«Вода России» - Дренажные воды
Если Вы заинтересованы в использовании данной иллюстрации, напишите нам с помощью обратной связи, и мы поможем Вам связаться с автором



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
  
  • Тип осадков
  • Интенсивность осадков
  • Количество осадков 
  • Продолжительность выпадения осадков
  • Факторы, влияющие на испарение и транспирацию: температура, скорость ветра, влажность и т.д.
  • Вид землепользования
  • Наличие и вид растительности
  • Тип почвы
  • Перепады высот
  • Топография
  • Наличие и близость водных объектов
  • Наличие и тип дренажной системы

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