Проектирование водосборников для временного удержания воды: Практическое руководство по инфраструктуре для сточных вод

В августе 2023 года разработчик из Флориды представил планы на 12-акровый коммерческий участок. Лечебный пруд был спроектирован на 10-летний шторм. Через шесть месяцев после строительства 100-летний дождь переполнил выпускную структуру. Вода затекла на парковку и повредила помещения арендаторов. Это инцидент вызвал судебный процесс и отложил выдачу окончательного свидетельства о пользовании объектом на восемь месяцев. Коренной причиной не было объем пруда. Это была ошибка в проектировании лечебного пруда, которая недооценила пиковый расход воды и использовала недостаточно крупную гофрированную металлическую трубу в контрольной структуре.

Вы уже знаете, что лечебные пруды не просто ямы в земле. Это инженерные системы управления сточными водами, которые должны обеспечивать баланс между объемом хранения, скоростью притока, ограничением расхода воды и пропускной способностью нижнего течения. Вам нужен ясный и практичный гид по принятию решений при проектировании, которые определят, будет ли лечебный пруд эффективно работать в самые важные моменты.

В этом гиде вы узнаете основные принципы проектирования лечебных прудов. Вы также научитесь определять размеры хранилищ и выпускных структур, как материал и диаметр труб влияют на эффективность, и как избежать распространенных ошибок, которые приводят к наводнениям, эрозии и отказу от проекта по требованиям регулятора. Вы также увидите, как трубы большого диаметра с спиральным профилем из HDPE/PP могут решить проблемы с выпуском и транспортировкой воды, с которыми традиционным материалам сложно справиться.

Что такое проектирование регулирующих прудов?

Проектирование регулирующих прудов представляет собой инженерный процесс создания водоема для временного хранения сточных вод, который временно хранит сток с развитой территории и выпускает его с контролируемой скоростью. Цель состоит в снижении пикового стока, покидающего участок. Это защищает нижние участки каналов, водопроводов и ручьев от переполнения.

Как определить размер регулирующего пруда?

Размер регулирующего пруда определяется путем согласования требуемого объема хранения с разницей между пиковым притоком и допустимым стоком для проектируемого гидрологического события. Инженеры используют гидрологические модели, кривые зависимости уровня воды от объема и гидравлику выходных устройств, чтобы сбалансировать объем пруда, скорость выпуска и время опустошения.

Полный проект регулирующего пруда включает несколько компонентов. К ним относятся анализ водосборного бассейна, объем хранения, выходное устройство, аварийный водосброс и трубопроводы для транспортировки воды.

• Анализ водосборного бассейна определяет объем стока и пиковый расход.

• Размеры объема хранения определяются по требуемым гидрометеорологическим событиям.

• Выпускная конструкция ограничивает скорость сброса.

• Аварийный водосбросный канал способен справиться с экстремальными ситуациями.

• Трубопроводы перемещают воду в пруд и из него.

• Система контроля эрозии и доступ для технического обслуживания завершают систему.

Пруды временного хранения различаются от прудов постоянного хранения. Пруд временного хранения обычно полностью опустошается между штормами. Пруд постоянного хранения содержит постоянный объем воды. Это различие влияет на проектирование выпускных устройств, растительность и техническое обслуживание.

Почему правильный дизайн водосборного пруда важен для инфраструктурных проектов

Плохой дизайн водосборного пруда создает риски. Если пруд сливает воду слишком быстро, это может усугубить наводнения в нижнем течении. Если он сливает воду слишком медленно, он становится местом размножения комаров и представляет собой бремя для технического обслуживания. Если выходная структура пруда выходит из строя, пруд может переливаться и повредить окружающую недвижимость.

Регуляторные органы обычно требуют доказательств того, что водосборный пруд соответствует определенным скоростям сброса воды при заданных штормовых событиях. В Соединенных Штатах распространенными штормовыми событиями для проектирования являются события с периодом повторяемости 2, 10, 25, 50 и 100 лет. Локальные нормативные акты определяют, какие штормы должны быть контролируемыми и какой пиковый расход воды в нижнем течении не должен быть превышен.

Хорошо спроектированный водосборный пруд защищает дороги, здания и естественные водотоки. Он также уменьшает эрозию и улучшает качество воды, позволяя осадкам отложиться перед выпуском воды.

Для муниципальных подрядчиков и застройщиков водосборные пруды часто являются самым крупным видимым компонентом системы управления сточными водами. Правильный дизайн защищает как проектный бюджет, так и окружающее сообщество.

Если ваши проекты предусматривают крупносечение сточных вод, выбор правильного материала труб является частью дизайнерского уравнения. Узнайте больше о машинах для производства HDPE/PP спиральных профильных труб Yongke для производства труб диаметром от DN300 мм до DN5000 мм.

Основные этапы процесса проектирования водосборного пруда

Процесс проектирования водосборного пруда следует логической последовательности от сбора данных до окончательных чертежей. Пропуск любого этапа увеличивает риск неудачи.

Определите проектный шторм и нормативные требования

Начните с местного указа о сточных водах. Он укажет на проекционные штормовые события, допустимые скорости сброса и любые требования к качеству воды. В некоторых муниципалитетах требуется водосбор для 2-летних и 10-летних штормов. Другие требуют контроля до 100-летнего события.

Допустимая скорость сброса часто основывается на условиях до разработки. Пруд должен задерживать сток после разработки. Пиковый расход не должен превышать то, что участок производил до строительства.

Рассчитать объем стока и пиковый поток

Используйте гидрологическую модель для расчета стока из притокового водосборного бассейна. Наиболее распространенным методом в Соединенных Штатах является метод NRCS Curve Number, который оценивает сток на основе землепользования, типа почвы и количества осадков. Программное обеспечение, такое как TR-55, HydroCAD или EPA SWMM, автоматизирует эти расчеты.

Результаты моделирования включают общий объем стока, пиковую скорость притока и требуемую скорость оттока. Требуемая скорость оттока используется для соответствия условиям до разработки.

Определение объема хранения

Объем хранения должен быть достаточно большим, чтобы удерживать разницу между притоком и оттоком воды в течение времени шторма. Обычно это определяется с помощью кривой зависимости уровня воды в пруду от объема хранения.

Инженеры проводят итерации между объемом хранения и пропускной способностью выходного устройства. Больший пруд обеспечивает большее хранение и позволяет использовать более простое выходное устройство. Меньший пруд требует более ограничивающего выходного устройства, которое может быть подвержено засорению.

Проектирование выходной структуры пруда-детентора

Выходная структура пруда-детентора контролирует скорость выхода воды из пруда. Общие типы выходных устройств включают одиночные отверстия, многоступенчатые отверстия, стояки, перфорированные стояки, широководные водосбросы и аварийные водосбросы.

Каждый компонент выходного устройства должен быть рассчитан с использованием гидравлических уравнений. Самыми распространенными инструментами являются уравнение для истечения через отверстие и уравнение для водосброса. Выходное устройство также должно включать защиту от мусора, такую как решетки для улавливания мусора или антивихревые устройства.

Выбор трубопроводов для транспортировки

Входные и выходные трубы перемещают воду между системой дренажа участка и прудом. Диаметр, наклон и материал труб определяют их пропускную способность и долговечность. Для крупных прудов для временного удержания воды и муниципальных систем все чаще используют спирально-ребристые трубы из ПЭВК и ПП из-за их коррозионной стойкости, доступности больших диаметров и конструкционной жесткости.

Инженер по водоотведению в Малайзии, Ахмад бин Исмаил, сменил выходную трубу на пруду для временного удержания воды диаметром DN1800 мм с гофрированной металлической на спирально-ребристую трубу из ПЭВК. Он видел коррозию на аналогичной установке и хотел найти более долговечное решение. Труба из ПЭВК имеет проектный срок службы 50 лет или более. Она устранила необходимость в защитных покрытиях и уменьшила площадь выходной конструкции, так как жесткость трубы позволила уменьшить глубину укладки.

Включение аварийного водосброса

Каждый пруд для временного удержания воды должен иметь безопасный путь для обхода выхода водой в экстремальных ситуациях. Аварийный водосброс должен быть рассчитан на пропускание стока за 100-летний период или вероятного максимального наводнения, в зависимости от местных требований. Он должен сбросать воду в устойчивое, не подверженное эрозии место.

Проектирование регулирующих прудов: распространенные ошибки и способы их избежания

Даже опытные инженеры допускают ошибки, из-за которых регулирующие пруды работают неэффективно. Большинство распространенных ошибок можно избежать при тщательном проектировании и проверке.

Недостаточный размер выходного отверстия

Слишком маленькое выходное отверстие может обеспечить максимальную скорость сброса воды для проектируемого шторма, но не сможет опустить воду из пруда между штормами. Стоячая вода может убить растительность, вызвать запахи и нарушить требования по техническому обслуживанию. Всегда проверяйте время опускания воды помимо максимальной скорости сброса.

Неучет мусора и технического обслуживания

Выходные отверстия могут забиваться листьями, мусором и осадком. Проект регулирующего пруда, который не предусматривает сетки для улавливания мусора, доступ для чистки или технические рампы, создаст долгосрочные проблемы. Проектируйте с учетом реальных условий водосборного бассейна, а не идеальных.

Неправильный выбор материала труб

Скатанные металлические трубы могут корродировать в кислых или высокосолевых средах. Армированные бетонные трубы могут разрушаться из-за сероводорода при переливах канализационных стоков или из-за агрессивных почв. Трубы из HDPE и PP устойчивы к химическим атакам, истиранию и коррозии, что делает их подходящими для долгосрочного использования в системах сточных вод.

Для регулирующих прудов, которым требуется транспортирование большого диаметра, машины для производства HDPE/PP спиралевидных профильных труб могут производить трубы на месте или на близлежащем предприятии, сокращая транспортные расходы и задержки в поставках.

Забывание о безопасности

Крутые боковые откосы, глубокая вода и незащищенные выходы создают опасность для безопасности. Многие муниципалитеты требуют, чтобы боковые откосы не были круче 3:1, вокруг прудов глубиной более определенной отметки должна быть ограждение, а также должны быть установлены таблички с предупреждением о глубокой воде.

Пренебрежение осмотром после строительства

Регулирующий пруд не считается завершенным, когда строительство закончено. Периодические осмотры обеспечивают то, что выход свободен, берег устойчив и растительность укоренилась. Многие поломки происходят из-за того, что мелкие вопросы технического обслуживания игнорировались, пока они не превратились в крупные ремонты.

Как выбор труб влияет на работу регулирующего пруда

Трубы, используемые в регулирующем пруде, не являются пассивными компонентами. Они влияют на вместимость, долговечность, техническое обслуживание и стоимость.

Диаметр и гидравлическая емкость

Диаметр трубы определяется пиковой скоростью потока и допустимой скоростью. Слишком маленькая труба создает затопление и уменьшает эффективную емкость пруда. Слишком большая труба может сбросить воду быстрее, чем система ниже по течению может ее принять.

Скорость также имеет значение. Если вода движется слишком быстро через выходную трубу, она может размыть канал ниже по течению. Если она движется слишком медленно, осадок может отложиться и уменьшить емкость со временем.

Прочность материала

Дождевые воды могут нести абразивный осадок, антиледные соли, углеводороды и органические кислоты. Материал трубы должен выдерживать это окружение на протяжении всего проектного срока службы пруда.

Конструктивные требования

Закопанные трубы должны выдерживать нагрузки от грунта, транспортные нагрузки и гидростатические нагрузки. Спиральные профилированные трубы с высокой кольцевой жесткостью, такие как SN8 или SN16, могут быть заделаны под дорогами и парковками без чрезмерного деформирования. Конструкция стенки также позволяет создавать большие диаметры, которые трудно изготовить из цельностенной трубы.

Целостность соединений

Течущие соединения могут подорвать выходную структуру и вызвать эрозию вокруг трубы. Трубы из HDPE и PP могут быть сварены, чтобы создать цельные, герметичные соединения. Это особенно важно, когда выходная труба проходит через дамбу.

Если вам нужно сравнить варианты материалов для дождевых вод, прочитайте нашу статью о выборе спиралевидных профилированных труб HDPE и PP.

Стандарты проектирования ретенционных прудов и программные инструменты

Несколько стандартов и программных инструментов поддерживают проектирование ретенционных прудов. Инженеры должны выбирать инструменты, принятые рецензирующим агентством.

Методы NRCS

Служба сохранения природных ресурсов (NRCS) публикует Национальное инженерное руководство, которое включает методы гидрологии, гидравлики и проектирования прудов. Многие местные нормативные акты явно ссылаются на методы NRCS.

Стандарты ASCE и штатов

Американское общество гражданских инженеров (ASCE) публикует рекомендации по управлению сточными водами, контролю за наносами и управлению поймами. Штатные и местные органы власти часто принимают рекомендации ASCE с модификациями.

Для более широкой федеральной направленности, МЕНЮ ЛУЧШИХ ПРАКТИК ПО СТОЧНЫМ ВОДАМ ЭПА предоставляет информацию о ретенционных прудах и других средствах контроля сточных вод.

Гидрологические и гидравлические программы

Общепринятые программы включают:

• HEC - HMS для моделирования дождевых стоков

• HEC - RAS для анализа каналов и трубопроводов

• HydroCAD для моделирования водосборных резервуаров

• EPA SWMM для динамического моделирования дождевых стоков

• TR - 20 и TR - 55 для упрощенных расчетов NRCS

Выбор зависит от сложности проекта и требований агентства. Для простых участков могут хватить расчетов в электронных таблицах. Для сложных водосборов необходимо динамическое моделирование.

Проектирование водосборных резервуаров для различных условий участка

Не каждый участок подходит для водосборного резервуара. Проектирование должно учитывать свойства почвы, рельеф местности и ограничения по использованию земли.

Участки с высоким уровнем грунтовых вод

На участках с высоким уровнем грунтовых вод земляные работы могут быть сложными, а пруд может не полностью опустошаться. Проектировщики могут потребоваться уложить футеровку пруда, использовать подземные дренажные системы или оставить влажный пруд-регулятор, который постоянно содержит воду.

Глинистые почвы

Глинистые почвы обеспечивают естественную герметизацию, что уменьшает утечки воды. Однако они также имеют низкую проницаемость, что может замедлить опустошение пруда. Глинистые пруды могут потребовать подземных дренажных систем или специальных водосбросов, чтобы удовлетворить требования по опустошению.

Песчаные почвы

Песчаные почвы отличаются быстрым дренированием, но могут потребовать футеровки, чтобы предотвратить чрезмерные утечки. Пруд-регулятор на песчаной почве может потребовать геомембранной или уплотненной глинистой футеровки, чтобы поддерживать необходимый уровень воды.

Участки в городской местности

В городских районах пространство ограничено. Подземные системы регулирования стоков, такие как железобетонные камеры или трубчатые хранилища, могут обеспечить регулирование стоков на меньшей площади. Трубы большого диаметра из HDPE/PP можно расположить параллельно, чтобы создать подземные хранилища.

Подрядчик из Сан-Пауло, Бразилия, Ана Ферреира, использовал большего диаметра HDPE-спиральные профилированные трубы для строительства подземного водосборного галереи под коммерческой парковкой. Система хранения труб соответствовала требуемому объему задержки воды, сохраняя при этом поверхностные парковочные места. Модульный дизайн также позволил осуществить будущую расширение, если водосборная площадь будет развиваться дальше.

Для водосборных прудов в условиях плотного городской застройки подземные трубные галереи могут быть эффективной альтернативой открытым резервуарам.

Вопросы технического обслуживания при проектировании водосборных прудов

Водосборный пруд, который сложно обслуживать, рано или поздно перестанет работать. Проектируйте с учетом технического обслуживания с самого начала.

Доступ

Обеспечьте доступ транспортных средств к входу, выходу, дамбе и аварийному сбросу. Техника для технического обслуживания нуждается в устойчивых склонах и площадках для разворота. Рампы должны быть достаточно пологими для травосрежущих и инспекционных машин.

Растительность

Создайте растительный покров на дамбе и в резервуаре, чтобы предотвратить эрозию. Часто предпочитаются местные виды трав, так как они требуют меньшего количества полива и устойчивы к вредителям. Избегайте посадки деревьев на дамбах, так как их корни могут ослабить конструкцию.

Удаление осадков

С течением времени осадки накапливаются в пруду и уменьшают его вместимость. Проектируйте пруд с приямком или ловушкой для осадков рядом с входом, чтобы задерживать осадки до того, как они достигнут основного хранилища. Планируйте периодическое откапывание или расчистку.

Осмотр выходных отверстий

Осматривайте выходные отверстия после каждого крупного шторма и как минимум раз в год. Удаляйте мусор, проверяйте на наличие эрозии и убедитесь, что отверстия свободны. Документируйте осмотры, чтобы доказать соответствие требованиям по техническому обслуживанию.

Как Yongke Machinery поддерживает инфраструктуру для сточных вод

Проектирование прудов для временного удержания воды зависит от надежных материалов и контролируемых сроков строительства. Yongke Machinery поддерживает проекты инфраструктуры для сточных вод, изготавливая оборудование, которое производит большего диаметра спирально-фигурные трубы из HDPE/PP.

Наши машины для производства спирально-фигурных труб из HDPE/PP производят трубы диаметром от DN300 мм до DN5000 мм с постоянной структурой стенки и кольцевой жесткостью. Эти трубы используются для выходных отверстий прудов для временного удержания воды, входных конструкций, линий транспортировки и подземных хранилищ.

Производство труб на месте или в регионе снижает транспортные расходы и гарантирует, что диаметры труб точно соответствуют проекту. Подрядчики, контролирующие производство труб, могут быстрее реагировать на изменения в проекте и избежать задержек, связанных с сроками поставки от поставщиков.

Yongke также предоставляет полный комплекс услуг по реализации проектов, включая техническое сопровождение при установке, пусконаладочные работы, обучение операторов и послепродажную поддержку. Наше производство имеет сертификаты ISO 9001, ISO 14001 и ISO 45001.

Подрядчикам по строительству дождевых канализаций и застройщикам, планирующим строительство водосборных прудов с большим диаметром водоводов, предлагаем запросить техническое коммерческое предложение на линию производства труб, адаптированную к потребностям вашего проекта.

Заключение

Проектирование водосборных прудов - это многофакторная задача, которая сочетает гидрологию, гидравлику, геотехническую инженерию и выбор материалов. Хорошо спроектированный пруд защищает имущество в нижнем течении, удовлетворяет требованиям регуляторов и остается обслуживаемым в течение десятилетий.

Основные выводы:

• Соответствие проектной дождевой нагрузки и скорости сброса местным нормативным требованиям.

• Определите размер объема хранения и структуру выходов, используя ступенчатый расчет хранения.

• Выберите материалы труб, устойчивые к коррозии, истиранию и нагрузкам от почвы.

• Включите в проект аварийные сбросы, системы контроля за мусором и доступ для технического обслуживания.

• Регулярно осматривайте и обслуживайте пруд после строительства.

Лучшие проекты заторных прудов не только решают современные проблемы сточных вод. Они создают долговечный и обслуживаемый актив, который будет эффективно работать в течение десятилетий. Если ваши проекты требуют больших диаметров сточных водных труб, свяжитесь с Yongke Machinery, чтобы обсудить решения по производству HDPE/PP спиралевидных профильных труб.