Новые материалы играют ключевую роль в улучшении резервуаров для аквакультуры. В статье рассмотрен потенциал внедрения геомембран из полиэтилена высокой плотности (HDPE) для облицовки каналов около солнечной электростанции в городе Антофагаста, Чили. В отличие от бетона, HDPE обладает высокой гибкостью, долговечностью и идеально подходит для удаленных районов.

Высокая стоимость и недоступность материалов осложняют подбор гидроизоляции поверхности каналов. Поэтому, особое значение приобретает оптимальное использование водных ресурсов.

Данный обзор посвящен проекту, связанному с контролем и использованием ливневых стоков около солнечной станции в солончаке Салар-де-Атакама на севере Чили. Специальные выкопанные траншеи удерживают дождевую воду. Изначально, проект предусматривал облицовка траншей бетоном, но сложности с доставкой и неудобное расположение объекта заставили взглянуть на геомембраны из HDPE.

Проект

Геомембраны из полиэтилена высокой плотности (HDPE) представляют собой прочный, устойчивый к УФ-излучению пластичный ламинат, непроницаемый для воды и химических веществ. Обычно его используют шахтах, хранилищах воды, аквакультуре. С течением времени, бетон имеет тенденцию трескаться и разрушаться, пропускать воду, тогда как геомембраны сохраняют свойства многие годы.

Параметры облицовки

Коэффициент шероховатости (коэффициент Гоклера — Маннинга)

Коэффициент шероховатости важен для расчета водного потока в канале, где низкие значения указывают на меньшее сопротивление потоку. Уравнение Маннинга часто используют для оценки водного потока в трубах и каналах, в частности, покрытых полиэтиленом высокой плотности. Для каналов облицованных HDPE, в зависимости от текстуры геомембран, характерен коэффициент шероховатости от 0,009 до 0,015. Грубые геомембраны имеют высокие значения, тогда как гладкие – более низкие. Исследования рекомендуют минимальное значение коэффициента шероховатости менее 0,01-0,012 для гладких ребристых HDPE труб.

	Бетон	Геомембрана
Шероховатость	0,13	0,01
Срок службы	20 лет	30 лет

Материал	Коэффициент	Материал	Коэффициент
Естественное русло		Вырытые земляные каналы
Чистое, прямое русло	0,03	Чистый	0,022
Большинство рек	0,035	Гравийный	0,025
Медленные заводи с глубокими прудами	0,04	Тровяной	0,03
		Каменный	0,035
Металлы		Поймы
Латунь	0,011	Пастбища	0,035
Литая сталь	0,013	Деревья	0,15
Гладкая сталь	0,012
Гофрированный металл	0,022
Неметаллы
Стекло	0,01	Готовый бетон	0,012
Глиняная плитка	0,014	Гравий	0,29
Кирпичная кладка	0,015	Почва	0,025
Асфальт	0,016
Каменная кладка	0,025
Гофрированный полиэтилен с гладкими внутренними стенками	0,009-0,015
Гофрированный полиэтилен с гофрированными внутренними стенками	0,018-0,025
Поливинилхлорид с гладкими внутренними стенками	0,009-0,011

Наклон стен канала

Для защиты HDPE геомембран от сдвига потоком жидкости наклон стенок не должен превышать «горизонтальное расстояние : вертикальное расстояние» (H:V) = «1:1». Для ступенчатого уклона (H:V = 2:3) в качестве опоры вносят геотекстиль или геокомпозиты. Правильная укладка основы важна, так как компактная гладкая поверхность минимизирует риск повреждения. При возможности следует использовать почву в качестве формирователя профиля.

Долговечность

На долговечность материала влияют почва, воздух и водный поток. Первичными факторами повреждения материала в безнапорном потоке являются коррозия, механические силы, эрозия (абразивное) стоками и влияние погоды, например, минусовые температуры, циклы заморозки/оттаивания, УФ-излучение.

Коррозия

Пластики, подобные полиэтилену и полипропилену, обладают высокой инертностью, устойчивы к абразивным частицам и гальванической коррозии. Они идеально подходят в качестве дренажа для ливневых стоков. Важным моментом является выбор подходящего стыковочного материала, особенно, в проектах транспортировки и хранения химических веществ, углеводородов.

Сопротивление сдвигу

Оптимальную прочность на растяжение HDPE обеспечивают в процессе тестирования. Результаты испытаний указывают на минимальные требования к прочности гладких HDPE геомембран определенной толщины. Этот материал демонстрирует высокую устойчивость к деформации, сдвиг и удлинение составляет 12% для эластичных условий и 700% при разрушении.

Эрозия

Исследовательский совет канадской провинции Саскачеван (SRC) провел лабораторные исследования степени износа стенок труб из различного материала в условиях контролируемого абразивного воздействия жидкостью с песком на скоростях потока 2.1 м/сек и 4,6 м/сек. Результаты работы затем экстраполировали на износ в течение года воздействия.

Экстремальные условия минусовых температур

Экстремально низкие температуры делают некоторые пластики ломкими, затрудняют их монтаж. Промышленные испытания проведены для HDPE при температуре от 4°C и ниже, но полиэтилен сохраняет функциональность до -40°C, сопротивляется излому и не требует специальных мер при установке.

Высокие температуры

При высоких температурах геомембраны из черного полиэтилена абсорбируют тепло. Максимальная рабочая температура резервуаров составляет 60°C, с учетом химического состава раствора. Неоптимальная высокая температура вызывает температурное сокращение и открытие стыковочных швов. Значение температурного коэффициент расширения полиэтилена имеет высокое значение в жарком климате.

Контроль скорости

Высокая скорость потока препятствует отложению осадка из ливневых вод на дно канала. Это также снижает расходы на обслуживание и поддерживает гидравлическую функцию на протяжении всего срока службы. Тем не менее, скорость водного потока ограничивается особенностями канала и монтажа.

Установка геомембран и обслуживание

Поверхность земли под геомембраны должна быть стабильной, гладкой, без острых объектов, избытка влаги и грязи. Длинные прямые секции необходимо прокладывать вдоль, снижая количество стыков, тогда как поперечное наложение должно проходить так, чтобы нижестоящие листы покрывались вышележащими. Геомембраны прокладывают без натяжения, с перекрытием 4-10 см, согласно установкам сварочного аппарата. Обслуживание включает сохранение водонепроницаемости, избегания накопления осадка и внешних включений в мембрану.

Заключение

Геомембраны являются эффективной альтернативой традиционному бетону в строительстве каналов. Они имеют высокую гибкость и стойкость, адаптивность к неровной территории, легко транспортируются, не трескаются и не подвергаются эрозии. Срок службы геомембран превышает 30 лет, они непроницаемы для воды и сохраняют свойства в экстремальных температурах. Оптимальная функциональность и самоочистка достигаются при скорости потока 0,9 м/сек. При работе с абразивными жидкостями или при высоких скоростях используют текстурированные или более толстые (2,0 мм ++) геомембраны. Рекомендуется выбирать более толстые геомембраны (1,5-2,0 мм) с учетом УФ-защиты и рассмотреть добавки для минимизации теплового расширения. Обеспечение долгосрочной стабильности и характеристик возможно при выборе времени сварки мембран в теплом климате и закреплении мембран в ветряных регионах.

——

Aquaculture Magazine Volume 50 Number 5 October-November 2024