Projektowanie systemów rozsączających w Polsce (3)

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 1. Zbiornik rozsączający przed zasypaniem wykonywany na terenie budowy Centrum Handlowego LEROY MERLIN w Zielonej Górze (kliknij aby powiększyć).

W poprzednim artykule starałem się odpowiedzieć na pytanie dotyczące wielkości opadu.
W tym artykule postaram się omówić wpływ warunków geologicznych na zbiorniki rozsączające.
I w tym przypadku analizując wiele projektów zbiorników tego typu dochodzę do wniosku, iż w tym obszarze też próbujemy na swój sposób przewidzieć naturę i jej złożoność.

O ile w przypadku opadów deszczu ich zmienność jest ich cechą charakterystyczną, o tyle zmienność warunków geologicznych jest spora, ale niezmienna w czasie.

W tym też przypadku nasuwa mi się też podobne skojarzenie, iż tym razem próbujemy ujarzmić czy przewidzieć naturę. Jak się okazuje nie do końca czasami jest to przewidywanie trafne i właściwe.

Przy określaniu wielkości i budowy zbiornika rozsączającego należy szczegółowo przeanalizować kwestie występujących w danej lokalizacji warunków geologicznych. Osobiście badania geologiczne jest to pierwszy dokument na który spoglądam rozpatrując możliwość zastosowania rozsączania wody deszczowej na danym terenie. Wyniki badań geologicznych dają jednoznaczną odpowiedź na pytanie – czy zastosowanie rozsączania jest na danym terenie możliwe czy nie.

Współczynnik filtracji.
Współczynnik filtracji charakteryzuje zdolność przesączania wody będącej w ruchu laminarnym przez skały porowate i jest miarą przepuszczalności hydraulicznej gruntu. Przesączanie odbywa się siecią kanalików utworzonych z porów gruntowych.[1]

Istnieją metody laboratoryjne i terenowe pozwalające na określenie wartości współczynnika filtracji. W geologii inżynierskiej posługujemy się zazwyczaj formuła następującą gdzie:

 

 

 

 

 

 

 

 

k – współczynnik filtracji,
Q – wydatek
F - Powierzchnia przekroju
I – spadek hydrauliczny

W poniższym rysunku przedstawiłem podział rodzajów gruntu na trzy grupy w zależności od wartości ich współczynnika filtracji.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys 1. Podział gruntów w zależności od współczynnika filtracji. [3] (kliknij aby powiększyć).

Grunty do wartości kf < 10-6 można zakwalifikować jako nadające się do infiltracji. W przypadku gruntów o wartości współczynnika filtracji w przedziale 10-3 ≤ kf < 1 należy dodatkowo przewidzieć konieczność podczyszczenia wody opadowej ponieważ jej szybka infiltracja w gruncie może spowodować szybkie zanieczyszczenie wody gruntowej.
W przypadku gruntów nieprzepuszczalnych o wartości kf ≤ 10-6 projektowanie rozsączania wody w gruncie jest nie tyle co niemożliwe, co bardzo utrudnione i konieczne są dodatkowe środki zaradcze jak np.: przelewy awaryjne lub zastosowanie systemów nieckowych/muldowych.

By bardziej obrazowo przedstawić wpływ współczynnika filtracji gruntu na jej szybkość przedstawiam prosty obliczeniowy przykład:

Założenia:

• Roczny odpływ z powierzchni uszczelnionych = ok. 450 mm średni opad z terenu centralnej Polski
• Powierzchnia infiltracyjna = 10% powierzchni uszczelnionej
• Słup wody, który w ciągu roku infiltruje: (10+1)*450 ≈ 5000 mm/rok = 5,0 m/rok

 

Tabela nr 1. Obliczeniowy czas trwania infiltracji dla różnych rodzajów gruntów [3] (kliknij aby powiększyć).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jak pokazuje powyższy przykład rozsączenie w gruntach przepuszczalnych trwa poniżej 24 godzin, W gruntach ilastych ten sam słup wody rozsącza się w okresie prawie 2 lat. Innymi słowy nie zmusimy gruntu do przejścia wody w przypadku gdy nie nadaje się on do tego.

W praktyce można na podstawie tego sformułować wniosek, iż zastosowanie rozsączania zależy głównie od warunków geologicznych gruntu i jego zdolności do wchłonięcia wody. Wielkość współczynnika filtracji ma więc kolosalne znaczenie również dla określenia wielkości zbiornika rozsączająego. Poniżej przedstawiam przykład obliczeniowy wielkości wymaganej pojemności zbiornika rozsączającego w zależności od zastosowanego współczynnika filtracji.

 

Tabela nr 2. Obliczeniowy czas trwania infiltracji dla różnych rodzajów gruntów (kliknij aby powiększyć).

 

 

 

 

 

 

 

Jak wynika z powyższego przykładu współczynnik filtracji ma wpływ nie tylko na wielkość samego zbiornika rozsączajacego, ale równie na czas opróżniania tego zbiornika, jak i również na wydajność infiltracji, która w przypadku gruntów ilastych jest wręcz bliska zeru.

Przy doborze wartości współczynnika filtracji do projektowania systemów rozsączających proponuje stosować następujące wytyczne lub źródła:

Terenowe badanie współczynnika filtracji.
Stosowane w przypadku instalacji dużych dla zlewni o spływie z powierzchni powyżej 1 ha. W tym przypadku sensowne wydaje się terenowe oznaczenia wartości współczynnika filtracji kf [m/s]. Pozwoli to na właściwe obliczenie wielkości zbiornika, chodzi tutaj o aspekt zarówno niedoszacowania jak i przeszacowania jego gabarytów.
Warto moim zdaniem w przypadku dużych instalacji wykonać terenowe badania tego współczynnika w kilku miejscach w celu wysondowania najbardziej korzystnych warunków geologicznych dla pracy zbiornika. Istotne jest też, iż badania te powinny być przeprowadzone w okresie relatywnych wysokich poziomów zwierciadła wody gruntowej oraz opadów deszczu. Najlepszym okresem jest tutaj późna wiosna lub jesień. Wiadomo też, iż dodatkowe badania geologiczne są dodatkowym kosztem, który może okazać się bardzo mały w przypadku np.: przeprojektowanych gabarytów zbiornika rozsączającego.

Dane literaturowe
W tym przypadku istnieje w Polsce kilka publikacji, które podają orientacyjne wartości współczynników filtracji dla gruntów. Poniżej przedstawiam tabelaryczne porównanie tych wartości publikowane w kilku przykładowych publikacjach:

 

Tabela nr 3. Literaturowe wartości współczynnika filtracji różnych gruntów (kliknij aby powiększyć).

 

 

 

 

 

 

 

 

Z powyższej tabeli można zauważyć, iż podawane w literaturze wartości współczynników filtracja dla gruntów tego samego typu są dość rozbieżne. Szczególne widać, iż wytyczna niemiecka DVWA –A 138 zaleca stosowanie dość niekorzystnych współczynników filtracji. Wynika to z faktu uwzględniania w niemieckich przepisach dodatkowego spadku wydajności infiltracji czasie, spowodowanego pewną kolmatacją gruntu i geosyntetyku rozsączającego.

Wnioski

Jak wynika z przedstawionych powyżej informacji współczynnik filtracji ma wpływ na kluczowe parametry zbiornika rozsączającego. Jego wartość determinuje po pierwsze w ogóle zasadność zastosowania rozsączania w grunt wody deszczowej. Dodatkowo ma również wpływ na następujące parametry:

• pojemność [m3]
• powierzchnie rozsączającą zbiornika [m2]
• gabaryty ( szerokość x długość x wysokość ) [m]
• czas opróżniania zbiornika [h]
• wydatek rozsączający [l/s].

W tym przypadku zasadne wydaje się, iż odpowiednie oszacowanie wartości współczynnika filtracji jest kluczowe w projektowaniu zbiornika rozsączającego. Niedoszacowanie tej wartości na wpływ na wiele parametrów tego zbiornika i może w przyszłości powodować jego nieprawidłową pracę. Powodować to może, iż zbiornik nie przejmie w wystarczający sposób powstającej wody opadowej, jaki i również może doprowadzić postania lokalnych podtopień.

Marcin Motylski

Literatura:
[1] Wikipedia
[2] DWA-A 138 „Planung, Bau Und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niedrerschlagwasser- Wydanie z kwietnia 2005"
[3] Dr.Mariusz Merta „Zagospodarowanie wód opadowych znaczenie, przykłady, wymiarowanie"
Brake, 18. Wrzesień 2012
[4] Sokołowski, Żbikowski 'Odwodnienia budowlane i osiedlowe'
[5] R. Edel 'Odwodnienie dróg'