, който да блокира навлизането на отломки в тръбната система
- твърде високото разположение на преливната тръба създава обратно налягане
- твърде равен наклон на оттичане за прием на вода
- без настроен преливник за отводняване
- няма почистващ клапан на тръбната система, няма вентилационен отвор, създаващ вакуум
Правилната оценка и монтаж преди внедряване, заедно с превантивната поддръжка, могат да облекчат повечето от тези потенциални проблеми.
Въздействия и разпространение
Разработването на изворен ресурс може да има многобройни последици за местния водосборен басейн и неговата екология. Най-важният проблем е промененият поток надолу по течението на извора. Независимо дали се отделят малки или големи количества вода от някога свободно течащия поток, промените в скоростта на ерозия, биологичното разпространение и евентуално цели крайречни екосистеми могат да бъдат загубени. Някога неизползваният изворен воден ресурс попада в ръцете на потребителите, каквато и да е тяхната намеса. Обичайно е изворите да стават жертва на злоупотреба, неправилна употреба и унищожаване, било то чрез замърсяване или прекомерна употреба. Както при всяка човешка промяна в околната среда, трябва внимателно да се обмисли кое е най-доброто използване и третиране на естествения изворен ресурс. Предвид огромната нужда от прясна вода, има много извори, които са били разработени и са в процес на разработване, използвайки тези и подобни проекти. Неправителствени организации, държавни агенции и частни общности са често срещани разработчици на извори. Разпространението на тази технология е уникално с това, че има много функциониращи проекти за каптиране на извори в зависимост от различните изворни среди. Те трябва да бъдат изградени на място и трябва да се извършват под наблюдението на технически експерт.
Референции
Арно, К. и др., „Склонни отлагания и водни пътища в изворен водосборен басейн“, Франкенвалд, Бавария, Германия.
Брайън, К. „Класификация на изворите“. В: Journal of Geology, том 27, стр. 522-561, 1919.
Кернкрос, С. и Фийчем, Р. Екологично здравно инженерство в тропиците: уводен текст. 2-ро издание. Чичестър, Великобритания, John Wiley & Sons, 1993.
EWB, Опит в работата с „Инженери без граници“ в Лаос, 2010 г.
Хансън, Б. Д. Водни и санитарни технологии: Ръководство за обучители. Корпус на мира, март 1985 г.
Харт, У., „Защитни конструкции за пружини: Проектиране, изграждане и поддръжка на пружинни кутии“, Мичигански технологичен университет, Хотън, Мичиган, 2003 г.
Хайнц, Б. и др. „Уязвимост на карстов извор към инфилтрация на отпадъчни води“ (Галускеле, Югозападна Германия). Австрийски журнал за науки за Земята, 99, 11-17, 2006.
Хофкес, Е.Х. (ред.), Малки общински водоснабдителни системи: Технология на малките водоснабдителни системи в развиващите се страни, Технически документ на IRC № 18, Wiley & Sons, Чичестър, 1983 г.
Дженингс, Г. Д., „Защита на водоснабдителните извори“, Качество на водата и управление на водите. 1996 г.
Кинкейд, Т. „Откъде идва водата? Към воден бюджет за извора Уакула“ GeoHydros, Inc., 2009 г.
Ковач, А. и Перрошет, П. Количествен подход към разлагането на пролетни хидрограми. Journal of Hydrology, 352 (1-2), 16-29, 2008.
Meuli, C., Wehrle, K. Изворен водосборен басейн. Ръководства за водоснабдяване с питейна вода и канализация; том 4, Санкт Гален, Швейцария, SKAT, 2001.
Министерство на напояването и водните ресурси и УНИЦЕФ, Технически насоки за изграждане и управление на защитени извори и събиране на вода от покриви, 2009 г.
Нисканен, Матю, „Проектиране, изграждане и поддръжка на гравитационна водоснабдителна система в Доминиканската република“, Катедра по гражданско и екологично инженерство, Мичигански технологичен университет, Хютън, Мичиган, 2003 г.
Rehrl, C., Birk, S., „Хидрологична характеристика и моделиране на водосборни басейни на извори в променяща се среда“, Австрийски журнал за науки за Земята, том 103, стр. 106-117, 2010 г.
RWSSP: Техническа консултативна бележка 4.91, Водоснабдяване - Изворно каптиране и филтриране, 2009 г.
Савари, И. „Изследване на извори: най-ефективният метод за оценка на водните ресурси в карбонатни водоносни хоризонти“, Resources Journal (Трудове от Международния симпозиум за развитие на подземните водни ресурси), том 1, стр. 53-62, 1973 г.
Смит, Г. „Устойчивост на селските водни системи: Казус на управлявани от общността водни системи в общностите Сарамака“, Мичигански технологичен университет, 2011 г.
Stringfield, VT и HH Cooper, Jr. 1951. Геология и хидрологични характеристики на артезиански подводен извор на изток от Флорида. Доклад за изследвания на Геоложката служба на Флорида № 7(2). 16 стр.
Ръководство за техническо обучение № 5, Курс по строително проектиране. Отдел „Местно развитие“, Министерство на вътрешните работи и Панчаята, УНИЦЕФ, 1978 г.
Валдия, К.С., Бартаря, С.К., „Хидрогеоложки проучвания на извори във водосборния басейн на река Гаула, Кумаун, Малки Хималаи, Индия“. Mountain Research and Development. 1991.
Център за водно инженерство и развитие (WEDC). Ценността на водата: Технически прегледи за здраве, вода и санитария. Intermediate Technologies, Лондон, 1991.
Уанг, Х. Ф. и Андерсън, М. П., Въведение в моделирането на подземните води. Academic Press, Сан Диего, Калифорния, 237 стр. 1995.
Цимерман, Т. Наръчник за управление на ресурсите на водосборните басейни в западните планини на Камерун: основна информация за техници, работещи по опазване на почвите, горите и водите във водосборни зони и водосборни басейни на селски водоснабдителни системи. Баменда, Камерун, Хелветас Камерун, 1996.
| Автори | японско |
|---|---|
| Лиценз | CC-BY-SA-3.0 |
| Цитирай като | jp (2012–2022). „Изворен водосборен басейн“ . Appropedia . Посетен на 7 август 2025 г. |
