Водоснабжение
Разобравшись, естественно лишь в какой-то мере, с водопотреблением, неизбежно пр иходим к вопросу водообеспечения. Конечно, для целого ряда целей годится вода дождевая. Но нужна и вода питьевая, да еще нередко и круглый год. И наиболее приемлемы для этого подземные воды. Они распространены повсеместно, обладают хорошими качествами, могут забираться из источников в летнее и зимнее время.
Получается, что в условиях быстрого роста загородного строительства следует всемерно ориентироваться на индивидуальное водоснабжение, которое должно базироваться главным образом на подземных водах.
Качество воды. Качество воды определяется микробиологическими и органолептическими свойствами, а также нормами концентрации химических веществ, присутствующих в ней. Для питьевых целей установлены строгие научно обоснованные нормы допустимого содержания различных химических компонентов и показателей качества воды. Соблюдение их полностью исключает какое-либо вредное воздействие на организм человека. Анализ воды производят районные санитарно-эпид емиологические станции.
При централизованном питьевом водоснабжении сельских поселков, дачных кооперативов, садоводческих товариществ проводят мероприятия по улучшению качества воды и доведению ее до принятых норм путем хлорирования, отстаивания, фильтрования, использования различных реагентов.
Качество воды зависит от природных и техногенных факторов, т. е. от деятельности человека. В связи с развитием промышленности и сельского хозяйства резко ухудшилась экологическая обстановка. Отходы деятельности человека приводят к загрязнению рек, водоемов и подземных вод. Особенно пагубно они отражаются на качестве грунтовых вод, остающихся одним из основных источников сельскохозяйственного водоснабжения. При строительстве помещений на загородных участках и производстве сельскохозяйственных работ необходимо тщательно продумать вопрос обеспечения чистоты грунтовых вод. Землепользователь должен четко представлять себе, что качество используемых им грунт овых вод всецело зависит от результатов его деятельности на участке.
Потребитель должен оценивать качество воды по данным анализа или самостоятельно устанавливать пригодность ее к употреблению, для чего необходимо иметь представление об основных показателях, характеризующих воду для питьевых нужд.
Прозрачность воды зависит от количества растворенных в ней минеральных веществ, содержания механических примесей, органических веществ и коллоидов.
Цвет воды зависит от химического состава и наличия примесей. Жесткие воды имеют голубоватый оттенок, железистые – желто-бурый, органические гуминовые соединения окрашивают воду в желтоватый цвет, взвешенные минеральные частицы – в сероватый.
Запах воды для питья также должен отсутствовать. Появление запаха связано с присутствием в воде различных газов, бактерий, попаданием в нее посторонних веществ. Сероводород придает воде запах тухлых яиц, соединения железа – «ржавый» запах, затхлый запах колодезной воды связан с гниением сруба или попавшей туда древесины, «болотный» запах свидетельствует о просачивании болотной воды, нефтяной – о попадании в воду нефти и т. д. Для лучшего определения запаха рекомендуется подогреть воду до 40–50 °С, налить ее в бутылку и встряхнуть. После этого понюхать: если обнаруживается запах, воду не использовать для питья.
Вкус и привкус воде придают растворенные в ней минеральные соединения, газы и посторонние примеси. При содержании гидрокарбонатов кальция и магния, а также углекислоты вода приятна на вкус. Большое количество органических веществ придает воде сладковатый вкус; солоноватость обусловлена растворением значительного количества хлористого натрия, а горьковатость – наличием в воде сульфатов магния и натрия. Наличие в воде соединений железа придает ей не только «ржавый» запах, но и вкус. Для определения вкуса воду подогревают до 20–30 °С, при этом надо иметь в виду, что вкусовые ощущения субъективны, нередко они обусловлены привычкой человека к тем или иным водам.
Минерализация (сухой или плотный остаток) – сумма всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. В природной воде содержится более 100 элементов периодической таблицы Д. И. Менделеева. С водой в организм поступают все основные необходимые для жизнедеятельности вещества. О величине минерализации судят по сухому остатку, полученному
после выпаривания определенного объема в оды и высушивания остатка при температуре 110 °С. По величине сухого остатка воды подразделяют на пресные, содержащие до 1 г/л остатка, слабосолоноватые – 1–3 г/л, сильносолоноватые – 3–10 г/л, соленые – 10–35 г/л, рассолы – более 35 г/л. Для питьевого водоснабжения используются только пресные воды.
Жесткость воды обусловливается присутствием в ней кальция и магния. Для вод, используемых для хозяйственных и технических целей, жесткость имеет большое значение: в жесткой воде, как известно, медленнее развариваются овощи и мясо, она дает накипь в чайниках и т. д. Природные воды подразделяются на мягкие (до 3 мг • экв/л) и жесткие (более 3 мг • экв/л). Для питьевых нужд используется вода с показателями до 7 мг • экв/л.
Кислотность воды определяется показателем рН. Вода пригодна для питья при рН = 6–9. Если рН < 7, вода считается кислой, при рН > 7 – щелочной.
В питьевых водах концентрация следующих химических компонентов не должна превышать нормы (в мг/л): железа – 0,3; марганца – 0,1; хлоридов – 350; сульфатов – 500; нитратов – 45. Нитраты проникают в подземные воды с навозной жижей и при внесении азотистых удобрений сверх рекомендуемых норм.
Залегание подземных вод. Подземные воды – основной источник водоснабжения сельского населения. На основной равнинной территории подземные воды распространены равномерно. Исключения возможны лишь на участках речных долин, где могут чередоваться проницаемые и слабопроницаемые водонасыщенные породы.
Подземные воды формируются в результате проникновения (инфильтрации) части дождевых и талых вод с поверхности в глубь земли. Другая часть стекает с поверхности в реки, а также испаряется. Проникая в землю, вода частично задерживается в почве и идет на питание растений, остальная же часть достигает водоупорных непроницаемых пород (глин) и формирует подземные воды. Количество проникших осадков обусловливается водопроводимостью почвы и нижележащих слоев горных пород. Чем ниже водопроводимость почвы, тем меньше воды она поглощает в единицу времени и, следовательно, тем большее количество осадков расходуется на поверхностный сток и испарение.
Водопроницаемость почвы и подпочвенных слоев зависит от их состава и структуры. Наибольшее количество осадков поглощают песчаные почвы, поэтому и сток с поверхности песчаных массивов минимальный. Глинистые почвы слабо проницаемы для воды.
Подземные воды по условиям их образования и залегания делятся на следующие типы: верховодку, грунтовые и напорные или артезианские (рис. 6.7.1).
Рис. 6.7.1. Схематический геологический разрез и расположение водозаборных сооружений
Верховодкой называются подземные воды, скапливающиеся на глубине 2–5 м на глинистых породах, имеющих в плане вид линз. Воды верховодки скапливаются в период интенсивных дождей или снеготаяния и дер жатся сравнительно непродолжительное время. Построенные в этих условиях колодцы работают только в весенний период, а затем пересыхают. Поэтому базироваться на водах верховодки не рекомендуется. Кроме того, в засушливых районах ввиду интенсивного испарения с поверхности земли воды верховодки имеют повышенную минерализацию.
Грунтовые воды – первый от поверхности водоносный горизонт (слой песков, насыщенных водой), залегающий на выдержанном водонепроницаемом пласте (слой глины). Сверху грунтовые воды обычно не перекрываются водонепроницаемыми породами, а водопроницаемый пласт они заполняют не на полную мощность, поэтому поверхность грунтовых вод является свободной, ненапорной. При вскрытии грунтовых вод буровой скважиной или колодцем их уровень устанавливается на той глубине, на которой они были встречены.
На отдельных участках, где есть местное водоупорное перекрытие, грунтовые воды приобретают небольшой напор, величина которого определяется по ложением уровня грунтовых вод на примыкающих участках без водоупорного перекрытия.
Грунтовые воды повсеместно распространены в природе и существуют в том или ином районе длительное время. Они доступны для использования и чувствительны ко всем изменениям, происходящим в атмосфере. В зависимости от выпадения атмосферных осадков уровень грунтовых вод значительно колеблется: в засушливые годы он понижается, в дождливое время повышается. С течением времени изменяются качественный состав и температура грунтовых вод. Наиболее широко распространен
а эксплуатация их неглубокими шахтными колодцами в сельской местности.
Поверхность грунтовых вод называется зеркалом. Относительно однородные по составу и водным свойствам пласты горных пород, содержащие грунтовые воды, являются водоносным горизонтом или водоносным пластом. Водонепроницаемая порода, подстилающая водоносный пласт, – водоупор. Мощность водоносного горизонта (потока) определяется расстоянием по вертикали от уровня грунтовых вод до подстилающего водоупорного пласта.
Грунтовые воды движутся в пластах в сторону пониженных участков территории. В особо низких местах они выходят на поверхность в виде нисходящих родников.
Напорные воды или артезианские (Артезия – провинция во Франции, где впервые были обнаружены напорные воды), находятся в водоносных горизонтах, перекрытых снизу и сверху водоупорными пластами. Они имеют напор, который обусловливает подъем уровня воды выше пласта, а иногда и выше поверхности земли (фонтанирующие или самоизливающиеся скважины).
Напорные воды наиболее часто используются для питьевого водоснабжения ввиду хорошей защищенности от загрязнения и благодаря их прекрасным вкусовым качествам. Часто в глубоких оврагах и долинах рек напорные воды выходят на поверхность, образуя восходящие родники или ключи (рис. 6.7.2). В этих случаях целесообразно их обустраивать и использовать для питья.
Рис. 6.7.2. Схема выхода на поверхность родников
Определение глубины залегания грунтовых вод. На ровном участке глубина поверхности грунтовых вод практически одинакова. На участках с неровной поверхностью глубина залегания грунтовых вод меньше в пониженных местах.
Зеркало грунтовых вод обычно расположено на глубине от 2 до 20 м от поверхности в зависимости от глубины залегания глинистого водоупорного слоя. Заболоченность территории свидетельствует о том, что уровень вод расположен на глубине менее 1 м. Если вода заливает мелкие впадинки, то уровень грунтовых вод находится выше поверхности земли. В дождливые периоды он повышается, а в засушливые понижается. Такие колебания могут составлять 0,5–2 м. Таким образом, при выходе воды на поверхность зеркало грунтовых вод определяется непосредственно по уровню воды на поверхности.
Если уровень вод находится ниже поверхности земли, бурят скважины малого диаметра. После того как пробурили скважину, необходимо через сутки замерить в ней уровень воды. Если в последующие дни он не изменился, то можно считать его зеркалом подземных грунтовых вод.
При залегании воды на большей глубине необходимо обследовать близлежащую территорию: осмотреть колодцы, родники, карьеры, понижения на поверхности и др. Зная отметки топографии местности, можно ориентировочно установить глубину уровня воды на участке.
Если грунтовые воды не обнаружены на глубинах 3–5 м, то они не представляют опасности для строительства фундаментов строений или погребов. Но для строительства шахтного колодца или скважины обязательно знание расположения уровня грунтовых вод. При этом необходимо знать и вид пород, в которых содержатся грунтовые воды, мощность этих пород и механический состав. Эти данные также можно получить путем обследования или обратиться в геологические территориальные организации.
Шахтные колодцы. Шахтные колодцы – надежные водозаборные сооружения, с помощью которых получают грунтовые воды с глубины не более 30 м. Дебит воды (производительность колодца) составляет от 0,5 до 3 м² /ч. Они доступны для чистки, изолированы от поверхностных ливневых стоков, просты в эксплуатации, легко ремонтируются. Воду из них можно забирать с помощью ведер и электронасосов, устанавливаемых на поверхности или опускаемых в колодцы.
Недостаток шахтных колодцев – эксплуатация только грунтовой воды, качество которой не всегда отвечает санитарно-гигиеническим нормам для питьевой воды. В шахтных колодцах при малой интенсивности водоотбора вода часто застаивается, приобретает затхлый запах. В открытый ствол колодца могут попадать посторонние предметы, и он может загрязняться.
Шахтный колодец (рис. 6.7.3) состоит из оголовка 1, ствола 3, огран иченного боковыми стенками 4, водоприемника 5 и фильтра 6. Вокруг оголовка устраивается изоляционный пояс 2 из глины для предохранения от попадания поверхностных вод в колодец. Сверху пояс покрывается твердым покрытием 7. Дно колодца располагается в водоносном пласте 9 и может не доходить до водоупора 10. Вода в колодце устанавливается на уровне грунтовых вод 8.
При этом колодец должен располагаться как можно дальше от туалетов, мест содержания животных, поглощающих ям, т. е. тех мест, где происходит проникновение загрязнений в грунтовые воды.
Рис. 6.7.3. Шахтный колодец
Шахтные колодцы роют на глубину до первого водоносного горизонта, и в нем устраивают водоприемную часть. Если водоносный горизонт отсутствует, а вода содержится в тонких пластах песка, суглинках, супесях, то делают колодец с прониканием воды через стенки колодца и скапливанием ее на дне. Обычно сечение колодца принимается размером не менее 1_ 15;1 м. В качестве древесины для сруба используют дуб, вяз, ольху. Ствол крепят последовательно сверху вниз. На поверхности заготавливают венцы, подгоняют их и спускают на тросе в шахту. Колодец копают постепенно, на глубину одного венца во избежание обвалов стенок.
При устройстве колодцев из бетонных колец работы выполняют в следующем порядке. Отрывают котлован на глубину, равную высоте одного кольца, и свободно опускают кольцо на дно шурфа. Затем устанавливают на него второе кольцо и скрепляют их скобами. Углубляют дно и подкапывают породы под торцом кольца. Последнее под собственным весом постепенно опускается. Затем наращивают новое кольцо и повторяют описанные операции по копке ствола. Обычно используют кольца диаметром 1; 1,25; 1,5 м.
Породу из колодца извлекают с помощью бадьи на стальном тросе, который через блок, закрепленный на треноге, наматывается на лебедку. Лебедка должна иметь предохранительную стопорную защелку во избежание во зможного раскручивания барабана.
Наиболее важный процесс сооружения шахтного колодца – обустройство его водоприемной части. Нужно иметь в виду, что при вскрытии водонасыщенных чистых песков, особенно плывунов, не удается добиться глубины слоя воды более 75 см. Большей глубины можно достичь только при связанных породах, т. е. супесях, глинистых песках, суглинках с прослойками песка. Поэтому в водоносных песках не следует чрезмерно извлекать песок и переуглублять колодец, так как после откачки воды в колодец будет интенсивно поступать вода с песком. Разрабатывать дно песчаного колодца нужно с принудительной откачкой воды бадьей или насосом.
При креплении стенок срубом возникают трудности устройства венцов в водосодержащих песках. В этом случае в шахту опускают короб из досок или бетонные кольца. При копке песка они заглубляются и создают хорошие условия для притока воды. По завершении выемки песка на необходимую глубину следует прекратить откач ку воды и сразу же засыпать дно крупным песком слоем 20 см, а сверху галькой или щебнем слоем такой же толщины. Обязательное условие – тщательная изоляция шахты от попадания в нее посторонних предметов, дождя, снега и поверхностных вод, для чего вокруг колодца устраивается глинистый замок и делается люк с крышкой.
Ежегодно весной колодец тщательно осматривают и ремонтируют его поверхностные надстройки. Необходимо заполнить глиной просевшие вокруг него места, а сверху заасфальтировать или зацементировать. Колодец следует тщательно прокачать. Для этого измеряют объем содержащейся в нем воды и с помощью бадьи или насоса откачивают из него не менее двух объемов воды. Ежегодно следует проводить химический и бактериологический анализы воды. В случае необходимости по заключению санитарно-эпидемиологической станции колодец необходимо подвергать дезинфекционной обработке химическим патроном или другими средствами с последующей откачкой из него воды до полного удаления запа ха.
Трубчатые колодцы (абиссинские) предназначены для получения воды в случаях, когда водоносный слой состоит из рыхлых зернистых пород (песок, слой песка с галькой) и в грунте отсутствуют каменные породы, а вода залегает на небольшой глубине. Для их сооружения не требуется бурить скважину, а надо забить фильтр в водосодержащие породы.
В свое время забивной колодец был предложен американцем Нортоном и пользовался большой популярностью для добывания воды из неглубоких скважин. Название свое он получил из-за широкого использования англичанами для снабжения своей армии водой во время войны Англии с Абиссинией в 1867–68 гг.
Трубчатый колодец может быть изготовлен собственными силами. Он отличается доступностью в работе, возможностью установки в любом месте, в том числе под строением. Его подач