Колодцы. Устройство и обслуживание

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 × 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;