хокку (японские трёхстишия)

Дорогие читатели нашего журнала! Ценя вашу любознательность, предлагаю новую статью, это — ещё одна моя попытка рассказать о том, сколько удивительного рядом с нами.

Дождь в чистом поле красив и понятен. Трава, кусты, деревья, все дождю рады. Даже если появятся лужи, через недолгое время они исчезнут, вода уйдёт в землю. Совсем другое дело — дождь среди домов, тротуаров и покрытых асфальтом улиц.

За чистоту наших улиц и дворов приходится расплачиваться тем, что дождевую воду нужно куда-то убирать, не ждать же, пока она испарится или впитается в асфальт или бетон. Нет грязи, но есть вода от дождя, лучше, разумеется, чем грязь, но не совсем.

Чтобы убрать с улиц и дворов дождевую воду или растаявший снег в городах, придумали сложную систему, названную ливневой канализацией. (сильный дождь — это и есть ливень). Её сложные инженерные сооружения скрыты от человеческого глаза.

Внешняя сторона ливневой канализации — дождеприёмник. Его вы видели многократно: металлическая пластина с вытянутыми поперёк неё отверстиями. Через них дождевая вода уходит куда-то вниз. Там скрывается самое интересное.

Под каждой такой решёткой могут скрываться либо лоток, либо колодец. Первый представляет собой бетонную канавку, которая идет вдоль дороги и позволяет освободить дорогу или улицу от воды. Обычно бока лотка скошены, но не всегда.

Колодец — это уходящий вниз набор бетонных колец, внизу которого — два отверстия труб. В одну трубу приходит вода из соседнего колодца или из дождеприёмников, в другую она уходит дальше. Есть и начальные колодцы, в которых есть вход только от дождеприёмников.

В большом городе тысячи колодцев и дождеприёмников, дополнение к городу, сравнимое с самим городом.

Наперегонки

Обычная ливневая канализация, если не считать специфику некоторых стран, работает преимущественно без давлений, то есть без напора. Дождевая вода без насосов течёт сама по улицам, лоткам и трубам. Поначалу кажется, что когда нет напора, то всё проще. Но выясняется, что наоборот, значительно сложнее. Почему?

Когда в системе работают насосы, они служат инструментом управления: нужно что-то прокачать — включай насос, повышай давление, сколько нужно. Когда же система самотечная, одними задвижками и клапанами не справишься, нужно уметь прогнозировать волны, появляющиеся в ней и не поддающиеся регулированию.

Волна появляется из-за неравномерности дождя и дальше идёт по уклону. Принятый в большинстве стран стандарт уклона — примерно 7 мм на 1 метр. Если уклон мал, то высока вероятность того, что начнут оседать грязь и песок, начнётся заиливание.

Ещё хуже, когда уклоны разные, на одном вода подхватывает осевшие частицы, на другом эти «подхваченные» частицы оседают. Разные уклоны порождают новые волны.

Сложность даже не в том, чтобы спрогнозировать параметры одной волны. Сложность в том, что эти волны встречаются друг с другом в лотках и трубах.

Время, в течение которого вода проходит определенное расстояние, называется временем «добегания».

Чтобы рассчитать время встречи волн, нужно уметь считать это время, то есть узнавать, за какое время волна добежит до места встречи с другой волной. При этом встреча может быть возможной или неизбежной, в зависимости от особенностей сети колодцев и дождеприёмников.

Если волны сойдутся в соединении подводящих труб, то они наложатся друг на друга, и получится большая волна, которая может выйти на поверхность. Поэтому расчёт времён добегания — очень важное дело. От результатов этих расчётов зависит, где прокладывать линии ливневой канализации, где размещать колодцы и дождеприёмники.

Расчёты ведут по специальной компьютерной программе, называемой «Электронная модель сети ливневой канализации». В этой модели рассчитываются скорости движения воды в трубах и лотках, расход этой воды на участках между колодцами, давление и многое другое.

По модели можно вычислить те участки ливневой канализации, где высока опасность заиливания или излива воды на улицу либо во двор, можно рассчитать место, где встретятся ливневые волны и многое другое.

Потоки поверху

У любого большого города, где бы он ни был расположен, есть возвышения и низины. В рельефе любого города есть ямы и ямочки, которые географы называют фациями, а специалисты по коммунальным сетям — водосборами. С возвышений, прежде чем найти дождеприёмник, вода скатывается по склонам водосбора вниз. Склоны могут быть разные.

Когда город строится и расширяется, зачастую совершают много просчётов с возможностями естественного ухода дождевой воды. Заасфальтировали двор, а раньше вода просачивалась сквозь землю. Проложили дорогу, чтобы её не заливало, подняли повыше дорожное полотно. Дорога стала дамбой, сдерживающей дождевые воды. Во многих городах мира именно поднятые дороги становятся причиной подтоплений во время паводков.

Причина в том, что дороги и улицы проектируют одни люди, а ливневую и бытовую канализацию — другие. Не всегда получается так, что одни учитывают результаты проектирования других. Если бы был хозяин города, то эта задача решалась бы просто, он бы не принял решения дорожников, если бы они ухудшали жизнь жителей города.

Дождеприёмники могут располагаться либо удачно, в самой нижней точке водосбора, либо не очень удачно — в начале склона. Чаще всего встречается именно второй, не вполне удачный вариант.

Объясняется это тем, что когда строят дома и прокладывают улицы, не очень-то заботятся о том, куда потечёт вода от дождя. Главное — построить для людей квартиры, дать им крышу над головой. Кто же при этом заботится о дожде?

Тем не менее, ливневые канализации есть в большинстве крупных и средних городов. Почему их строят и поддерживают их способность удалять из города дождевую и снеговую воду?

Любой из читателей, думаю, скажет сразу: «Чтобы не было луж и можно было пройти по городу, не замочив ноги». Так-то это так, но основная задача удаления воды — сохранность в городе зданий и других сооружений.

Если фундамент дома в сырости, он служит во много раз меньше лет, а на его ремонты приходится расходовать намного больше денег. Почему же отведению воды от фундаментов уделяется, зачастую, очень мало внимания?

Причин тому много, но задумываться лучше над двумя из них. Причина первая — очень сложно сравнить деньги, которые нужно израсходовать сейчас на отведение воды от фундамента, с деньгами, которые, возможно, придётся потратить на дополнительный ремонт дома.

Вторая причина — психологическая, основа первой. Практически никто не в состоянии оценить то, что будет через десятки лет, когда придётся вновь ремонтировать дом. Только очень немногие способны на то, чтобы видеть будущее, как настоящее.

Ливни и деревья

Если в городе много парков, зелёных насаждений, тогда ливневой канализации проще работать. Если бы люди в данном месте не построили город, то не было бы никакой необходимости отводить воду.

Каждое дерево в городе «выпивает» много воды. Если мы обратимся к деревьям старше пяти лет, то клён удаляет из города от 7,5 до 8 кубометров воды за сезон, акация — от 8 до 10 кубометров.

Но больше всего воды потребляет тополь, от 50 до 60 кубометров воды. При продолжительности сезона в 200-250 дней это означает, что ежесуточно тополь удаляет из города до 250 литров воды.

Деревья потребляют воды во много раз больше, чем кустарники. Именно деревья — явные помощники ливневой канализации. Поэтому, если есть деревья, то не придётся перепрыгивать через лужи и потоки воды по улицам. Чем больше деревьев в городе, тем меньше вероятность луж и затоплений. Но расположение этих деревьев в одном случае удачное, а в другом приходится эти деревья чаще поливать, что добавляет работу ливневой канализации.

Ливневая канализация может быть построена отдельно от обычной (бытовой или промышленной) канализации, либо совмещена с ней. Исторически обе канализации начинали свою жизнь совместно.

Большая Клоака древнего Рима (3 м в ширину и более 4 м в высоту) начиналась как ливневая канализация. Нужно было отводить воду из болот, находившихся между холмами, на которых расположен Рим.

В 600 году до н.э. при пятом царе Древнего Рима Луции Тарквинии, правившем с 616 по 579 г. до н.э., для осушения низины между двумя основными холмами Рима (Палатин и Капитолий) был построен первый открытый канал. За многие последующие столетия каналы были облицованы камнем, перекрыты каменными сводами и стали удалять из города не только дождевые воды, но и отходы человеческой деятельности. Клоака Максима разрасталась и ветвилась по мере роста города.

Древнеримский историк Плиний Старший считал её более грандиозным творением людей, чем египетские пирамиды. Была у римлян даже специальная богиня-покровительница этой системы — Клоакина, что в переводе означает Чистюля.

В настоящее время Большая клоака продолжает чистить Великий город, но вновь используется только как ливневая канализация. И для обслуживания древней грандиозной системы необходимы современные технологии, приборы и опытные специалисты. Это первая в мире подземная ливневая канализация, спрятанная от людей, скрывающая запахи и возможные источники заболеваний.

Грязная вода

Все мои знакомые начинают возражать, когда я утверждаю, что стоки, идущие от унитазов, менее вредны, чем дождевая вода. Кого-то из них удаётся убедить, но по большей части — нет.

Действительно, никто не делает на улице то, что принято делать в квартирном или общественном туалете. Но чище от этого ливневые воды не становятся. Человек наступил на нечто, оставленное собакой, брошенное привередливым ребенком, на пятно дизельного топлива. И его подошвы пошли разносить полученное. Рядом с ним кто-то смачно высморкался на тротуар, притормозила машина, из которой на асфальт капает машинное масло, все это идёт в дождеприёмники. На улицах и тротуарах, на крышах домов оседает гарь и выхлопы машин, все это идёт туда же.

В результате получается, что с гектара городской территории уносится поливом и дождем около 2,5 тонн всяких взвесей в год. Из них 400 кг минеральных солей, 40 кг нефтепродуктов, 6 кг азотных соединений и полтора килограмма фосфорных. Это мы говорим о большом, но обычном городе, где нет особо вредных отходов.

Химическое загрязнение дождевых вод можно проверить, сверяясь с таблицей Менделеева. Совсем иначе обстоит дело с органическими загрязнениями. Самый распространённый метод из тех, которые сейчас используют, основывается на предположении, что главную роль в поглощении органических веществ в воде играют микроорганизмы, которые в своем питании используют кислород (аэробные).

Поэтому можно измерить начальное содержание кислорода в воде, подождать какое-то время и измерить вновь. Чем ниже теперь концентрация кислорода, тем выше содержание в воде органики.

Сделан был такой вывод еще в конце девятнадцатого века в Англии. Тогда интерпретация процесса была несколько иной, но и сейчас мы продолжаем считать, что количество потреблённого кислорода можно рассматривать как характеристику загрязнённости воды органическими веществами.

Впрочем, современные мудрые учёные не забывают добавлять, что убыль кислорода лишь косвенно является мерой содержания в воде органических веществ.

Придуманы два показателя, разделяющие процессы: химический (ХПК — химическое потребление кислорода) и биохимический — БПК. Получать их значения непросто.

Более точно БПК — это количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ при ограниченном доступе воздуха (закрытый сосуд с подушкой воздуха), но без доступа света при 20°С за определённый период в результате химических и биохимических процессов.

Что касается «определённого периода», то он может быть разным, чаще всего он составляет пять, десять или двадцать суток. Но это уже — просто так сложилось. За 20 суток содержание кислорода должно снизиться в 100 раз.

Но это не означает, что ровно во столько же раз уменьшилось содержание органических веществ, поскольку для окисления одного грамма разных их видов, требуется разное количество кислорода.

Если вода сильно загрязнена, то её разбавляют чистой водой, насыщенной кислородом. Ведь показатель загрязнённости касается не стартового содержания кислорода, а его убыли. И если кислорода уже мало, то оценить загрязнение почти невозможно.

По мере снижения содержания кислорода в воде увеличивается доля микроорганизмов, которым для жизни кислород не нужен. Эти анаэробные микроорганизмы — самые вредные для человека. С другой стороны, если полезные, аэробные микробы активно используют кислород, то это означает, что они в воде главные, а вредные микроорганизмы уже побеждены.

Обычный дождь, в особенности если он за лето идет часто, приносит немного загрязнений. Наиболее грязными считаются талые воды, которые по загрязнённости приближаются к неочищенным водам хозяйственно-бытовой канализации.

Если сделать талую воду чистой, то она будет полезнее и обычной воды, и дождевой. Употребление её пожилыми людьми снижает утомляемость, повышает иммунитет, улучшает самочувствие, облегчает работу внутренних органов, улучшает состав крови, работу сердца, сосудов и нервов.

В талой воде нет дейтерия — тяжелого элемента, который вредит организму. Талая вода повышает выносливость при высоких физических нагрузках. Но как сделать её совсем чистой? Пока ни у кого хорошо не получается. Но стараются очень многие и по всему миру.

Древние хранители дождевой воды

Во многих странах мира дождевую и талую воду очищают, хранят и используют для технических нужд и как питьевую. Под большими городами Японии находятся огромные резервуары воды от дождей и паводков. Они напоминают огромные подземные дворцы, намного больше станций метро.

Ещё большее впечатление производят на всех ливневые канализации древнего мира. О Риме я уже рассказал, даже намекнул, что римляне не были первыми.

Чтобы понять уровень тогдашних (до нашей эры) знаний и технологий, сопоставим две величины. Дождь идёт в пустыне не каждый год, но если он шёл хотя бы в течение 45 минут (за год), то система сбора воды была в состоянии набрать запас воды на пять лет.

Для этого требовалось множество инженерных решений. Большинство историков склоняется к тому, что инженерные решения были развиты в древнем Риме. Но есть исследователи, считающие, что древнеримские инженеры заимствовали опыт древних греков и египтян, а те — ещё кого-то, оставшегося для историков неизвестным.

Идея накопления дождевой воды проста. Когда ручей пустыни превращается в поток, что бывает редко, нужно отвести воду в подземный резервуар и хранить её там. Сложности начинаются в деталях.

Деталь первая: как накапливать только чистую воду, когда нет фильтров, и они появятся только через две тысячи лет? Для этого делали углубления в русле перед тем, как вода попадёт в подземное хранилище. Но простое углубление неэффективно. Поэтому придумывались способы турбулизации воды, чтобы поток «взбаламучивался», и максимум камешков, песка и прочей грязи оставался в этой ямке.

Задолго до освоения человеком пустынь, в древней Индии уже существовали огромные котлованы для дождевой воды. Стены их были выложены кирпичом со ступеньками, позволявшими водоносам дойти до уровня воды, который установился на данный момент.

Похоже, в этом и состоит основная разница между прежними цивилизациями и той, в которой мы живём. Тогда дождевая капля считалась подарком богов, а у нас для избавления от неё — зонтик и сложная ливневая канализация.

Ю.П. Воронов, кандидат экономических наук, член редколлегии журнала «ЭКО»