Правильно спроектировать и построить водоем можно, только опираясь на материалы детальных изысканий: топографические, гидрологические, геологические, гидрогеологические, санитарно-гигиенические (бактериологические). На основе указанных видов изысканий должны быть решены следующие вопросы.

1. Форма и площадь зеркала (акватории) водоема, которые задаются ландшафтным архитектором исходя из основного назначения водоема, проектируемого на объекте, размеров участка, типа и размера сооружений. При этом форма водоема может быть самой разнообразной, включать в себя как отдельные водоемы, так и их каскад при соединении водоемов ручьями или сопрягающими сооружениями.

2. Объем воды в водоеме, который зависит от площади акватории, назначения водоема, его средней глубины, источников водного питания и нормативного (или возможного) водооборота. Не исключено, что несоответствие объема и других влияющих на него факторов может вызвать изменения первоначального проектного решения или создать дополнительные трудности, решение которых может привести к значительным дополнительным затратам.

3. Средняя и максимальная глубины водоема, определяемые исходя из различных факторов, к которым относятся площадь акватории, отношение к водной растительности, виды зарыбления и породы рыб, характер использования рыбы и др. При этом максимальная глубина может зависеть от гидрогеологических особенностей объекта и характера использования рыбы. При рыборазведении и зимовке рыб необходимо устройство так называемой зимовальной ямы глубиной 2,5...4,5 м.

4. Зонирование акватории (зеркала воды) водоема, которое должно быть решено заранее, так как оно зависит от видов использования водоема и может включать в себя следующие направления: глубоководная зона для перезимовки рыб; мелководная зона для прогрева воды, используемой для орошения; зона водной растительности для биологической очистки воды, зона размещения пляжа; зона декоративной водной или околоводной растительности и др.

5. Крутизна откосов (коэффициенты заложения откосов), которая должна быть определена в самом начале проектирования, так как все работы по созданию водоема-копани начинаются с устройства котлована. При проведении инженерно-геологических изысканий на основе составленного задания на этот вопрос должен быть дан ответ. Наилучшим решением является освещение в отчете трех позиций: угол естественного откоса в сухом состоянии, угол естественного откоса в мокром состоянии и угол внутреннего трения по инженерно-геологическим элементам (ИГЭ). Если эти данные отсутствуют или отсутствуют результаты инженерно-геологических изысканий, то сведения по углу внутреннего трения могут быть взяты по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».

6. Защита от фильтрации, которая устраивается в тех случаях, когда водоем создается на легких водопроницаемых почвах и фунтах при глубоком уровне залегания грунтовых вод (ниже дна водоема). Защита от сильной фильтрации может быть выполнена из традиционных местных материалов (глиняный уплотненный экран, песчано-глинистая смесь, глинобетон и др.); традиционных промышленных материалов (бетон, железобетон с уплотнительными добавками и т.д.); новых синтетических материалов (полиэтиленовые, резиновые); новых видов покрытий (гибкие синтетические маты, заполненные сухим глиняным порошком, и т.д.). Выбор того или иного материала зависит от его наличия, стоимости, дальности возки, разумной затраты средств и других факторов.

7. Защита от загрязнения частицами грунта (суффозии), которая осуществляется в случаях подземного водного питания или попадания вод поверхностного стока в водоем путем фильтрации через борта и дно водоема. Максимальную опасность представляют мелкие глинистые и илистые частицы, проникающие в водоем вместе с водой через активные поры грунта. Заиление такими частицами (если не принять защитных мер) может быть довольно значительным, достигающим в прибрежной зоне 1,0... 1,5 м. Для борьбы с этим явлением применяют фильтры как из местных материалов (песчано-щебеночные), так и в сочетании с неткаными синтетическими материалами (геоткань повышенной плотности — 350...550 г/м2).

8. Тип водного питания, который определяет основной источник воды для наполнения водоема. Типы водного питания рассмотрены ранее. При проектировании водоема необходимо выбрать один или два из них (в основном, это поверхностный сток, грунтовые воды или их комбинация) и заложить в проект. В ряде случаев при выборе типов водного питания приходится одновременно проектировать и сооружения для обеспечения данного типа питания (см. п. 10).

9. Аэрация грунтовой воды, которая бывает, как правило, необходима вследствие малого содержания кислорода, что неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности водоема вообще и рыбы, в частности. Попутно с аэрацией решается и вопрос о повышении температуры холодной подземной воды. Такой подогрев нужен как при использовании воды для орошения, так и для лучшего роста рыбы. Аэрацию воды можно производить различными способами, но если водоем имеет ландшафтное значение, то лучше сочетать аэрацию с другими устройствами и эффектами. Например, воду в водоем можно не просто подавать, а пропускать через такие сооружения, как грот, искусственный родник, ручеек, ручей с каскадом перепадов и малых бассейнов, в которых вода будет нагреваться, издавать приятное журчание, играть на солнце. Наиболее эффективным способом аэрации воды являются различного рода фонтаны, которые можно устраивать на берегу, на островах или плавающих островах с возможностью произвольного и оперативного изменения местоположения в пределах водоема. Большую роль в аэрации воды играют также различные гидротехнические сооружения: перепады, быстротоки, консоли, водопады и другие, устраиваемые как на берегу, так и на разделительных дамбах при делении водоема на несколько участков с разным уровнем воды.

10. Сооружения для водного питания водоема, которые часто требуются при проектировании водоема-копани. В плотинных водоемах такой вопрос не возникает, так как источник водного питания — река или ручей — уже существует и функционирует и задача сводится лишь к задержанию стока каким- либо типом плотины и сбросу избытка воды в период паводков водосбросным сооружением. Водоем-копань на поверхностном стоке может потребовать устройства двух видов сооружений: для увеличения и усиления этого стока (водосборные валы, борозды, каналы для переброски стока с другого водосбора), а также для очистки, как правило, загрязненного поверхностного стока (различного вида фильтры для механической очистки или применение средств биологической очистки воды). При устройстве водоемов на грунтовом питании может оказаться, что прямое грунтовое питание окажется недостаточным. В таком случае могут быть применены методы каптажа родников или искусственное дренирование вышележащих водоносных горизонтов для усиления грунтового стока. В случае отсутствия таких горизонтов или расположения водоема на относительно ровной поверхности можно использовать специальные буровые скважины для дополнительной подачи воды в водоем. Такие скважины имеют небольшую глубину (10...20 м) и могут использовать воду, которая по химическим или бактериологическим показателям непригодна или малопригодна для питьевых целей.

11. Водосбросные сооружения, которые преследуют две основные цели: не допускать подъема воды выше определенного уровня и сбрасывать все излишки воды, образующиеся в результате половодья, паводков, снеготаяния или обильных ливневых осадков. Устройство водосбросных сооружений связано (в зависимости от типа водоема) с проведением гидрологических, гидрогеологических и гидравлических расчетов. Цель гидрологических и гидрогеологических расчетов — определение величины расчетного расхода (как правило, в м3/с), а цель гидравлических расчетов — определение размеров сбросных сооружений в зависимости от их вида, материала, формы и других показателей. Необходимо помнить, что ни один хорошо спроектированный и построенный водоем не может нормально эксплуатироваться и выполнять свою роль без водосбросного сооружения. Водосбросные сооружения могут иметь конструкцию одно- или многоочковых труб, преимущественно круглого или прямоугольного сечения; водосливов с тонкой стенкой, с широким порогом или практического профиля, а также другие формы.

12. Сооружения для полного опорожнения водоема, которые обычно называются донными водоспусками или донными водовыпусками. Слово «донный» пошло от устройств на плотинных водоемах, где по ряду причин необходимо было время от времени производить полное опорожнение водоема для проведения эксплуатационных и ремонтных работ. Примерно такие же сооружения делаются и в больших открытых бассейнах для обеспечения смены воды. В отношении водоемов-копаней дело обстоит несколько сложнее, так как не всегда удается проложить донный водоспуск самотечного типа. В этом случае приходится использовать насос для поднятия воды из самой низкой точки дна. Для большей эстетичности как самого водоема, так и водовыпускного сооружения последнее целесообразнее выполнить в виде отдельного колодца, соединенного с водоемом донным трубопроводом. В свою очередь, наличие такого сооружения побуждает использовать его и в качестве водосбросного, если рельеф местности и другие обстоятельства не предопределят более простого и экономичного решения.

13. Кратность водообмена, которая в основном зависит от назначения водоема. Реальный водообмен и потребность в нем зависят также от объема водоема и гидрологических и гидрогеологических особенностей объекта. Например, известно, что крупные водоемы сами с успехом справляются с различными нагрузками при сравнительно малом водообмене. Плотинные водоемы при явном превышении объемов стока над чашей водоема также не нуждаются в каких-либо дополнительных мероприятиях. Часто в таких водоемах без особых усилий достигается 10—50-кратный естественный водообмен. Во всех остальных случаях (в основном касающихся водоемов-копаней ограниченного размера) приходится рассчитывать и соизмерять объем чаши и объем стока для обеспечения нормативного водообмена, который кратко и приближенно можно охарактеризовать коэффициентом водообмена:

Ландшафтно-декоративный водоем 1,5... 2,5
Рекреационный водоем 2,0...4,0
Водоем для водного спорта 2,0...4,0
Водоем для спортивного рыболовства 3,0...4,0
Водоем для рыборазведения 4,0...5,0 и более

Если естественный водообмен в нужном объеме осуществить не удается, то приходится прибегать к системе фильтров для регулярной очистки воды.

14. Фильтры для очистки воды, которые можно подразделить на естественные и искусственные. Естественные фильтры, как было отмечено ранее, зависят от естественного водообмена, размеров водоема, типа водного питания, температуры воды, степени ее аэрации и других факторов. Основными очистителями воды являются растения и микроорганизмы. Из растений можно отметить камыш, тростник, рогоз, ситник и др. Если естественные очистители воды не справляются, то приходится прибегать к использованию специальных сооружений — искусственных фильтров. Искусственные фильтры (или их отдельные части) по характеру действия можно подразделить на механические, химические, аэрационные, стерилизующие и микробиологические.

Наиболее распространенными и более простыми по устройству являются механические фильтры, очищающие воду от механических примесей. Это, как правило, многоступенчатые фильтры, состоящие из кварцевого песка и щебня различных фракций. Химические части фильтров поглощают отдельные элементы, находящиеся в избытке или отличающиеся нежелательными свойствами. Аэрационная часть фильтра работает по принципу насыщения раствора молекулами воздуха и кислорода, приводящего к более быстрому разложению органических веществ. Стерилизация раствора производится путем ультрафиолетового облучения протекающей по прозрачному трубопроводу воды. Микробиологическая часть фильтра очищает воду от органических примесей путем переработки этих примесей специально заселенными на пористых средах бактериями.

15. Сопутствующие гидротехнические сооружения, которые возводят как с целью выполнения отдельных функций, так и с целью достижения зрелищного эффекта (сооружения гидропластики, из которых одно из первых мест занимают различного вида фонтаны). Не менее зрелищны более массивные и шумные сооружения типа искусственных водопадов. При этом их эффективность, зрелищность и шумность напрямую зависят от высоты падения воды, расхода и типа поверхности водобойной части водопада.

16. Дренаж для отвода фильтрационных вод и регулирования водного режима окружающей территории, который является непременным мероприятием при устройстве водоема с высоким уровнем воды в переувлажненных грунтах. При этом могут быть рассмотрены два основных варианта: когда водоем имеет низкий уровень воды, позволяющий дренировать окружающую переувлажненную территорию; когда уровень воды высокий, подтопляющий эту же самую территорию.

В первом случае возможен дренаж территории со сбросом дренажных вод в водоем и удалением избытка воды через водосбросное сооружение. В этом случае имеется один существенный недостаток — большое расстояние от поверхности воды до поверхности земли. Выход из этого положения — организация промежуточной искусственной террасы на высоте 0,4...0,6 м над поверхностью воды.

Во втором случае при необходимости использования подтопляемой водоемом территории необходим дренаж не только этой территории, но и кольцевой дренаж самого водоема для перехвата потока фильтрационных вод. В этом случае образуется единая дренажная сеть (вокруг водоема и на территории), вода из которой перекачивается в водоем и усиливает его водное питание. В условиях тяжелых переувлажненных весной почв Подмосковья необходим дренаж зоны установки сверхмалых водоемов с жесткой облицовкой чаши для предотвращения всплытия водоема над поверхностью земли.

Плотинные водоемы создаются как на постоянных, так и на временных водотоках. Поверхностный сток с ограниченных бассейнов часто называют местным стоком, в отличие от стока с более крупных бассейнов, называемого речным стоком. Строительство плотинных водоемов преследует цель регулирования стока, которое заключается в том, что более обильный сток весеннего половодья и паводков задерживается в водоемах и расходуется, как правило, летом, когда расход воды в водотоках резко падает. Тип регулирования стока определяется, главным образом, периодом времени, в течение которого происходит это регулирование. В соответствии с этим выделяют несколько основных типов регулирования стока, к которым можно отнести многолетнее сезонное и суточное регулирование. Могут быть и другие типы регулирования стока, зависящие от основного целевого назначения.

Оценивая тип регулирования с позиций использования водоемов на объектах ландшафтной архитектуры, следует отметить основные характерные особенности водоемов. Прежде всего, вода служит важным компонентом ландшафта, а не объектом хозяйственного использования.

В водоемах многолетнего регулирования стока:

• объем чаши может превосходить объем среднего годового стока;
• чаша водоема может быть заполнена стоком не обязательно за один год;
• сбросной расход сильно трансформируется водоемом;
• при большом расходе водосбросных сооружений колебания уровней сравнительно невелики;
• подводные откосы чаши водоема обнажаются редко и на незначительную величину (за исключением целевого опорожнения водоема).

Тип многолетнего регулирования стока наиболее пригоден для плотинных водоемов ландшафтного назначения.

В водоемах сезонного регулирования стока:

• объем чаши рассчитан на заполнение в течение одного сезона (года);
• зарегулированный весенний сток в значительной степени расходуется в маловодный период (в основном, в сельском хозяйстве);
• колебания уровней воды значительные;
• подводные откосы чаши водоема при понижении уровня значительно обнажаются.

Тип сезонного регулирования стока на объектах ландшафтной архитектуры нежелателен. При необходимости использования водоемов с сезонным регулированием стока для создания элементов ландшафта целесообразно изменить характер использования водоема и тип регулирования. Принцип суточного регулирования может быть применен при решении вопросов гидропластики, когда необходимый объем воды может быть аккумулирован только ночью, а израсходован — в дневные часы. Одним из сложных вопросов при этом является оформление значительных площадей откосов и дна водоема в период сильного понижения уровня.

Источник: Строительство и эксплуатация объектов ландшафтной архитектуры. Теодоронский В.С.