Дренажные воды
Дрена́жные во́ды – почвенно-грунтовые и поверхностные (ливневые или талые) воды, отвод которых осуществляется дренажными сооружениями для сброса в водные объекты[*].
С дренажными водами связан ряд проблем, серьёзно затрудняющих целевое использование земельных участков, в особенности при строительстве и эксплуатации зданий и инженерных сооружений. Среди таких проблем особо можно выделить:
- вспучивание грунтов – создаёт сильное давление на опорные конструкции сооружений;
- вымывание грунтов – приводит к появлению неровностей рельефа;
- затопление и заиливание участков – приводит к повышению влажности территории, загниванию корневых систем древесно-кустарниковой растительности, неприятному запаху;
- подтопление оснований зданий – приводит к постепенному разрушению строительных конструкций, способствует возникновению плесени, грибков, бактериального налёта.
Большинство перечисленных проблем возникает именно от почвенно-грунтовых, а не поверхностных вод. На небольшой глубине лёгкие породы (суглинки, супеси и т.д.) сменяются породами более тяжёлого механического состава, формирующими водоупорный слой, по которому стекают инфильтрационные почвенно-грунтовые воды. Такие подземные водотоки носят временный характер, однако способны собирать всю воду с территории местного водосбора, образуя под землёй водяные линзы. При возникновении на пути таких водотоков фундаментов зданий создается эффект «плотины» с губительными последствиями постоянного воздействия воды.
Состав дренажных вод
Качественный и количественный состав почвенно-грунтовых и поверхностных вод (ливневых и талых вод) зависит как от территориальных природно-климатических характеристик, так и ряда физических параметров.
Природно-климатические и физические факторы, оказывающие влияние на состав дренажных вод:
| Гидрометеорологические
характеристики | Прочие
природные и антропогенные
факторы |
|
|
Состав дренажных вод определяется составом поверхностных вод территории и верховодки – подземных вод в близповерхностном слое водоносных отложений. Наличие в составе дренажных вод антропогенных загрязнителей определяется составом инфильтрационного поверхностного стока с территории водосбора. На селитебных территориях дренажные воды могут содержать в своём составе нефтепродукты, тяжёлые металлы (цинк, медь, свинец, мышьяк, кадмий, хром и т.д.), пестициды и значительно различаются по составу в зависимости от типа использования территории, на которой формируется поверхностный сток до момента почвенной инфильтрации. Дренажные воды сельскохозяйственных территорий характеризуются повышенным содержанием биогенных элементов – азота, фосфора, калия и иных составляющих органических, минеральных удобрений и продуктов жизнедеятельности скота.
Основные компоненты поверхностного стока различных участков водосбора урбанизированных территорий[*]:
| Территория | Дождевой
сток (мг/л) | Талый
сток (мг/л) | ||||
| Взвешенные
в-ва | БПК20 |
Нефтепродукты |
Взвешенные в-ва |
БПК20 |
Нефтепродукты |
|
| Участки
селитебной территории с высоким уровнем
благоустройства и регулярной механизированной уборкой дорожных
покрытий | 400 | 40 | 8 | 2000 | 70 | 20 |
| Жилая
застройка | 650 | 60 | 12 | 2500 | 100 | 20 |
| Автодороги и магистрали
с интенсивным движением
транспорта | 1000 | 80 | 20 | 3000 | 120 | 25 |
| Территории,
прилегающие к промышленным
предприятиям | 2000 | 90 | 15 | 4000 | 150 | 25 |
| Кровли зданий
и сооружений | <20 | <10 | 0,01–0,7 | <20 | <10 | 0,01–0,7 |
| Территории с преобладанием индивидуальной жилой застройки:
газоны и зеленые насаждения |
300 | 60 | <1 | 1500 | 100 | <1 |
Дренажные воды с сельскохозяйственных
и селитебных территорий, содержащие различные группы
загрязняющих веществ, представляют экологическую
опасность для водных экосистем в случае
попадания в водные объекты. Последствия
негативного влияния основных видов загрязняющих веществ ливневых
и талых вод урбанизированных территорий на водные объекты:
| Вид / группа загрязняющих
веществ | Диапазон средних концентраций | Экологический
эффект при попадании в водный объект |
|
| Твёрдые частицы (пыль, сажа) | 55–80 мг/л | Повышение мутности и
уменьшение светопроницаемости
приводит к снижению
фотосинтетической активности водной растительности и сокращению
её численности. Частицы обладают высокой
сорбционной ёмкостью, аккумулируют биогенные
и токсические вещества, и при повторном
суспендировании способствуют вторичному загрязнению. | |
| Биогенные элементы | Pобщий | 0,25–1,1 мг/л | Фосфор – главный
инициатор процесса эвтрофирования. Способствует
резкому росту фитопланктона. Приводит к уменьшению концентрации растворённого кислорода, росту
БПК и деградации популяций высших гидробионтов. Азот также
способствует эвтрофированию и
росту фитопланктона. |
| Nобщий | 2–13,5 мг/л | ||
| Тяжёлые металлы | Цинк | 0,4 мг/л | Многие
виды рыб чувствительны к содержанию цинка, обладающего
в определённых концентрациях
токсическим эффектом. Медь,
мышьяк, кадмий и хром имеют способность к биоаккумуляции
и миграции по трофическим
связям внутри экосистемы и за её
пределы. Оказывают длительное токсикологическое воздействие. Свинец в водоёмах, благодаря способности
к биоаккумуляции, ассимилируется микроорганизмами и бентосными организмами. |
| Медь | 0,1 мг/л | ||
| Свинец | 0,4 мг/л | ||
| Мышьяк | 6 мкг/л | ||
| Кадмий | 1 мг/л | ||
| Хром | 5 мг/л | ||
| Бактериальное
загрязнение | 200–240
тыс. ед./л | Повышение
уровня санитарно-эпидемиологической опасности водного объекта. |
|
| ХПК | 100–160
мг/л | Высокое содержание органических
веществ приводит к снижению
концентрации растворённого кислорода. Концентрации
кислорода менее 2 мг/л приводят к массовому замору высших гидробионтов. | |
| БПК5 |
5–10 мг/л | ||
| Нефтепродукты |
2–10
мг/л | Токсичность
данных соединений приводит к сокращению
численности зоопланктона
и бентоса. Аккумулируются в тканях гидробионтов. |
|
| Пестициды |
<0,1 мкг/л |
Оказывают острое
и хроническое токсическое
воздействие. Аккумулируются в тканях гидробионтов. | |
Несмотря на наличие загрязняющих веществ в составе дренажных вод, очистка собранной дренажной системой воды обычно не осуществляется. При наличии в дренажных системах водосборных колодцев происходит частичная механическая очистка в результате отстаивания дренажных вод и седиментации взвесей. При этом удаление растворённых загрязняющих веществ из дренажных вод не осуществляется.
Классификация дренажных систем
Дренажные системы (дренаж) применяются для защиты от проникновения воды в сооружения, сохранения и упрочнения оснований здания, снижения фильтрационного давления на конструкцию. Дренаж необходим для поддержания площадок и дорог участка в сухом состоянии, предотвращения загнивания корневой системы высаженных растений, защиты фундамента и подвальных помещений от избыточной влаги.
Дренажные системы представляют собой разветвлённые сети дренажных труб, соединённые между собой и расположенные вдоль или вокруг построек и участков земли. Принцип работы большинства дренажных систем весьма прост. Почвенно-грунтовые воды попадают в дренажную систему через небольшие отверстия (1,5–5 мм) в стенках труб. Собранная вода поступает в водоприёмник или в специальный водоприёмный колодец, также являющийся частью дренажной системы.
Различают следующие виды дренажных систем:
- поверхностный (ливневой) дренаж – система точечных и линейных водоотводов, предназначенная для сбора и отвода атмосферных осадков с территории. Точечный дренаж используется для локального сбора воды с крыш, поливных кранов и т.д. Линейный дренаж предназначен для сбора вод с больших территорий;
- глубинный дренаж предназначен для снижения уровня грунтовых вод и отвода их за пределы территории участка. Также используется для удаления излишней влаги, возникающей при снеготаянии и обильных осадках. Система глубинного дренажа − один из типов горизонтальных систем осушения; может быть сконструирована на основе трубчатых или галерейных перфорированных труб – дрен, ведущих к сборочному колодцу. Трубчатые дрены – сочетание дренажных труб с одним или несколькими слоями фильтрующей обсыпки. Галерейные дрены – трубы большого поперечного сечения с отверстиями для приёма воды и обсыпкой;
- вертикальный дренаж – система скважин, объединённых коллектором; используется для откачки воды насосным агрегатом или отдельным насосом на каждой скважине;
- лучевой дренаж − система колодцев и дрен, применяющаяся на территориях с большой плотностью застройки, чаще промышленного назначения;
- гончарный дренаж – система траншей, состоящая из основной и второстепенных труб. Второстепенные трубы собирают избыточную влагу с территории участка и аккумулируют ее в центральной трубе, выводящей собранную воду за пределы участка или в дренажную яму. Собираемая вода поступает в трубы через стыки в 1−2 мм либо специальные бороздки;
- деревянный дренаж − система дощатых дрен квадратного, прямоугольного или треугольного сечения. Для поступления воды в трубу под потолочной доской предусматривают щель шириной 3−5 мм. Деревянный дренаж применяют только при осушении торфяников. Благодаря консервирующему воздействию болотных вод на древесину срок службы составляет не менее 30−40 лет.
- каменный дренаж − система траншей, отсыпанных камнем, щебнем, битым кирпичом. В качестве дрен могут использоваться асбестоцементные трубы с отверстиями. Срок службы таких систем в глинистых почвах составляет 15 лет, в торфяных − до 40 лет.
Изредка для отвода воды используются такие типы дренажных систем как жердяной дренаж, фашинный дренаж (из хвороста), кротовой дренаж.
Дренажные системы также классифицируются:
- по типу дренажа (совершенный дренаж прорезает водоносный слой до водоупорного слоя; несовершенный дренаж прорезает водоносный слой не полностью);
- по конфигурации дренажной системы в плане (контурные, линейные, комбинированные системы);
- по создаваемому эффекту водозащиты (общие системы для защиты участка и размещённого на нём здания; местные системы – для защиты здания);
- по типу дренажной системы (линейные − головной, береговой; контурные − прифундаментный, кольцевой; пластовые − площадные и линейные; комбинированные из линейных, контурных, пластовых).
Г.В. Аджиенко