วิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึม | คู่มือ
สำหรับวิศวกรโยธา นักออกแบบอ่างเก็บน้ำ และผู้รับเหมา EPC การดำเนินการที่มีประสิทธิภาพวิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึมมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพการกักเก็บน้ำ ปกป้องทรัพยากรน้ำใต้ดิน และปฏิบัติตามข้อกำหนดของใบอนุญาตตามกฎระเบียบ การสูญเสียน้ำจากการซึมของอ่างเก็บน้ำที่ไม่มีวัสดุบุผิวมีตั้งแต่ร้อยละ 5 ถึง 30 ของปริมาณที่กักเก็บต่อปี ขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของดิน ระบบเยื่อสังเคราะห์ (HDPE, LLDPE, RPE) เป็นแผ่นกั้นที่แทบจะซึมผ่านไม่ได้ โดยมีค่าการนำน้ำได้ต่ำถึง 1×10⁻¹⁴ เมตรต่อวินาที ลดการซึมลงเหลือน้อยกว่า 0.1 มิลลิเมตรต่อวัน คู่มือนี้ครอบคลุมวิธีการป้องกันหลายวิธี ได้แก่ แผ่นบุผิวเยื่อสังเคราะห์แบบเปิด (ชั้นเดียว) แผ่นบุผิวแบบผสม (เยื่อสังเคราะห์ร่วมกับแผ่นดินเหนียวสังเคราะห์หรือดินเหนียวอัดแน่น) ระบบแผ่นบุผิวแบบยึดตรึงสำหรับทางลาดชัน และฝาครอบลอยน้ำสำหรับควบคุมการระเหยและการซึม แต่ละวิธีได้รับการวิเคราะห์ความเหมาะสมตามขนาดอ่างเก็บน้ำ ความลึกของน้ำ สภาพอากาศ และข้อกำหนดตามกฎระเบียบ ผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อจะได้เรียนรู้การระบุระบบเยื่อสังเคราะห์ที่มีความหนาที่เหมาะสม (1.0 มิลลิเมตรถึง 2.0 มิลลิเมตร) การป้องกันรังสียูวี และการทดสอบความสมบูรณ์ของรอยต่อ แหล่งที่มา: GRI-GM13, ASTM D7466, แนวทางของ USBR
วิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อใยสังเคราะห์
วิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อใยสังเคราะห์หมายถึงเทคนิคทางวิศวกรรมที่ใช้แผ่นซับสังเคราะห์เพื่อป้องกันการไหลของน้ำผ่านก้นอ่างเก็บน้ำและด้านข้างของอ่างเก็บน้ำ ซึ่งช่วยลดหรือหยุดการสูญเสียน้ำไปยังชั้นดินและหินที่อยู่ด้านล่างได้อย่างมาก วิธีการเหล่านี้รวมถึง: (1) แผ่นซับจีโอเมมเบรนแบบเปิด – แผ่น HDPE หรือ LLDPE ชั้นเดียววางบนพื้นรองรับที่เตรียมไว้ (2) แผ่นซับแบบผสม – จีโอเมมเบรนวางบนแผ่นซับดินเหนียวสังเคราะห์ (GCL) หรือชั้นดินเหนียวอัดแน่นเพื่อความซ้ำซ้อน (3) ระบบแผ่นซับแบบยึด – จีโอเมมเบรนยึดด้วยร่องสมอในพื้นที่ลาดชันมากกว่า 1V:3H และ (4) ฝาครอบลอย – แผ่นจีโอเมมเบรนลอยบนผิวน้ำเพื่อป้องกันทั้งการระเหยและการซึม (ใช้สำหรับอ่างเก็บน้ำดื่ม) สำหรับงานวิศวกรรมและการจัดซื้อ การเลือกขึ้นอยู่กับเป้าหมายการลดการซึม (95 ถึง 99.9 เปอร์เซ็นต์) คุณสมบัติทางเคมีของน้ำ (ค่า pH ความเค็ม) สภาพการสัมผัส (รังสียูวี การแช่แข็ง-ละลาย) และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ (EPA หน่วยงานน้ำท้องถิ่น) ระบบจีโอเมมเบรนที่ออกแบบอย่างเหมาะสมมีอายุการใช้งานมากกว่า 50 ปี โดยมีการสูญเสียจากการซึมต่ำกว่า 0.05 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณที่เก็บต่อปี ที่มา: GRI-GM13, แนวทางการควบคุมการซึมของ USBR
ข้อกำหนดทางเทคนิคของระบบควบคุมการซึมของแผ่นใยสังเคราะห์
เมื่อทำการประเมินวิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึม, พารามิเตอร์ทางเทคนิคต่อไปนี้มีความสำคัญ
| พารามิเตอร์ | ค่าทั่วไป | ความสำคัญของวิศวกรรม |
|---|---|---|
| วัสดุแผ่นใยสังเคราะห์ (สิ่งกีดขวางการซึม) | HDPE (ที่ต้องการ), LLDPE หรือ RPE | HDPE มีความแข็งแรง ทนทานต่อสารเคมี และเสถียรภาพต่อรังสียูวีสูงที่สุด LLDPE มีความยืดหยุ่นมากกว่าสำหรับพื้นผิวที่ไม่เรียบ RPE สำหรับการใช้งานชั่วคราวและต้นทุนต่ำ |
| ความหนา (ขึ้นอยู่กับความลึกของน้ำ) | 1.0 มม. ถึง 2.0 มม. (1.5 มม. ทั่วไปสำหรับความลึก 5 ถึง 10 เมตร) | แผ่นที่หนากว่าทนทานต่อการเจาะจากหินใต้พื้น น้ำแข็ง และอุปกรณ์บำรุงรักษา สำหรับความลึกของน้ำมากกว่า 10 เมตร ให้ระบุ 2.0 มม. |
| ค่าการนำน้ำ (การซึมผ่าน) | 1×10⁻¹⁴ ถึง 1×10⁻¹⁵ เมตรต่อวินาที (ASTM D5084) | แทบไม่ซึมผ่าน ลดการซึมได้มากกว่า 99.9 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับอ่างเก็บน้ำที่ไม่มีการบุแผ่น |
| ความต้านทานแรงดึงที่จุดคราก (HDPE 1.5 มม.) | ≥29 กิโลนิวตันต่อเมตร (ASTM D6693) | ต้านทานการเสียรูปจากแรงดันน้ำและการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ความแข็งแรงต่ำเพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าวจากความเครียด |
| ความต้านทานการเจาะทะลุ (HDPE 1.5 มม.) | ≥480 N (ASTM D4833) | ป้องกันความเสียหายจากอนุภาคของพื้นผิวที่แหลมคมหรือแรงกระแทกจากน้ำแข็ง |
| ปริมาณคาร์บอนแบล็ค (ในจีโอเมมเบรนที่สัมผัสกับแสง) | 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ (ASTM D1603) | จำเป็นสำหรับการป้องกันรังสียูวีในแผงกั้นการซึมที่สัมผัสกับแสง ซับที่ไม่ได้รับการรักษาเสถียรภาพจะเสื่อมสภาพภายใน 2 ถึง 3 ปี |
| ระยะเวลาเหนี่ยวนำออกซิเดชัน (HP-OIT) | ≥400 นาที (ASTM D3895) สำหรับการออกแบบอายุ 50 ปีขึ้นไป | ชุดสารต้านอนุมูลอิสระช่วยให้มีความทนทานในระยะยาวภายใต้การสัมผัสความร้อนและสารเคมี |
| ความแข็งแรงในการลอกตะเข็บ (ขั้นต่ำ) | ≥80 เปอร์เซ็นต์ของความแข็งแรงแรงดึงของวัสดุหลัก (ASTM D6392) | รับประกันความสมบูรณ์ของตะเข็บเทียบเท่ากับแผ่นจีโอเมมเบรน ตะเข็บที่ไม่ดีเป็นจุดรั่วซึมหลัก |
โครงสร้างวัสดุและองค์ประกอบของแผงกั้นการซึมของจีโอเมมเบรน
โครงสร้างวัสดุของจีโอเมมเบรนกำหนดประสิทธิภาพของวิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึมตารางด้านล่างอธิบายส่วนประกอบแต่ละส่วน
| ชั้นหรือส่วนประกอบ | วัสดุ | ผลกระทบต่อการทำงานและการป้องกันการซึม |
|---|---|---|
| พอลิเมอร์ฐาน (HDPE) | พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงบริสุทธิ์ (ความหนาแน่น ≥0.940 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) | ให้ความไม่ซึมผ่าน (1×10⁻¹⁴ ม./วินาที) และทนต่อสารเคมี เรซินรีไซเคิลเพิ่มการซึมผ่านและลดความแข็งแรง ส่งผลเสียต่อการควบคุมการซึม แหล่งที่มา: ASTM D1505 |
| พอลิเมอร์พื้นฐาน (LLDPE) | โพลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (ความหนาแน่น 0.925 ถึง 0.940 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) | มีความยืดหยุ่นมากขึ้น ปรับตัวเข้ากับพื้นผิวที่ไม่เรียบได้ดี มีค่าการซึมผ่านสูงกว่า HDPE เล็กน้อย (5×10⁻¹⁴ ม./วินาที) แต่ยังคงมีประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ |
| คาร์บอนไบรท์ (สารปรับสภาพความเสถียรต่อรังสีอัลตราไวโอเลต) | คาร์บอนแบล็กจากเตาเผา 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ | ปกป้องเยื่อสังเคราะห์ที่สัมผัสจากการเสื่อมสภาพจากรังสียูวี การสูญเสียความเสถียรต่อรังสียูวีทำให้เกิดรอยแตกและช่องทางการซึม แหล่งที่มา: ASTM D1603 |
| แพคเกจสารต้านอนุมูลอิสระ | ฟีนอลและฟอสไฟต์ที่ถูกขัดขวาง (HP-OIT ≥400 นาที) | ป้องกันการเสื่อมสภาพจากความร้อนและออกซิเดชัน รักษาความยืดหยุ่นและความไม่ซึมผ่านได้นานหลายทศวรรษ ค่า HP-OIT ต่ำ (<200 นาที) ทำให้เกิดความเปราะและรอยแตก |
| แผ่นรองผ้าใยสังเคราะห์ (ใต้แผ่นกันซึม) | ผ้าไม่ทอแบบเข็มเจาะ (200 ถึง 400 กรัมต่อตารางเมตร) | ป้องกันแผ่นกันซึมจากการถูกเจาะ กระจายน้ำหนัก และระบายน้ำสำหรับการรั่วซึมรอง ช่วยยืดอายุการใช้งาน 10 ถึง 15 ปี |
กระบวนการผลิตแผ่นกันซึมเพื่อควบคุมการซึม
กระบวนการผลิตส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของวิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึม.
การเลือกวัตถุดิบและการผสม:เม็ดพลาสติก HDPE บริสุทธิ์ผสมกับคาร์บอนแบล็ก (2 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์) และสารต้านอนุมูลอิสระ สัดส่วนสารเติมแต่งที่แม่นยำช่วยให้ทนต่อรังสียูวีและป้องกันอนุมูลอิสระในระยะยาว การปนเปื้อนลดประสิทธิภาพของแผ่นกั้นการซึม แหล่งที่มา: ASTM D1238
การอัดรีด (แม่พิมพ์แบบแบน):ส่วนผสมถูกหลอม (200 ถึง 230 องศาเซลเซียส) และอัดผ่านแม่พิมพ์แบบเสื้อโค้ทลงบนลูกกลิ้งเย็นขัดเงา ความหนาสม่ำเสมอ (±5 เปอร์เซ็นต์) มีความสำคัญเพื่อป้องกันจุดอ่อนที่อาจแตกภายใต้แรงดันน้ำ แหล่งที่มา: ASTM D7466
การตกแต่งพื้นผิว (เรียบหรือมีลวดลาย):พื้นผิวเรียบเหมาะสำหรับงานกันซึมส่วนใหญ่ (ทำความสะอาดง่าย) พื้นผิวแบบมีผิวสัมผัสสำหรับความลาดชันที่มากกว่า 1V:3H เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานและป้องกันการลื่นไถล พื้นผิวแบบรีดร่วม (ในเนื้อเดียวกัน) มีความทนทานมากกว่าแบบติดแผ่นภายหลัง
การตรวจสอบคุณภาพการกันซึม:การทดสอบประกายไฟแรงดันสูง (15 ถึง 30 kV) ตรวจจับรูเข็ม การทดสอบแรงดึงและแรงเจาะ (ASTM D6693, ASTM D4833) ยืนยันความแข็งแรงเชิงกล การทดสอบ OIT (ASTM D3895) ยืนยันคุณสมบัติสารต้านอนุมูลอิสระ ม้วนที่มีรูเข็มหรือค่า OIT ต่ำกว่ามาตรฐานจะถูกปฏิเสธ
การบรรจุม้วนและการขนส่ง:ม้วน (กว้าง 5 ถึง 9 ม. ยาว 50 ถึง 200 ม.) ห่อด้วยโพลีเอทิลีนขาวบนดำที่ป้องกันรังสียูวี การจัดเก็บที่เหมาะสมป้องกันความเสียหายจากรังสียูวีก่อนการติดตั้ง ซึ่งอาจส่งผลต่อการควบคุมการซึม
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวิธีการป้องกันการซึม
เมื่อเลือกวิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึมให้เปรียบเทียบจีโอเมมเบรนกับสิ่งกีดขวางการซึมชนิดอื่น
| วิธีการป้องกันการซึม | การลดการซึม (ร้อยละ) | ต้นทุนต่อตารางเมตรที่ติดตั้ง | ความซับซ้อนในการติดตั้ง | การซ่อมบำรุง | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|---|
| แผ่น HDPE เปิดโล่ง (1.5 มม.) | >99.9 เปอร์เซ็นต์ (การรั่วซึม <0.1 มม./วัน) | 8 ถึง 15 ดอลลาร์สหรัฐ | ปานกลาง (ต้องเชื่อม) | ต่ำ (ตรวจสอบด้วยสายตาปีละครั้ง) | อ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ของเทศบาล, บ่อเกษตร, สภาพเปิดโล่ง |
| แผ่นซับรวม (HDPE + GCL) | >99.99 เปอร์เซ็นต์ (ชั้นกั้นซ้ำซ้อน) | 12 ถึง 25 ดอลลาร์สหรัฐ | ปานกลาง (สองชั้น, การเชื่อม + การทับซ้อนตะเข็บ) | ต่ำ | อ่างเก็บน้ำที่มีผลกระทบสูง (น้ำดื่ม, การป้องกันสิ่งแวดล้อม) |
| ดินเหนียวอัดแน่น (600 มม.) | 95 ถึง 98 เปอร์เซ็นต์ (ขึ้นอยู่กับคุณภาพดินเหนียว) | 6 ถึง 12 ดอลลาร์สหรัฐ (หากมีแหล่งดินเหนียวใกล้เคียง) | สูง (ต้องใช้ดินเหนียว การบดอัด การควบคุมความชื้น) | สูง (การซ่อมรอยแตก) | อ่างเก็บน้ำที่มีผลกระทบต่ำ เฉพาะที่ดินเหนียวมีในท้องถิ่น |
| การบุคอนกรีต (เสริมเหล็ก 100 มม.) | 99.9 เปอร์เซ็นต์ (ผ่านคอนกรีต; รอยแตกทำให้เกิดการซึม) | 20 ถึง 40 ดอลลาร์สหรัฐ | สูง (แบบหล่อ, การบ่ม, การปิดผนึก) | ปานกลาง (ซ่อมรอยแตก) | อ่างเก็บน้ำขนาดเล็ก คลอง โครงสร้างทางชลศาสตร์ |
การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมของการควบคุมการซึมด้วยเยื่อสังเคราะห์
วิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อใยสังเคราะห์ถูกนำไปใช้ในภาคส่วนการกักเก็บน้ำที่หลากหลาย:
อ่างเก็บน้ำประปาเทศบาล:เยื่อกันซึมต้องเป็นไปตามมาตรฐาน NSF/ANSI 61 (ไม่มีการชะละลายของโลหะหนัก) เยื่อกันซึมแบบเปิด (HDPE, 1.5 มม.) ที่มีคาร์บอนแบล็ก 2.5 เปอร์เซ็นต์ จำเป็นต้องใช้เยื่อบุผสม (HDPE + GCL) ในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูงต่อการปนเปื้อนน้ำใต้ดิน เป้าหมายการลดการซึมผ่านมากกว่า 99.9 เปอร์เซ็นต์ ที่มา: NSF/ANSI 61
บ่อน้ำเพื่อการเกษตร:HDPE หรือ LLDPE (1.0 ถึง 1.5 มม.) แบบเปิดหรือปิดด้วยน้ำ 30 ซม. จำเป็นต้องมีสารกันรังสียูวี การลดการซึมช่วยลดพลังงานที่ใช้ในการสูบน้ำและต้นทุนการซื้อน้ำ ระยะเวลาคืนทุนโดยทั่วไป 3 ถึง 8 ปี
การเก็บน้ำในอุตสาหกรรม (บ่อหล่อเย็น, น้ำดับเพลิง):อุณหภูมิสูง (40 ถึง 60 องศาเซลเซียส) ต้องการ HP-OIT ≥500 นาที ความต้านทานต่อสารเคมีของสารป้องกันการแข็งตัว (ไกลคอล) และสารเคมีในหอทำความเย็น (สารชีวฆ่า) ต้องได้รับการตรวจสอบตาม ASTM D5322 ที่มา: ASTM D5322
บ่อกากแร่และบ่อน้ำกระบวนการ:แผ่นซับประกอบ (HDPE + GCL) ที่หน่วยงานกำกับดูแลหลายแห่งกำหนด ชั้นตรวจจับการรั่วซึม (จีโอคอมโพสิท) ระหว่างแผ่นซับหลักและแผ่นซับรอง ความหนา 1.5 ถึง 2.0 มม. HDPE ที่มา: ข้อบังคับการทำเหมืองของ EPA
ทะเลสาบบำบัดน้ำเสีย:แผ่นซับ HDPE ที่เปิดโล่ง (1.5 มม.) ทนทานต่อสารเคมีในช่วง pH 4 ถึง 11, ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) และมีเทน ต้องใช้แผ่นซับสองชั้นสำหรับของเสียอันตราย การทดสอบรอยต่อ (กล่องสุญญากาศ) บนรอยต่อทั้งหมด 100 เปอร์เซ็นต์
ปัญหาทั่วไปทางอุตสาหกรรมและแนวทางแก้ไขทางวิศวกรรม
ข้อมูลภาคสนามเผยให้เห็นปัญหาทั่วไป 4 ประการที่เกี่ยวข้องกับวิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึม.
ปัญหา: ตรวจพบการรั่วซึมที่ร่องยึด (น้ำเลี่ยงผ่านจีโอเมมเบรน)
สาเหตุหลัก: ความลึกของร่องสมอยึดไม่เพียงพอ (<0.5 ม.) หรือวัสดุถมกลับไม่ถูกอัดแน่น น้ำไหลใต้ร่องสมอและด้านหลังแผ่น geomembrane วิธีแก้ไข: เพิ่มความลึกของร่องสมอเป็น 0.8 ถึง 1.0 ม. ใช้วัสดุถมกลับเป็นดินเหนียวอัดแน่นหรือคอนกรีต ติดตั้งแถบกันน้ำเบนโทไนท์ที่ฐานร่องสมอ ยืดแผ่น geomembrane เข้าไปในร่องสมอและถมกลับเป็นชั้นๆ ที่มา: GRI-GM19ปัญหา: แผ่น geomembrane ลอยหรือโป่งพองระหว่างการเติมน้ำในอ่างเก็บน้ำ (การกักเก็บอากาศ)
สาเหตุหลัก: ชั้นพื้นรองรับไม่มีระบบระบายอากาศ อากาศถูกกักไว้ใต้แผ่นซับ เมื่อน้ำสูงขึ้น แรงดันอากาศจะยกแผ่น geomembrane ทำให้เกิดช่องทางให้น้ำซึมผ่าน วิธีแก้ไข: ติดตั้งระบบระบายอากาศที่ชั้นพื้นรองรับ (ท่อเจาะรูระบายสู่บรรยากาศ) สำหรับอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่กว่า 1 เฮกตาร์ สำหรับอ่างขนาดเล็ก ให้เติมน้ำช้าๆ (น้อยกว่า 0.3 ม.ต่อวัน) เพื่อให้อากาศระบายออก ใช้แผ่น geomembrane ผิวสัมผัสบนพื้นที่ลาดชันเพื่อสร้างช่องทางระบายอากาศปัญหา: รอยต่อแยกออกจากกันหลังจาก 3 ถึง 5 ปี ทำให้เกิดการซึมเฉพาะจุด
สาเหตุหลัก: อุณหภูมิการเชื่อมแบบอัดรีดต่ำเกินไป (ต่ำกว่า 200 องศาเซลเซียส) หรือการเตรียมพื้นผิวไม่ดี (สกปรก, เปียก) รวมถึงการทับซ้อนไม่เพียงพอ (<100 มม.) วิธีแก้ไข: กำหนดให้การเชื่อมแบบอัดรีดมีอุณหภูมิ 220 ถึง 240 องศาเซลเซียส กำหนดให้มีการทับซ้อนขั้นต่ำ 150 มม. สำหรับรอยต่อที่สำคัญ (ร่องสมอ, ลาดชัน) ทำการทดสอบการลอกแบบทำลาย (ASTM D6392) ทุก 500 ม. ของรอยต่อ (ความแข็งแรงในการลอกขั้นต่ำ ≥80 เปอร์เซ็นต์ของวัสดุต้นทาง)ปัญหา: การเสื่อมสภาพจากรังสียูวี (การแตกร้าว, ความเปราะ) ของแผ่นซับที่สัมผัสแสงหลังจาก 3 ถึง 5 ปี
สาเหตุหลัก: ปริมาณคาร์บอนแบล็กต่ำกว่า 2 เปอร์เซ็นต์ หรือเรซินที่ไม่ทนรังสียูวี รวมถึงการเก็บแผ่นซับไว้กลางแจ้งเป็นเวลาหลายเดือนก่อนการติดตั้ง (ความเสียหายจากรังสียูวีล่วงหน้า) วิธีแก้ไข: กำหนดให้มีคาร์บอนแบล็ก 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ตาม ASTM D1603 และทดสอบรังสียูวี (ASTM G154, 500 ชั่วโมง, การคงสภาพ >80 เปอร์เซ็นต์) สำหรับพื้นที่ที่มีดัชนีรังสียูวีสูง (>8) ให้เพิ่มผ้าบังแดดหรือคลุมแผ่นซับด้วยน้ำ 30 ซม. ภายใน 30 วันหลังการติดตั้ง ที่มา: ASTM G154
ปัจจัยเสี่ยงและกลยุทธ์การป้องกัน
การลดความเสี่ยงเมื่อดำเนินการ วิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึมต้องใช้วิศวกรรมเชิงรุก
การเตรียมฐานรากที่ไม่เหมาะสม (หิน รากไม้ พื้นผิวไม่เรียบ): การป้องกัน: กำจัดอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 20 มม. ทั้งหมด อัดแน่นชั้นรองพื้นให้ได้ 95 เปอร์เซ็นต์ตามมาตรฐาน Proctor ติดตั้งแผ่นรองผ้าใยสังเคราะห์ไม่ทอ (200 ถึง 400 gsm) ทดสอบความเรียบ: ค่าเบี่ยงเบนสูงสุด 25 มม. ต่อระยะ 3 เมตรตามมาตรฐาน ASTM F710 หากไม่มีแผ่นรอง ความเสี่ยงในการถูกเจาะจะเพิ่มขึ้น 50 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์
วัสดุไม่ตรงกัน (การใช้แผ่นซับที่ไม่ทนต่อรังสียูวีในอ่างเก็บน้ำที่เปิดโล่ง): การป้องกัน: สำหรับอ่างเก็บน้ำที่ไม่มีฝาครอบลอยหรือร่มเงา ต้องใช้คาร์บอนแบล็ก 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ สำหรับพื้นที่ที่มีดัชนีรังสียูวีสูง ให้ระบุ HP-OIT ≥500 นาที และชั้นป้องกันภายนอก (ผ้าบังแดด) ที่มา: ASTM G154
การโจมตีทางเคมีต่อแผ่นซับ (เนื่องจากเคมีของน้ำที่ไม่เข้ากัน):การป้องกัน: ดำเนินการทดสอบการแช่สารเคมีตามมาตรฐาน ASTM D5322 (120 วันที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส) โดยใช้น้ำจากอ่างเก็บน้ำจริง เกณฑ์การผ่าน: การคงความแข็งแรงดึงมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ ไม่มีการแตกร้าวหรือบวมที่ผิว สำหรับน้ำคลอรีน (น้ำดื่ม) ระบุซับในที่ได้รับการรับรอง NSF/ANSI 61 และ HP-OIT ≥400 นาที
การทดสอบรอยต่อที่ไม่เพียงพอ (เกิดการรั่วไหล):การป้องกัน: กำหนดให้มีการทดสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) 100 เปอร์เซ็นต์ของรอยต่อสนามทั้งหมด โดยใช้กล่องสุญญากาศ (ASTM D4437) สำหรับพื้นที่ที่เข้าถึงได้ และการทดสอบประกายไฟ (ASTM D7240) สำหรับเยื่อสังเคราะห์ที่นำไฟฟ้า สำหรับอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ (>10 เฮกตาร์) ให้ดำเนินการสำรวจตำแหน่งรั่วไหลทางไฟฟ้า (ELL) หลังจากเสร็จสิ้น แหล่งที่มา: ASTM D7703
คู่มือการจัดซื้อ: วิธีการระบุระบบ Geomembrane สำหรับการป้องกันการซึม
สำหรับผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อและวิศวกร ใช้รายการตรวจสอบนี้สำหรับวิธีการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำโดยใช้ระบบเยื่อกันซึม: :
กำหนดสภาวะการทำงานของอ่างเก็บน้ำ: ความลึกของน้ำสูงสุด (แรงดันหัว), เคมีของน้ำ (pH, คลอรีน, ความเค็ม), ช่วงอุณหภูมิ (ต่ำสุด, สูงสุด, รอบ), การสัมผัสรังสียูวี (ชั่วโมงต่อวัน, ดัชนียูวี), และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ (NSF/ANSI 61, EPA). ที่มา: ASTM D7466.
เลือกวิธีการป้องกันการซึมตามการใช้งาน: แผ่นกันซึมแบบเปิด (ชั้นเดียว) สำหรับอ่างเก็บน้ำทางการเกษตรและเทศบาลส่วนใหญ่ แผ่นกันซึมแบบผสม (HDPE + GCL) สำหรับพื้นที่ที่มีผลกระทบสูงหรือมีความอ่อนไหวต่อสิ่งแวดล้อม แผ่นกันซึมสองชั้นพร้อมระบบตรวจจับการรั่วไหลสำหรับของเสียอันตรายหรือเหมืองแร่
ระบุวัสดุและความหนาของแผ่นกันซึม: HDPE (1.5 มม.) สำหรับอ่างเก็บน้ำส่วนใหญ่; 2.0 มม. สำหรับความลึกของน้ำมากกว่า 10 เมตรหรือพื้นดินที่มีหิน; 1.0 มม. LLDPE สำหรับการใช้งานที่ยืดหยุ่นบนพื้นดินเรียบ ที่มา: GRI-GM13.
สภาวะการทำงานของอ่างเก็บน้ำ: ความต้านทานแรงดึง ≥29 kN/m (HDPE 1.5 มม.), ความต้านทานการเจาะ ≥480 N, ความต้านทานการฉีกขาด ≥187 N, HP-OIT ≥400 นาที, คาร์บอนแบล็ก 2.0 ถึง 3.0 เปอร์เซ็นต์ สำหรับแผ่นกันซึมแบบเปิด ต้องทดสอบรังสียูวีตาม ASTM G154 (500 ชั่วโมง, การคงสภาพ >80 เปอร์เซ็นต์)
ข้อกำหนดของผ้ารองกันซึม:ผ้าไม่ทอแบบเข็มเจาะ น้ำหนัก 200 ถึง 400 กรัมต่อตารางเมตร พร้อมสารกันรังสียูวีหากต้องสัมผัสแสงแดด จำเป็นสำหรับทุกชั้นพื้นที่มีความเสี่ยงต่ออนุภาคแหลมคม แหล่งที่มา: ASTM D7466
ข้อกำหนดการเชื่อมและการติดตั้ง:การเชื่อมแบบอัดรีดสำหรับ HDPE และ LLDPE ช่างเชื่อมที่ได้รับการรับรอง (IAGI) การทับซ้อนขั้นต่ำ: 100 มม. (มาตรฐาน), 150 มม. (ร่องยึดและทางลาด) การทดสอบการลอกแบบทำลาย (ASTM D6392) ทุก 500 เมตรของรอยต่อ (ผ่าน: ≥80 เปอร์เซ็นต์ของความแข็งแรงของวัสดุหลัก) การทดสอบแบบไม่ทำลาย (กล่องสุญญากาศหรือประกายไฟ) บนรอยต่อ 100 เปอร์เซ็นต์
การทดสอบตัวอย่างก่อนสั่งซื้อจำนวนมาก:สั่งตัวอย่างขนาด 10 ตารางเมตร ดำเนินการทดสอบแรงดึง (ASTM D6693), การเจาะทะลุ (ASTM D4833), OIT (ASTM D3895), และคาร์บอนแบล็ก (ASTM D1603) เปรียบเทียบกับรายงานการทดสอบจากโรงงาน ค่าเบี่ยงเบนที่ยอมรับได้: แรงดึง ±5 เปอร์เซ็นต์, OIT ±20 นาที สำหรับน้ำดื่ม ต้องมีการทดสอบการชะละลายตาม NSF/ANSI 61
เอกสารการรับประกันและคุณภาพ:ขอการรับประกัน 20 ถึง 50 ปี (ตรงตาม HP-OIT) การรับประกันต้องครอบคลุมข้อบกพร่องจากการผลิต การเสื่อมสภาพจากรังสียูวี (หากสัมผัส) ความสมบูรณ์ของรอยต่อ และประสิทธิภาพของแผ่นกั้นการซึม ขอรายงานการทดสอบจากโรงงาน (MTR) สำหรับแต่ละม้วน รวมถึงใบรับรองเรซิน
กรณีศึกษาทางวิศวกรรม
ประเภทโครงการ:อ่างเก็บน้ำประปาเทศบาล (เปลี่ยนจากดินไม่บุผิวเป็นบุผิว)
ที่ตั้ง:แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา (ดัชนียูวีสูง ฤดูแล้งตามฤดูกาล น้ำดื่ม)
ขนาดโครงการ:15 เฮกตาร์ (150,000 ตารางเมตร) ความลึกสูงสุด 10 เมตร ความจุ 1.5 ล้านลูกบาศก์เมตร
วิธีการป้องกันการซึมที่เลือก:แผ่น Geomembrane HDPE ชนิดเปิด (1.5 มม. ผิวเรียบ) ที่ได้รับการรับรอง NSF/ANSI 61 คาร์บอนแบล็ก 2.5 เปอร์เซ็นต์ HP-OIT 520 นาที แผ่นรอง Geotextile: ชนิดไม่ทอ 400 gsm ร่องยึด: ลึก 1.0 ม. × กว้าง 0.8 ม. พร้อมถมคอนกรีต ระบบระบายอากาศใต้ชั้นดินติดตั้ง (ท่อเจาะรู)
ผลลัพธ์และคุณประโยชน์:การสูญเสียน้ำจากการรั่วซึมก่อนการก่อสร้างวัดได้ที่ร้อยละ 18 ของปริมาณน้ำที่เก็บกักต่อปี (270,000 ลูกบาศก์เมตรต่อปี) หลังการบุซับ (ปี 2020) การสูญเสียน้ำจากการรั่วซึมลดลงเหลือร้อยละ 0.03 (450 ลูกบาศก์เมตรต่อปี) – ลดลงร้อยละ 99.8 การประหยัดน้ำต่อปีมีมูลค่า 540,000 ดอลลาร์สหรัฐ (ตามอัตราค่าน้ำท้องถิ่นที่ 2.00 ดอลลาร์สหรัฐต่อลูกบาศก์เมตร) ค่าติดตั้งซับอยู่ที่ 1.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ระยะเวลาคืนทุน 2.2 ปี การรับรอง NSF/ANSI 61 รับประกันคุณภาพน้ำดื่ม (ไม่พบโลหะหนัก) หลังจาก 4 ปี HP-OIT ทดสอบซ้ำที่ 500 นาที (คงไว้ร้อยละ 96) การสัมผัสรังสียูวีไม่ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพที่มองเห็นได้ (คาร์บอนแบล็กร้อยละ 2.4 คงไว้) หน่วยงานกำกับดูแลของรัฐยอมรับการรับรองอายุการออกแบบ 50 ปี ที่มา: การประเมินหลังการใช้งานโครงการ, ASTM D1603, ASTM D3895, ASTM G154, NSF/ANSI 61
ส่วนคำถามที่พบบ่อย
ถาม: วิธีการป้องกันการรั่วซึมที่มีประสิทธิภาพสูงสุดโดยใช้จีโอเมมเบรนคืออะไร
ก: สำหรับอ่างเก็บน้ำส่วนใหญ่ การใช้แผ่น HDPE geomembrane (1.5 มม.) ที่มีการออกแบบร่องยึดและการเตรียมพื้นผิวอย่างเหมาะสม จะช่วยลดการรั่วซึมได้มากกว่า 99.9 เปอร์เซ็นต์ สำหรับพื้นที่ที่มีความเสี่ยงสูง การใช้แผ่นซับแบบผสม (HDPE + GCL) จะให้ชั้นป้องกันที่ซ้ำซ้อน แหล่งที่มา: GRI-GM13ถาม: ฉันสามารถคาดหวังการลดการรั่วซึมได้มากน้อยเพียงใดจากแผ่น geomembrane liner?
ก: แผ่น geomembrane ช่วยลดการรั่วซึมจาก 5 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ (ในกรณีไม่มีการบุ) เหลือน้อยกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณที่เก็บต่อปี สำหรับอ่างเก็บน้ำขนาด 1 ล้านลูกบาศก์เมตร การรั่วซึมต่อปีจะลดลงจาก 50,000 ถึง 300,000 ลูกบาศก์เมตร เหลือน้อยกว่า 1,000 ลูกบาศก์เมตร แหล่งที่มา: คู่มือการควบคุมการรั่วซึมของ USBRถาม: แผ่น geomembrane จำเป็นต้องถูกคลุมหรือสามารถเปิดโล่งได้?
ก: แผ่น geomembrane แบบเปิดโล่งเป็นเรื่องปกติสำหรับอ่างเก็บน้ำกักเก็บน้ำ หากมีสารป้องกันรังสียูวี (คาร์บอนแบล็ก 2 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์) สำหรับอ่างเก็บน้ำในพื้นที่ที่มีดัชนีรังสียูวีสูง (>8) ควรพิจารณาใช้ผ้าคลุมกันแดดหรือคลุมด้วยน้ำลึก 30 ซม. ภายใน 30 วัน เพื่อยืดอายุการใช้งาน แหล่งที่มา: ASTM G154ถาม: อายุการใช้งานของแผ่นกันซึมจีโอเมมเบรนคือเท่าไร?
ตอบ: ด้วยการเลือกวัสดุที่เหมาะสม (HDPE บริสุทธิ์, คาร์บอนแบล็ก 2 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์, HP-OIT ≥400 นาที), การติดตั้ง และการป้องกันรังสียูวี (หากสัมผัส) สามารถใช้งานได้มากกว่า 50 ปี สำหรับ LLDPE 15 ถึง 25 ปี สำหรับ RPE 8 ถึง 15 ปี แหล่งที่มา: GRI-GM13, GRI-GM17ถาม: จำเป็นต้องใช้ผ้าใยสังเคราะห์รองใต้แผ่นกันซึมจีโอเมมเบรนเสมอหรือไม่?
ตอบ: ไม่จำเป็นเสมอไป แต่แนะนำอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวที่มีหิน (อนุภาคขนาดใหญ่กว่า 20 มม.), รากไม้ หรือพื้นผิวที่ไม่เรียบ สำหรับพื้นผิวดินเหนียวที่เรียบและอัดแน่น ผ้าใยสังเคราะห์เป็นทางเลือก แต่ยังคงแนะนำเพื่อลดความเสี่ยงจากการเจาะทะลุจากการเจริญเติบโตของรากในอนาคตหรือสัตว์ที่ขุดดิน แหล่งที่มา: ASTM D7466ถาม: วิธีการทดสอบรอยต่อของแผ่นกันซึมจีโอเมมเบรนเพื่อหารอยรั่วคืออะไร?
ก: วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) ได้แก่ การใช้กล่องสุญญากาศ (ASTM D4437) สำหรับรอยต่อที่เข้าถึงได้ (สร้างสุญญากาศ ไม่มีฟอง = ไม่รั่ว) และการทดสอบประกายไฟ (ASTM D7240) สำหรับเมมเบรนที่มีสภาพนำไฟฟ้า การทดสอบการลอกและแรงเฉือนแบบทำลาย (ASTM D6392) ดำเนินการกับตัวอย่างที่เสียสละทุก 500 เมตรของรอยต่อ แหล่งที่มา: ASTM D4437, ASTM D6392, ASTM D7240ถาม: ฉันสามารถใช้เมมเบรนกันซึมปูพื้นอ่างเก็บน้ำที่รั่วอยู่เดิมโดยไม่ต้องระบายน้ำออกได้หรือไม่?
ตอบ: ไม่ได้ ต้องระบายน้ำออกจากอ่างเก็บน้ำ เตรียมพื้นชั้นล่างเดิมให้แห้ง อัดแน่น และเรียบ จากนั้นจึงติดตั้งเมมเบรนกันซึม การซ่อมแซมเฉพาะจุด (การฉีดยา) เป็นเพียงวิธีชั่วคราว การระบายน้ำและปูเมมเบรนคือทางแก้แบบถาวรถาม: ความหนาขั้นต่ำของเมมเบรนกันซึมป้องกันการซึมคือเท่าไร?
ตอบ: สำหรับความลึกของน้ำน้อยกว่า 5 เมตร ใช้ HDPE 1.0 มม. ได้ ความลึก 5 ถึง 10 เมตร ต้องใช้ 1.5 มม. ความลึกมากกว่า 10 เมตร ต้องใช้ 2.0 มม. แผ่นบาง (0.5 ถึง 0.75 มม.) เหมาะกับคลองหรือการใช้งานใต้ดินเท่านั้น ไม่เหมาะกับอ่างเก็บน้ำ แหล่งที่มา: GRI-GM13คำถาม: เคมีของน้ำส่งผลต่อประสิทธิภาพของ geomembrane อย่างไร?
A: HDPE ทนต่อค่า pH 1.5 ถึง 13 อย่างไรก็ตาม สารเคมีที่ออกซิไดซ์ (คลอรีน, โอโซน) สามารถลดสารต้านอนุมูลอิสระ ทำให้ HP-OIT ลดลง สำหรับน้ำดื่มที่มีคลอรีน ต้องใช้ HP-OIT ≥400 นาที สำหรับน้ำเสีย ให้ทำการทดสอบการแช่สารเคมีตาม ASTM D5322 ที่มา: ASTM D5322Q: การเปรียบเทียบต้นทุนระหว่างการบุด้วย geomembrane และการบุด้วยดินเหนียวอัดแน่นคืออะไร?
A: การบุด้วย geomembrane (HDPE, 1.5 มม.) มีต้นทุนติดตั้ง 8 ถึง 15 ดอลลาร์สหรัฐต่อตารางเมตร การบุด้วยดินเหนียวอัดแน่น (600 มม.) มีต้นทุน 6 ถึง 12 ดอลลาร์สหรัฐต่อตารางเมตร หากแหล่งดินเหนียวอยู่ภายใน 5 กม. อย่างไรก็ตาม geomembrane ลดการรั่วซึมได้มากกว่า 99.9 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ดินเหนียวลดได้ 95 ถึง 98 เปอร์เซ็นต์ สำหรับพื้นที่ขาดแคลนน้ำ ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงกว่าของ geomembrane จะถูกชดใช้ผ่านการประหยัดน้ำภายใน 3 ถึง 8 ปี
ขอรับการสนับสนุนทางเทคนิคหรือใบเสนอราคา
สำหรับวิศวกรโยธาและผู้ออกแบบอ่างเก็บน้ำ มีการสนับสนุนทางเทคนิคเพื่อตรวจสอบการวิเคราะห์การรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำ เคมีของน้ำ และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ ขอใบเสนอราคาสำหรับระบบเยื่อกรอง HDPE, LLDPE หรือคอมโพสิตพร้อมรายงานการทดสอบ ASTM ฉบับสมบูรณ์ ข้อมูลความเสถียรต่อรังสียูวี (ASTM G154), HP-OIT (ASTM D3895) และการรับรอง NSF/ANSI 61 (สำหรับน้ำดื่ม)
เกี่ยวกับผู้เขียน
คู่มือนี้เขียนโดยวิศวกรธรณีสังเคราะห์และผู้เชี่ยวชาญด้านทรัพยากรน้ำที่มีประสบการณ์มากกว่า 15 ปีในการออกแบบและกำหนดระบบป้องกันการรั่วซึมของเยื่อกรองสำหรับอ่างเก็บน้ำของเทศบาล เกษตรกรรม อุตสาหกรรม และเหมืองแร่ในอเมริกาเหนือ ออสเตรเลีย ตะวันออกกลาง และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ คำแนะนำทั้งหมดเป็นไปตาม ASTM D7466, GRI-GM13, GRI-GM17, NSF/ANSI 61 และแนวทางการควบคุมการรั่วซึมของ USBR
