Обвалованные пруды
Выбор участка. При сооружении любого пруда большое значение имеет выбор подходящего участка. Этот фактор определяет стоимость строительства пруда и оказывает большое влияние на экономическую эффективность всего предприятия. Хотя обвалованные пруды можно сооружать в разнообразных топографических условиях, наиболее благоприятно наличие умеренных уклонов в одном или двух направлениях. При крутых уклонах пруды получаются небольшими и глубокими, а строительство требует большого объема земляных работ. Подходящим местом для строительства пруда является овраг с пологими склонами и небольшим продольным уклоном.
Подходящим участком является также местность с небольшим уклоном (1—5%), на которой можно сооружать пруды путем возведения дамб по их периметру. При наличии небольшого уклона вода переходит из пруда в пруд самотеком. Участок такого типа подходит для строительства выростных каналов.
При выборе участка наряду с уклоном местности большое значение имеет также характер грунта. Грунт должен обладать низкой проницаемостью, иначе возможна чрезмерная потеря воды в результате просачивания, и потребуются дорогостоящие устройства для предотвращения фильтрации через ложе и откосы пруда.
Меры по предотвращению фильтрации рассмотрены ниже.
Для обеспечения прудов водой высокого качества и в достаточном количеству необходимы подходящие источники водоснабжения. Ключи и большие родники, как правило, обеспечивают постоянный расход в течение всего года, тогда как расходы поверхностных источников воды колеблются в зависимости от сезона, количества осадков и| других факторов. Пруды, сооружаемые в местах стока поверхностных вод в пруд, следует защищать от поступления чрезмерного количества воды. Ручьи ни в коем случае не должны протекать непосредственно через пруды, так как это приведет к заилению, затоплению и другим нежелательным последствиям. Если источником водоснабжения является ручей, пруды следует строить с одной из его сторон и отводить из него воду в пруды по мере необходимости. Следует предусмотреть меры защиты от затопления прудов во время паводков.
При выборе участка необходимо учитывать также правовые аспекты: ограничения, налагаемые на отвод поверхностных и грунтовых вод, на качество и количество сбрасываемых вод, на вылов и продажу рыбы в течение всего года и т. д.
Хотя некоторые из этих правовых аспектов как будто очевидны, имеются и определенные сложности. Например, в некоторых районах не требуется разрешения на лов рыбы в прудах, использующих речную воду. Правила спортивного рыболовства, вводимые для охраны естественных запасов, обычно запрещают вылов рыбы определенных видов в любое время года, за исключением сезона спортивного рыболовства. Продолжительность сезона может колебаться от нескольких дней до нескольких месяцев в году, но даже в течение этого периода один человек имеет право выловить всего несколько штук рыб.
Устройство прудов. Внутренняя форма пруда зависит от культивируемого вида, рельефа участка и других факторов. Однако к рыбоводным прудам предъявляются определенные! требования.
Почти во всех рыбоводных прудах желательно ограничить рост укореняющихся водных растений, поэтому площадь участков глубиной менее 1 м должна быть сведена до минимума. Для этого берега прудов должны быть максимально крутыми для данного грунта. Обычно земляные берега можно выполнять с откосами 2:1 или 3:1 (горизонталь к вертикали). Единственным природным материалом, позволяющим выполнить более крутые откосы, чем 2:1. является камень, тогда как неустойчивый грунт может потребовать откоса более пологого, чем 3:1. Можно сделать и вертикальные откосы, если использовать бетон, бетонные блоки, каменную кладку и другие материалы, но это увеличивает стоимость строительства.
Ложе пруда должно иметь уклон по направлению к водоспуску 1000:1 (горизонталь к вертикали), предпочтительнее от 1000:3 до 1000:6. Уклон можно и увеличить, если грунт ложа выдержит при спуске воды и глубина воды вблизи водоспуска не станет чрезмерной. Хьюет (Huet, 1970) даже рекомендует устраивать на ложе пруда сеть осушительных и сбросных канав. Главная канава должна иметь минимальный уклон 1000:1, а отходящие от нее боковые канавы — минимальный уклон 1000:5. Боковые канавы выполняются с шириной дна не менее 0,5 м и откосами 1,5:1. Расстояние между боковыми канавами в зависимости от грунта составляет от 10 до 50 м (Huet, 1970). Уклон ложа пруда и устройство сети канав облегчают спуск и осушение пруда. Сеть канав, возможно, и способствует более полному отводу воды из пруда, но правильно построенный пруд должен хорошо осушаться и без канав. Время от времени ложе осушенного пруда приходится обрабатывать, а сеть канав затрудняет работу, да и может быть разрушена при обработке ложа.
Участок возле водоспуска должен быть на 45—60 см ниже остального ложа пруда. Размер этого участка зависит от размеров пруда, но, как правило, составляет от 1 до 10% общей его площади. При спуске воды из пруда здесь собирается рыба. Эта яма устраивается главным образом для облегчения отлова рыбы, она должна быть достаточно большой, чтобы вместить всю рыбу и не создавать дефицита кислорода, но не настолько большой, чтобы «ее трудно было обловить неводом или другим каким-либо орудием лова.
Плотины и дамбы. При рассмотрении устройства плотин следует «меть в виду два момента: во-первых, все изложенное ниже относится к плотинам высотой не более 15 м, а большинство рыбоводных прудов редко имеют плотины выше 8 м; во-вторых, хотя в тексте употребляется термин «плотина», все, что касается ее устройства, в равной мере относится и к дамбам.
Основание. В вопросе об основании земляных плотин большое значение имеет прочность грунта, на котором предполагается строить плотину. Грунт должен выдержать вес плотины. Большинство уплотненных грунтов способны выдержать нагрузку рассматриваемых здесь небольших плотин. Болотистые и иловатые грунты следует использовать под основания лишь с большой осторожностью. Лучше всего снять эти грунты и закладывать плотину на подстилающем уплотненном грунте. Высокопластичные глинистые грунты также можно использовать под основание лишь при наличии рекомендации со стороны специалистов. Органогенные грунты ни в коем случае нельзя использовать под основание плотины, так как они со временем разлагаются, оседают, и опасность фильтрации воды увеличивается. Материал основания должен также иметь низкую водопроницаемость для предотвращения чрезмерных потерь воды в результате просачивания. Высокопроиицаемые грунты можно использовать под основание плотины лишь при условии, что они способны выдержать нагрузку плотины и будут приняты меры к уменьшению фильтрации.
Одним из наиболее распространенных способов борьбы с потерями воды на фильтрацию на участках, где проницаемый поверхностный слой залегает над слоем низкой проницаемости (например, глина), является устройство врезающегося в основание зуба (рис. 12.1). Его сооружение начинается с рытья траншеи там, где будет заложена плотина, параллельно ей. Траншея, достаточно заглубленная в водонепроницаемый слой, должна иметь дно шириной не менее 1,25 см (ширина дна может быть и больше, чтобы облегчить работу в траншее с помощью техники) и откосы не более 1:1 (Engineering Field Manual, 1969).
В траншею укладывают водонепроницаемый грунт слоями толщиной 15—20 см, которые утрамбовывают, укатывают и при необходимости смачивают водой. Так поступают до тех пор, пока траншея не заполнится. Заполненная траншея и образует врезающийся в основание плотины зуб, или замок. Сопряжение водонепроницаемого замка с подстилающим водонепроницаемым слоем путем уплотнения предотвращает фильтрацию через проницаемый слой под плотиной. Построив замок, приступают к; строительству плотины в том же порядке, как строился замок.
Если водонепроницаемого материала мало, можно применить другую конструкцию (рис. 12.2). Водонепроницаемое ядро доходит или почти доходит до самого гребня плотины и может быть как с врезкой, так и без врезки в основание. Поскольку из водонепроницаемого материала должно быть выполнено только ядро, остальная часть плотины может состоять из менее водонепроницаемого материала. Минимальный откос ядра составляет 1,5:1. ширина должна быть достаточной для уплотнения грунта с помощью имеющейся техники.
На рис. 12.3 показано устройство водонепроницаемой преграды при отсутствии] водонепроницаемого грунта. Преграда имеет вертикальные стенки и выполняется из бетона, армированного листовой сталью, или другого прочного непроницаемого материала. Такая конструкция также может быть как с врезкой в основание, так и без нее, но обычно врезка необходима. Стоит такая конструкция обычно дороже, чем ядро из водонепроницаемого грунта, поэтому применяют ее только при отсутствии других приемлемых вариантов.
Ширина гребня. Имеются различные рекомендации по определению ширины гребня земляной плотины. Служба охраны и использования почв США рекомендует для плотин высотой менее 3 м ширину гребня не менее 2,4 м с увеличением ширины гребня для более) высоких плотин в соответствии с табл. 12.1. Помимо данных, приведенных в табл. 12.1, Служба охраны и использования почв США назначает ширину гребня не менее 4,3 м для плотин, используемых для проезда, включая саму проезжую часть и обочины по обеим сторонам. При разведении сомика — кошки в прудах ширина гребня.рекомендуется 3—3,7 м (Lee, 1973).
Фреверт и др. (Frevert et al., 1962) рекомендуют использовать уравнение (12.1) для определения ширины гребня плотин высотой 4,5 м и более. Они рекомендуют ширину гребня не менее 2.5 м для любой плотины и не менее 3,7, если гребень используется как дорога с обочиной шириной 0,6 м по обеим сторонам проезжей части:
где W — ширина гребня, м; Н — высота плотины, м.
Таким образом, минимальная ширина гребня плотины (или дамбы) высотой 3 м и менее должна составлять 2,5 м и более. Если плотина используется как дорога для обеспечения доступа к прудам, ширина гребня должна быть не менее 3,7 м, лучше 4—4.5 м. Доступ к пруду желательно обеспечить хотя бы с одной стороны пруда, но лучше со всех сторон.
Боковые откосы. Откосы зависят от типа используемого грунта. Наиболее распространены откосы 3:1 (горизонталь к вертикали). Для высокоустойчивых грунтов это отношение можно уменьшить до 2,5:1 для верхового откоса и до 2:1 для низового. Для неустойчивых грунтов отношение может быть 4:1 и более. Верховой откос обычно выполняют более пологим, чем низовой. Поверхность верхового откоса намокает и подвергается воздействию волн, тогда как низовой откос большую часть времени остается сухим. Однако и низовой откос следует предохранять от эрозии.
Надводный откос. Надводный откос — это часть откоса, возвышающаяся над плотиной для предотвращения перелива воды через1 гребень. Высоту откоса можно определить как вертикальное расстояние от поверхности пруда, когда водосброс работает на его расчетной глубине, до гребня плотины после осадки. Высоту надводного откоса выбирают в соответствии с местными требованиями. Рекомендуется следующая высота надводного откоса (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971): 0,3 м для прудов длиной до 200 м, 0,5 м для прудов длиной 200—400 м и не менее 0,6 м для прудов длиной 400—800 м.
Запас на осадку. При укладке плотины влагосодержание грунта следует довести до оптимального для получения максимальной плотности по Проктору. Чтобы обеспечить достаточное уплотнение, грунт укладывают слоями толщиной 15—20 см с тщательным уплотнением каждого слоя. Однако даже при соблюдении этого условия некоторая осадка все-таки неизбежна, поэтому необходимо предусматривать запас на потерю высоты плотины. Величина его зависит от характера используемого для строительства плотины грунта, его влагосодержания и степени уплотнения во время строительства, скорости строительства и свойств материала основания. Запас на осадку обычно рассчитывают в процентах высоты плотины Н. Он должен составлять не менее 5% (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971); при низком качестве строительных материалов и примитивных способах строительства предпочтителен запас до 10%. При строительстве с помощью транспортера или канатного скребкового экскаватора без достаточного уплотнения запас должен составлять 20—25% (Frevert et al., 1962).
Высота волны. Высота плотины должна быть достаточной для предотвращения волнового перелива через гребень. Высота волны зависит от разгона, т. е. расстояния по прямой от наиболее удаленной точки пруда до плотины. Если прямая линия, соединяющая наиболее удаленную точку пруда и плотину, проходит через препятствие, например остров, то разгон — это расстояние по прямой от плотины до ближайшей точки препятствия (рис. 12.4).
Высота волны' связана с разгоном следующим уравнением {Frevert et al., 1962):
где F — разгон, м; hw — высота волны, м.
Если не принять соответствующих мер, волны могут вызвать эрозию откосов плотины. Для защиты плотины часто применяют запони или крепление. Запонь представляет собой один или несколько рядов бревен, связанных между собой и заякоренных примерно в 2 м перед откосами плотины. Бревна гасят энергию волн прежде, чем они достигают плотины (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971).
Крепление состоит из камня, бетонных блоков или плит на откосах для защиты их от волнобоя. Камень необходимо укладывать на бермах, встроенных в откосы, чтобы крепление не соскальзывало. Площадь бермы покрывают слоем щебня толщиной 20—50 см, а сверху помещают крепление. Щебень защищает грунт под креплением и вокруг него от волновой эрозии.
При слабом волнобое для защиты плотины выше уреза воды достаточно одерновки, которая является самым дешевым способом укрепления откосов.
Воздействие промерзания. При расчете высоты плотины следует учитывать также допуск на воздействие промерзания. Грунт до глубины промерзания подвергается воздействию сил вспучивания, расширения и сжатия в результате замерзания влаги. Замерзание и оттаивание разрыхляют грунт и делают его неустойчивым, поэтому высоту плотины следует увеличить на глубину промерзания, которая зависит от характера местности. При определении величины допуска следует учитывать местные условия.
Расчет высоты плотины. При расчете высоты плотины учитывают все перечисленные выше допуски. Высота воды у плотины колеблется в зависимости от характера местности, культивируемого вида и других факторов. Зная высоту воды, высоту плотины можно рассчитать по уравнению
где H — высота плотины; h — высота воды; hw — допуск на воздействие волн; hF — допуск на надводный откос; hs — допуск на осадку; hFr — допуск на промерзание.
При строительстве плотин в приливной зоне следует также учитывать приливы. Обваловка должна быть достаточно высокой для предотвращения перелива при сизигийных приливах и штормовых нагонах. Для большинства районов высоту сизигийных приливов можно определить по таблицам. Данные по штормовым нагонам, возможно, имеются в записях наблюдений, в противном случае штормовые нагоны для определенного района вычисляют по имеющимся данным.
Пример 12.1. Какова должна быть высота плотины для пруда с глубиной воды у плотины 2 м, если глубина промерзания составляет 0,3 м, разгон 100 м, а уплотнение при строительстве плотины выполняется при оптимальном влагосодержании.
h = 2 м.
По уравнению (12.2)
Допуск на надводный откос hF должен быть равен 0,3 м, поскольку разгон составляет 100 м (по рекомендациям Службы охраны и использования почв США).
Из-за слабого уплотнения в расчете принимают 10 %-ную осадку:
Таким образом, из уравнения (12.3)
Автоматические водосбросы. Существует два основных типа автоматических водосбросов: сооружение с перепадом, являющееся секцией плотины, и| сооружение с водоотводом через плотину и стояк. Сооружение с перепадом обычно используют для прудов, предназначенных для любительского рыболовства, и многоцелевых запруд (рис. 12.5). Такие сооружения непригодны для рыбоводных прудов, так как их основным недостатком является трудность, а иногда и невозможность полного спуска пруда. Можно; встроить спускное устройство, но это удорожит стоимость пруда. Сооружение с перепадом представляет собой, прямоугольный водослив с фиксированной высотой порога, поддерживающий постоянный уровень воды в запруде. Высота надводного откоса над порогом должна быть достаточной для пропуска максимальных ливневых стоков. Основным преимуществом такого водосброса является объединение в одном сооружении автоматического и вспомогательного водосбросов, что снижает стоимость строительства.
Водосброс второго типа состоит из стояка в верхнем бьефе и горизонтального водоотвода. Водоотвод соединен с нижней частью стояка и служит для отвода поступающей в стояк воды через плотину. Типичное устройство такого типа, состоящее из фиксированного стояка, верхняя часть которого контролирует уровень воды, и водоспуска с клапаном показано на рис. 12.6. Поскольку конец штока клапана находится над поверхностью воды, клапан можно открыть, когда пруд наполнен. Водоспуск позволяет полностью осушить пруд, поэтому он должен быть расположен в наиболее низком месте пруда. Кожух над верхней частью стояка предохраняет его от засорения мусором. Регулируя глубину кожуха, можно выбрать уровень, на котором вода отводится из пруда. Эта высота будет влиять на концентрацию кислорода и температуру воды. При использовании водосброса такой конструкции следует принять меры к предотвращению сифонного эффекта, особенно если кожух подходит близко к дну пруда. На рис. 12.7 показан другой вариант устройства стояка и водоотвода, когда в стенке стояка устраивают щитки для регулирования уровня воды. Полный спуск пруда происходит при удалении всех щитков. Хьюет (Huet, 1970) называет такой тип стояка монахом. Сравнивая эти два варианта стояков, он отдает предпочтение устройству, показанному на рис. 12.6. При использовании монаха сбрасываются верхние слои воды. Убрать нижние щитки трудно, пока пруд не будет спущен хотя бы частично. В связи с этим, если рыбу отлавливают ниже плотины, она должна пройти через перепад в монахе до того, как убраны самые нижние щитки. Это может увеличить потери рыбы в результате травмирования. Если пруд облавливают неводом, то у монаха есть определенные преимущества.
Размеры горизонтальной отводной трубы должны обеспечивать пропуск нормального стока из пруда. На объем нормального сброса влияют местное водоснабжение, размеры и конструкция пруда, а также климатические условия. Поскольку автоматический водосброс является и водоспуском пруда, размер труб часто определяется объемом потока, необходимым для обеспечения понижения уровня за достаточно короткое время. Если рыбу выбирают из рыбосборника неводом, спуск пруда до желаемого уровня должен быть достаточно быстрым, чтобы в результате недостатка кислорода рыба в рыбосборнике не погибла. Диаметр стояка не должен быть менее 20 см, а диаметр горизонтальной трубы — менее 15 см.
Автоматические водосбросы выполняются из разных материалов. Можно использовать трубы из гофрированного металла и другие гибкие водоводы, если их укладывать в хорошо уплотненный водонепроницаемый грунт. Жесткие трубы из бетона, чугуна и асбоцемента следует укладывать на опалубку из бетона, которая наполовину охватывает трубу. Бетон поддерживает трубу и предохраняет от поломок водовод из-за усадки или перегрузки плотины. При выборе типа водовода учитывается срок службы и устойчивость по отношению к осадке и нагрузкам.
Водоводы, проходящие через плотину, обкладывают тонкими, плотно утрамбованными слоями высокосортного заполняющего материала. Если в наличии имеется только высокопроницаемый материал, следует установить противофильтрационные устройства, которые представляют собой металлические или бетонные насадки, туго посаженные на водоотводную трубу под прямым углом к ее оси и радиально отходящие от нее наружу. Благодаря этим насадкам вода, просачивающаяся вдоль внешней поверхности водоотводящей трубы, проходит большее расстояние, чем без насадок. Увеличение расстояния повышает сопротивление потоку и уменьшает просачивание вдоль внешней стороны трубы, что предотвращает вымывание окружающего трубу заполняющего материала. Насадки можно считать эффективными, если они увеличивают путь потока не менее чем на 20% (Frevert et al., 1962). Для увеличения пути потока на одном водоотводе можно использовать одну или несколько насадок. Если насадки выполнены из бетона, весь формовочный материал должен быть с них удален до начала строительства плотины, в противном случае он со временем начнет гнить и образуются пустоты, в результате чего насадки перестанут быть эффективными.
Все стыки в трубах необходимо тщательно уплотнять. При использовании бетона или раствора следует произвести засыпку и утрамбовку грунта (не менее 1,25 м) над водоотводной трубой до затвердевания бетона или раствора, чтобы предотвратить образование трещин в стыках во время засыпки. Засыпать и утрамбовывать грунт над водоотводом следует вручную, только после этого можно будет использовать тяжелую строительную технику.
Вспомогательный водосброс. Вспомогательные водосбросы предназначены для пропуска максимального ливневого стока воды. Обычно выходы автоматических водосбросов и первоначальный сток через вспомогательный водосброс имеют разные высотные отметки, причем разница в отметках зависит от конструкции пруда. Эта разница, умноженная на площадь поверхности пруда, представляет собой временный аккумулированный объем пруда. Пропускная способность вспомогательного водосброса равна отношению временного аккумулированного объема к расчетному объему ливневого стока. Если это отношение составляет 0,3:1 или менее, вспомогательный водосброс должен обеспечивать пропуск всего ливневого стока. При отношениях 0,3:1—0,7:1 пропускная способность составляет от 86% вероятного максимального стока для первого отношения и до 40% для второго (Frevert et al., 1962).
Самым распространенным типом вспомогательного водосброса является открытый одернованный канал трапециевидного сечения. Зная пропускную способность, канал можно рассчитать по формуле Маннинга [уравнение (9.49)]. Участок, регулирующий сток, должен соответствовать техническим условиям открытого канала, однако ширину входной и выходной частей следует постепенно увеличивать, чтобы на концах она превышала ширину регулирующего сток участка не менее чем на 25%. Это обеспечивает снижение потерь на входе и выходе. Уклон на входе должен быть не менее 2% к пруду, что предотвращает образование луж при перепаде уровня воды. Выходная часть должна иметь достаточный уклон от пруда для предотвращения образования луж после водосброса.
Боковые откосы следует выполнять с уклоном, рекомендуемым для данного типа грунта, но не круче 2:1 (горизонталь к вертикали). Канал устраивают в обход плотины и по возможности в грунте с ненарушенной структурой. В большинстве случаев расчетная глубина потока в канале не превышает 0,3 м (Frevert et al., 1962). По окончании строительства канала обеспечивают надежный растительный покров. Конец сбросного канала располагают значительно ниже плотины и защищают от эрозии.
Вспомогательный сбросной канал следует использовать только для пропуска ливневых стоков. Растительный покров не удержится в канале, если он большую часть времени будет сырым. Не защищенный растительностью канал подвергнется эрозии, а это первый шаг к разрушению канала, да и плотины.
Уход за плотиной. Дерновое покрытие требует удобрения и ухода. Необходимо проводить регулярный осмотр плотины через небольшие промежутки времени для своевременного обнаружения эрозии и других повреждений. Серьезный вред плотине могут причинить ондатры и другие роющие водные животные, которых необходимо отлавливать. Для борьбы с вредителями используются также проволочные сетки, устанавливаемые по берегам прудов. Правда, если плотина достаточно широка, животные не прорывают ходы насквозь и не вызывают потерь воды. Проход и проезд но плотине следует ограничить, так как нарушение дернового покрытия способствует началу эрозии.
Меры борьбы с фильтрацией. В некоторых случаях пруды приходится строить на проницаемом грунте. Если не принять мер для снижения потерь на просачивание, потребности в воде возрастают. Для предотвращения фильтрации в прудах используют уплотнение грунта, глиняный покров, бентонит, химические добавки и водонепроницаемую облицовку. Эффективность этих способов зависит от определенных условий, основным из которых является отношение доли крупнозернистого песка и гравия к доле мелкозернистой глины и ила в грунте.
Уплотнение. Иногда для обеспечения водонепроницаемости пруда достаточно одного уплотнения. Этот способ наиболее дешевый, но предъявляет самые строгие требования к грунту (от крупного песка до тонкодисперсной глины, причем глины должно быть не менее 10%). Помимо этого ограничения в отношении размера частиц грунта метод уплотнения обычно не дает удовлетворительных результатов при больших глубинах.
Начинать следует с удаления с площади пруда всей растительности. Затем ямы, трещины и другие углубления засыпают непроницаемым материалом и грунт разрыхляют до глубины 20—25 см (Ponds for Water Supply and Recreatio, 1971) с помощью почво-фрезы, дисковой бороны или другой аналогичной техники. Камни, корни и другие посторонние материалы удаляют, влагосодержание грунта должно обеспечивать оптимальное уплотнение. Грунт уплотняют четырьмя — шестью проходами катка.
Толщина уплотненного слоя должна составлять не менее 20 см Для глубин 3 м и менее. Для глубин, превышающих 3 м, высоту уплотненного слоя следует увеличивать пропорционально увеличению глубины пруда. Если необходимо уплотнить грунт на глубину более 20 см, уплотнение следует выполнять послойно, причем толщина каждого уплотненного слоя не должна превышать 20 см (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971).
Глиняный покров. Фильтрацию прудов, сооружаемых на крупнозернистых грунтах, не содержащих достаточного количества глины, можно предотвратить путем укладки слоя (покрова) хороша отсортированного крупнообломочного материала, содержащего не менее 20% глины. Таким слоем следует покрыть дно и откосы пруда, по крайней мере, до предполагаемого уровня воды. Толщина покрова должна быть не менее 30 см для глубин до 3 м, с увеличением примерно на 5 см для каждых последующих 30 см при глубине свыше 3 м (Engineering Field Manual, 1969).
Технология устройства покрова идентична описанной технологии уплотнения. Весь посторонний материал, т. е. камни, корни деревьев и растительность, следует удалить. Покров укладывают слоями толщиной 20 см или менее и уплотняют до укладки следующего слоя.
Содержание глины в покровном материале достаточно высоко, поэтому при смачивании и высушивании могут образовываться трещины, что приводит к образованию в покрове борозд и углублений. Замерзание и оттаивание также могут привести к разрушению покрова. Для предотвращения разрушения покров засыпают слоем гравия толщиной 30—45 см (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971). Участки дна и откосов, где из-за стоков и других устройств скорость течения высока, нуждаются в особой защите для предотвращения эрозии покрова.
Бентонит. Иногда для обеспечения непроницаемости в крупнозернистый грунт добавляют бентонит — мелкозернистую коллоидную глину. Во влажном состоянии бентонит поглощает воду, которая по весу в несколько раз превышает его собственный вес и разбухает до объема, превышающего его первоначальный объем в 8—20 раз. Бентонит, добавленный в крупнозернистый грунт, разбухает при смачивании, заполняет поры грунта и обеспечивает его непроницаемость. Однако, поскольку объем бентонита при высыхании уменьшается, он не является достаточно надежным материалом для обеспечения непроницаемости в прудах с большими колебаниями уровня воды. Для рыбоводных прудов, которые периодически полностью осушаются, бентонит следует применять с большой осторожностью.
Подготовка прудов к покрытию бентонитом начинается с удаления всей растительности и заполнения углублений крупным гравием и другим подходящим заполнителем. Заполнитель следует уплотнить. Предварительно необходимо провести лабораторный анализ грунта пруда для определения эффективности применения бентонита и его количества. Принимая решение об использовании бентонита, следует также выявить источник снабжения бентонитом и стоимость его перевозки к месту строительства пруда. Транспортные расходы могут настолько повысить стоимость бентонита, что от него придется отказаться.
Если все же решено применять бентонит для создания непроницаемости прудов, необходимо увлажнить грунт до состояния, обеспечивающего оптимальное уплотнение, и равномерно распределить бентонит на подготовленном дне и откосах пруда в количестве, определенном путем лабораторного анализа. Обычно оно составляет от 5 до 15 кг/м2 (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971). Грунт и бентонит тщательно перемешивают с помощью почвофрезы или другого механизма, и перемешанный слой уплотняют четырьмя — шестью проходами катка. Если до наполнения пруда остается еще довольно много времени, во избежание потери влаги перемешанный слой укрывают соломой, сеном или другим подходящим материалом, который прижимают одним проходом катка. Участки пруда с высокими скоростями течения воды могут потребовать каменной наброски или других укреплений для предупреждения эрозии.
Химические добавки. Грунты с высоким процентным содержанием мелкозернистой глины и ила иногда образуют агрегаты из-за сцепления частиц. Агрегированные частицы ведут себя как крупные частицы, грунт становится пористым. Разрушение связей между частицами восстанавливает их первоначальный размер, и, поскольку эти частицы очень малы, проницаемость грунта уменьшается.
Одним из способов разрушения агрегатов является добавление химических веществ, называемых диспергентами, из которых наиболее широкое распространение получили полифосфат натрия и хлористый натрий (столовая соль). Из полифосфатов натрия наиболее эффективными являются тетрапирофосфат и триполифосфат натрия. Можно использовать также техническую кальцинированную соду, на 99—100% состоящую из углекислого натрия. Полифосфаты натрия применяются в количестве 4,5—10 кг/м2, хлористый натрий — 20—32 кг/м2 и кальцинированная сода — 9,7—19,4 кг/м2. Однако до выбора диспергента и определения его количества необходимо провести лабораторный анализ грунта. Применение диспергентов для рыбоводных прудов требует учета влияния химического вещества на рыбу. Оно должно быть нетоксичным и невыщелачиваемым.
Подготовка пруда заключается в удалении всей растительности с его площади. Обнажения коренных пород и другие потенциально проницаемые участки покрывают слоем мелкозернистого материала толщиной 60—90 см. На участках с крупнозернистым известняком эффективность мер по обеспечению непроницаемости будет зависеть от устойчивости грунтового слоя, поэтому уплотнение этого слоя является необходимым условием.
Диспергент должен быть мелкогранулированным, так чтобы не менее 95% гранул проходило через сито №30 и менее 5% через сито №100 (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971). Диспергент распределяют по площади пруда в количестве, определенном лабораторным анализом, и тщательно перемешивают с грунтом с помощью почвофрезы или другого механизма. Затем перемешанный слой с оптимальным влагосодержанием уплотняют четырьмя — шестью проходами катка. Если необходим водонепроницаемый слой толщиной более 15 см, его укладывают отдельными слоями по 15 см, причем каждый слой обрабатывают указанным выше способом. Участки, где возможно механическое нарушение непроницаемого слоя, необходимо защищать. Слой гравия толщиной 30—45 см поверх непроницаемого слоя обычно обеспечивает достаточную защиту на наиболее опасных участках (например, на уровне полной воды).
Водонепроницаемая облицовка. В качестве облицовок для прудов широкое применение находят такие водонепроницаемые материалы, как полиэтилен, винил и бутилкаучук. Эти облицовки сводят потери на просачивание практически к нулю, если, конечно, они не имеют разрывов и проколов. Они обеспечивают более надежную водонепроницаемость, чем бентонит и уплотнение грунта, но во многих случаях их применение сдерживается стоимостью.
Черная полиэтиленовая пленка дешевле, чем винил и бутилкаучук, и более износоустойчива, чем винил. Винил обладает большим сопротивлением удару, чем полиэтилен, и его легко залатать или склеить с помощью растворителя. Полиэтилен можно соединять нагреванием, с помощью специального клея или изоляционной ленты. Бутилкаучук соединяют и латают с помощью специального клея.
Полиэтилен и винил необходимо защищать от механических повреждений грунтовым покрытием. Полиэтиленовую или виниловую пленку покрывают слоем мелкозернистого незасоренного грунта (т. е. без камней, палок и т. п.) толщиной не менее 15 см. Такой же слой грунта укладывают под пленку, если есть опасность ее повреждения острыми предметами. Выстилку бутилкаучуком можно делать и без грунтового покрытия, за исключением участков прохода людей и скота и проезда техники. На таких участках необходимо грунтовое покрытие толщиной 20—25 см, причем материал нижнего слоя толщиной 7,5 см должен быть не крупнее пылеватого песка.
На грунтах не крупнее чистого или пылеватого песка рекомендуется применять пленку толщиной не менее 0,20 мм для полиэтилена и 0,38 мм для бутилкаучука, а на грунтах чистогравийных и гравийных с примесью глины или ила толщина пленки должна быть не менее 0,38 мм для полиэтилена или винила и 0,76 мм для бутилкаучука (Engineering Field Manual, 1969).
Подробные технические условия герметизации пленок приведены в пособии, изданном Службой охраны и использования почв США (National Engineering Handbook, Section 2, Part Standard, 358).
Участок пруда очищают от растительности, все углубления заполняют, камни, корни и другие предметы, которые могут проколоть или прорвать пленку, удаляют. Там, где это необходимо, пленку укладывают на подушку из слоя мелкозернистого материала. Грунт под пленкой должен быть достаточно сухим для прохода и проезда рабочих и техники. Там, где пленку выстилают без грунтового покрытия, откосы не должны превышать 1:1, там же, где пленку выстилают с последующим грунтовым покрытием, откос не должен превышать 3:1 (горизонталь к вертикали), в противном случае грунтовое покрытие будет соскальзывать с пленки. После окончания всех подготовительных работ пленку выстилают на дне и откосах пруда.
Некоторые растения прорастают через виниловую и полиэтиленовую пленку, поэтому желательно грунт стерилизовать. В продаже имеется несколько химических препаратов — стерилизаторов почвы. При применении бутилкаучука толщиной более 0,5 мм в стерилизации нет необходимости.
Виниловую и бутилкаучуковую пленку следует выстилать ровно, но без натяжки; полиэтиленовая пленка требует припуска до 10 % (Ponds for Water Supply and Recreation, 1971). Полосы пленки соединяют внахлест с перекрытием 15 см. Края выстилки, которые должны выходить за отметку полной воды, заделывают в траншеи шириной 20—25 см и глубиной 30 см, вырываемые вдоль откосов пруда так, чтобы на дне траншеи оставалось 20—25 см пленки. Траншеи снова заполняют грунтом и грунт уплотняют. Защитный слой грунта, там где он необходим, укладывают поверх пленки осторожно, чтобы ее не повредить. При работах с пленкой следует придерживаться рекомендаций завода-изготовителя.
Копаные пруды
Копаные пруды строят путем извлечения грунта и заполнения образующегося углубления водой. Копаные пруды, за исключением вырытых ниже уровня грунтовых вод и подпитываемых грунтовыми водами, следует облицовывать материалом с низкой проницаемостью. Дно прудов, подпитываемых грунтовыми водами или врезаемых непосредственно в водоносный слой, должно состоять из проницаемого материала, чтобы вода могла попадать в пруд.
Копаный пруд может иметь любую форму, но наиболее распространенной является прямоугольная, так как такой пруд легче выкопать с помощью землеройной техники. Размер пруда часто ограничивается стоимостью землеройных работ. Зато такие пруды можно сооружать на равнинной местности, характерной для многих береговых участков.
Копаные пруды, используемые в рыбоводстве, имеют некоторые недостатки. Высокий уровень грунтовых вод обычно характерен для болот или прибрежных участков, поэтому часто необходима принудительная подача воды в пруд. При отсутствии дамбы при полной воде пруд может оказаться затопленным, что приведет к полной потере выращиваемой рыбы или вселению нежелательных видов. Могут также потребоваться дополнительные расходы на насосные установки для замены части воды и удаления осевших фекалий и на механическую аэрацию для поддержания на требуемом уровне содержания растворенного кислорода. Облов копаного пруда затруднителен, так как спустить его можно только с помощью насоса.