أنظمة احتجاز مياه العواصف تحت الأرض: الأنواع والتحجيم والتركيب

ما هي أنظمة احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض؟

نظام احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض هو عبارة عن منشأة تحت الأرض مصممة لالتقاط مياه الأمطار أثناء حدوث العواصف، وإطلاق مياه الأمطار بمعدل محكوم لتقليل مخاطر الفيضانات في اتجاه مجرى النهر. وهي مفضلة عندما يكون توفر الأرض مشكلة، أو عندما تحظر اللوائح المحلية لتقسيم الأراضي استخدام الأراضي ميزات تخزين المياه السطحية.

وهي تعمل بطريقة محددة للغاية: عندما تهطل الأمطار، تتدفق المياه إلى النظام بشكل أسرع من تصريفها. يتم تحديد حجم المخرج لتصريف مياه العواصف بمعدل محدد، يساوي معدل تدفق الجريان السطحي قبل التطوير الذي تم تصميم نظام الصرف في اتجاه مجرى النهر لاستيعابه. بعد مرور العاصفة، يتم تصريف مياه العواصف المخزنة مرة أخرى إلى نظام العواصف بعد فترة بضع ساعات. ثم “يجف” النظام مرة أخرى. هذه هي الطريقة التي يختلف بها الاحتجاز عن الاحتفاظ؛ حيث يتم تخزين مياه العواصف في بركة بشكل دائم، وغالباً ما يتم تخزينها من أجل التسلل أو إعادة استخدامها. لمعرفة كيفية ارتباط أنظمة الاحتجاز بأنظمة أخرى مماثلة، يمكنك العثور على خزانات احتجاز مياه الأمطار صفحة مفيدة للقراءة، حيث تناقش أنظمة مصنوعة من هياكل احتجاز فردية (خزانات)، أو صهاريج التوهين الصفحة التي تقدم المصطلحات البديلة لهذه الأنظمة كما هي مستخدمة في المملكة المتحدة وأستراليا.

الوظيفة الأساسية: التخزين المؤقت والإصدار المتحكم فيه

الغرض الرئيسي من نظام الاحتجاز تحت الأرض هو تخفيف ذروة التدفق. عندما تحل الأسطح غير المنفذة مثل الأسطح والطرق ومواقف السيارات محل الغطاء الأرضي الطبيعي في المناظر الطبيعية القائمة، فإن جريان مياه الأمطار سيكون له معدل تدفق وحجم أعلى بكثير خلال أحداث هطول الأمطار. تقوم أنظمة الاحتجاز بالتقاط ذروة الجريان السطحي هذه، وتقييدها إلى معدل إطلاق محكوم، عادةً ما يكون ذلك من خلال فتحة أو لوحة سد، بطريقة تمنع التدفق في اتجاه مجرى النهر من تجاوز السعة التي تم تصميمها لاستيعابها. وفقًا لـ دليل جودة مياه الأمطار في CT, ، “الاحتجاز تحت الأرض هو أفضل ممارسة إدارية ثبتت فعاليتها في إدارة تدفقات الذروة بعد التطوير”.

الاحتجاز مقابل الاحتفاظ: لماذا الأمر مهم

وغالباً ما يستخدم الناس هذه المصطلحات بالتبادل، وهو أمر مؤسف لأن استخدام المصطلح الخاطئ عادة ما يؤدي إلى تركيب نظام خاطئ. الاحتجاز هو ممارسة تخزين مياه العواصف مؤقتاً بمعدل تصريف مقنن، بحيث تكون البركة أو نظام الاحتجاز جافاً بعد العاصفة. يشير مصطلح الاحتجاز إلى التخزين الدائم لمياه العواصف، بشكل عام للتسلل إلى التكوين الجيولوجي الأساسي، أو لاستخدامها في نظام ري المناظر الطبيعية أو إعادة استخدام مفيدة أخرى، مثل إمدادات مياه إخماد الحرائق أو مياه الصرف غير الصالحة للشرب. معظم إدارة مياه الأمطار أحواض الاحتجاز بالنسبة للمواقع التجارية الجديدة أو المعاد تطويرها، بما في ذلك أنظمة الاحتجاز تحت الأرض، سيتم تصميمها وبناؤها كمرافق احتجاز، حيث أن السلطات المحلية في معظم الحالات تفرض التحكم في معدل التصريف، ولكن ليس التخلص من التصريف نفسه.

أنواع أنظمة الاحتجاز تحت الأرض

يتطلب اختيار نظام الاحتجاز الأمثل تحت الأرض دراسة متأنية للمواد وحالة الحمولة ومتطلبات التخزين والميزانية. فاختيار النظام ليس مجرد مسألة تكلفة المواد بل هو قرار هندسي معقد. فعلى سبيل المثال، قد توفر الأقبية الخرسانية، على سبيل المثال، طول عمر فائق ولكنها تأتي مع تكاليف مناولة وتركيب كبيرة، في حين أن الأنظمة البلاستيكية خفيفة الوزن غالبًا ما تتطلب ضغطًا دقيقًا للردم لتحقيق معدلات الحمولة.

ال دليل جودة مياه الأمطار في CT يصنّف المواد المختلفة المستخدمة في الاحتجاز تحت الأرض ويسلط الضوء على العديد من الخصائص والاعتبارات التي يجلبها كل نوع من المواد. شيء واحد مهم يجب تذكره: نشرت ASCE في عام 2024 نتائج توثق حالات الفشل التي تنطوي على أنظمة الاحتجاز البلاستيكية تحت الأرض تحت أحمال حركة المرور، محذرة من أن افتراضات تصنيف الأحمال غير الصحيحة أدت إلى انهيارات هيكلية في المنشآت في العالم الحقيقي.

الأقبية الخرسانية والقناطر الصندوقية

الأقبية الخرسانية والقنوات الصندوقية هي المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة في الاحتجاز تحت الأرض نظرًا لقوتها وقدرتها العالية على التحمل (التحميل HS-20 و HS-25). وهي لا تتطلب عادةً تصميمًا إنشائيًا إضافيًا، ولذلك يتم اختيارها عادةً للمشاريع تحت الشوارع ومناطق وقوف السيارات ومناطق التحميل. وفقًا لـ جمعية الأنابيب الخرسانية في الولايات المتحدة وكندا، يمكن أن تتمتع الأقبية الخرسانية مسبقة الصب بعمر تصميمي يتجاوز 75 عامًا اعتمادًا على مواصفات التصنيع والاختبار (أي ASTM C1577 و C1433)، ولكن قد يكون من الصعب المناورة بها أثناء البناء وتميل إلى أن تكون أعلى التكاليف الأولية لكل قدم مكعب من التخزين.

أنظمة الأنابيب المعدنية المموجة (CMP)

تتكون أنظمة الأنابيب المعدنية المموجة بشكل عام من أقسام فردية من الأنابيب الفولاذية المجلفنة أو الألومنيوم بأقطار تتراوح بين 36 و120 بوصة. يتم تصنيع المقاطع الفردية كبرميل واحد، أو يتم توصيلها بأنابيب معدنية مموجة متشعبة لربط عدة براميل فردية معًا. تستخدم الأنابيب المعدنية المموجة عادةً في المشاريع الخطية نظراً لسهولة توصيل هذه الأنابيب في خط مستقيم. كما أنها تتميز بكونها اقتصادية نسبياً بالنسبة لحجم التخزين الذي يمكن تحقيقه. إن الاعتبار الرئيسي لهذه التقنية هو المدة التي من المحتمل أن تتآكل فيها المادة المجلفنة في ظل ظروف المياه الجوفية الحالية؛ واعتمادًا على درجة حموضة التربة ومستوى منسوب المياه الجوفية والمكونات الكيميائية الأخرى للتربة، فإن أنظمة الأنابيب المجلفنة تتمتع عمومًا بعمر تصميمي يتراوح بين 25 و50 عامًا قبل أن تصبح عرضة للفشل. توفر الأنابيب المجلفنة المغطاة بالبوليمر خيارًا بديلًا للمشاريع ذات ظروف المياه الجوفية التي قد تكون قاسية بشكل خاص على المواد المجلفنة. تعمل هذه الأنظمة على تمديد هذا النطاق ولكنها تضيف 15-25% إلى تكلفة المواد.

أنظمة أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة

تُصنع أنظمة البولي إيثيلين عالي الكثافة عمومًا من أنابيب البولي إيثيلين بأقطار تتراوح بين 12 و60 بوصة. ويتم توصيلها معًا باستخدام تركيبات ذات حشيات لتحقيق إحكام غلق محكم للماء. وعادةً ما تكون هذه الأنظمة أخف في التركيب من أنظمة CMP بسبب صغر حجم المعدات وأحجام الطاقم التي يمكن استخدامها في هذه المشاريع. يتمتع البولي إيثيلين عالي الكثافة بميزة متأصلة تتمثل في كونه محصنًا تمامًا ضد مشاكل المياه الجوفية وعادةً ما يكون له أطول عمر تصميمي يتراوح بين 50 و100 عام بسبب طبيعة المادة غير القابلة للتآكل. إن مفتاح استخدام البولي إيثيلين عالي الكثافة هو أن التصميم والبناء المناسبين أمران أساسيان لنجاح هذه الأنظمة على المدى الطويل. إذا تم اختيار البولي إيثيلين عالي الكثافة لاستخدامات الاحتجاز، فيجب توخي الحذر في التصميم الإنشائي. هذا الأمر مهم بشكل خاص لأن أنظمة أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة كانت أيضًا موضوع تحذيرات حديثة من الجمعية الأمريكية لمهندسي الهندسة الإنشائية فيما يتعلق بأهمية تلبية الحد الأدنى من متطلبات الردم والالتزام بالحمل التصميمي بناءً على نوع حركة المرور.

أنظمة الأقفاص الخلوية الأرضية المعيارية

تتألف الأنظمة الجيوسيلولية من وحدات صندوقية بوليمرية معيارية عالية القوة يتم تجميعها عادةً في الموقع وتغليفها بنسيج التكسية الأرضية. إن نسبة الفراغ العالية لهذه الأنظمة (التي تتجاوز في كثير من الحالات 95%)، تجعلها تقنية مثالية للمشاريع التي تحتاج إلى زيادة حجم تخزين مياه الأمطار المتاحة إلى أقصى حد ممكن ضمن الحد الأدنى من الحفر. ومن أمثلة هذه الأنواع من الأنظمة ما يلي صهاريج الاحتجاز الجيوسيلولية (ماء المطر المائي) و وحدات مياه العواصف المعيارية (Aqua Rainwater). يتيح التصميم المعياري لهذه الأنظمة التركيب بواسطة معدات يمكنها المناورة في الأماكن الضيقة دون الحاجة إلى معدات رفع ثقيلة كبيرة لوضعها. ويتمثل أحد قيود هذه التقنية في أن سعة التحميل هي دالة على جودة ودرجة وتكوين مادة الصندوق الفردي، وبالتالي يمكن أن تختلف سعات التحميل بشكل كبير بين مواد الشركة المصنعة المختلفة. لذلك يجب أن تكون الخزانات والوحدات الجيوسيلولية مصنفة خصيصًا لحالة حمولة معينة لدعم حالة تصميم معينة. قد تحتاج المشاريع التي تتطلب تصنيف حمولة أعلى مع تصميم غرفة مفتوحة القاع إلى النظر في أنظمة احتجاز الغرف المقوسة والتي تعد حلاً بديلاً (تصنيف AASHTO H-20 لحالة الحمولة).

كيف يعمل تحجيم نظام الاحتجاز تحت الأرض

إن تحديد حجم التخزين الصحيح هو المهمة الهندسية الأكثر أهمية في أي مشروع نظام احتجاز تحت الأرض. إذا كان حجم التخزين صغيرًا جدًا، فسوف يفشل المشروع في الامتثال للكود ويزيد من الفيضانات في اتجاه مجرى النهر أثناء العواصف التصميمية. إذا كان حجم التخزين أكبر مما ينبغي، فستكون قد أفسدت الميزانية وحفرت أرضاً أكثر من اللازم. لحسن الحظ، فإن المنطق واضح ومباشر: إذا كنت تعرف مدخلات التصميم الرئيسية، يمكنك بسهولة التحقق من أن اقتراح المقاول مناسب بالفعل لموقعك.

في جميع أنحاء الولايات المتحدة، تستند تفويضات احتجاز مياه الأمطار في جميع أنحاء الولايات المتحدة دائمًا تقريبًا على فرضية أساسية: يجب ألا يكون معدل الجريان السطحي بعد البناء أعلى من المعدل قبل التطوير لعاصفة تصميمية معينة. في ولاية كونيتيكت دليل جودة مياه الأمطار في CT يقدم إرشادات التصميم خطوة بخطوة لحساب حجم التخزين هذا، بدءًا من تخطيط منطقة مستجمعات المياه وصولاً إلى تحديد الحجم. يوجد نهج تصميم مماثل في إدارة مياه فيلادلفيا الدليل. وهو يحدد أيضًا شرطًا تصميميًا لتحديد حجم نظام الاحتجاز تحت السطح: يجب إدارة أول بوصة من الجريان السطحي من كل سطح غير منفذ من موقع التطوير.

معلمات التحجيم الرئيسية

تحدد خمسة معايير محددة الحجم اللازم لتحديد حجم الاحتجاز تحت الأرض. وهناك حاجة إلى قيم موثوقة لهذه البارامترات قبل البدء في أي حسابات.

فيما يتعلق بكيفية عمل هذه المعايير معًا في سيناريو تصميم مياه الأمطار البلدية الحقيقي, دليل ممارسات التصنيع الجيدة في مقاطعة هاميلتون مثال ممتاز لما هو مطلوب.

إطار الطريقة العقلانية

الطريقة العقلانية (Q = CiA) هي الطريقة الأكثر شيوعاً لتحديد حجم أنظمة احتجاز مستجمعات المياه الصغيرة والمتوسطة في الولايات المتحدة. معدل تدفق الجريان السطحي (Q) هو نتيجة لمعامل الجريان السطحي (C)، وكثافة هطول الأمطار (i)، ومساحة مستجمعات المياه (A). على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن تكون غير دقيقة بالنسبة لمستجمعات المياه الأكبر أو الأكثر تعقيدًا، إلا أن معظم حسابات تصميم نظام احتجاز مياه الأمطار التجارية أو السكنية تستخدمها كنقطة بداية افتراضية.

ويحدد معامل الجريان السطحي الجزء الذي يمثل الجريان السطحي من هطول الأمطار. قد يتراوح معامل الجريان السطحي لمستجمع عشبي مفتوح (مع تربة قابلة للنفاذ) من 0.2 إلى 0.4. وبالمقارنة، قد يتراوح المعامل في موقع تجاري غير منيع من 0.85 إلى 0.95. إن التغير في المعامل بين سيناريوهات ما قبل التطوير وما بعد التطوير هو ما يحدد في النهاية التخزين المطلوب. مقالنا عن كيفية عمل صهاريج التوهين مزيدًا من المعلومات حول مبادئ توهين معدل التدفق.

حساب حجم التخزين

يتم احتساب التخزين المطلوب من خلال إيجاد الحجم بين التدفق الدافق في هيدروغراف ما بعد التطوير ومعدل التدفق الخارجي المقبول لمدة العاصفة التصميمية. عادةً ما يستخدم المهندسون إحدى طرق الحساب التالية:

تتمثل الطريقة المبسطة في أخذ الفرق بين ذروة ما بعد التطوير والحد الأقصى للتدفق التصميمي الخارجي، مضروبًا في مدة العاصفة. وهذا يعطي تقديرًا تقريبيًا جدًا للمشاريع الصغيرة وغالبًا ما ينتج عنه عدم كفاية مدة العاصفة التصميمية أو منطقة مستجمعات المياه التي قد يكون لها ذرى متعددة.

تقوم طريقة التوجيه بحساب محاكاة خطوة زمنية للتدفق والتدفق الخارج على مدار مدة العاصفة. هذه عملية أكثر دقة وهي ضرورية لمعظم البلديات لتقديم التصميم النهائي. دليل تصميم CSPI يحتوي على عدد من الأمثلة العملية لكلا الطريقتين المطبقتين على أنظمة الاحتجاز القائمة على الأنابيب.

عندما تحتاج إلى احتجاز تحت الأرض: الدوافع التنظيمية

قد يفاجئك أن تعلم أنه لا يوجد حالياً أي قانون فيدرالي في الولايات المتحدة يفرض على جميع المشاريع تركيب أنظمة احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض. ومع ذلك، هناك نظام معمول به يبدأ على المستوى الفيدرالي ويستمر على مستوى الولاية والمستوى المحلي والذي يمكن أن يؤدي إلى متطلبات مياه الأمطار والاحتجاز، إذا كان المشروع له خصائص معينة. تتمثل الخطوة الأولى في تحديد ما إذا كنت بحاجة إلى احتجاز تحت الأرض في فهم المتطلبات التي قد تكون موجودة في المنطقة المحلية وكيفية ارتباطها بمشروعك.

أنشأ القانون الفيدرالي للمياه النظيفة (CWA) النظام الوطني للقضاء على تصريف الملوثات (NPDES) الذي ينشئ بشكل أساسي النظام التنظيمي لمياه الأمطار في الولايات المتحدة. تُعد تصاريح NPDES جزءًا من تنفيذ كل ولاية على حدة لقانون المياه النظيفة في الولايات المتحدة الأمريكية (CWA) وتفرض عمومًا أن البلدية التي لديها تصريح نظام الصرف الصحي المنفصل للعواصف البلدية (MS4) يجب أن تدير مياه الأمطار بعد البناء في تصريف MS4 للمساعدة في التحكم في الجريان السطحي غير المحدد المصدر من البناء الجديد وإعادة التطوير. هذه هي الآلية التي تحرك متطلبات مرسوم مياه الأمطار المحلية التي يمكن أن تشمل احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض.

المتطلبات الفيدرالية ومتطلبات الولاية لمياه العواصف

على المستوى الفيدرالي، تتطلب قواعد المرحلة الأولى والثانية من قانون مياه الأمطار ومياه الأمطار والصرف الصحي في المرحلة الأولى والثانية من قواعد مياه الأمطار في قانون مياه الأمطار والصرف الصحي في غرب كاليفورنيا أن يتحكم مشغلو شبكات مياه الأمطار والصرف الصحي في المناطق التي تلي البناء في أي مشروع أو أكثر من مشاريع تعكير صفو فدان واحد أو أكثر. تشمل متطلبات الولاية بشكل عام جميع متطلبات إصدار تصاريح NPDES وتصاريح MS4 بالإضافة إلى أي معايير على مستوى الولاية. قد تشمل معايير الولاية أفضل الممارسات الهيكلية للإدارة مثل أنظمة احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض (أو غيرها من المتطلبات) التي يجب تركيبها عندما يكون للتطوير سطح غير منفذ فوق حدود تنظيمية معينة للولاية. مثال على ذلك دليل جودة مياه الأمطار في CT (أفضل ممارسات إدارة مياه العواصف) التي تحتوي على احتجاز مياه العواصف تحت الأرض كأحد ممارسات إدارة مياه العواصف المثلى وتدرج معايير تصميم محددة. وبالمثل، في فلوريدا، فإن منطقة إدارة المياه في نهر سانت جونز يحتوي على إرشادات للمجتمعات واتحادات الإسكان والمنازل حول متطلبات نظام مياه الأمطار التي يمكن أن تشمل الاحتجاز تحت الأرض.

نقاط تشغيل القانون المحلي

على الأغلب، هناك مرسوم محدد على المستوى المحلي يحدد متطلبات مياه الأمطار بما في ذلك احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض و/أو متطلبات أخرى. هناك عدة طرق يمكن أن يحدد قانون مياه الأمطار في البلدية ما إذا كان مالك العقار يحتاج إلى تركيب احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض. بشكل عام ، هذه هي كميات الحد الأدنى من مساحة السطح غير المنفذة أو منطقة اضطراب الموقع التي تتطلب احتجازًا في الموقع. مثال على ذلك هو إدارة مياه فيلادلفيا متطلبات مياه العواصف التي تتضمن متطلبات احتجاز مياه الأمطار تحت السطح للتطوير التجاري الذي يضيف أكثر من كمية معينة من السطح غير المنفذ بالإضافة إلى معايير تصميم أخرى تشمل احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض وتصميم وسائل التصنيع المحتملة لمياه الأمطار.

هناك طريقة أخرى يملي بها القانون احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض وهي مقدار المساحة غير المنفذة التي سيغطيها المشروع المقترح. بشكل عام، التطوير التجاري الذي تزيد مساحته عن 5,000 إلى 10,000 قدم مربع من التغطية غير المنفذة، أو إعادة التطوير حيث ستزيد كمية التغطية غير المنفذة الحالية عن نسبة مئوية معينة أو تطوير جديد حيث تزيد كمية التغطية غير المنفذة المقترحة عن مساحة معينة. يمكن استخدام احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض على وجه التحديد عندما لا تكون البركة السطحية خيارًا للمشروع، أو لا توجد مساحة كافية في العقار لبناء حوض مياه الأمطار السطحية، أو حيثما لا يُسمح بجريان مياه الأمطار من خلال نظام الصرف الصحي للعواصف بسبب متطلبات التراجع عن هيكل جديد لوقوف السيارات أو تحسينات الصرف الصحي للعواصف، إلخ.

عملية التثبيت وأفضل الممارسات

يمكن أن يتراجع التصميم السليم للحجز تحت الأرض تمامًا عن طريق التركيب الذي لا يتبع التصميم الهندسي. يمكن أن يكون لتسلسل الأحداث من الحفر الأولي إلى الردم النهائي تأثير كبير على سلامة التركيبات الجوفية وعلى الأداء الهيدروليكي للنظام على المدى الطويل. على سبيل المثال، فإن الفرق بين نظام يعمل لعقود من الزمن ونظام يطور مشاكل في غضون السنوات القليلة الأولى يعود دائمًا تقريبًا إلى مراقبة جودة التركيب.

تم توثيق متطلبات التركيب وأفضل الممارسات الخاصة بالاحتجاز تحت الأرض بشكل جيد في العديد من كتيبات ممارسات التصنيع الجيدة، مثل دليل مقاطعة هاميلتون BMP. في هذه الحالة، تنطبق متطلبات الحد الأدنى للغطاء ومواصفات الضغط والانتكاسات لأنظمة الاحتجاز تحت الأرض على مقاطعة هاميلتون تحديدًا. تتم الإشارة إلى كتيبات مماثلة لممارسات التصنيع المحتملة BMP لسلطات قضائية أخرى في قسم الموارد، على الرغم من أن سلطتك القضائية المحددة قد يكون لها متطلبات مختلفة قليلاً.

إعداد الموقع والحفر في الموقع

يبدأ الإعداد السليم للموقع قبل بدء الحفر ويتضمن التحقق من أن موقع وحجم الحفر المخطط له يتوافق مع التصميم الهندسي المعتمد وأن جميع مواقع المرافق قد اكتملت. يعد التركيب السليم لأنظمة احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض مسألة بالغة الأهمية تتطلب أن تتوافق درجات الحفر ومواقع الحفر مع خطط التصميم المعتمدة بحيث تكون درجات مدخل ومخرج نظام الاحتجاز كما تم تصميمها لضمان الأداء الهيدروليكي المناسب لنظام تصريف مياه الأمطار بالكامل.

وبالإضافة إلى ذلك، يجب حفر مساحة لا تقل عن 12 بوصة أعرض من بصمة النظام من جميع الجوانب للسماح لمقاول النظام بتوصيل الأنابيب وضغط ووضع مواد الردم. يجب ضغط الطبقة التحتية للحفر إلى الحد الأدنى من الكثافة المحددة، عادةً 95% Standard Proctor، ويجب فحصها باستخدام مقياس الكثافة النووية أو أي إجراء اختبار مناسب آخر، قبل وضع أي مواد ردم. إذا كان نزح المياه مطلوبًا لتركيب نظام احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض، فيجب أن يستمر نزح المياه طوال عملية التركيب والردم؛ فمن غير المقبول تركيب نظام احتجاز مياه الأمطار المدفون وضغطه وردمه ووجود تجمع مياه راكد في الحفر عند اكتمال التركيب. سيكون ضغط مواد الردم معرضًا للخطر إذا تم إجراؤه في تربة رطبة أو ماء، وهناك احتمال كبير لحدوث فراغات في التربة حول النظام مما قد يؤدي إلى ترسيب وفشل مبكر للنظام.

وضع النظام وردمه

توفر مادة الفراشة، التي تتكون من حجر مسحوق نظيف أو مادة تعبئة حبيبية مضغوطة قاعدة جيدة لتستقر عليها منشأة احتجاز مياه الأمطار المدفونة. يختلف سمك مادة التبطين المطلوبة حسب النظام. على سبيل المثال، تتطلب أنظمة القبو الخرسانية ما لا يقل عن 6 بوصات من القاعدة الحبيبية المضغوطة وقد تتراوح أنظمة الأنابيب بين 4 و12 بوصة، اعتمادًا على قطر أنبوب النظام وظروف التربة.

بعد وضع النظام في الحفر، يجب ردم النظام بعناية في مصاعد من 6 إلى 12 بوصة وضغطه حسب المواصفات، مما يسمح للتربة بالاستقرار قبل وضع أي مواد تعبئة إضافية. إن الفشل في ردم النظام وضغطه بعناية كما هو محدد هو السبب الرئيسي في ترسيب أنظمة الاحتجاز تحت الأرض بعد التركيب. لا يسمح وضع النظام في الحفرية ثم ردم الردم بشكل متراكم وضغطه بالكثافة المحددة بالتربة لتستقر بطريقة مضبوطة وقد يؤدي إلى إزاحة النظام وتحريكه أثناء عملية التركيب هذه ويؤدي إلى فشل الوصلات عند وصلات الأنابيب. وهذا موضح بوضوح في إدارة مياه فيلادلفيا مواصفات معايير مراجعة الخطة لمعايير مراجعة الخطة للاحتجاز تحت السطح. بالنسبة لـ أنظمة إدارة مياه الأمطار تحت سطح الأرض باستخدام تصميمات الوحدات، يعد اتباع إرشادات الردم الخاصة بالشركة المصنعة أمرًا بالغ الأهمية نظرًا لأن كل منتج له آليات نقل حمولة مختلفة.

بمجرد وضع نظام احتجاز مياه الأمطار في مكانه، يجب توصيل أنابيب المدخل والمخرج بالنظام بطريقة تسمح بأي تسوية طفيفة دون إحداث فجوات والتسبب في تسرب الأنابيب. يجب أن تمتد منافذ التفتيش وغرف التفتيش إلى الدرجة النهائية للسماح بوصول موظفي الصيانة في المستقبل.

أخطاء التثبيت الشائعة التي يجب تجنبها

هناك ثلاثة من أوجه القصور أو العيوب الشائعة في التركيب التي لوحظت في أداء أنظمة الاحتجاز تحت الأرض هي عدم كفاية ضغط الردم وعدم كفاية عمق التغطية. يمكن أن يحدث كل منها أثناء تركيب النظام ويمكن تصحيحها قبل الانتهاء من التركيب. من الخطأ افتراض أن أي نظام احتجاز مدفون سيعمل بشكل جيد وسيعمل لسنوات عديدة إذا لم يتم اتباع تقنيات التركيب المناسبة.

إن أكثر عيوب التركيب شيوعًا في التركيبات الخاصة بالاحتجاز تحت الأرض هو عدم كفاية ضغط مواد الردم الموضوعة حول النظام بعد وضعه في الحفر. إذا لم يتم ضغط مواد التبطين والردم في المصاعد كما هو مطلوب في التصميم، فإن التربة المحيطة ستستقر بشكل غير متساوٍ في المستقبل، مما يضع أحمالاً غير متساوية حول هيكل الاحتجاز وعليه، مما قد يتسبب في النهاية في تلف أو فشل نظام احتجاز مياه الأمطار المدفونة. في حالة الأنظمة القائمة على الأنابيب، قد تؤدي الأحمال غير المتساوية إلى انحراف الأنبوب المدفون خارج حدود الانحراف المسموح بها. بالنسبة للأنظمة المعيارية من النوع الخلوي الأرضي، قد تؤدي الأحمال غير المتساوية إلى تشوه أو فشل جزئي لوحدات الصندوق. ارجع إلى دليل خزان التوهين الخلوي الأرضي للاطلاع على أفضل الممارسات الإضافية لتركيب أنظمة مياه الأمطار الجيولوجية الخلوية.

والسبب الثاني الأكثر شيوعًا لفشل نظام احتجاز مياه الأمطار المدفونة هو عدم توفير عمق كافٍ من الغطاء للسماح بتركيب النظام بشكل صحيح وعمله بشكل جيد لسنوات عديدة. يشتمل تصميم كل نظام مدفون لاحتجاز مياه الأمطار على الحد الأدنى من الغطاء المطلوب فوق الجزء العلوي من النظام من أجل توفير قدرة تحميل المركبة التصميمية للهيكل الذي يتم تركيبه. إن عدم تركيب نظام احتجاز مدفون بالحد الأدنى من عمق الغطاء المطلوب سيؤدي إلى نظام بعمق غطاء أقل، مما قد يؤدي إلى فشل النظام قبل الأوان بسبب التحميل الذي يتجاوز السعة التصميمية. قد لا يفشل النظام، خاصةً في مناطق حركة المرور الخفيفة، وقد يعمل النظام لسنوات قبل أن تبدأ المشاكل في الحدوث. ومع ذلك، من المهم تركيب نظام احتجاز مياه الأمطار مع الحد الأدنى من عمق الغطاء المطلوب كما هو محدد من أجل ضمان أداء النظام كما هو متوقع لسنوات عديدة مع الحد الأدنى من الصيانة.

مولر للهندسة يصف تأثير جودة التركيب الرديئة لأنظمة مياه الأمطار على أداء أنظمة احتجاز مياه الأمطار على المدى الطويل والصيانة الإضافية والتكاليف الإضافية التي قد تنتج عن سوء التركيب.

عوامل التكلفة والقيمة طويلة الأجل

في كثير من الأحيان، تسقط مناقشات التكلفة المتعلقة بالاحتجاز تحت الأرض عندما يتم النظر في التكاليف المادية بمعزل عن قيمة الأرض المستردة من خلال الاحتجاز تحت الأرض. قد تستخدم بركة احتجاز سطحية في موقع تطوير تجاري بمساحة 10 أفدنة ما بين 15,000 إلى 25,000 قدم مربع من المساحة القابلة للتطوير. في المشاريع التجارية حيث يتراوح سعر السوق للأرض من 1 تيرابايت إلى 15 تيرابايت إلى 1 تيرابايت إلى 50 تيرابايت للقدم المربع، يمكن أن تكلف بركة الاحتجاز من 225,000 تيرابايت إلى 1.25 مليون تيرابايت من الإيرادات المفقودة بسبب الأرض غير المطورة، دون الأخذ في الاعتبار تكاليف بناء البركة السطحية نفسها.

هذا هو السبب، الذي غالبًا ما لا يؤخذ في الاعتبار في أي مقارنات للتكاليف، أن الاحتجاز تحت الأرض غالبًا ما يكون أقل تكلفة من الاحتجاز السطحي بسبب الإمكانات المفقودة من بركة الاحتجاز السطحية. في تحليل NAIOP, ، يعتبر الاحتجاز تحت الأرض وسيلة فعالة لاستعادة المساحة السطحية التي كانت ستستخدمها بركة احتجاز سطحية.

محركات التكلفة الأساسية

هناك خمسة محركات رئيسية لتكلفة خزان احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض والتي ستؤدي إلى اختلافات كبيرة في السعر في تكلفة الجالون أو القدم المكعب الذي قد تعرضه أي شركة أو فرد معين:

اختيار المواد ستكون المادة المختارة هي المتغير الوحيد الأكبر في تكلفة وحدة خزان الاحتجاز. القبو الخرساني مسبقة الصب أغلى للقدم المكعب الواحد من المواد الأخرى في تكلفة الوحدة، ولكنه قد يتطلب تكاليف هندسية ومادية أقل مرتبطة بالردم واعتبارات أخرى. يعتبر نظام أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) ونظام الصناديق الخلوية الأرضية أقل تكلفة للقدم المكعب، ولكنه قد يتطلب تكاليف هندسية ومادية أكبر مرتبطة بالردم واعتبارات أخرى. إن دليل جودة مياه الأمطار في CT تنص على أن المواد المختارة ستؤثر على كل من التكلفة الأولية واعتبارات الصيانة.

متطلبات التخزين ستؤدي كمية التخزين المطلوبة إلى ثاني أعلى عامل في تكلفة المواد والتركيب. ونظرًا لحقيقة أن تكوينات أنابيب المدخل والمخرج الأكثر تعقيدًا وغرف الفحص الأكبر ستكون ضرورية لاستيعاب العدد المتزايد من الأنابيب والتدفق، فإن زيادة سعة التخزين قد تؤدي أيضًا إلى زيادة تكلفة البناء.

ظروف الموقع يمكن أن يؤثر الموقع المحدد للموقع، وتحديدًا ظروف التربة وعمق منسوب المياه الجوفية وخطوط المرافق على التكلفة النهائية لقبو الاحتجاز بشكل أكبر من اختيار مواد التخزين. يمكن أن يؤدي الحفر في الصخور، وارتفاع منسوب المياه الجوفية الذي سيتطلب نزح المياه، ونقل المرافق إلى زيادة التكلفة بما يقدر ب 20-401 تيرابايت لكل منها.

عمق الدفن كلما زاد عمق قبو احتجاز معين تحت الأرض سيزيد من التكلفة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه كلما زادت التربة التي سيتعين حفرها لتركيب الخزان ومقدار الدعم الذي سيتطلبه ذلك. إذا كانت هناك طبقة ضحلة من الصخور الأساسية بالقرب من السطح، فقد يحد ذلك أيضًا من العمق الذي يمكن استخدامه للتركيب.

متطلبات الوصول نظرًا لمتطلبات صيانة النظام، سيتعين الوصول إلى القبو تحت الأرض. وهذا يعني أن المزيد من فتحات الوصول أو منافذ التفتيش ستزيد من التكلفة الإجمالية لبناء قبو الاحتجاز. سيكون للبلدية أو الوكالة المحلية متطلبات فيما يتعلق بالوصول. أي حل وسط بشأن الوصول المطلوب أثناء الإنشاء يمكن أن يؤدي إلى حالة مكلفة من التعديل التحديثي.

اقتصاديات الأحواض الجوفية مقابل اقتصاديات الأحواض السطحية

بالنسبة لتكلفة البركة السطحية مقابل البركة تحت الأرض، علينا أن ننظر إلى تكلفة التملك لكل خيار، بدلاً من مجرد السعر المقدم. غالبًا ما يكون من المنطقي اقتصاديًا اختيار النظام الجوفي في مناطق التطوير التجاري في المناطق الحضرية والضواحي حيث تزيد قيمة الأرض عن $20 للقدم المربع. أما بالنسبة للمواقع الريفية أو المواقع الأقل تطوراً حيث تكون الأرض وفيرة وليست مكلفة من حيث الاستثمار، فإن البركة السطحية ستظل خياراً اقتصادياً. جرين رايز يحتوي على تكاليف على مستوى المشروع تدعم أن قرار إنشاء هيكل احتجاز تحت الأرض مقابل بركة سطحية سيعتمد على ظروف الموقع واقتصادياته بدلاً من تكلفة الإنشاء وحدها.

هل أنت مستعد لتقييم تكاليف مشروعك المحدد؟ احصل على عرض أسعار مجاني من فريقنا الهندسي.

متطلبات الصيانة والفحص

يجب أن تتم صيانة أنظمة الاحتجاز تحت الأرض على أساس مجدول إذا ما أريد لها أن تستمر في العمل بفعالية على مدى أكثر من 50 عامًا من العمر التصميمي. إن عدم الفحص وإزالة الرواسب هو السبب الأكثر شيوعًا لفقدان هذه الأنظمة للتخزين، وفي النهاية لا تعمل بمعدل التصريف المسموح به. من خلال أكثر من 15 عامًا من تصميم وصيانة أنظمة احتجاز مياه الأمطار لكل من المرافق التجارية والبلدية، من الواضح أن تلك الأنظمة التي لديها بروتوكول صيانة منتظم هي الأكثر احتمالاً لأداء الأداء على النحو المطلوب، وتلك التي لا تفعل ذلك، عادة ما تظهر تدهورًا في السنوات العشر الأولى من التشغيل.

ال دليل جودة مياه الأمطار في CT الدول: يجب فحص الهياكل تحت الأرض سنوياً. في حالة تراكم الرواسب المتراكمة إلى مستوى يقلل من إجمالي حجم التخزين المتاح داخل الهيكل، يجب إزالة الرواسب الزائدة. هذه ليست إرشادات اختيارية. تتطلب العديد من تصاريح MS4 إثبات حدوث الصيانة.

جدول الفحص الروتيني

يجب فحص نظام إدارة مياه الأمطار تحت الأرض سنوياً. الفحص البصري هو الطريقة الأسهل والأكثر اقتصادا لمراقبة سلامة نظام التحكم في مياه الأمطار. أفضل وقت لفحص المنشأة هو بعد انتهاء موسم الأمطار وقبل بدء موسم الأمطار التالي. في هذه المرحلة، تكون أي رواسب تراكمت خلال موسم الأمطار السابق مرئية بسهولة ويسهل على موظفي الصيانة الوصول إلى النظام.

بالنسبة لكل عملية تفتيش، يجب تسجيل العناصر التالية:

• حالة هياكل المداخل والمخارج
• أي انسداد في لوحات الفتحات و/أو فتحات السدود
• عمق الرواسب في نقاط متعددة داخل النظام
• حالة فتحات التفتيش ومنافذ التفتيش وأي ميزات وصول أخرى وإمكانية الوصول إليها

مولر للهندسة استخدم قائمة المراجعة التالية لجميع تقارير التفتيش الروتينية :

• الحالة الهيكلية
• أعماق الرواسب
• وظائف المدخل/المخرج والانسدادات
• الغطاء النباتي عند نقاط التفتيش والوصول

يجب أن تخضع جميع تدابير التحكم في مياه الأمطار تحت الأرض التي تشمل الأنابيب لعمليات فحص بالدوائر التلفزيونية المغلقة كل 3 إلى 5 سنوات لتوثيق الحالة. وهذا ضروري لأنه لا يمكن تقييم الحالة الداخلية للنظام بشكل فعال من خلال الفحص البصري من غرف التفتيش.

بالإضافة إلى ذلك، يجب إجراء فحص ما بعد العاصفة بعد العواصف التي تزيد عن العاصفة التصميمية التي تبلغ مدتها 10 سنوات. يسمح الفحص في غضون 72 ساعة من مثل هذا الحدث بإزالة الحطام وتقييم الأضرار التي لحقت بمخارج التحكم في المنافذ وإدارة الرواسب. وهذا الأمر الأخير مهم لأن هذه الأحداث يمكن أن تؤدي إلى تعبئة الحطام أو إتلاف ضوابط المنافذ أو ترسيب كميات الرواسب التي تقلل بشكل كبير من التخزين المتاح قبل أي موسم أمطار في المستقبل.

إدارة الرواسب وتنظيفها

المشكلة الوحيدة الأكثر شيوعًا في صيانة نظام الاحتجاز تحت الأرض هي تراكم الرواسب. ينتج عن كل حدث عاصفة كمية معينة من الرواسب التي يتم تحميلها في المنشأة على شكل جسيمات دقيقة ومواد عضوية، والتي تشمل في بعض الحالات القمامة. عندما تستقر هذه المواد داخل نظام الاحتجاز، تصبح متماسكة وتقلل من كمية التخزين المتاحة.

تعتمد طرق إزالة الرواسب بشكل عام على نوع النظام ونوع الوصول إلى النظام. بالنسبة للأنظمة القائمة على الأنابيب، فإن شاحنات التفريغ هي الطريقة الأكثر شيوعًا لإزالة الرواسب. ستحتوي شاحنة التفريغ على خرطوم تفريغ مرن طويل يمكن إدخاله من خلال فتحة في داخل النظام. ثم تتم إزالة الرواسب المتراكمة في حالة سائلة. قد يكون الدخول إلى الأماكن الضيقة بواسطة موظفين معتمدين هو الطريقة الوحيدة لإزالة الرواسب في الأقبية الخرسانية الكبيرة أو المرافق التي لا يمكن الوصول إليها مباشرةً بواسطة شاحنة تفريغ.

يمثل تخزين الخلايا الأرضية تحديات صيانة مختلفة. فغالبًا ما يجعل الهيكل القفصي للأنظمة الجيوسيلولية من الأنظمة الجيوسيلولية التنظيف بالمكنسة الكهربائية أقل كفاءة لأن الرواسب يمكن أن تستقر في مساحة الخلية التي لا يمكن الوصول إليها مباشرة من السطح. من أجل تقليل تحميل الرواسب، يجب أن يحتوي النظام المعياري دائمًا على شكل من أشكال المعالجة المسبقة قبل نظام الاحتجاز، مثل حوض أمامي للرواسب أو فاصل هيدروديناميكي لالتقاط معظم المواد الصلبة العالقة قبل مدخل النظام.

ال مجموعة أدوات تيارات بحيرة سوبيريور يقدم إرشادات حول كيفية وضع جدول زمني للصيانة والتعامل مع أحداث الصيانة للتخزين تحت الأرض. وفقًا لـ أكوالسكو, ، سيضمن عقد الصيانة مع مقاول مياه الأمطار إجراء عمليات تفتيش منتظمة للصيانة وتقليل فرصة تراكم الرواسب التي تضر بأداء المنشأة.

الأسئلة المتداولة حول احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض

في حين أن هذا الدليل يغطي التصميم العام لأنظمة الاحتجاز تحت الأرض وإنشائها، إلا أنه من المستحيل مناقشة هذا الموضوع دون معالجة الأسئلة العملية التي غالباً ما يطرحها المهندسون والمطورون ومالكو العقارات أثناء تقييمهم لمثل هذه الأنظمة لمشاريعهم الخاصة. فيما يلي إجابات لبعض الأسئلة الأكثر شيوعًا التي نتلقاها حول الاحتجاز تحت الأرض.

لقد أشرنا إلى هذه الموضوعات بطريقة مماثلة في بقية الدليل، مع الإشارة إلى مراجع مرجعية لدليل جودة مياه العواصف في CT، وإدارة المياه في فيلادلفيا، وتحليل الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (ASCE) لأداء النظام. لقد قمنا أيضًا بتضمين معلومات حول نطاق المتطلبات بين السلطات القضائية المختلفة والتوصية بالتحقق من متطلبات مشروعك المحدد في المعيار المحلي المناسب.

عن المؤلف

غرايدن دو - مدير التصدير وأخصائي حلول مياه العواصف

يقود غرايدن دو عملية تسليم المشاريع الدولية في شركة AQUA RainWater Solutions، المتخصصة في تصميم أنظمة احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض وتصميم أنظمة الخلايا الأرضية للتطبيقات التجارية والبلدية والسكنية في جميع أنحاء الولايات المتحدة وأستراليا والشرق الأوسط.

مجالات الخبرة: أنظمة احتجاز مياه الأمطار تحت الأرض - تصميم وهندسة الخزانات الجيوسيلولية - الامتثال للتطوير منخفض التأثير (LID) - أنظمة الصرف المستدامة (SuDS) - التصميم الحضري المراعي للمياه (WSUD)

أوراق الاعتماد: معتمد من ASTM, تم اختبار SGS, تم التحقق من إنترتك, تم اختبار TRI, حاصلة على علامة CE

اتصل بنا: لينكد إن

المراجع

[1] تحذير: أنظمة احتجاز مياه الأمطار البلاستيكية تحت الأرض

[2] الحجز تحت الأرض - دليل جودة مياه العواصف في CT

[3] 4.8 الاحتجاز تحت سطح الأرض - خدمات التطوير

[4] احتجاز تحت الأرض UGB

مقالات ذات صلة