Верхняя часть Земли напоминает слоеный пирог: пласты песка сменяются слоями глины, ниже могут опять залегать пески, потом галечники, известняки, песчаники, граниты и т. д. В слоях «пирога» природа заложила начинку — полезные ископаемые: нефть, газ, воду. Для того чтобы извлечь их, очевидно, выгоднее расположить скважину не вертикально, как это обычно делается, а горизонтально, тогда она сможет быть достаточно длинной и будет захватывать большую площадь продуктивного пласта, каким бы тонким он ни был. В результате нефтяники получат больше нефти, а водоснабженцы — больше воды.
Водозабор горизонтального типа позволяет эксплуатировать совсем маломощные водоносные пласты, и особенно эффективен, когда его располагают вблизи реки, озера или водохранилища. Кстати, горизонтальные водозаборы появились значительно раньше вертикальных. Они возникли в странах с засушливым жарким климатом.
«Самое удивительное сооружение для получения воды в пустыне, — пишет В. Н. Куний, — это, конечно, подземные дренажные галереи — туннели. В разных странах их называют поразному: кяриз, канат, фоггара и так далее. Но они всюду в принципе одинаковы. Кяризов, видимо, никто не считал, но для Ирана, например,- классической страны кяризов — называют цифру порядка 30 тыс. Суммарная же длина всех под
Земных выработок кяризов составляет, вероятно, около 500 тысяч километров».
Особенностью кяриза (иначе кяхриза) является остроумное использование рельефа местности (рис. 9). Обычно он строится на косогорном участке. В водоносном пласте устраивается водосборная подземная штольня, укрепленная камнем или деревом. За водосборным участком идет водопроводящая галерея, уклон которой делается меньшим уклона поверхности земли. Благодаря этому собранная из грунта вода самотеком выводится наружу и поступает в водосборный канал или водоем. С поверхностью земли горизонтальную часть кяриз, соединяют вертикальные колодцы, которые устраиваются по длине водозабора с интервалом от 10 до 50 м. В процессе строительства эти колодцы служат, так же, как, например, в угольных шахтах, для транспортировки рабочей силы, инструмента и выбранного грунта. Рабочих под землю обычно опускают на веревках, с их же помощью поднимают наверх бадьи и ведра с грунтом. После завершения строительства вертикальные колодцы становятся вентиляционными, смотровыми и ремонтными.
Строительство современных горизонтальных водозаборов полностью механизировано. Экскаватор выкапываеттран-
Шею, куда трубоукладчик кладет водоприемные (дренажные) трубы, после чего производится их обратная засыпка грунтом. Благодаря уклону, вода по трубам стекает в водосборный колодец, а оттуда подается насосом потребителю. Водоприемная часть горизонтального трубчатого водозабора делается из асбоцементных, керамических, бетонных, чугунных, стальных, пластмассовых, стекловолокнистых или других труб. В верхней части и с боков в трубах делаются щелевые или круглые отверстия. Нижняя часть трубы (примерно треть ее высоты), по которой стекает вода, остается без отверстий. Для небольших водозаборов вместо труб иногда применяется каменно-щебеночная дрена, представляющая собой призму из камня и щебня, уложенную на дно траншеи. Благодаря большой пористости каменно-щебеночном дрены вода по ней стекает в водосборный колодец, как по трубе. Для крупных водозаборов вместо трубчатых дрен строят большие водосборные галереи, которые выполняются из сборных железобетонных элементов с щелевыми отверстиями или окнами.
Однако какие бы конструкции подземных водозаборов ни придумали инженеры и ученые, они обязательно учитывают главный принцип подвода воды к водоприемным отверстиям. Он состоит в том, что крупность частиц фильтрующего материала в непосредственной близости от водозабора принимается равной (или несколько большей) размеру самих водоприемных отверстий, а в удалении от них навстречу потоку уменьшается до размеров частиц самого грунта в естественном состоянии. Это видно при рассмотрении конструкции гравийного фильтра, применяемого при устройстве водозаборов в мелкозернистых грунтах. Выглядит этот фильтр следующим образом: непосредственно у входа в трубу водозабора укладывают самые крупные гравийные частицы, вслед за ними кладут слой мелкого гравия, а потом уже идут слои песка с убывающей крупностью зерен (рис. 10). Таким образом, притекающая к водозабору водоносного пласта вода сначала встречает на своем пути лабиринт мелких пор и потом через более крупные поры гравелистого слоя попадает в водозабор. Такое устройство обеспечивает высокую устойчивость
3—Вода на вашем участке фильтра, в противном случае он бы разрушился, струи воды вымыли бы песок в полость водозабора, и ничто не могло бы их удержать.
Гравийно-песчаный фильтр может устраиваться в один-два слоя или делаться многослойным. Все зависит от крупности и разнородности окружающего водозабор грунта. Если водозаборную трубу укладывают в природном гравии, то искусственный фильтр класть незачем. А в случае мелкозернистого песка или супеси дело обстоит хуже. Особенно, когда грунт однородный, т. е. состоящий из частиц одинаковой крупности. В разнозернистом грунте даже если мелкие частицы отмоются в водоприемную трубу, то крупные (так называемый скелет грунта) всегда останутся. В однородном же грунте ничто его не удерживает, устремляющаяся в водозабор вода подхватывает песчаные и глинистые частицы, смывает их в дрену, закупоривает ее. Преградой на пути такого потока и встает много-
Алойный песчано-гравийный фильтр, который не допускает размыва.
Но часто водоснабженцы имеют дело с такими условиями, что не только гравия, но и подходящего для фильтра песка найти поблизости нельзя. Приходится вместо гравийно-песчаного фильтра применять трубы из пористых материалов. Например, из пористого бетона. Но, бывает, и он не годится — особенно, когда водоносный пласт сложен пылеватым заиленным песком (плывуном, как говорят строители). С таким грунтом бороться особенно трудно: он мелкозернист, текуч и обладает такой плохой водоотдачей, что «отжать» из него воду оказывается возможным лишь через самые тонкопористые фильтры, многие конструкции которых еще только проходят стадию исследования.
Иногда вместо песчано-гравийных обсыпок используют различные местные материалы: мох, губку, камыш, водоросли, траву и пр. Например, дренажи, выполненные из коротких гончарных трубок, в Прибалтике часто перекрывают мхом, который даже в водонасыщенных суглинистых грунтах служит прекрасным фильтром. Процеженная сквозь его поры вода через стыки между трубками поступает во внутреннюю полость дрены и стекает в водосборный колодец.
Одним из серьезных недостатков горизонтальных водозаборов является их сравнительно низкая водозахватная способность (т. о. производительность, отнесенная к единице длины водозабора). Действительно, обеспечить глубокое заложение горизонтального водозабора не удается; отрыть траншею на большую глубину и поддерживать от оплывания на время строительства ее откосы — дело далеко не простое. Не говоря уж о том, что для' качественной укладки водоприемной трубы и гравийно-песчаной обсыпки нередко требуется откачивать из траншеи постоянно поступающую в нее воду, что тоже часто бывает затруднительно. А раз глубоко расположить водозабор не удается — значит нельзя и обеспечить достаточно большой напор воды, с которым непосредственно связана производительность водозабора.
И еще один недостаток горизонтального трубчатого водозабора: во время его эксплуатации неизбежно происходит засорение, заиление труб, их коррозия и отложение солей. В отличие от вертикальных водозаборов, открыть сверху, очистить уложенную под землей трубу нелегко. Особенно при ее большой длине. Делают это с помощь вертикальных ремонтных и смотровых колодцев, и это со всем не простое дело.
Перечисленные недостатки в некоторой степени призван исправить предложенный автором этой книги свайно-стоечный подземный водозабор. Он выполняется в виде полой стены-дрены (рис. 11), которая устанавливается в водоносном грунте целиком или набирается из полых свай (шпунтин) или стоек.
Верхняя часть такой водозаборной стены оборудует водоприемными окнами-фильтрами, а нижняя представляет собой водосборный лоток. Профильтровавшись через водоприёмные окна водозабора, грунтовая вода попадает в его водоотводную лотковую часть, по которой стекает в водосборный колодец, где установлен насос для откачки. Сверху водозабор открыт, как и простой шахтный колодец или скважина, и поэтому в процессе эксплуатации его легко можно чистить.
Водозабор-стена может опускаться в грунт непосредственно с поверхности и в принципе не требует рытья специальной траншеи и водоотлива. Погружение водозабора в грунт обеспечивает обычный сваезабойный капер, вибро - или гид-ропогружатель и т. п. Установленный под землей поперек потока грунтовых вод водозабор-стена может играть роль своеобразной плотины, перегораживающей подземную реку и перехватывающей воду.
Свайно-стоечный водозабор может успешно применятся и в качестве элемента того или иного сооружения. Возьмем для примера железобетонную подпорную стенку, укрепляющую берег. Если ее выполнить из полых водозаборных блоков-стоек, то она будет не только удерживать грунт от обвала, но и дренировать поступающую к ней грунтовую воду. А это в свою очередь не только обеспечит водоснабжение, но и, как видно из рис. 11, разгрузит саму подпорную стенку от гидростатического давления, которое оказывает на нее грунтовая вода (вместо большого Н — меньшее h).
Другой случай — свайный фундамент здания. Устроенный в виде полой водозаборной стенки, он тоже сыграет дренаж-
3-4
Ную роль, перехватив подтопляющие здание грунтовые воды. А если здание, о котором идет речь — насосная станция, такой фундамент даст водопотребителям дополнительное количество чистой подземной воды. Таким образом, предложенный водозабор-стена дает возможность комплексного использования сооружения.
