8-1-5 — Вода та водовідведення
У цьому уроці ти:
- навчишся розраховувати поверхневий стік за допомогою коефіцієнта стоку;
- розумітимеш, чим дощова вода відрізняється від ґрунтової та побутових стоків;
- оціниш, який спосіб відведення води підходить твоїй ділянці та ґрунту;
- розрахуєш розміри простих елементів водовідведення і складеш схему.
📖 1. Від спостережень до розрахунків
У 6 класі ти дізнався, що вода рухається по поверхні й у ґрунті, навчився вимірювати швидкість просочування й обчислювати стік з даху за формулою «площа × опади». У 7 класі ти проєктував висоти й ухили, щоб вода йшла від будинку. Тепер ми об’єднаємо ці знання й навчимося проєктувати систему водовідведення: розраховувати кількість води та вирішувати, куди її спрямувати.
Для початку розрізнимо три різні «види води», з якими працює проєктувальник:
| Вид | Звідки береться | Куди відводять |
|---|---|---|
| Дощова й талі води (поверхневий стік) | дощ, сніг, поливання | канави, ринви, бочки, поглинальні споруди |
| Ґрунтова вода | підземний водний шар | дренаж (за потреби) |
| Побутові стоки | кухня, ванна, туалет | каналізація, септик (урок 7-1-7) |
Золоте правило: ці системи не змішують. Дощову воду не пускають у септик (вона його переповнить), а побутові стоки ніколи не скидають у канаву.
📖 2. Поверхневий стік: коефіцієнт стоку
Не вся вода, що випала з неба, стікає. Частина вбирається ґрунтом, частина лишається на листі, частина випаровується. Частку води, що стікає, показує коефіцієнт стоку ψ (грецька літера «псі»). Це число від 0 до 1.
V = ψ · h · S, де V — об’єм стоку (літри), h — опади (мм), S — площа (м²).
Якщо ψ = 1, то стікає все. Якщо ψ = 0,2, то лише п’ята частина.
Орієнтовні значення (для навчання):
| Поверхня | ψ |
|---|---|
| Дах | 0,95 |
| Асфальт, бетон | 0,90 |
| Тротуарна плитка, бруківка | 0,70 |
| Гравій, щебінь | 0,40 |
| Газон | 0,20 |
| Город, сад, клумби | 0,15 |
Приклад 1. Усереднений коефіцієнт стоку
Ділянка 600 м² має такі поверхні:
| Поверхня | Площа S, м² | ψ | ψ · S |
|---|---|---|---|
| Дах | 80 | 0,95 | 76 |
| Двір із плитки | 70 | 0,70 | 49 |
| Гравійний під’їзд | 40 | 0,40 | 16 |
| Газон | 210 | 0,20 | 42 |
| Город і сад | 200 | 0,15 | 30 |
| Разом | 600 | 213 |
Середній коефіцієнт стоку: ψ = 213 : 600 ≈ 0,36.
Візьмемо розрахункову зливу 30 мм (для навчання: це сильний дощ за пів години). Тоді з усієї ділянки стече:
V = 213 · 30 = 6390 л ≈ 6,4 м³.
З них з даху: 76 · 30 = 2280 л.
А що було б, якби вся ділянка була замощена асфальтом (ψ = 0,9)? V = 0,9 · 600 · 30 = 16 200 л = 16,2 м³. Це у 2,5 раза більше! Тому водопроникні покриття й озеленення так сильно полегшують життя.
Витрата води
Витрата показує, скільки води проходить за секунду: Q = V : t. За півгодини (1800 с) 6390 л дають Q = 6390 : 1800 ≈ 3,6 л/с.
📖 3. Чужа вода
Вода не визнає меж ділянок. Якщо вище по схилу є сусідня ділянка, з неї на тебе може стікати вода. Площу, з якої вода стікає до певної точки, називають водозбірною площею (водозбором). Для твоєї ділянки до власного стоку додається стік із верхньої частини.
Приклад. Над твоєю ділянкою розташовано 200 м² сусідньої з ψ = 0,3. За зливи 30 мм додатковий стік: 0,3 · 30 · 200 = 1800 л.
І навпаки: ти не повинен збільшувати стік на нижчих сусідів. Загальне правило етики й права: не погіршувати природний стік води для інших. Тому твоє водовідведення має утримати воду на власній ділянці або вивести її в місце, дозволене для цього (наприклад, у громадську канаву чи зливову каналізацію), а не «підкинути» сусідові.
📖 4. Як організувати відведення
Систему зручно проєктувати за ланцюжком: від даху до місця скиду.
Крок 1. Збір з даху
- Ринви (жолоби) збирають воду з краю даху.
- Водостічні труби опускають її до землі. Для навчального проєкту візьмемо: одна труба на кожні 50–80 м² площі даху.
- Нижній кінець труби не повинен упиратися в землю біля фундаменту: його виводять у лоток, бочку чи канаву.
Крок 2. Рух по поверхні
- Ухили землі від будинку, двору й стежок (2–5 %, не менше 1–2 % на майданчиках) ти вже спроєктував у 7 класі.
- Лотки — неглибокі канавки вздовж стежок і двору, які збирають воду.
- Канави (кювети) — відкриті канали з похилим дном. Для навчання: ухил канави не менше 0,5 % (щоб вода рухалася) і не більше 5 % (щоб не розмивала дно).
Пропускну здатність канави можна оцінити просто: Q = S · v, де S — площа поперечного перерізу, v — швидкість води. Для канави з перерізом 0,06 м² і швидкістю 0,5 м/с: Q = 0,06 · 0,5 = 0,03 м³/с = 30 л/с. Це набагато більше за нашу витрату 3,6 л/с, тож однієї канави вистачить.
Крок 3. Куди дівати воду
| Спосіб | Коли доречний | Умови й обмеження |
|---|---|---|
| Дощова бочка | вода з даху, використання для поливу | потрібен перелив у безпечне місце |
| Дощовий сад | знижена ділянка з рослинами, що люблять вологу | ґрунт має пропускати воду, не ближче 5 м до фундаменту |
| Інфільтраційна (поглинальна) траншея чи колодязь | пісок, супісок, суглинок | не на крутому схилі, не близько до колодязя з питною водою, не ближче 5 м до фундаменту |
| Канава до вулиці або водойми | коли ґрунт глинистий і вода не вбирається | потрібен дозвіл, щоб не затопити інших |
| Зливова каналізація | там, де вона є | потрібні технічні умови |
Крок 4. Дренаж (коли ґрунтові води високо)
Якщо рівень ґрунтових вод близький до підошви фундаменту або ґрунт глинистий і довго мокрий, навколо будинку влаштовують дренаж: перфоровану трубу в шарі щебеню, яка збирає воду й відводить її з невеликим ухилом до колодязя чи канави. Дренаж проєктують фахівці, бо помилки тут дорогі.
Не плутай: дренаж відводить ґрунтову воду, а ринви й канави відводять дощову.
📖 5. Скільки води здатний прийняти ґрунт
Щоб підібрати розмір інфільтраційної траншеї, використаємо швидкість просочування k (з 6 класу): пісок понад 30 мм/год, суглинок 10–20 мм/год, глина менше 5 мм/год.
Нехай з даху прийшло V = 2,28 м³ води (2280 л), і ми хочемо, щоб вона просочилася за 24 години. Потрібна площа дна траншеї:
A = V : (k · t)
Приклад 2. Який потрібен розмір для різних ґрунтів
| Ґрунт | k | k у м/год | A = 2,28 : (k · 24) |
|---|---|---|---|
| Пісок | 50 мм/год | 0,05 | 2,28 : 1,2 ≈ 1,9 м² |
| Суглинок | 20 мм/год | 0,02 | 2,28 : 0,48 ≈ 4,8 м² |
| Глина | 3 мм/год | 0,003 | 2,28 : 0,072 ≈ 31,7 м² |
На піску й суглинку проблем немає, а для глини потрібна величезна площа, тому поглинальна траншея там малоефективна. Краще накопичувати воду в бочці та відводити надлишок канавою.
📖 6. Дощова бочка: скільки води на рік
За рік випадає, наприклад, 610 мм опадів (як у таблиці 8-1-2). З даху площею 80 м² (ψ = 0,9 для середнього річного стоку):
V = 0,9 · 610 · 80 = 43 920 л ≈ 44 м³ на рік.
Це багато води, придатної для поливу! Бочка на 1 м³ (1000 л) наповниться з даху вже від дощу близько 1000 : (0,95 · 80) ≈ 13 мм.
📖 7. Зима й талі води
Узимку вода змінює поведінку: сніг лежить місяцями, а потім тане за кілька днів. Скільки води «зберігається» в снігу? Шар снігу 0,3 м з густиною 200 кг/м³ має масу 0,3 · 200 = 60 кг на кожен м², а це 60 л/м², тобто еквівалент 60 мм опадів. Це вдвічі більше за нашу зливу 30 мм, і вона випадає не за пів години, а за кілька днів весняного танення.
Звідси висновки:
- відводи води мають працювати й навесні, коли ґрунт ще мерзлий і не вбирає воду;
- не спрямовуй воду з даху на стежки й у місця, де вона замерзне й утворить ожеледь;
- не залишай у морози воду в трубах і бочках без захисту: лід розірве їх;
- пам’ятай про снігові замети (урок 8-1-3): під ними теж тане вода.
📖 8. Типові помилки
- Водостік упирається в землю біля стіни: вода підмиває фундамент.
- Дощова вода потрапляє в септик і переповнює його.
- Бочка без переливу: після наповнення вода тече, де не треба.
- Інфільтраційна траншея поруч з фундаментом або на схилі над будинком: ґрунт у будинку розмокне.
- Не враховано чужу воду, яка тече зверху.
- Усе замощено суцільним покриттям, ψ дуже високий.
- Скид води до сусідів.
🧪 Спробуй сам
Дослід «Три покриття»
- Візьми три однакові дошки або лотки й нахили їх під однаковим кутом. Під нижнім краєм кожного лотка постав склянку, у яку стікатиме вода.
- На першу поклади щільну плівку (імітація даху). На другу насип шар гравію. На третю — шматок дерну чи земля з травою.
- Полий кожну дошку однаковою кількістю води (наприклад, 500 мл) із лійки чи лійкою з дрібними отворами, рівномірно по поверхні.
- Зафіксуй, скільки води потрапило в склянку.
- Обчисли дослідний коефіцієнт стоку: ψ = (об’єм води в склянці) : 500 мл.
| Покриття | Води в склянці, мл | ψ |
|---|---|---|
| Плівка | ||
| Гравій | ||
| Дерн |
Порівняй із таблицею. Чи збігається? Чому можуть відрізнятися результати?
Задачі
- Ділянка 400 м²: дах 60 м² (ψ = 0,95), асфальтований двір 50 м² (ψ = 0,9), газон 190 м² (ψ = 0,2), город 100 м² (ψ = 0,15). Знайди середній ψ і об’єм стоку для зливи 30 мм.
- Із даху 90 м² стікає вода за зливи 25 мм (ψ = 0,95). Скільки літрів? Який об’єм бочки обереш і навіщо потрібен перелив?
- Для зливи з об’ємом 1,8 м³ знайди площу дна інфільтраційної траншеї для суглинку (k = 15 мм/год) за 24 години.
- Скільки води «зберігається» в шарі снігу 0,4 м із густиною 250 кг/м³?
Відповіді: 1) ψS: 57 + 45 + 38 + 15 = 155; ψ = 155 : 400 ≈ 0,39; V = 155 · 30 = 4650 л ≈ 4,7 м³. 2) 0,95 · 25 · 90 = 2137,5 л ≈ 2,1 м³; бочка 1–2 м³ не вмістить усе, тому потрібен перелив у безпечне місце. 3) k = 0,015 м/год; A = 1,8 : (0,015 · 24) = 1,8 : 0,36 = 5 м². 4) 0,4 · 250 = 100 кг/м² = 100 л/м² = 100 мм.
🔑 Ключові слова
- Коефіцієнт стоку (ψ) — частка води, що стікає з поверхні.
- Водозбірна площа — територія, з якої вода стікає до певної точки.
- Інфільтрація — просочування води в ґрунт.
- Дренаж — відведення ґрунтової води.
- Витрата води — об’єм води за секунду.
- Перелив — вихід для надлишкової води з бочки чи ємності.
✅ Перевір себе
- Які три види води треба відводити окремо і чому їх не змішують?
- Як знайти об’єм стоку, використовуючи коефіцієнт стоку?
- Чому водопроникні покриття зменшують проблеми зі стоком?
- Як зміниться площа інфільтрації при заміні піску на глину?
- Для чого потрібен перелив у бочці?
- Чому талі води навесні можуть бути небезпечнішими за літню зливу?
📌 Коротко запам’ятай
Об’єм стоку V = ψ · h · S. Коефіцієнт стоку залежить від покриття, і зменшити його можна озелененням та водопроникними поверхнями. Систему відведення проєктують від даху до місця скиду: ринви, ухили, лотки й канави, бочка, дощовий сад, траншея чи дренаж. Розмір поглинальних споруд залежить від швидкості просочування ґрунту. Дощову воду, ґрунтову й побутові стоки не змішують і не скидають на сусідів.