3.1.10 Глибина води у басейні значною мірою визначає його техніко-економічні параметри: продуктивність, обсяги робіт і вартість. Оптимальна глибина басейнів визначається техніко-економічними розрахунками залежно від фільтраційної здатності басейну, обсягів і вартості робіт при різних глибинах води у ньому. Швидкість інфільтрації, в свою чергу, залежить від каламутності води, яка подається у басейн, характеристик фільтру, режиму роботи басейну, глибини води в ньому.
На передпроектних стадіях глибина води в басейнах капітального типу приймається у межах 1,5-4 м за аналогами, на проектних стадіях – визначається техніко-економічними розрахунками. Для визначення оптимальної глибини води у басейні будується графік залежності зведеної вартості 1 м3 водоподачі у водоносний горизонт від глибини води в басейні. Оптимальною буде глибина, при якій зведена вартість 1 м3 водоподачі буде мінімальною.
При визначенні глибини води у басейні необхідно, щоб об'єми виїмки грунту відповідали об'єму насипу дамб. За цієї умови обсяги земляних робіт будуть мінімальними.
3.1.11 Висота дамб басейнів Hд визначається за формулою
Hд + Hв + hн +Dh – hк, (3.4)
де Hв – розрахункова глибина води у басейні, м;
hн – величина накату хвиль на укіс дамб басейну визначається розрахунками як
для напірних споруд IV класу капітальності. При розмірах більшої сторони
басейну менше 200 м значення hн може бути прийняте 0,5 м;
Dh – перевищення гребеню дамби над накатом хвилі приймається 0,5 м як для
напірних споруд ІV класу капітальності;
hк – глибина виїмки у басейні, м.
При розміщенні басейнів у заплаві річки висота дамб приймається такою, щоб басейн не був затоплений паводковими і повеневими водами.
3.1.12 Закладення укосів виїмки басейнів і насипу дамб приймається залежно від геотехнічних характеристик грунтів фундаменту і тіла дамб. При спорудженні дамб з легкофільтруючих грунтів (піски, розпушені скельні та напівскельні породи) в їх конструкції передбачаються протифільтраційні заходи (екрани, ядра тощо).
Укоси басейнів капітального типу з напірного боку кріпляться бетонними або залізобетонними плитами, на підготовці з щебеню, каміння, відсипанням крупнофракційного щебеню, гальки, гравію. Низовий укіс кріпиться сіянням багаторічних трав по шару рослинного грунту завтовшки 20 см.
Ширина гребеня непроїзних дамб приймається відповідно до умов виконання будівельних робіт 3 м.
Гребінь кріпиться сіянням багаторічних трав по шару рослинного грунту.
Для службового проїзду по гребеню дамб передбачається грунтова дорога шириною проїжджої частини 3 м з обочинами по 0,75 м. Загальна ширина гребеня дамби становить 4,5 м.
Дно басейнів капітального типу планується під горизонтальну площину, у разі потреби укладається піщаний фільтр.
3.1.12 Закладання укосів басейнів приймається відповідно до ДБН В.2.4-1-99 “Меліоративні системи та споруди” в межах від 1:1 до 1:3,5. Один з торцевих відкосів басейну може бути більш пологий, ніж останні. Закладання його визначається можливістю з'їздів та виїздів машин і механізмів, які будуть використовуватися для декольматації дна. Інколи з'їзди та виїзди передбачаються на поздовжніх укосах басейну. При споруддженні дамб з легкофільтруючих грунтів (піски, розпушені скельні та напівскельні породи) в їх конструкції передбачаються протифільтраційні заходи (екрани, ядра тощо).
Укоси басейнів капітального типу з напірного боку кріпляться бетонними або заллізобетонними плитами, на підготовці зі щебеню, каміння, відсипанням великофракційного щебеню, гальки, гравію. Кріплення доводиться до відмітки, яка перевищує рівень води в басейні при його макисмальному наповненні на 0,4-90,5 м. Низовий укіс кріпиться сіянням багаторічних трав по шару рослинного грунту завтовшки 20 см.
Ширина гребеня непроїзних дамб приймається 3 м згідно з умовами виконання будівельних робіт. Гребінь кріпиться сіянням багаторічних трав по шару рослинного грунту.
Для службового проїзду по гребеню дамб передбачається грунтова дорога шириною проїжджої частини 3 м з обочинами по 0,75 м. Загальна ширина греблі дамби становить 4,5 м.
Дно басейнів капітального типу планується під горизонтальну площину, у разі потреби укладається піщаний фільтр.
3.1.13 Інфільтраційні басейни можуть улаштовуватися
- шляхом укладання під дном басейну дренажних труб і подальшого їх обсипання шарами гравію і піску загальною товщиною не менше 2 м (рисунок 3.1, г).
Піщана і гравійна засипки дна передбачаються при влаштуванні басейнів в гравійно-галечникових відкладах. Товщина завантаження становить 0,5-0,8 м. Крупність зерен піщаного завантаження 0,5-2 мм, гравійного – 3-8 мм.
3.1.14 Подача води в фільтраційні басейни може виконуватися за такими схемами:
а) одним або двома водовипусками, розміщеними всереді поздовжнього укосу басейну або в його торцевих укосах (рисунок 3.2, а);
б) аераційним каскадом, який влаштовується на одному або обох поздовжніх укосах басейну (рисунок 3.2, б);
в) розбризкувальними соплами, рівномірно розподіленими по площі дна басейну (рисунок 3.2, в).
Рисунок 3.1 – Схеми інфільтраційних басейнів:
а – без завантаження дна; б – з піщаним завантаженням дна;
в – з гравійним завантаженням; г – з дренами під дном басейну;
1 – кріплення; 2 – піщане завантаження; 3 – гравійне завантаження; 4 – дрени
Рисунок 3.2 – Типові схеми подачі води на інфільтрацію;
а – зосереджена подача; б – аераційний каскад; в – рівномірний
розподіл води (розбризкуючі сопла);
1 – підвідна труба; 2 – лоток; 3 – каскад; 4 – кріплення; 5 - розподільник
3.1.15 На басейнах повинні передбачатися вхідні вузли, які дають можливість регулювати та заміряти витрати, що подаються в них, запобігати їх переповненню, а у разі потреби також запобігати розмиванню дна басейну.
Вхідний вузол інфільтраційного басейну повинен мати пристрій, який забезпечує можливість:
а) в будь-який момент роботи басейну вимірювати витрати, які подаються в нього;
б) в період, попередній заповненню басейну до граничної відмітки, встановлювати витрати води або змінювати його в відповідності з заданим графіком роботи басейну;
в) після заповнення басейну водою до граничного рівня автоматично його підтримувати.
Конструктивні особливості вхідних вузлів повинні відповідати:
а) улаштуванню розподільчої мережі, котра може виконуватися закритою (з прокладених у землі трубопроводів) та відкритою (з каналів);
б) кліматичним умовам (в районах з тривалими періодами негативних температур всі елементи вхідних вузлів повинні бути захищені від промерзання);
в) особливостям улаштування бассейнів;
г) призначеному режиму їх роботи.
При конструюванні вхідних вузлів повинні враховуватися, зокрема, максимальні для басейнів різних розмірів витрати води, можлива амплітуда коливання витрат, допустимий розмір втрат напору при русі води через вхідний вузол. Велика увага при конструюванні вхідних вузлів повинна бути приділена забезпеченню зручності обслуговування і надійності дії всіх елементів вузлів.
Для практичного використання Союзводоканалпроектом розроблено робочі креслення вхідних вузлів дослідних та дослідно-виробничих інфільтраційних басейнів трьох типорозмірів (з водомірами марок ВБ-50, УВТ-100 і УВТ-150).
3.1.16 У басейнах капітального типу слід передбачати встановлення трубчастих водовипусків для їх спорожнення.
Водовипуски з нижнього б'єфу перекриваються засувками, які встановлюються в спеціальних залізобетонних камерах.
3.2 Режим роботи інфільтраційних басейнів
3.2.1 Інфільтраційні басейни можуть працювати на різних режимах.
На великих добре обладнаних установках ШППВ подача води в інфільтраційні басейни виконується звичайно по складному графіку.
Робочий цикл басейну, який експлуатується на складному режимі, складається з п'яти періодів (рисунок 3.3):
t1 – затоплення дна басейну тонким шаром; в цей період фільтраційні витрати збільшуються від Q1* до Q2 або підтримуються постійними, рівними Q2, а глибина (рівень) води в басейні до кінця періоду встановлюється на відмітці Н1;
t2 - наповнення басейну від Н1 до граничних відміток Н3=Нм при постійних інфільтраційних витратах Q;
t3 - збереження незмінного рівня Нм при поступовому зменшенні інфільтраційних витрат : Q3 =;
t4 - спорожнення басейну, за час котрого відбувається зниження рівня від Нм і витрат на кінець періоду t3 до нуля: Н4 = j (t); Q4 = j (t);
t5 - період очищення (регенерації) басейну; в цей період Н = 0 і Q = 0.
В сукупності весь період експлуатації басейну називається фільтроциклом (Т).
Т= t1 + t2 + t3 + t4 + t5. (3.5)
3.2.2 Після чергової очищення в басейни капітального типу подаються звичайно відносно малі витрати, які становлять 1/5–1/4 частину максимальної. Це робиться для того, щоб в перший період роботи басейну, коли дно його ще не закольматоване, уникнути проникання у водоносний шар великої кількості забруднень. Зменшені проти максимального, але поступово збільшені витрати подаються протягом 10-15 діб, інколи 25-30 діб.
3.2.3 Відмітною особливістю режиму роботи басейнів полегшеного типу є подача в них у перший період постійних, інколи великих витрат. Тому тривалість цього періоду для басейнів названого типу відносно невелика.
3.2.4 Гранична глибина води в басейні визначається його конструкцією, початкові й максимальні витрати – встановленими правилами експлуатації. Для басейнів в середньо- та крупнозернистих пісках, які характеризуються коефіціентами фільтрації від 10-20 до 60-80 м/добу, максимальні питомі (на одиницю площі басейну) витрати води і швидкості інфільтрації звичайно лежать у межах 1-3 м/добу.
Рисунок 3.3 – Режими роботи інфільтраційних басейнів:
а – спрощений, q = const; б – спрощений, Н = const; в – складний
Для басейнів у дрібнозернистих пісках і супісках розмір максимальних швидкостей інфільтрації може бути зменшений до 0,5 м/добу.
У гравійно-галькових відкладах швидкість інфільтрації може досягати значно більших величин (до 20-30 м/добу та вище).
Після підняття води до граничного рівня протягом певного часу басейни працюють при постійній глибині наповнення. Величина подачі води і швидкість інфільтрації при цьому зменшуються. Коли вони досягають неприпустимо малого з практичного погляду розміру, подача води в басейни припиняється і починається спрацювання рівня до спорожнення басейнів. Після чого здійснюється їх очищення.
3.2.5 Інфільтраційні басейни можуть експлуатуватися також на спрощених режимах Нм = const (швидкого наповнення) або Q = const (постійної подачі).
Перший режим (рисунок 3.3, б) характеризується подачею в басейн одразу після очищення збільшених витрат води, що призводить до швидкого досягнення гранично можливих рівнів Нм.
Робота на режимі швидкого наповнення може бути доцільною при наявності на дні басейну дрібнозернистих пісків або супісків (грунтів, які не можуть кольматуватися на значну глибину), а також в тих випадках, коли пуск басейну в експлуатацію приурочено до періоду настання негативних температур.
Другий режим характеризується введенням у басейн протягом всього робочого періоду постійних витрат води Q (рисунок 3.3, а).
Робота в такому режимі супроводжується повільним і рівномірним підняттям рівня води в басейні. До кінця робочого періоду цей рівень досягає допустимого для басейну максимуму Нм.
3.3 Визначення продуктивності басейнів
3.3.1 При проектуванні басейну його витрати повинні прогнозуватися за аналогією зі спорудами діючих установок ШППВ і шляхом розрахунків.
3.3.2 Перший спосіб потребує використання даних, отриманих при тривалій експлуатації установки, подібній до заново проектованої за факторами, які впливають на величину витрат басейну, а також за якістю води джерела поповнення, за загальною схемою попередньої підготовки води, за завантаженням дна споруди, за властивостями грунту, що підстелює його тощо. Цей спосіб може виявитися найраціональнішим, якщо установка ШППВ, яка заново проектується, перебуває в районі діючої або проектується розширення останньої.
3.3.3 Розрахунки витрат басейнів прийнято виконувати за залежностями, які отримано на основі вирішення відповідних фільтраційних завдань. Для застосування розрахункового методу необхідно мати дані про властивості призначеної для використання води (каламутність, гранулометричний склад суспензії і т.д.), склад і проникність грунтів основи інфільтраційних басейнів, конструктивні особливості басейнів і заданий режим їх експлуатації.
3.3.4 Основним завданням розрахунку інфільтраційних басейнів є визначення швидкості інфільтрації або з урахуванням площі басейнів фільтраційної витрати, яка буде надходити у водоносний шар в кожний період їх роботи, тривалості кожного періоду і загальної кількості води за фільтроцикл W (віддача басейну). При цьому слід виходити з такого співвідношення, що є справедливим для кожного періоду:
qo = q + qe , (3.6)
де qo – витрата води, яка подається в басейн;
q – фільтраційна витрата з басейну;
qe – витрата на заповнення (спорожнення) ємкості басейну.
Всі ці величини належать до одиниці площі басейну і мають розмірність швидкості.
Очевидно, що в перший і третій періоди (t1 і t3) qo = q (q3 = 0). В другий період qo > q. Однак розрахунки і досвід експлуатації басейнів свідчать, що, як правило, q > qe , і тому витратою, яка йде на наповнення басейну, можна знехтувати, і вважати qo = q. Такий підхід призводить до деякого завищення розрахункової швидкості інфільтрації та віддачі (на величину ємкості басейну) в другий період. Це можна компенсувати, якщо не враховувати фільтраційну витрату в період спрацювання рівня рівня води в басейні (q = -qe) і його віддачу в цей період, яка цілком збігається з ємкістю басейну.
