Дренаж водоемов для временного удержания воды: Проектирование, водосбросы и обслуживание

В августе 2022 года летний шторм навис над новым бизнес - парком Meridian недалеко от Далласа в течение шести часов. Резервуар для временного удержания воды был построен в соответствии с нормами, но его выпускной трубопровод был частично заблокирован осадком и мусором. Вода поднималась быстрее, чем это допускало проектное скорость сброса, и вода из резервуара вышла на парковку. Три автомобиля были повреждены, и разработчику пришлось потратить $90 000 на аварийные ремонты, прежде чем участок мог быть вновь открыт.

Если вы проектируете, строите или обслуживаете инфраструктуру для сточных вод, то дренаж резервуара для временного удержания воды - это не просто деталь. Это разница между резервуаром, который защищает низлежащие участки, и тем, который становится источником ответственности. Правильный водоотвод, правильный трубопровод и правильный план технического обслуживания обеспечивают работу системы на протяжении десятилетий штормов.

В этом руководстве объясняется, как работает дренаж резервуара для временного удержания воды, как определить размер выходных отверстий и аварийных перелива, как выбрать материал трубопровода и как избежать сбоев, которые могут взять опытных инженеров врасплох. Руководство отражает стандартную практику городских сточных вод и 16 - летний опыт Yongke Machinery в поддержке производства крупноразмерных труб для дренажных проектов по всему миру.

Что такое водосборный пруд и как работает дренаж?

Водосборный пруд, также называемый влажным водосборным резервуаром, представляет собой постоянный водоем, предназначенный для очистки и постепенного сброса сточных вод, образующихся в результате дождя. В отличие от сухого водосборного резервуара, который опустошается после дождя, водосборный пруд имеет постоянную водную поверхность. Накопленный объем воды позволяет осадкам и загрязнителям осесть перед тем, как очищенная вода вытекает через выпускную структуру.

Дренаж водосборного пруда выполняет сразу три функции:

• Регулирование потока: Он медленно отпускает воду, чтобы ограничить пиковые потоки вниз по течению.

• Очистка воды: Он обеспечивает время для осаждения осадков, питательных веществ и мусора.

• Складское хранение воды при наводнении: Он временно хранит избыточный сток воды выше нормального уровня водоема во время сильных дождей.

Система дренажа обычно включает основное выпускное отверстие, аварийный водосброс и отверстие для низкого потока. Каждый компонент должен быть рассчитан на проектный дождь, площадь водосбора и приемный канал. Если какой - то из этих элементов имеет недостаточный размер или плохо обслуживается, пруд может не справиться с нагрузкой при дождях, меньших по интенсивности, чем проектный.

Инженерное примечание: всегда проверяйте необходимую постоянную отметку уровня воды в бассейне, объем воды заданного качества и объем для борьбы с наводнениями перед определением размеров выходной конструкции. Локальные нормативные акты о сточных водах часто устанавливают время задержки от 24 до 72 часов.

Основные факторы проектирования дренажа водохранилища

Перед определением размеров труб или разработкой деталей инженеры должны собрать данные о местности и нормативные требования. Каждый из этих факторов влияет на проект дренажа.

Площадь водосбора и объем стока

Верхняя площадь водосбора определяет, сколько сточных вод попадает в водохранилище. Большие непроницаемые участки создают больше стока за меньшее время. Инженеры оценивают гидрографию стока с помощью рационального метода для малых водосборов или гидрологических моделей, таких как HEC - HMS или SWMM, для больших водосборов.

Период повторяемости проекционного шторма

Большинство муниципалитетов требуют, чтобы водохранилища задерживали или удерживали сток от определенных проекционных штормов. Общими стандартами являются события с периодом повторяемости 2, 10, 25 и 100 лет. Водохранилище должно безопасно пропускать 100 - летний шторм через аварийный водосброс без перелива воды над дамбой.

Разрешенная скорость выпуска

Максимально допустимый сброс обычно устанавливается исходя из пропускной способности нижнего участка. Общепринятое правило ограничивает пиковый расход воды после разработки территории до уровня пикового расхода воды до разработки для одной и той же проектируемой штормы. Выпускное устройство должно регулировать выпуск воды, чтобы соответствовать этому ограничению.

Время нахождения воды в пруду

Очистка воды от загрязнений зависит от того, как долго сток воды остается в пруду. Более длительное время нахождения воды в пруду способствует осаждению загрязнений, но требует большей постоянной емкости пруда или меньшего диаметра выпускного отверстия. Типичное время нахождения воды в пруду для очистки от загрязнений составляет от 24 до 72 часов.

Геометрия пруда и наклон берегов

Форма пруда влияет на пути течения воды, перемешивание и распределение осадков. Наклон берегов обычно составляет 3:1 или менее крутой для обеспечения безопасности и доступа для технического обслуживания. Соотношение длины к ширине не менее 3:1 повышает эффективность осаждения, уменьшая возможность обхода воды по короткому пути.

Нужна труба большого диаметра для водоотвода из пруда-регулятора? Исследуйте производственную линию спиралеобразных профильных труб HDPE/PP DN300–DN5000 мм компании Yongke.

Подбор размеров основного выпускного устройства и аварийного водосброса

Конструкция водоотвода является сердцем дренажа водосборника. Она контролирует скорость выпуска воды на протяжении всего спектра погодных событий.

Ассембль стояка и трубопровода

Типичный основной водоотвод использует вертикальный стояк, соединенный с горизонтальным трубопроводом. В стояке имеются отверстия или водосбросы на разных уровнях, чтобы выпускать воду с разной скоростью. Трубопровод обеспечивает движение воды через дамбу в нижнюю часть реки.

Для небольших водоемов одно отверстие может быть достаточно. Для больших водоемов стандартной является многоступенчатая конструкция стояка с отверстием для очистки воды, водосбросом для временного удержания воды и аварийным переливом.

Поток через отверстие и поток через водосброс

Гидравлика водоотвода зависит от того, проходит ли вода через отверстие или через водосброс.

Для потока через отверстие:

Q = C × A × √(2gh)

Где:

• Q = расход

• C = коэффициент расхода

• A = площадь отверстия

• g = ускорение свободного падения

• h = высота над центром отверстия

Для переливного потока:

Q = C × L × h^(3/2)

Где:

• L = длина перелива

• h = высота над гребнем перелива

Инженеры подбирают размер отверстия, длину перелива и диаметр ствола, пока кривая уровня-расхода не соответствует целевому расходу при всех проекционных штормах.

Проектирование аварийного перелива

Аварийный перелив обеспечивает безопасный путь для потоков, которые превышают пропускную способность основного выходного отверстия. Обычно это широкогребневый перелив через неразрушенный материал или травяной канал. Перелив должен пропускать 100-летний шторм без эрозии дамбы.

Распространенной ошибкой в проектировании является то, что перелив рассматривается как второстепенная деталь. Если основное выходное отверстие засоряется, перелив становится единственным выходным отверстием. Его пропускную способность необходимо проверить отдельно, а его днище должно быть установлено выше максимального уровня воды при проекционном шторме, который обрабатывается основным выходным отверстием.

Для получения подробных рекомендаций по гидравлическому проектированию выходных конструкций Серия гидравлического проектирования № 5 Федерального управления по автомобильным дорогам предоставляет авторитетные методы, применимые к накопительным и ретенционным сооружениям.

Выбор материалов труб для водоотводов из ретенционных прудов

Бочка трубы, проходящая через дамбу, должна выдерживать внутреннее давление, внешние грузы от почвы и колебания уровня воды. Выбор материала влияет на гидравлическую способность, срок службы и частоту обслуживания.

HDPE и PP спирально-фигурные трубы

HDPE и PP спирально-фигурные трубы хорошо подходят для водоотводов из ретенционных прудов, особенно для диаметров выше DN600мм. Гладкий внутренний слой обеспечивает низкое значение коэффициента Маннинга, в то время как профиль конструкционной стенки обеспечивает кольцевую жесткость для закапываемых применений. Она устойчива к коррозии, позволяет использовать тепловые сварные или шовные соединения и доступна в диаметрах до DN5000мм.

Для прудов с длинными водоотводами или большими водосборными бассейнами производство труб на месте с помощью спирально-фигурного трубного станка может снизить транспортные расходы и улучшить контроль поставок.

Армированные железобетонные трубы

Армированные железобетонные трубы жесткие и прочные. Они хорошо справляются с большими нагрузками от дамб и широко применяются в муниципальных проектах. Однако они тяжелее, более подвержены коррозии в агрессивных почвах и имеют более высокое значение коэффициента Маннинга, чем HDPE.

Сормованная металлическая труба

Сормованная металлическая труба иногда используется для небольших водоотводов и трубопроводов. Она легкая и легко монтируется, но имеет более высокую шероховатость и меньшую коррозионную стойкость, чем HDPE или бетон.

Таблица сравнения материалов

Мини-рассказ: Когда засор отверстия вызвало наводнение в микрорайоне

В 2018 году инженер Дэвид Оконкво разработал ретенционное озеро для жилого микрорайона за пределами Лагоса. Площадь водосбора составляла 12 гектаров, в основном крыши домов и асфальтированные дороги. Он предусмотрел многоступенчатый бетонный стояк с отверстием для очистки воды диаметром 150 мм.

В первые два сезона дождей водоем функционировал хорошо. К третьему году осадки и растительность частично заблокировали отверстие. Буря, которая происходит раз в 10 лет, вызвала пиковый приток воды, который должен был безопасно пройти через выход.

Вместо этого уровень воды в водоеме поднялся выше проектного уровня и вылился через аварийный водосброс. Водосброс не был надлежащим образом укреплен, и начал размываться дамба.

Ремонт стоил застройщику $45 000 и потребовал перепроектирования выходной структуры с корзиной для мусора, люком доступа и большим объемом обслуживания. Урок Дэвида: проект дренажа водоема для накопления воды хороший только в той мере, в которой он позволяет осуществлять обслуживание.

Обслуживание дренажа водоемов для накопления воды и распространенные неисправности

Водоемы для накопления воды подвержены воздействию осадков, мусора, растительности и колебаниям уровня воды. Без регулярного обслуживания даже хорошо спроектированная система будет ухудшаться.

Накопление осадков

Осадки уменьшают объем хранения и могут заглохнуть растительность в постоянном водоеме. Большинство муниципалитетов требуют удаления осадков, когда объем хранения снижается на 20% - 30%. Регулярные обследования с использованием зондирующих стержней или батиметрии помогают отслеживать глубину осадков.

Засор выходных отверстий

Отверстия, решетки для задержки мусора и проемы стояков склонны засоряться листьями, мусором и растительностью. Решетки для задержки мусора должны быть размеров с отверстиями, достаточно маленькими, чтобы блокировать мусор, но достаточно большими, чтобы пропускать проектный расход. Доступ для очистки должен быть предусмотрен в каждой выходной структуре.

Ущерб от растительности и на берегах

Тыквы, камыши и древесные растения могут блокировать входы и выходы. Берега должны быть косились и проверяться на наличие нор животных, эрозии или осадок. Поврежденные склоны могут привести к обрушению берегов во время сильных штормов.

Структурное разрушение

Бетонные стояки могут трескаться. Металлические трубы могут корродировать. Герметические соединения могут протекать. Программы инспекции должны включать визуальные проверки после крупных штормов и детальные оценки каждые несколько лет.

Планируете проект ретенционного пруда или сброса сточных вод? Запросите индивидуальную квоту на спирально- профильную трубу, соответствующую вашему диаметру и требованиям к расходу.

Интеграция ретенционных прудов в общую стратегию управления сточными водами

Резервуары для удержания воды не работают в изоляции. Они соединяются с улицами, водостоками, входными структурами, нижнестоящими каналами и системами очистки. Без правильной координации даже правильно рассчитанный резервуар может получать меньший объем воды, чем ожидалось, или сбросать больше, чем может выдержать нижнестоящий канал.

Координация с планировкой участка

Входные отверстия должны быть расположены там, где естественным образом собирается сток. Дно резервуара и постоянный водоем должны быть ниже уровня самого низкого входного отверстия. Неправильная планировка может привести к тому, что входные отверстия будут плохо дренировать воду или полностью обходить резервуар.

Предварительная очистка и приямки

Приямок у входного отверстия замедляет поступающий поток воды и задерживает крупные осадки до того, как они попадут в основной резервуар. Это уменьшает необходимость в обслуживании постоянного водоема и продлевает срок службы выходной структуры.

Защита нижнестоящего канала

Даже правильно рассчитанное выходное отверстие может выпускать воду со скоростью, которая приводит к эрозии нижнестоящего канала. Возможно, потребуются устройства для рассеивания энергии, каменные насыпки или равномерные распределители воды у сброса.

Совмещение зеленой инфраструктуры

Проницаемая асфальтовая дорожка, биологические водоотводы и дождевые сады могут уменьшить объем сточных вод до того, как они попадут в пруд. В некоторых случаях зеленая инфраструктура в верхнем течении позволяет создать меньший пруд или уменьшить необходимый объем для борьбы с наводнениями. Руководство по управлению дождевыми стоками Агентства по охране окружающей среды США резюмирует, как эти практики вписываются в комплексную стратегию дренажа.

В Yongke Machinery мы поддерживаем муниципальных подрядчиков и производителей труб продукционными линиями для производства HDPE/PP спиралевидных профильных труб от DN300 мм до DN5000 мм. Независимо от того, нужны ли вашему проекту водоотводы из прудов для удержания воды, бочки для отстойников или магистральные линии для дождевых стоков, производство труб на месте может улучшить логистику и контроль доставки.

Чек-лист по проектированию дренажа пруда для удержания воды

Используйте этот чек-лист во время проверки проекта, чтобы выявить распространенные упущения до начала строительства:

• Убедитесь в необходимом объеме воды для обеспечения качества, отметке постоянного водного зеркала и объеме для борьбы с наводнениями с местными властями.

• Определите размер главного выходного отверстия для всего спектра проекционных штормов, а не только для шторма с возвратом 100 лет.

• Проверьте, что аварийный водосброс пропускает шторм с возвратом 100 лет без нахождения воды над дамбой.

• Установите решетки для задерживания мусора и обеспечьте доступ для технического обслуживания на каждом отверстии и стояке.

• Выберите материал труб на основе нагрузки от дамбы, воздействия коррозии и гидравлической емкости.

• Защитите нижний участок канала крупным камнем, энергогасящими устройствами или распределителями потока.

• Планируйте доступ для удаления осадков, включая устойчивые автомобильные дороги и зоны обезвоживания.

• Согласуйте планировку пруда с дренажом участка, чтобы каждый водоприемник на самом деле сливал воду в пруд.

Заключение

Дренаж ретенционных прудов является важной частью управления сточными водами. Проект должен обеспечивать баланс между регулированием потока, очисткой воды и защита от наводнений при различных штормовых событиях. Правильный размер выходного отверстия, прочные материалы труб и реалистичный план технического обслуживания определяют, будет ли пруд работать как задумано на протяжении всего проекта.

Основные выводы

• Регулирующие пруды содержат постоянный водоём и медленно выпускают обработанный сток через главный водоотвод.

• Конструкция водоотвода должна быть рассчитана для задержки воды для улучшения качества, предотвращения наводнений и аварийного перелива.

• Спирально- профилированная труба из HDPE и PP имеет низкую шероховатость и широкий диапазон диаметров для водоотводных применений.

• Доступ для технического обслуживания и защита от мусора важны так же, как и гидравлические расчёты.

• Регулярный осмотр, удаление осадков и контроль растительности предотвращают дорогостоящие поломки.

Если ваш проект включает в себя дренажные трубы диаметром от DN300 мм до DN5000 мм для регулирующих прудов, водосборников или водоотводов дождевой воды, Yongke Machinery может помочь вам оценить варианты производства, выбор материала и диапазон диаметров. Свяжитесь с нашей инженерной группой, чтобы обсудить ваши гидравлические требования, запросить коммерческое предложение или запланировать техническую консультацию.