Хотя бесполезные потери следует предотвращать, крайне важно всячески поощрять законное использование воды. Как справедливо отметил доктор Ричардсон, абсолютная чистота, если ее правильно понимать, — это начало и конец санитарного проектирования, а безупречная чистота, конечно, никогда не может быть достигнута без достаточного водоснабжения. Должно быть достаточно воды не только для ванн, умывальников и стирки всех видов, но и щедрая норма для промывки ватерклозетов и всех других санитарных приборов. Принимая во внимание эти санитарные соображения, а также уделяя должное внимание наблюдениям инженеров и других специалистов относительно количества воды, фактически используемой в домах при различных обстоятельствах, можно предположить, что при эффективном предотвращении потерь подача 20–25 галлонов на человека в сутки достаточна в обычных случаях для домов с ваннами и ватерклозетами. Если содержатся лошади, для них и для нужд конюшни следует предусмотреть отдельную норму (полезное приблизительное правило — считать лошадь за человека); если вода используется для полива садов или декоративных целей, это также должно учитываться отдельно. Если вместо ватерклозетов используются сухие туалеты, потребуется меньше воды, и будет достаточно 15–20 галлонов на человека в сутки. В коттеджах с сухими туалетами количество требуемой воды будет еще меньше: 10 галлонов на человека будет вполне достаточно, а в случаях, когда необходимо ограничить количество используемой воды, может хватить и 5–6 галлонов.
Источники снабжения. Вода для сельских домов в подавляющем большинстве случаев берется из родников или колодцев. Дождевая вода, собираемая с крыш, очень часто используется в качестве вспомогательного, а иногда и основного источника. Бывают случаи, когда вода берется из ручьев или рек, и даже такие, когда вода, стекающая с поверхности земли, собирается в «водосборные резервуары» (способ, часто применяемый для водоснабжения городов); но эти случаи являются исключительными, и здесь внимание будет сосредоточено на родниках, колодцах и дождевой воде с крыш.
Настоящим источником всего пресноводного снабжения является дождь. Родники и колодцы не являются исключением из этого правила, хотя в их случае связь с осадками на первый взгляд не так очевидна, как в случае с ручьями и открытыми водотоками, поскольку пути, по которым дождь достигает родников или колодцев, невидимы, а сильные дожди часто не оказывают заметного влияния на их дебит. В различных частях страны встречаются любопытные периодические источники (местно называемые «бурнами»), которые прорываются в одни годы и не появляются в другие, и связь между которыми и осадками еще более неясна. Дождевая вода, прежде чем выйти из земли в виде родников, накапливается в пористых пластах под землей и образует, так сказать, большие подземные резервуары; именно из этих резервуаров черпают воду колодцы, прорытые в пористых пластах.
Количество осадков сильно варьируется в разных частях света: некоторые районы либо абсолютно лишены дождей, либо получают всего несколько дюймов осадков в год, тогда как в других выпадает несколько сотен дюймов в год. Даже в самой Англии наблюдаются значительные колебания. Среднее количество осадков по всей стране составляет около 30 дюймов в год, но количество в разных частях страны варьируется от примерно 20 до почти 200 дюймов в год. Восточная часть Англии, как отмечает Филд, получает гораздо меньше осадков, чем западная, и, грубо говоря, если провести линию от Портсмута до Ньюкасл-апон-Тайн, она разделит страну на сухую и влажную части. Часть страны к востоку от этой воображаемой линии (за исключением южного побережья, которое более влажное) будет иметь только 25 дюймов осадков или меньше, а часть к западу от линии — от 30 до 50 дюймов, с гораздо большим количеством в Камберлендских и Уэльских горах, а также на Дартмуре.
Количество осадков в самый влажный год примерно вдвое превышает количество в самый сухой год. Это дает очень полезное правило для грубого определения экстремальных значений осадков, которые на самом деле более полезны для целей водоснабжения, чем количество осадков за средний год. Можно предположить, что количество осадков в самый сухой год на одну треть меньше среднего, а в самый влажный — на одну треть больше. Таким образом, при среднем количестве осадков 30 дюймов, количество осадков в самый сухой год составит 20 дюймов, а в самый влажный — 40 дюймов.
Для водоснабжения доступна лишь часть общего количества выпавших осадков, так как всегда есть те или иные потери. В случае дождя, падающего на крыши, потери сравнительно невелики, но в случае дождя, падающего на поверхность земли, потери значительны. Последняя распределяется тремя различными способами: часть ее стекает непосредственно в открытые водотоки и ручьи, часть поглощается растительностью или теряется при испарении, а часть просачивается через поверхностный слой почвы и накапливается в водоносных пластах, питающих родники и колодцы.
На основании наблюдений за количеством просачивания в различных случаях было установлено, что величина просачивания зависит не столько от количества дождя, сколько от условий, при которых он выпадает. Подавляющая часть просачивания происходит зимой и сравнительно мало — летом, причина чего заключается в том, что зимой земля влажная, испарение незначительно, а растительность неактивна, поэтому большая часть дождя уходит в землю; тогда как летом ситуация обратная, поэтому большая часть дождя поглощается, прежде чем успевает просочиться. Разница между летом и зимой в отношении просачивания настолько велика, что можно, как правило, вообще не принимать во внимание летние осадки и исходить из того, что в этой стране от количества дождя, выпадающего в течение шести месяцев с октября по март, зависит, будет ли подземный запас воды полностью пополнен или нет.
Высота уровня накопленной подземной воды определяется уровнем, на котором вода стоит в колодцах; и установлено, что эта высота значительно варьируется, причем изменения обычно следуют регулярному курсу: вода обычно находится на самом низком уровне в октябре и ноябре, затем она поднимается, достигая высшей точки в феврале или марте, после чего медленно опускается до следующей осени.
Условие, которое необходимо изучить при выборе родника в качестве источника водоснабжения, — это его «сезонная» изменчивость. Как отмечает Филд, родник, который дает достаточное количество воды зимой, может давать недостаточное количество осенью, поэтому никогда не следует полагаться на замеры родника зимой для определения того, подойдет ли он в качестве источника водоснабжения. Единственный надежный способ — подождать, пока не будет определен осенний дебит; даже тогда необходимо сделать поправку на предыдущую зиму, если она была очень влажной, так как дебит родника становится аномально высоким.
Колодцы могут быть как мелкими, так и глубокими. Последние всегда предпочтительнее, но иногда приходится полагаться на первые. Большая и серьезная опасность, связанная с мелкими колодцами, заключается в их подверженности загрязнению из выгребных ям и стоков, жидкое содержимое которых (столь же ядовитое, как и твердое) фильтруется через окружающую почву и увеличивает объем воды в колодце, особенно если, как это почти всегда бывает, выгребная яма намного мельче колодца.
В сельских деревнях выгребные ямы и колодцы часто настолько перемешаны, что весь водоносный горизонт загрязнен, и поэтому все колодцы небезопасны. Но в отдельно стоящих домах, если колодец и выгребная яма находятся на некотором расстоянии друг от друга, загрязнение колодца будет зависеть главным образом от направления движения подземных вод. Если это движение направлено от выгребной ямы к колодцу, загрязненная вода будет течь к колодцу; если движение направлено в противоположную сторону, загрязненная вода будет течь от колодца. Отсюда предостережение Филда: прежде чем рыть мелкий колодец вблизи источников загрязнения, необходимо тщательно выяснить направление движения подземных вод, помня, что небезопасно предполагать, что этот поток направлен по уклону местности, хотя очень часто это именно так: если есть малейшее сомнение, необходимо замерить уровни подземных вод в разных местах и точно локализовать источник загрязнения. Загрязнение от поверхностного просачивания часто можно предотвратить, подняв верхнюю часть колодца над прилегающей землей и замостив поверхность вокруг колодца с уклоном так, чтобы дождевая вода стекала от него. Трубчатые колодцы Нортона, которые представляют собой железную трубу, забитую в землю и увенчанную насосом, полезны для исключения поверхностного загрязнения. Если загрязнение достаточно велико, чтобы заразить подпочвенный слой и достичь подземных вод, никакие меры предосторожности, которые можно предпринять при строительстве колодца, не предотвратят попадание загрязнения.
Как правило, глубокие колодцы более защищены от загрязнения, чем мелкие, но при определенных обстоятельствах все же могут быть загрязнены.
На вопрос о том, станет ли колодец, загрязненный выгребной ямой, пригодным для использования после удаления выгребной ямы, нельзя дать однозначного правила. Если источники загрязнения были устранены полностью, колодец часто восстанавливает свою чистоту; но при других обстоятельствах колодец может оставаться загрязненным. Что касается минимального расстояния между колодцами и выгребными ямами, совместимого с безопасностью, то, хотя Совет по местному самоуправлению Лондона считает достаточными 20–30 ярдов, доктор Франкленд настаивает как минимум на 200 ярдах. Было бы разумнее запретить выгребные ямы всех видов; в то же время при оценке риска загрязнения нельзя исключать возможные утечки из стоков из-за повреждений или по другим причинам. Опять же, эффект повышенного спроса на содержимое колодца сразу расширяет опасность, потому что по мере понижения уровня воды в колодце увеличивается площадь, из которой колодец черпает воду, причем коэффициент варьируется от 20 до 100 раз по отношению к глубине понижения уровня. Там, где суточный запас воды выкачивается сразу в поднятый резервуар, будет достигнут максимальный показатель.
Тем, кто собирается рыть колодцы, советуют сначала прочитать небольшую книгу Эрнеста Спона «Современная практика рытья и бурения колодцев», 2-е издание, 1885 год.
Дождевая вода, собираемая с крыш, является ценным вспомогательным источником, которым слишком часто пренебрегают. В городах она редко бывает достаточно чистой для бытового использования, но в сельской местности она, как правило, пригодна для питья.
Один сельский житель так описывает способ, которым он использует дождевую воду, падающую на обычную жестяную крышу, покрытую какой-то металлической краской, которая, как говорят, не содержит свинца, и стекающую в большой цементированный кирпичный резервуар, откуда она перекачивается на кухню. Резервуар отличается от обычной конструкции следующим образом: поперек дна, примерно на 3 фута ближе к одной стороне, чем к другой, вырыта канава шириной около 2 футов и глубиной 2 фута; вдоль центра этого углубления выстроена кирпичная стена от дна до верха резервуара, в которой у самого дна оставлено несколько отверстий. Весь резервуар, включая дно, стенки и канал, оштукатурен цементом, как обычно, за исключением разделительной стены. С каждой стороны стены у ее основания уложено 6–12 дюймов древесного угля, покрытого хорошо промытыми камнями на высоту еще 6 дюймов, просто чтобы уголь не всплывал. Дождевая вода, стекающая с крыши в большую часть резервуара, проходит через каменное покрытие, древесный уголь, стену, древесный уголь с другой стороны, наконец, через камни, и теперь готова для насоса, установленного в этой меньшей части. Гораздо лучше, чтобы вода сначала попадала в большую часть, так как фильтрация будет медленнее, и резервуар вряд ли переполнится во время очень сильного ливня. Он пользуется этим резервуаром много лет и столкнулся с проблемой только однажды, когда несколько жаб проникли через верх, который находился как раз на уровне земли, вскоре дав о себе знать явным изменением вкуса воды.
Если дом находится в пыльном месте, можно придумать несколько планов, как предотвратить попадание первых нескольких галлонов воды во время каждого дождя в резервуар. Если дом небольшой и, следовательно, запас воды с его крыши ограничен, не уменьшайте размер резервуара, а, наоборот, увеличьте его, ибо при меньшей емкости часть запаса иногда придется сбрасывать впустую во время влажного периода, и вы пострадаете в засуху, тогда как резервуар, который никогда не переполняется, более надежен в долгий сезон без дождя.
Количество осадков сильно варьируется в разных местах, и даже в одной и той же ситуации невозможно предсказать количество, которое можно ожидать в течение короткого периода времени, но самые тщательные наблюдения показывают, что в Нью-Йорке и его окрестностях каждый год выпадает около 4 футов осадков, или почти 1 дюйм в неделю. Если бы это количество поступало равномерно каждую неделю, размер резервуара должен был бы быть достаточным только для хранения недельного запаса, но у нас часто бывают периоды по 4 недели без получения среднего количества за одну неделю, и мы должны строить соответственно.
Среднее недельное количество в 1 дюйм равно 1 кубическому футу на каждые 12 футов поверхности, или 3630 кубических футов на акр, весом около 113 тонн. На крыше размером 40 на 40 футов (1600 кв. футов) это составило бы 133 кубических фута, 1037 галлонов, или около 26 бочек по 40 галлонов каждая. Резервуар диаметром 8 футов и глубиной 10 футов вмещал бы 502 кубических фута; а резервуар диаметром 10 футов и глубиной 10 футов — 785 кубических футов, или 6120 галлонов — это примерно среднее количество осадков на крышу такого размера за 6 недель; в то время как меньший резервуар вмещал бы 3900 галлонов, или чуть меньше 4 недель осадков. Недельный запас в 1037 галлонов равен 148 галлонам в день, или почти 15 галлонам на каждого члена семьи из 10 человек. Это, безусловно, достаточно и более чем достаточно, если использовать воду так, как следует; но там, где воды много, ее тратят впустую, и в нашем капризном климате, независимо от того, полагаемся ли мы на колодцы или резервуары, мудро не тратить воду вовсе, по крайней мере в теплые летние месяцы, и откладывать не на черный, а на сухой день. Для этой страны Филд оценивает емкость резервуара в 2–3 галлона на каждый квадратный фут площади крыши.
3. Резервуар для дождевой воды.
На рис. 3 a, b, c, d показан котлован, который необходимо вырыть для резервуара, и если предположить, что на схеме показан разрез резервуара, то емкость для воды в готовом виде, с учетом относительных пропорций различных частей, будет около 9 футов в ширину и 4½ фута в глубину. Конечно, котлован должен быть больше по ширине и глубине, чем указанные размеры, чтобы оставить место для окружающих стен и дна. Стены могут быть из кирпича, оштукатуренного изнутри и укрепленного снаружи бетоном или мятой глиной, либо из монолитного бетона; но дно в любом случае должно быть сделано из бетона. Траншея e, f, g, h, проходящая по дну резервуара, имеет ширину 2 фута и глубину 2 фута. Посреди этого отверстия возведена 9-дюймовая кирпичная стена или перегородка из бетона, i, k. Вдоль нижней части стены через равные промежутки оставлены отверстия l. Перегородка делит все пространство на больший внешний резервуар m и меньший внутренний резервуар n. Предполагая, что ширина от e до f составляет 2 фута, а стена — 9 дюймов, с каждой стороны стены останется по 7½ дюймов. Они заполняются на ¾ высоты, или на 18 дюймов, кусками древесного угля, а поверх угля до заполнения траншеи укладываются гладкие гальки диаметром 1–3 дюйма. Резервуар сконструирован так, что вода с крыши попадает в m; она проходит вниз через камни и древесный уголь, как показано стрелкой у f, проходит через отверстие и с силой поднимается вверх в направлении стрелки у e в резервуар n, в котором она поднимается до уровня воды в m, откуда ее можно брать для использования с помощью небольшого насоса.
Читателям, обладающим хоть какими-то механическими способностями, придут на ум различные модификации этой формы резервуара-фильтра. Главное — предотвратить загрязнение из почвы, используя хорошие материалы и выполняя работу качественно. Кроме того, переливная труба резервуара не должна сообщаться с каким-либо стоком или канализацией.
4. Сепаратор дождевой воды.
Недавно несколько изобретателей представили аппараты для отделения дождевой воды от примесей. Один из них, носящий имя Робертса, проиллюстрирован на рис. 4. Принцип его действия заключается в том, чтобы отбрасывать первую порцию выпавшего дождя (так как именно она в основном смывает грязь с крыши) и собирать только последнюю порцию. Вода с крыши сначала попадает на сетку, которая задерживает мусор; затем она проходит через один из двух каналов в верхней части опрокидывающегося сосуда, сбалансированного на оси. В начале ливня сосуд находится в положении, показанном на рис. 4, «сброс в отходы», и основная масса воды проходит через канал, который направляет ее в нижний выход для сточных вод. Тем временем очень небольшая часть воды накапливается в нижней части сосуда, очень медленно при слабом дожде, но быстрее при сильном, так что он наполняется к тому времени, когда крыша становится чистой. Затем вес воды заставляет его опуститься, как показано на рис. 4A, «направление в хранилище», так что чистая вода может течь через верхнюю выходную трубу в хранилище. Этот очень полезный маленький аппарат производится и продается К. Г. Робертсом, Collards, Хаслемир, Суррей.
4A. Сепаратор дождевой воды.
Возможно, это дает столь же хорошую возможность, как и любая другая, обратить внимание на высокохудожественные водосточные воронки, которые недавно были представлены Томасом Элсли, 32 Грейт-Портленд-стрит, W. Они изготовлены так, чтобы соответствовать любому архитектурному стилю и любому разнообразию крыш и желобов, и практически не ограничены в размерах. Их качество выше всяких похвал.
Важно помнить, что дождевая вода способна оказывать значительное растворяющее действие на свинец, поэтому следует избегать труб и резервуаров из этого металла. Трубы могут быть железными или из оловянных труб со свинцовой оболочкой, а резервуары — из «оцинкованного» железа или сланца.