Колодцы — гидротехнические сооружения

КОЛОДЦЫ — гидротехнические сооружения, предназначенные главным образом для добычи воды из подземных источников. К. используются, кроме того, и для получения воды из открытых водоемов (инфильтрационные К.), а также для удаления жидких отбросов (поглощающие К.).

К. представляют собой выкопанные в земле вертикальные шахты или скважины, достигающие водоносного горизонта, и служат, как правило, для организации местного водоснабжения. Буровые К. иногда используют в качестве источника и при централизованном водоснабжении. В крупных городах применение К. для централизованного водоснабжения не получило широкого распространения в силу ограниченного дебита воды.

В зависимости от местных условий, глубины залегания водоносных горизонтов, потребностей водоснабжения и технических возможностей сооружают шахтные (срубовые) или буровые (трубчатые) К. Устройство трубчатых К. предпочтительнее, т. к. по сравнению со срубами трубы значительно лучше предохраняют воду от загрязнений. Глубина К. может колебаться от нескольких метров до десятков и даже сотен метров (артезианские К.) и зависит от глубины залегания водоносных горизонтов. Дебит воды, получаемой из К., колеблется от 1,5 — 7 (шахтные и мелкие трубчатые К.) до 400 м3 в сутки (крупные трубчатые К.). Вода в К. устанавливается на определенном уровне, который называется статическим. Однако при постоянном заборе воды из К. количество ее, поступающее из почвы, оказывается недостаточным для поддержания в К. статического уровня, и она устанавливается на более низком уровне, который называется динамическим. В результате вода постоянно притекает в К., а в почве вокруг него образуется зона некоторого разрежения, имеющая вид воронки, расширяющейся кверху (депрессионная воронка). Разница высоты статического и динамического уровней, а следовательно, и величина депрессионной воронки зависят от интенсивности откачивания воды. Величина депрессионной воронки имеет большое гиг. значение, т. к. по ее размеру можно определить зону наиболее вероятного подсасывания загрязнений в К., и служит критерием для установления зон сан. охраны.

Качество воды, получаемой из К., зависит от глубины их, благоустройства, способа забора воды, местных гидрогеологических и гиг. условий. Как правило, с увеличением глубины К. бактериальное загрязнение воды, получаемой из них, снижается, а количество растворенных солей и степень жесткости увеличиваются. Из правильно устроенных К. обычно получают воду, по своим качествам пригодную для использования без дополнительной обработки.

Рис. 1. Схема загрязнения воды в колодцах: 1 — поглощающий колодец с нечистотами (неправильно устроенные помойные ямы, выгребные ямы уборных и т. д.; стрелками указано направление движения загрязненной воды в водоносном горизонте); 2 — водоносные горизонты; 3 — водоупорные горизонты; 4—шахтный колодец.
Для получения доброкачественной воды рекомендуется устраивать К. на возвышенном месте, в достаточном удалении от мест загрязнения (не ближе 25 м от скотных дворов, сараев, дворовых уборных, мусорных куч, помойных ям и т. д.) с учетом строения почвы. При близком расположении к указанным объектам, высокой степени проницаемости почвы или неправильном устройстве этих объектов загрязнения из них могут просочиться в К. (рис. 1). Глубину К. рекомендуется доводить до второго или третьего водоносных горизонтов, что в значительной степени снижает возможность загрязнения воды. Территория вокруг К. должна быть благоустроена и содержаться в чистоте. Участок земли, прилегающий к К. в радиусе ок. 5 м, следует огородить; в радиусе 2— 3 ж земля должна иметь твердое покрытие. Для обеспечения оттока проливаемой воды сооружают водоотводные желоба или роют канавки.

Рис. 2. Схема шахтного колодца из бетонных колец (в разрезе): 1 — слой гравия на дне колодца; 2 — бетонные кольца из пористого бетона; 3 — водонепроницаемые бетонные кольца; 4 — труба с ручным насосом для подъема воды; 5 — глиняный замок; 6 — первый водоносный горизонт; 7 — водоупорный слой; 8 — второй водоносный горизонт.

Рис. 3. Схема шахтного колодца с деревянным срубом (в разрезе): 1 — слой гравия на дне колодца; 2 — водоупорный слой грунта; 3 — деревянный сруб; 4 — устройство для самоопрокидывания ведра; 5 — глиняный замок; 6 — водоносные горизонты.
Шахтный колодец — наиболее древнее сооружение для добычи воды — является самым распространенным источником водоснабжения в сельской местности. Для устройства шахтного К. вертикально в земле выкапывают вручную или специальными механизмами шахту, имеющую квадратное или круглое сечение с величиной сторон (диаметра) ок. 1 м. Глубина шахтного К. чаще всего колеблется от 5 до 15 м, но иногда может доходить до 20— 25 м. Стенки шахты укрепляются срубом — деревянным, кирпичным, каменным, бетонным (рис. 2 и 3). На деревянный сруб используют породы, устойчивые к гниению: дуб, лиственницу, сосну, ольху. Хорошим креплением являются бетонные кольца (рис. 2, 2 и 3), которые опускают в шахту и скрепляют между собой цементным раствором. Такие стенки обладают полной водонепроницаемостью, что является важным фактором, предохраняющим воду в шахтном К. от загрязнения. Нижнюю масть сруба, находящуюся в водоносном горизонте, делают водопроницаемой для облегчения поступления воды в К. (при бетонированном срубе нижнюю часть сооружают из пористого бетона). При устройстве шахтных К. в скальном грунте иногда обходятся без крепления стенок. Для предотвращения взмучивания воды на дно К. насыпают крупный гравий. Верхняя часть сруба должна выступать над поверхностью земли на 0,8 — 1 м, чтобы в К. не попадали поверхностные загрязнения; вокруг сруба отрывают яму глубиной ок. 1 ж и такой же ширины, в к-рую послойно утрамбовывают жирную глину (глиняный замок). Поверхность грунта вокруг К. должна иметь скат во внешнюю сторону. Сруб снабжается крышкой, а для защиты от атмосферных осадков над ним устраивают навес. Наиболее гигиеничным и удобным является подъем воды из шахтного К. по трубам с помощью ручных или электрических насосов, при этом устье К. может быть полностью закрыто. Часто подъем воды осуществляется ведрами при помощи ворота или «журавля». Общественное ведро постоянно закрепляется на подъемном устройстве. Пользование индивидуальными ведрами категорически запрещается. Наиболее гигиеничным в этом случае является самоопрокидывающееся ведро (рис. 3, 4), к к-рому не прикасаются руками. Периодически (раз в год) К. подвергается очистке: воду из него полностью откачивают, механически очищают стенки и дно от осадков и ила, после чего производят обеззараживание. Для этого обмывают стенки сруба 10% р-ром хлорной извести, доводят в накопившейся воде содержание активного, хлора до 10—15 мг/л и оставляют на 10—12 час., после чего воду вычерпывают до исчезновения резкого запаха хлора.

Рис. 4. Схема мелкого трубчатого колодца (в разрезе): 1 — стальной наконечник; 2 — водопроницаемая часть трубы; 3 — клапан; 4 — глиняный замок; 5 — ручной поршневой насос для подъема воды.
Трубчатые К. (рис. 4) могут быть мелкими или глубокими. Они представляют собой металлические трубы, вставленные в землю до водоносного горизонта. Нижняя часть трубчатого К. снабжена фильтром для приема воды, подъем к-рой может происходить самотеком, с помощью ручных, электрических центробежных или поршневых насосов, а также эрлифтов. В верхней части трубчатого К. устраивают приспособление для сбора вытекающей воды и предохранения К. от загрязнения с поверхности. Диаметр труб может быть различным и зависит от глубины К., предполагаемого дебита воды и технических возможностей. При небольшой глубине используют трубы одинакового диаметра. При бурении скважин на большие глубины использование труб одинакового диаметра становится невозможным; в таких случаях диаметр труб с увеличением глубины бурения уменьшается. Место соединения труб разного диаметра герметизируют. Мелкие трубчатые К. (абиссинские, нортоновские) используют для добычи воды с небольших глубин, не превышающих 7—8 м, и сооружают из труб диам. 40—60 мм. Подъем воды из такого К. производится ручным поршневым насосом, установленным в наземной части К. (рис. 4,5). Такой насос не в состоянии создать разрежение, достаточное для подъема воды с больших глубин. Нижняя часть труб мелких трубчатых К. заканчивается стальным наконечником, благодаря чему возможно вбивание или ввинчивание их в грунт без предварительного бурения скважины. Такой способ погружения труб снижает возможность затрубного загрязнения водоносного горизонта с поверхности. Вода из водоносного горизонта поступает в полость труб через расположенные в их нижней части сверления, закрытые сетчатым фильтром. Наземная часть К. выступает над поверхностью земли примерно на 1 м и представляет собой укрепленную на поверхности колонку, снабженную водоразборным краном и рукояткой для приведения в действие насоса, размещенного внутри колонки. Дебит такого К. составляет обычно ок. 1,5—2 м3/сут.

Простота устройства, а также компактность оборудования мелких трубчатых К. позволяют использовать их для организации полевого водоснабжения (полевые станы, экспедиции, военные условия). Качество воды, получаемой из мелких трубчатых К., в значительной степени колеблется в зависимости от их глубины, характеристики грунта и степени загрязнения почвы.

Буровые колодцы используют для добычи воды из глубоких межпластовых водоносных горизонтов (см. Водяная скважина). Их разновидностью являются артезианские К., которые устраивают посредством бурения скважин до водоносных горизонтов, где вода находится под напором в силу определенного расположения водоупорных и водоносных горизонтов (см. Артезианские воды). Глубина артезианских К. не ограничивается подъемными возможностями насосов и иногда может достигать нескольких сотен метров при диаметре труб до 400 мм. Иногда напор воды в межпластовых горизонтах бывает недостаточным для выхода ее на поверхность земли. В таких случаях используют специальные устройства (см. Водоподъемники). Артезианские К., а также буровые с использованием водоподъемников часто применяют для централизованного водоснабжения; вода в них довольно высокой степени чистоты.

Рис. 5. Схема инфильтрационного колодца (в разрезе): 1 — водоем; 2 — фильтрационная траншея; 3 — водоупорная засыпка.
Инфильтрационный колодец устраивают для улучшения качества воды, забираемой из открытых водоемов (рис. 5). Он представляет собой шахтный К., вырытый в нескольких метрах от водоема (в зависимости от характера грунта).

Глубина инфильтрационного К. должна быть примерно на 1 м ниже уровня воды в водоеме. Вода поступает в него из водоема, проходя через слой грунта, вследствие чего качество ее улучшается. Если вблизи водоема грунт плохо проницаем для воды, то иногда между водоемом и инфильтрационным К. отрывают фильтрационную траншею, к-рую заполняют пористым, хорошо фильтрующим материалом. Оборудование инфильтрационного К. должно соответствовать всем требованиям, предъявляемым к шахтному К.

Поглощающий колодец представляет собой шахтный К., достигающий водоносного горизонта. Его используют для удаления жидких отбросов. Отбросы постепенно всасываются в водоносный горизонт. Поглощающие К. могут явиться источником загрязнения водоносных горизонтов. Устройство их в Советском Союзе запрещено.

Библиография: Годeс Э. Г. Опыт строительства водозаборных сооружений, Л., 1970, библиогр.; ЛерманС. Н. и Заика С. К. Справочник по бурению, оборудованию, эксплуатации и ремонту артезианских скважин, Киев, 1974, библиогр.; Руководство по гигиене водоснабжения, под ред. С. Н. Черкинского, М., 1975. Ю. П. Пивоваров, А. А. Величко.