Сведения о воде

О круговороте воды в природе мы знаем еще из школьного курса природоведения, когда учитель рассказывал, что вода испаряется с поверхности открытых водоемов (океанов, морей, озер, ручейков) и с поверхности почвы, потом выпадает в виде осадков (дождя, снега, тумана, росы, инея, града) и весь процесс начинается снова. Испарение происходит тем интенсивнее, чем выше температура воздуха. Во время этого процесса образуются микроскопические капельки жидкости, которые при прохождении сквозь воздушные слои могут загрязняться различными веществами, в том числе токсическими, а также вредными микроорганизмами. Поэтому говорить о стерильности атмосферной воды по крайней мере, легкомысленно, особенно с учетом современного состояния экологии. Однако минеральных солей она не содержит вовсе или имеет в своем составе незначительное их количество, что делает эту воду мягкой.

При попадании атмосферной воды на поверхность земли она просачивается через водопроницаемые грунты (к ним относятся гравий, песок, трещиноватые скальные породы и др.), причем глубина такого проникновения определяется глубиной залегания водоупорных (водонепроницаемых) слоев, которые образуют значительный по толщине слой плотных жирных глинистых отложений (такими же являются и монолитные породы, например базальт, песчаник, которые очень медленно пропускают воду). Они могут иметь уклон, поэтому грунтовые воды стекают в пониженные места – так возникают ручьи, реки, озера и др. От формы водоупорного горизонта зависит объем накопленной воды, которая образует водоносный горизонт (так называются водопроницаемые слои горных пород, которые насыщены водой), могущий содержать частицы глины, песка и т. п.

Строение грунта в том или ином месте определяет количество водоносных горизонтов. Водопроницаемые и водоупорные породы могут чередоваться, в результате чего возникают условия для аккумуляции свободных вод в толще водопроницаемых пород, лежащих на водонепроницаемых пластах. Поэтому на разных глубинах от поверхности формируются водоносные горизонты, причем совершенно необязательно, чтобы вода пронизывала всю толщу водоносного слоя, она может заполнять его до определенной поверхности. При этом, если в пробуренной скважине или отрытом колодце вода остается на том же уровне, что и в породе, то такая поверхность и соответственно водоносный горизонт именуются безнапорными, а уровень воды – геометрическим. Если поверх водоносного пласта лежит слой из водонепроницаемой породы, то в скважине вода может подниматься выше нижней поверхности водоупора (такой уровень воды называется пьезометрическим, или гидростатическим). И тогда вода в водоносном горизонте оказывается под воздействием гидростатического напора. В таком случае водоносный горизонт носит название напорного (рис. 1).

Рисунок 1. Водоносный горизонт в зависимости от наличия или отсутствия гидростатического напора: а) безнапорный: 1 – геометрический уровень воды; 2 – водоупорная кровля; 3 – водоносный слой; 4 – водоупор; б) напорный: 1 – гидростатический уровень воды; 2 – слабопроницаемый пласт; 3 – водоупор; 4 – водоносный слой; H – напор воды; m – мощность водоносного пласта

В соответствии с тем, на какой глубине находится вода, она классифицируется на следующие виды (внутри темы нашей книги вполне достаточно такого упрощенного понимания):

• почвенные (верховодка);

• грунтовые;

• межпластовые.

Залегание подземных вод схематично показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Залегание подземных вод: 1) почвенные; 2) межпластовые безнапорные; 3) грунтовые; 4) межпластовые напорные; 5) водоем

Почвенные воды образуются за счет атмосферных осадков, весеннего паводка, т. е. они практически всегда носят временный характер, и залегают на глубине, не превышающей 4 м. Состав атмосферной воды при просачивании сквозь почву заметно изменяется, что обусловлено составом тех грунтов, через которые она проходит. Так, вместе с грунтом вода «обогащается» аммиаком, минеральными солями (калия, натрия и др.).

Кроме того, минуя те или иные виды пород, вода приобретает типичные для них свойства, например насыщается ионами магния; хлористыми и сернокислыми соединениями при прохождении доломитов в первом случае, гипсов и каменной соли во втором и т. д. Помимо этого, в воду из почвы попадает углекислый газ, благодаря которому вода оказывается способной растворять минеральные соли. Верховодка для питья непригодна, а вследствие ее сезонности на нее не приходится рассчитывать и для решения чисто технических проблем, например для полива.

После таяния снега влага частично испаряется, частично проникает в более глубокие нижние горизонты. Воды, которые аккумулируются в первом от поверхности земли водоносном горизонте, называются грунтовыми (их источником, помимо названного, являются воды, просачивающиеся из ближайших водоемов). Они, в свою очередь, лежат на первом водонепроницаемом слое. Местами формирования грунтовых вод являются междуречные массивы, зоны ледниковых отложений, котловины, впадины и т. д. В природных условиях зеркало грунтовых вод, как правило, являет собой не горизонтальную, а волнистую поверхность, которая приблизительно совпадает с наземным рельефом. Это объясняется тем, что различны условия питания и выхода грунтовых вод на поверхность в зонах пересечения их оврагами, долинами рек и др.; неодинаковой скоростью просачивания воды и т. д. Там, где грунтовые воды выходят на поверхность, их уровень обычно снижается (это же характерно и для межпластовых вод). Глубина залегания грунтовых вод может доходить до 40 м, но они могут подниматься до 1–2 м от поверхности земли. Это происходит весной, и в этом случае грунтовые воды смыкаются с почвенными.

Грунтовая вода бывает мягкой и жесткой. Жесткость первой составляет не более 10°, т. е. в 100 г воды содержится до 10 мг извести; второй – выше 10°. Для питья наиболее пригодна вода с показателем жесткости 6–8°, предельная же жесткость равна 17–20° (при жесткости более 23–25° вода становится непригодной для питья). На практике от жесткой воды стенки посуды покрываются накипью, в ней трудно постирать белье или сварить овощи.

Воды, оказавшиеся между двумя водоупорными пластами, называются межпластовыми, причем верхний – это водоупорная кровля, а нижний – водоупорное ложе. Глубина залегания межпластовых вод составляет более 40 м. Иногда межпластовые напорные воды могут самостоятельно изливаться на поверхность, образуя ключи. Но чаще всего для их добычи бурят скважины, из которых вода бьет фонтаном (такие воды называются артезианскими по названию французской провинции Артуа, где в XII в. впервые была пробурена такая скважина).

Для употребления подходят грунтовые и межпластовые воды. Их добывают путем устройства разных по типу колодцев. Вода из них должна быть чистой (в 1 л содержание кишечной палочки не должно превышать 10, а нитратов – не более 10 мг/л), прозрачной (не менее 30 см), бесцветной (не более 30° цветности), не имеющей посторонних запахов и привкуса (разрешенная интенсивность привкусов и запахов составляет не более 2–3 баллов). Температура колодезной воды может колебаться в пределах 7–12 °C – при более высокой температуре освежающие свойства воды утрачиваются, при более низкой температуре она вредит здоровью пользователей, в том числе и животным.

Качество питьевой воды (бактериологические и органолептические показатели, а также предельно допустимые концентрации вредных химических веществ) должно соответствовать специально разработанным нормам – ГОСТу 2874–82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством». С этой целью необходимо провести физические, химические и бактериологические анализы воды из данного источника, что входит в обязанности санитарно-эпидемиологической службы, куда следует доставить пробы. В отличие от питьевой воды качество воды, использующейся для технических нужд, в частности для полива, не регламентируется. Для этого подходят верховодка, грунтовые воды, вода из открытых источников.

Выбор места под колодец

Прежде чем приступать к устройству колодца любого типа, необходимо выбрать место под него. Как правило, для колодца отводят возвышенное место на участке, чтобы исключить риск попадания в него поверхностных стоков и паводковых вод. Есть и другие требования, которые следует учитывать, в частности не строят колодец близ рек; в местах резкого изменения рельефа (это свидетельство того, что не исключается значительное колебание уровня грунтовых вод); рядом с источниками загрязнения (банями, дренажными колодцами, выгребными ямами и т. п.).

Кроме того, есть и законодательные ограничения: без специально оформленных разрешительных документов допускается устройство колодца глубиной не более 20 м. Это означает, что для бурения артезианской скважины требуется получить специальное разрешение соответствующих служб (геологической, санитарной, экологической, архитектурной, управления экспертизы), поскольку в этом случае предполагается использование воды в качестве природного ресурса, находящегося в собственности государства. Более того, за эксплуатацию скважины необходимо будет платить налог. Поэтому еще до начала работ надо все обдумать, взвесить, соотнести со своими финансовыми возможностями и вообще с необходимостью такого источника.

Однако сказанное представляет собой только одну сторону данного дела. Есть и другая проблема – вода не всегда находится в том месте, где нужно, и не в том количестве, которое требуется. В естественных условиях водоносные и водоупорные слои чередуются между собой, образуя «слоеный пирог», причем толщина слоев может составлять даже десятки сантиметров. Отсюда возникает необходимость проведения соответствующей гидрогеологической разведки, которая серьезно снизит риск получить сухую скважину (более подробно речь об этом пойдет далее). Привлечение соответствующих организаций для ее осуществления связано с расходами, что также нужно иметь в виду. Однако предварительно следует провести собственное небольшое тестирование, начав с беседы с ближайшими соседями, на участках которых уже есть колодцы. Надо выяснить, какой они глубины, обеспечивают ли они потребности в воде, какого типа колодцы преобладают в окрестностях. Если полученные сведения окажутся разно– или даже противоречивыми, то нужно обратить внимание на определенные особенности участка, в частности на рельеф местности (следы оползней, расположение участка в низине и др.) и на так называемые растения-индикаторы – вереск, камыш, клевер, осоку, березы и др. Они помогут хотя бы приблизительно определить, на какой глубине можно ожидать наличие водоносного слоя. Однако во избежание ошибок надо учесть, что растения должны располагаться большими группами, быть мощными и разновозрастными, иначе может оказаться, что их кто-то посеял или высадил либо они проросли случайно.

Кроме того, есть еще ряд признаков из разряда народных примет, которые укажут на близко залегающие водоносные пласты:

• плотный туман, появляющийся над землей, в отсутствие в непосредственной близости каких-либо водоемов;

• наличие неподалеку естественных водоемов (озера, речки и пр.).

• мельтешение летним вечером в воздухе мелких насекомых – комаров, мошек.

• проталины среди снега, если речь идет о зиме.

• о близко залегающих водоносных жилах свидетельствуют бурно разросшиеся мать-и-мачеха, болиголов, рогоз, папоротник, крапива и др. В таких местах стоят великолепные дубы, вербы, тополя, более того, склонившиеся в одну сторону ольха, клен или береза говорят о близкой воде.

Внимательное наблюдение за домашней живностью тоже могут дать полезные сведения:

• испытывающие жажду лошади и собаки роют землю в местах, где чувствуют близкий источник;

• кошки, в отличие от собак, любят лежать там, где проходит водоносный пласт;

• гуси устраивают кладки в местах пересечения водяных пластов, а куры, напротив, никогда так не поступают;

• там, где вода близко подходит к поверхности земли, никогда не найти муравейника.

Проблемы с водоснабжением могут возникнуть, если участок находится:

• в гористой или холмистой местности;

• на крутом берегу реки;

• в зоне карьеров и крупных водозаборов, а также неподалеку от артезианских источников и ключей;

• рядом с такими плотно растущими деревьями, как бук или акация.

8. Не следует ожидать качественной воды, если участок располагается на территории хотя и осушенного, но болота, а также на низком берегу реки.

Выбор места для размещения колодца сопряжен с целым рядом факторов, без учета которых могут возникнуть нежелательные последствия.

1. Не стоит располагать колодец рядом с домом. Это особенно касается тех случаев, если на незначительной глубине под ним проходит плывун (мелкий песок, смешанный с водой). Устройство колодца и его эксплуатация со временем обязательно приведут к разрушению домового фундамента. Не место для колодца и внутри периметра дома, поскольку это тоже чревато негативными для постройки последствиями, а также с трудностями по ремонту и уходу за колодцем.

2. Если устроить колодец рядом с водосточными трубами или в зоне дренажной системы, т. е. там, куда стекают дождевые и талые воды, то долго ждать неприятностей не придется. Печальным результатом этого станут загрязнение водозабора и даже его разрушение. Подобные казусы нередко сопровождают колодцы, если их надземная часть была плохо гидроизолирована (к разговору о том, как оформить ее, мы еще вернемся).

3. Нежелательно устраивать колодец на участке, на котором произрастают тополь, ольха или ясень. Если с ними трудно расстаться, то следует размещать колодец на расстоянии не менее 10–15 м от них. Дело в том, что разветвленная корневая система этих деревьев может постепенно повредить стенки колодца и сделать его открытым для различных загрязнений.

4. Если на соседнем участке уже имеется колодец, то, разместив свой рядом с ним, можно гарантированно попасть на один и тот же водоносный горизонт, т. е. не миновать возникновения конкуренции за воду. Однако из такого положения есть выход:

• если колодцы будут равными по диаметру, то воды будет меньше в том, что мельче. Поэтому придется увеличить его глубину примерно на 50 см (обычно этого достаточно);

• если колодцы будут иметь разный диаметр, более глубоким надо выкопать тот, у которого диаметр меньше.

И в качестве заключения добавим, что санитарные нормативы никто не отменял, поэтому необходимо соблюдать минимальные расстояния от оси колодца до:

• септиков, автостоянок, компостной кучи, выгребной ямы – не менее 25 м;

• дренажной системы, фильтрующей стоки, прошедшие биологическую очистку, – не менее 30 м. В отсутствие очистки расстояние до дренажной системы и границы фильтрующего поля должно быть увеличено до 50 м;

• хозяйственных построек – не менее 15 м;

• придорожного рва – не менее 7 м.

Гидрогеологические изыскания

Поиски места для колодца – задача ответственная и отнюдь не простая. При этом приходится учитывать множество факторов, хотя, конечно, дойти до водоносной жилы можно в любом месте, но на какой глубине она окажется и сколько колец потребуется опустить – 8 или 21 – неизвестно. Поиски подземной воды с помощью народных примет (малую толику мы уже представили выше) – это опыт, накопленный за столетия, причем за это время чего-то совершенного нового не изобретено. Однако каким-то образом искать и находить водоносные пласты необходимо. Можно либо обратиться к практикам, выкопавшим не один десяток колодцев, или специалистам, оснащенным соответствующим оборудованием. Начнем с первых, тем более что за гидрогеологические изыскания, осуществленные по всем правилам, с привлечением организаций, придется заплатить, причем немало.

Можно испытать себя в качестве лозоходца. Метод этот не бесспорный (с его помощью можно наткнуться не только на водный пласт, но и на подземные коммуникации), но, как показывает практика, бывает очень эффективным, хотя надо признать, что на территориях с разветвленной сетью кабелей, труб и тому подобного точность прогноза может страдать. Простейшую рамку изготавливают, например из гибкой ивовой ветки (рис. 3).

Рисунок 3. Готовая рамка

Полученную рамку держат обеими руками за концы. При прохождении над водоносным пластом рамка изогнется вниз, чем и укажет на нужное место.

Для тестирования можно воспользоваться двумя кусками медной или алюминиевой проволоки или сварочными электродами диаметром 1,5–2 мм, согнув их так, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Варианты рамок из проволоки

Кроме Г-образной рамки, изготавливают и П-образную. Первую держат в вытянутых руках, не сжимая, направив длинные концы вперед. Вторую надо держать так же, как лозу.

Весь участок разбивают на квадраты со сторонами 1 или 1,5 м и последовательно обходят каждый из них (лучше не один раз), передвигаясь в разных направлениях и обязательно записывая результаты. Это позволит определить, где находится самый мощный пласт, каковы его направление и протяженность. В процессе обхода территории надо двигаться спокойно, медленно, плавно.

При тестировании участка в местах над близким к поверхности водоносным пластом рамки отклоняются на 90–180°, перекрещиваются или вращаются. Если поворот совершает только один из концов, то это указание на большой валун, лежащий под землей.

Представленный способ называется биолокационным. Овладеть им вполне под силу каждому, даже не обладающему сверхъестественными способностями.

В порядке эксперимента можно прибегнуть к старинным дедовским способам:

• в сухую погоду на участке предполагаемого колодца снимают дерн (достаточно квадрата 30 x 30 см), разравнивают, укладывают овечью шерсть, предварительно отмытую с применением моющего средства, накрывают чугунной сковородой и снятым дерном. По истечении суток открывают: если шерсть увлажнилась, значит, вода залегает близко к поверхности;

• участок готовят, как и в первом случае. Вечером расстилают на нем овечью шкуру шерстью вверх, кладут на нее только что снесенное куриное яйцо и накрывают глазурованной керамической посудой. На восходе проверяют: овчина и яйцо в росе – подземная вода близко; овчина влажная, а яйцо сухое – подземная вода глубоко; овчина и яйцо сухие – вода отсутствует;

• берут в равных количествах медный купорос, негашеную известь и серу, смешивают, завязывают в мешковину, сложенную вдвое, взвешивают и закапывают на глубину 50–70 см. Взвешивание повторяют через сутки: чем больше разница в весе, тем ближе к поверхности залегают подземные воды, и наоборот.

Из современных инструментальных методов гидрогеологической разведки можно назвать следующие:

• геофизический, или метод электрического сопротивления, основанный на том, что удельное сопротивление различных пород и водоносного горизонта неодинаковы, разница бывает от 50 до 200 Ом/м. Суть метода состоит в электрозондировании подземных горизонтов, после чего чертят вертикальный разрез с указанием удельных сопротивлений разных слоев. К этому методу прибегают, когда требуется установить место для водозабора средней или высокой производительности. Однако он может давать погрешности на участках, находящихся рядом с железнодорожными путями, там, где проложена густая сеть инженерных коммуникаций или залегают железорудные месторождения;

• метод разницы потенциалов, при котором фиксируют естественную разницу потенциалов в отдельных точках. На местонахождение водяного пласта указывают изменение знака и величины разницы потенциалов. Точность метода страдает из-за неровности рельефа;

• метод с использованием гидроуровня, нивелира или барометра-анероида (рис. 5). Первый пригодится, если естественный водоем или функционирующий колодец располагаются неподалеку от того места, которое тестируется. При значительном удалении необходимо применить нивелир или барометр-анероид. Например, с последним необходимо действовать так: измерить давление на уровне земли у построенного колодца (допустим, оно окажется 745,8 мм) и в точке, где предполагается заложить новый колодец (к примеру, оно равно 745,2 мм); определив разность между ними (0,6 мм) и зная, что цена деления прибора 0,1 мм соответствует 1 м по высоте, установим, что шахта нового колодца должна быть на 6 м глубже. Помимо этого, надо иметь в виду, что это верно для горизонтального водоносного пласта, а при наличии уклона придется сделать поправку и на него;

• пробное бурение (речь идет не о бурении артезианской скважины, а только о проходке глубиной до 10 м с целью определения состава грунтов и глубины залегания водоносного пласта). Этот метод самый информативный и надежный, хотя и наиболее трудоемкий и затратный. Дело в том, что осуществить его своими силами не удастся, а организация, занимающаяся гидрогеологической разведкой, не будет делать этого бесплатно (для сравнения: две-три пробные скважины обойдутся во столько же, во сколько и обустройства колодца, включая трубы). К этому методу прибегают, когда предполагается заложить высокопроизводительный водозабор, в котором у отдельного частного дома нет нужды, а также в некоторых других случаях.

Среди новейших гидрогеологических методов надо назвать сейсмическую, нейтронную разведку; аэрометод (посредством фотографирования территории); геоботанический метод (пятна густой зеленой растительности в отдельных местах, несмотря на стоящее сухое лето, или в то время (в конце лета или осенью), когда вокруг трава уже пожухла, укажут на близкие подземные воды); космическую гидрогеологию, в процессе которой могут быть обследованы даже и труднодоступные места.

Рисунок 5. Приборы для определения глубины залегания грунтовых вод: а) гидроуровень; б) нивелир; в) барометр-анероид

Понятно, что передовые методы гидрогеоразведки неприменимы в рамках индивидуального участка, однако иметь представление о них необходимо.

Ключевой колодец

Итак, колодец представляет собой гидротехническое сооружение, предназначенное для добывания грунтовых вод, в виде вертикального углубления, с укрепленными тем или иным способом стенками, оснащенное специальным механизмом для подъема воды на поверхность.

Определение места, на котором появится колодец, – это хотя и существенная, но все-таки половина дела. Не менее важно правильно решить, какой именно конструкции надо отдать предпочтение. По этому признаку выделяют следующие типы колодцев:

• ключевые (восходящие и нисходящие);

• шахтные;

• трубные;

• буровые, или трубчатые.

Рассмотрим их по порядку.

Выходя на поверхность земли, вода может сталкиваться на своем пути с препятствием – водонепроницаемым пластом. В результате образуется ключ (родник). В зависимости от того, выбрасывается ли вода под напором или просто самотеком сбегает вниз по склону, выделяют восходящие и нисходящие ключи соответственно.

Ключевые колодцы не отличаются большой сложностью (фактически воду не требуется добывать, нужно только грамотно оформить надземную часть источника), не предполагают использования большого количества различных строительных материалов – вполне достаточно иметь под рукой глину и природный камень (лучше плитняк).

Чтобы устроить восходящий ключевой колодец, надо действовать таким образом:

• определиться с местом для колодца, расчистить его и углубить;

• выполнить оголовок (надземную часть колодца), для чего установить на углубление подходящий предмет в качестве резервуара, например бетонное кольцо или сруб, сделанный из бревен или бруса, и даже обычный деревянный ящик или бочку без дна.

• Обустраивая восходящий ключевой колодец, надо иметь в виду следующее: резервуар необходимо заглубить настолько, чтобы уровень, которого может достигнуть вода, был ниже края сруба (кольца и др.). Высота самого резервуара не регламентируется – он может быть гораздо выше ожидаемого подъема воды. Однако в этом случае потребуется устроить сливное отверстие, выше которого вода не должна подниматься, и установить лоток, по которому вода будет стекать в подставленную тару. Такая предусмотрительность позволит не только не загрязнять воду посудой, но и предотвратит риск того, что источник иссякнет. Дело в том, что постепенно под влиянием собственной массы и давления вода может промыть выход на поверхность в другом месте и сливать туда излишек или вообще уйти из резервуара;

• укрепить стенки углубления, выложив их кирпичом или природным камнем;

• насыпать на дно колодца десяти– или пятнадцатисантиметровый слой щебня, гравия или промытого крупнозернистого речного песка в качестве фильтра;

• заделать зазоры между стенками ящика (сруба и пр.) мятой жирной глиной, слой которой должен составлять 15–20 см. Во избежание ее размывания поверх выложить плитняк или засыпать щебнем;

• накрыть резервуар крышкой, чтобы защитить колодец от попадания мусора, насекомых и т. п.;

• устроить вокруг колодца отмостку, чтобы поверхностные дождевые или талые воды не проникали внутрь. Перед тем как положить кирпич, бетон, асфальт или иное, надо выполнить глиняный замок. Для этого используют мятую жирную глину, которую выкладывают толстым слоем и уплотняют;

• выкопать канавку для отведения выливающейся воды как можно дальше от колодца. Ее также следует выложить мятой глиной (чтобы не перенасыщать окружающий грунт водой) и каким-либо прочным покрытием;

• окружить колодец ограждением, отступив от него на 3–4 м. Это защитит его от случайного повреждения (животными, транспортом и пр.).

• Устройство нисходящего ключевого колодца несколько отличается от описанного выше, хотя часть действий совпадает:

• находят источник, расчищают, разравнивают площадку (примерно 1 м²) и углубляют его;

• подбирают резервуар (для устройства нисходящего ключевого колодца резервуар обязательно должен иметь дно – деревянное, каменное, кирпичное или бетонное);

• разделяют резервуар на 2 части посредством перегородки, выполненной из любого материала. Это делается с целью очистки воды от примеси песка, глины и иного, что неизбежно появляется в источнике такого типа. Перегородку устанавливают поперек тока воды, которая через отверстия в боковой стенке поступает в приемное отделение, где отстаивается и переливается через перегородку во вторую часть резервуара, из которого через сливное отверстие выливается;

• обеспечивают колодец крышкой;

• устраивают отмостку и водоотводную канаву;

• огораживают колодец.

Помимо такого достаточно примитивного способа забора подземных вод в виде неглубокого колодца, можно устроить особое сооружение, которое называется каптажной камерой. Конструктивно она в большей степени напоминает шахтный колодец (отличие состоит в том, что каптаж перекрывают сверху, оборудуют переливным трубопроводом и расходной трубой, по которой вода поступает к потребителю самотеком или с помощью насоса) и строится из железобетонных колец, устанавливаемых либо в котловане, либо монтируемых опускным способом, если водоносный пласт залегает глубоко от поверхности земли.

Прежде чем приступить непосредственно к возведению каптажа для восходящего ключа, необходимо удалить грунт, чтобы обнажить коренную породу – водоупорную кровлю, через которую пробивается восходящий ключ. Если основанием для него является скальная порода, то можно обойтись и без фильтра. В остальных случаях, когда сквозь рыхлые породы вода выбрасывается с примесью песка, следует засыпать расчищенную площадку смесью гравия (щебня) с песком (слой – 20–30 см), которая будет служить обратным фильтром.

Далее надо установить железобетонные кольца, замазав стыки между ними и периметр нижнего кольца в зоне его контакта с грунтом мятой жирной глиной. Когда кольца займут свое место, на высоте примерно 1–1,5 м от дна (в каждом конкретном случае этот параметр бывает разным, поскольку зависит от расчетного дебита каптажа – количества кубических метров воды, поступившей в течение 1 ч) проделывают сливное отверстие для стекания излишка воды.

Поверх колец надо положить железобетонную плиту, частично перекрыв отверстие – оставшегося места должно быть достаточно для того, чтобы человек мог спуститься вниз. Надземную часть каптажной камеры обкладывают кирпичом в виде усеченного конуса высотой не менее 80 см, в верхней части которого оформляется люк. При выполнении кирпичной кладки надо вставить чугунные скобы, которые в дальнейшем будут играть роль лестницы для спуска.

Из камеры на высоту, как минимум, 2 м выводят вентиляционный стояк. Его закрывают мелкоячеистой сеткой и устанавливают колпак – первая защитит колодец от проникновения насекомых, второй – от атмосферных осадков.

По периметру каптажной камеры следует выполнить сначала глиняный замок, потом песчаную подушку (ее следует тщательно утрамбовать), по ней уложить бетонную (асфальтовую) отмостку. Кроме того, необходимо отрыть водоотводную канаву и гидроизолировать ее тем же способом, т. е. глиняным замком и бетонным покрытием.

Рисунок 6. Устройство каптажной камеры для ключа восходящего типа (размеры указаны в миллиметрах): 1) железобетонная плита; 2) глиняный замок; 3) скобы; 4) кирпичная кладка; 5) вентиляционный стояк; 6) переливная труба; 7) водозаборная труба; 8) вентиль; 9) фильтрующий элемент; 10) песчано-гравийный фильтр; 11) железобетонное кольцо; 12) сливная воронка; 13) водоносный горизонт; 14) водоотводная канава; 15) резервуар; 16) отмостка; 17) песчаная подушка

Для забора воды из каптажной камеры в нее вставляют трубу, вмонтировав ее в 50 см от поверхности песчано-гравийного фильтра. И сливная, и водозаборная трубы должны отстоять от стенок камеры не менее чем на 1 м, а заканчиваться они должны водоотводящим лотком. После всех работ останется только внутренний конец водозаборной трубы оснастить фильтром с отверстиями 0,2 мм и краном, а наружный – краном, крючком для ведра и скамейкой под него.

Каптажная камера для нисходящего ключа конструктивно не отличается от описанной, за исключением одного момента: вода в нее будет поступать не со стороны дна, а через боковую стенку (нисходящие ключи, как правило, располагаются на склонах возвышенностей, оврагов и иного, поэтому камеру врезают в открытую поверхность водоносного горизонта). Поэтому фильтрующий слой из гравия толщиной 20 см надо будет разместить между водоносным пластом и стенкой каптажа. В последней предварительно проделывают отверстия для стека воды. Дно камеры покрывают глиняным замком, чтобы не допустить просачивания и потери воды. Поскольку вода из нисходящего родника содержит частицы глины, песок, то внутри камеру разделяют перегородкой на 2 части. Жидкость, поступившая в камеру со стороны водоносного горизонта, будет отстаиваться в первой секции, потом, перелившись через стенку, поступит во вторую секцию, из которой и будет осуществляться водозабор. Случается, что вода из ключа поступает широким фронтом. Чтобы обеспечить поступление ее в общий водосборник, дополнительно камеру оборудуют открылками, или барражными стенками (так называются улавливающие стенки, устроенные из глинистого грунта) с фильтрующими призмами, которые обеспечивают свободный отвод воды внутрь каптажа.

По завершении работ по сооружению каптажной камеры вокруг нее строят павильон и огораживают. Камеру регулярно проверяют, при необходимости очищают и ремонтируют.

Описанные действия наглядно показаны на рисунке 7.

Рисунок 7. Устройство каптажной камеры для ключа нисходящего типа (размеры указаны в миллиметрах): 1) водоотводная канава; 2) глиняный замок; 3) перекрытие; 4) дренажная стенка; 5) водоносный пласт; 6) гравийный фильтр; 7) основание; 8) водозаборная труба; 9) переливная труба; 10) барражные стенки

Шахтный колодец

Свое название шахтный колодец получил потому, что для его устройства необходимо выкопать шахту. Как правило, такой конструкции отдают предпочтение, когда водоносный горизонт залегает не слишком глубоко – в 10–20 м от поверхности земли. Прежде чем мы поговорим, о способах, которыми можно это сделать, необходимо узнать, из каких частей состоит шахтный колодец (рис. 8). (Однако предварительно заметим, что традиционно шахтный колодец был деревянным, при этом выполняли сруб, имеющий квадратную или прямоугольную форму. С появлением новых материалов (кирпича, бетона) шахтный колодец стали сооружать круглой формы – в виде трубы, поэтому такие колодцы получили название трубных. В связи с этим строительство последних мы будем рассматривать отдельно, хотя в принципе это тоже шахтные колодцы.)

Верхняя часть колодца, которая возвышается над землей на 600–800 мм, – это оголовок. Его функция – защищать колодец от попадания внутрь посторонних предметов, насекомых, атмосферных осадков и зимнего обледенения.

Рисунок 8. Устройство шахтного колодца: 1) донный фильтр; 2) сруб; 3) глиняный замок; 4) отмостка; 5) крышка; 6) водоносный горизонт; 7) водоупор; 8) зумпф; 9) водоприемник; 10) оголовок

Поэтому сверху на него обязательно устанавливают плотно пригнанную водонепроницаемую крышку, которая должна легко приподниматься, открывая доступ к воде.

Самая длинная вертикальная часть, которая во избежание осыпания отделана каким-либо материалом, называется стволом. Его необходимо сделать максимально герметичным, чтобы не допустить проникновения поверхностных и почвенных вод.

Нижняя часть ствола, в которой накапливается вода, – это водоприемник. Он может иметь различную высоту (от 70 см до 1,2 м) в соответствии с количеством воды, которое требуется в сутки. На дне этой части колодца в отдельных случаях устраивают донный фильтр из гравия (щебня, гальки, шунгита и пр.) и песка (кварцевого или крупнозернистого речного). Чтобы фильтр работал качественно, т. е. предотвращал замутнение воды при ее заборе, его выполняют в два-три слоя, общая же толщина донного покрытия определяется уровнем воды в колодце (на это счет нет однозначной рекомендации). Практика, показывает, что если он составляет 1,5 м и более, то укладывают слой толщиной 10–15 см и более (понятно, что чем толще слой, чем эффективнее идет фильтрация воды), если уровень воды не превышает 70 см, то допускается сделать его тоньше.

Как правило, колодезный донный фильтр бывает обратным, т. е. в качестве первого слоя используют песок (или очень мелкую гальку), второго – гравий с зерном среднего размера, третьим слоем идет крупная фракция (в прямом фильтре все наоборот), причем величина элементов каждого последующего слоя должна быть в 5–6 раз больше предыдущего. Благодаря такому устройству взвешенные частицы не попадают в воду и она остается чистой и прозрачной.

Если с устройством донного фильтра все понятно, то надо добавить, что не всегда есть в нем необходимость. Это зависит от того грунта, который вынимали при проходке ствола и который оказывается на дне отрытого колодца. Если колодец сооружен в глиняном грунте и имеет дно из плотной глины, то объективно фильтр не требуется, поскольку глина сама прекрасно фильтрует воду, более того, если колодец наполняется через водяную жилку, то элементы фильтра могут задавить роднички, и вода уйдет из колодца. Если дно колодца будет находиться в зоне рыхлой глины, то слой крупной гальки толщиной 150 мм (главное, чтобы она не перекрыла источник воды) не позволит взвеси загрязнять воду.

Если колодец сооружен в песчаных грунтах, то укладка фильтра на дно обязательна, иначе песок сделает воду непригодной для употребления, а установленный насос очень быстро забьется и выйдет из строя.

При сооружении колодца случается натолкнуться на плывун, характеризующийся интенсивным поступлением воды. В таких случаях принято укладывать на дно колодца деревянный щит, предварительно просверлив в нем отверстия, и присыпать его камнями для предотвращения всплытия. Как правило, для щита применяют дуб или можжевельник, обладающие водостойкостью. В колодцах с малым дебитом вода, особенно первое время, может приобретать специфический цвет, привкус и запах. Избавиться от такой неприятности можно посредством регулярного ее выкачивания. Обычно через 3–6 месяцев подобные колодцы начинают нормально функционировать.

Из современных материалов для донного фильтра специалисты организаций, занимающихся рытьем колодцев, применяют геотекстиль. Это экологически безопасная ткань, изготовленная из полипропиленовых волокон. Такую своеобразную мембрану укладывают или оборачивают ею деревянный щит и прижимают сверху шунгитом.

Однако относительно того, нужен ли вообще донный фильтр, бытуют разные мнения, например есть мастера, которые утверждают, что устройство донного фильтра непрактично и это всего лишь один из приемов, направленных на то, чтобы воздействовать на заказчика, совершенно неискушенного в колодезном деле (сюда же относят хождение по участку с рамками и прочие таинственные манипуляции по определению местонахождения подземного источника); что в действительности камни, песок и щит постепенно покрываются глиняным слоем, толщина которого через год составляет 3–15 см, а через 5 лет доходит до 40 см; что это один из способов повысить стоимость заказа. То, что недобросовестные люди встречаются в том числе и в колодезном ремесле, исключить нельзя. Поэтому следует иметь дело только с профессионалами, имеющими безупречную репутацию, которые не только качественно выполнят работу, но и дадут на нее гарантию. Более того, в случае непредвиденных обстоятельств к ним можно будет обратиться и получить соответствующую помощь.

Шахтные колодцы бывают трех видов:

• несовершенный (неполный), в котором шахта не доходит до водоупорного слоя. В такой колодец вода поступает как через дно, так и через боковые стенки;

• совершенный (полный). В нем шахта опирается на водоупорный слой, и вода поступает исключительно сквозь боковые стенки;

• совершенный с подствольником. Если вода поступает в колодец медленно, то для сбора воды в нижней части водоприемника устраивают дополнительный резервуар – подствольник (зумпф). Чтобы он нормально функционировал, его заглубляют ниже водоносного горизонта. Объем зумпфа можно увеличить за счет придания ему шатровой формы.

Для удовлетворения нужд садового участка в воде обычно сооружают неполный колодец. Однако, если уровень воды в нем не превышает 30–50 см, его следует углубить. В результате неполный колодец может превратиться в полный. Чтобы не возникал застой воды со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями, количество воды в колодце должно примерно совпадать с суточной потребностью в ней. Тогда она будет постоянно обновляться и риск, что вода застоится и протухнет, сведется к нулю.

Итак, рассмотрим, что необходимо сделать, чтобы на участке появился собственный источник воды.

Строительство деревянного колодца предполагает несколько этапов, причем нельзя выделить более или менее важные из них. О каждом надо иметь представление, чтобы не допустить ошибок.

1. Каждый шахтный колодец начинается с выкапывания шахты. То, как быстро пойдет работа и каким будет ее итог, во многом зависит от грунтов, в которых приходится вести земляные работы. Колодезники (так называют мастеров, профессионально занимающихся сооружением колодцев) сталкиваются с такими видами грунтов, как:

• крепкие грунты. Само их наименование говорит об их высокой твердости. Эту группу составляют плотные известняки, граниты, гнейсы, полевые шпаты, кварцы и т. д. Выполнять в них проходку вручную очень трудно и часто вообще невозможно. Требуется специальный инструмент, поскольку обычные лом, топор просто отскакивают от породы, не причиняя ей вреда; необходимо строго соблюдать технику безопасности, чтобы избежать травмирования. Как правило, для таких грунтов рекомендуется бурение скважины, поскольку строительство обычным способом колодца экономически невыгодно;

• средние грунты (песчаник, известковый шпат, плотные сланцы и др.). Копать колодец в них трудно, а если вода прибывает слишком интенсивно, то и нереально;

• слабые грунты (шлаки, галька, гипс, мягкие известняки и др.). При отсутствии напора и слабом притоке воды выкопать колодец в таком грунте можно достаточно легко и быстро;

• мягкие грунты (глина, суглинок). Между частицами, составляющими эти грунты, связь очень слабая, поэтому при строительстве колодца надо действовать аккуратно, чтобы не допустить обвала;

• сыпучие грунты (песок, щебень, галька, гравий и др.). Для них характерны те же особенности, что и для предыдущего вида грунтов. При их проходке необходимо укреплять стенки шахты;

• плывуны. Разрабатывать эти виды грунта очень сложно (устройство колодца в плывунах более обстоятельно будет рассмотрено далее), особенно те, что находятся в межпластовых слоях под большим давлением. При этом приходится прибегать к непрерывному откачиванию воды и установке шпунтованных стенок. (Для таких случаев разработаны специальные технологии замораживания грунта, но в условиях индивидуального участка они неприменимы.)

2. Изготовление и опускание сруба. Колодцы с деревянным срубом можно считать классикой, поскольку в прошлые века они были распространены весьма широко (когда-то в шахты устанавливали колоды с выдолбленной серединой (отсюда и название этого сооружения)).

Тем не менее и в настоящее время их еще можно встретить. Поэтому поговорим о том, как именно идет процесс их устройства. Однако, перед тем как говорить об изготовлении сруба, важно выбрать для него подходящую древесину, так как не каждая порода дерева для этого сгодится. Древесина для колодца должна отвечать следующим требованиям и быть:

• водостойкой;

• прямослойной, т. е. надо взять древесину с прямыми волокнами (в отличие от свилеватой);

• сухой. Утверждение, что пойдет и влажный лес, поскольку он все равно намокнет, несостоятельно. Дело в том, что хорошо высушенная древесина постепенно пропитается влагой, разбухнет и будет играть роль естественного уплотнителя венцов и угловых соединений, т. е. не позволит проникнуть внутрь колодца ни почвенным водам, ни загрязнениям (разумеется, это все относительно, поскольку абсолютной герметичности достичь невозможно, и это относится в том числе и к кирпичу, и к бетону, но стремиться к этому необходимо);

• здоровой, т. е. свободной от вредителей и заболеваний;

• не придающей воде специфического привкуса или запаха.

Все это настолько важно потому, что только древесина высокого качества прослужит долго и не потребует скорой замены, что, надо заметить, не так просто выполнить, потребует времени, запаса необходимого материала и средств, если придется привлекать профессионалов.

Итак, для над– и подводной части сруба подходит наиболее прочная древесина – дуб: в первой он прослужит не менее 25 лет, во второй – еще дольше. Однако следует сказать, что первоначально из-за наличия дубильных веществ в древесине первое время вода в колодце будет иметь некоторый привкус. Они же придадут ей и коричневатый цвет. Если воды, поступающие в колодец, не будут проточными, то до исчезновения посторонних качестве ее надо будет регулярно откачивать. В большей степени пригоден мореный дуб, т. е. древесина, заранее проведшая в воде 2–3 года. При этом соли железа, присутствующие в воде, реагируют с дубильными веществами, и последние окисляются. В результаты поры дерева заполняются окисью железа (попросту говоря, ржавчиной) и запечатываются. В итоге мореный дуб приобретает особый черный цвет. Поскольку мореный дуб обрабатывается с большим трудом, то специалисты рекомендуют сначала изготовить сруб, пронумеровать венцы, после чего разобрать его и подержать в воде (лучше в проточной) указанное время.

Нередко для сруба применяют лиственницу, которая в надводной части выдерживает не менее 20 лет, а в подводной – столько же, сколько и дуб. Кроме того, лиственница не изменяет качества воды.

Неплохо себя зарекомендовала сосна, срок службы которой составляет не менее 20 лет как в над-, так и в подводной части. В отличие от предыдущих пород сосна легко обрабатывается, поэтому находит широкое применение для срубов. Однако она должна быть обязательно сухой, чтобы имеющиеся в ней смолистые вещества не испортили вкус воды.

Ольха и вяз по-разному ведут себя в сухой и влажной среде: в первой они выдерживают до 5 лет, во второй – до 20 лет (поэтому часто устраивают комбинированный сруб: нижнюю часть из вяза или ольхи, а верхнюю из сосны, дуба). От их присутствия вкус воды не изменяется.

Береза в подводной части прослужит 10 лет, в надводной потребует замены уже через 5 лет. Еще менее долговечными оказываются верба и липа (последняя может быть использована только в неглубоких колодцах, поскольку здесь будет легче заменить венцы).

Итак, материалом для сруба служат бревна диаметром 220–250 мм, а также пластины, полученные путем распиливания бревен на 2 части толщиной 110–120 мм. Если используются бревна, то их необходимо отесать на один кант, т. е. с одной (внутренней) стороны. Чем лучше обработаны пластины и бревна с внутренней стороны, тем меньше посторонних веществ (пыли, слизи и пр.) на них осядет, тем дольше они прослужат.

Форма сруба может быть разной – квадратной, прямо-, шести– или восьмиугольной. Но, как правило, предпочтение отдают первой и сооружают колодец размером от 700 x 700 до 1500 x 1500 мм, чаще – 1000 x 1000 мм (уточним, что от этого параметра дебит воды не зависит).

Выполнить сруб самостоятельно – задача не из простых, особенно в отсутствие соответствующих навыков. При этом необходимо владеть топором и другим плотничьим инструментом, уметь правильно выполнить угловые соединения, которые, как известно, могут иметь остаток или нет. В первом случае такой способ рубки называется «в обло» («в угол», «в чашу») и предполагает припуск 400–500 мм, во втором – «в лапу» с припуском 200–250 мм. Первый способ применяют редко, поскольку для сруба, изготовленного таким образом, требуется больше материала, да и объем земляных работ существенно увеличивается.

Второй способ более технологичен. Его выполняют с коренным шипом или без него (рис. 9), размер которого должен составлять треть от ширины и длины лапы. Место для него – вплотную к внутреннему углу. Параметры шипов: высота – 100 мм, толщина – 30–40 мм, ширина – 50–70 мм.

Рисунок 9. Сопряжение углов сруба: а) «в лапу»; б) «в лапу» с коренным шипом; в) венец

Коренные шипы по углам часто дополняют вставными шипами высотой 100 мм – нагелями – из древесины дуба. Их необходимо вставлять на каждом венце не менее чем по 2–3 штуки, располагая на расстоянии 500 мм один от другого. Для большей надежности их размещают в шахматном порядке, т. е. если на одном бревне (бруске, пластине) ставят два шипа, то на следующем – три.

Коренной шип нередко заменяют косым или в виде «ласточкина хвоста» (рис. 10). Последний наиболее предпочтителен, поскольку не позволяет венцам смещаться относительно друг друга, но в исполнении он гораздо сложнее первых.

Рисунок 10. Разновидности шипов: а) косой; б) «ласточкин хвост»

Чтобы не возникало проблем при опускании сруба в шахту, его выполняют на поверхности, при этом постоянно контролируют его вертикальность с помощью отвеса и горизонтальность посредством строительного уровня и устраняют малейшие дефекты, если они обнаруживаются. Для удобства нижние венцы по мере достижения срубом достаточной высоты удаляют (откладывают в сторону), оставив верхних два или три венца, с которыми продолжают работу. Количество венцов в каждом конкретном случае строго определенное и зависит от глубины колодца, толщины или диаметра составляющих его элементов. Для нижнего венца (еще лучше для первых двух) подбирают бревна большего диаметра или бруски большей толщины (на 50 мм и более), чем для остальных, поскольку на них придется максимум нагрузки. Чтобы венцы легче вспарывали грунт на них либо крепят ножи, изготовленные из угловой стали, либо на нижнем венце делают скос, обивая его для прочности листовой сталью.

Потом каждый венец обозначают соответствующей римской цифрой, чтобы при сборке не ошибиться, после чего венцы разбирают и приступают к рытью шахты глубиной 3–6 м или больше.

3. Оформление надземной части колодца, включая и установку водоприемного механизма. Поскольку это можно сделать разными способами, то о них речь пойдет отдельно, пока только обозначим необходимость этого в качестве этапа при сооружении колодца.

Несмотря на то, что колодцы представляют собой изобретение далеко не вчерашнего дня, способов, которыми это можно сделать, не так уж и много. Рассмотрим их по порядку:

• если речь идет о плотных грунтах, для которых не характерно осыпание стенок, то проще всего воспользоваться открытым способом и выкопать шахту на соответствующую глубину, выровнять дно (при этом есть необходимость откачивать воду насосом или попросту выбирать ее ведром), положить окладной венец и продолжить выполнять сруб, припосаживая бревна деревянным молотком (чтобы поверхность бревен или пластин не сминалась, удары наносят по положенной сверху прокладке), контролируя вертикальность сруба по всем углам и постепенно поднимаясь вверх до поверхности земли. Работу ведут 1–2 человека, и находятся они с внешней стороны сруба;

• если грунт рыхлый, то во избежание обвала стенок шахты их укрепляют деревянными рамами, которые извлекают на поверхность по мере возведения сруба.

При поступлении воды через дно швы между венцами снаружи заполняют мятой жирной глиной, накладывая ее вровень с бревнами. Подняв сруб на 5–6 венцов, устраивают донный фильтр (если в этом есть потребность).

Если вода будет поступать в колодец не только со дна, но и со стороны боковых стенок, то в нижней части сруба делают отверстия, причем их должно быть столько, чтобы по высоте они совпали с уровнем воды в колодце. Естественно, что отверстия не замазывают глиной, а для фильтрации воды промежуток между срубом и стенкой шахты засыпают гравием или щебнем. Слой бокового фильтра должен составлять, как минимум, 200 мм, а по высоте он должен превышать уровень воды на 100 мм.

Такая технология сооружения колодца позволяет выполнить залоги, т. е. удлинить концы отдельных венцов на 300–500 мм. Это можно сделать как в одном венце, так и в двух соседних, что только увеличит прочность сруба. Залоги будут удерживать венцы на одном уровне, не позволяя ни опускаться, ни подниматься. Кроме того, благодаря им можно будет легче заменить подгнившие венцы и вообще выполнить другие ремонтные работы. Интервал, с которым следует размещать залоги, составляет 4–6 венцов.

Устроить залоги можно и в рыхлом грунте, который плохо утрамбовывается, несмотря на все усилия. Чтобы залоги не просели, их укладывают на крупные плоские валуны, бетонные плиты, можно использовать и древесину твердых пород.

При описываемом способе устройства колодца венцы можно устанавливать либо в сборе, либо опускать отдельные его элементы и формировать венец непосредственно на месте. После монтажа каждого венца поверяют, насколько вертикально он встал. Для предотвращения перекосов сруб фиксируют или со стороны внутренних углов, или по боковым сторонам посредством двух длинных досок, которые прибивают к венцам.

После того как несколько венцов (3–5) займут свое место в конструкции, колодезники, как сказано выше, обрабатывают венцы мятой жирной глиной, а далее останется только осуществить обратную засыпку, для чего зазор между срубом и стенкой шахты послойно заваливают глиной и утрамбовывают ее.

При сооружении колодца никто не застрахован от различных непредвиденных ситуаций, например может нарушиться вертикальность сруба. Чтобы устранить такой дефект, а это необходимо сделать обязательно, выбирают один из возможных вариантов:

• подбивают венцы барсиком (деревянным молотком), стараясь их выправить;

• укладывают на венцы толстые доски и пригружают;

• подсыпают грунт под отклонившуюся от вертикали сторону, уплотняют и устанавливают залоги.

В процессе выравнивания венцов они могут сместиться. Чтобы предотвратить такое развитие событий, сруб снаружи фиксируют распорками из бревен или пластин, уперев их по всем сторонам в стенки проходки.

1. Устроить колодец можно опускным способом, при котором сруб наращивают сверху. По мере того как грунт в отрытой яме подкапывают и извлекают на поверхность, сруб под собственной тяжестью садится, т. е. опускается вниз. Такой способ востребован в тех случаях, когда глубину шахты планируется довести до 40 м и более.

Чтобы предупредить трение сруба о стенки шахты, что создаст проблемы в ходе работы, нижний венец делают большего размера, чем остальные. Кроме того, можно использовать опускную раму, которая не только имеет больший, чем у венцов, размер, но и оснащается острым приспособлением (башмаком), благодаря которому грунт легче вскрывается и создается меньше препятствий на пути сруба.