ЯВГАН ХҮНИЙ ЗАМ, ТАЛБАЙН БОРООНЫ УС ЗАЙЛУУЛАХ ШИНЭ ШИЙДЭЛ /Storm drainage solution for Sidewalk/

ЯВГАН ХҮНИЙ ЗАМ, ТАЛБАЙН БОРООНЫ УС ЗАЙЛУУЛАХ  ШИНЭ ШИЙДЭЛ

 

Б.Шалсмаа[1], Б.Аюурзана[2]

 

ШУТИС, Барилга, Архитектурын сургууль,

Хүрээлэн буй орчны инженерийн салбар

 

E-mail: shalsmaa999@gmail.com, ayur@must.edu.mn

Жич: Энэхүү өгүүлэл нь ШУТИС, Барилга, Архитектурын сургуулийн 2021 оны Бакалавр оюутны эрдэм шинжилгээний хуралд тэргүүн байр эзэлж ШУТИС-ийн Эрдмийн чуулганд амжилттай оролцсон болно.  

Хураангуй

Хот суурин газрын явган зам талбайг зохистой борооны ус зайлуулах системгүй төлөвлөснөөс болж бороо орсны дараа зам дээр ус тогтох, зам дагаж ус урсах зэрэг үзэгдлүүд бий болж зорчиход ихээхэн хүндрэл учруулдаг. Улаанбаатар болон бусад томоохон хотуудын хувьд зуны улиралд бороотой үед энэ асуудал байнга үүсэж олон нийтэд шууд болон шууд бус хохирол учруулж байдаг. Явган зам талбайн усыг зайлуулах, ус тогтохоос сэргийлэх олон техникийн шийдлүүд туршигдан олон улсын практикт нэвтэрч байна. Үүний нэг нь сүвэрхэг хучилт бөгөөд монгол орны нөхцөл байдалд тохируулан энэ технологийг ашиглах зайлшгүй нөхцөл үүсээд байна. Иймд сүвэрхэг хавтангаар явган зам талбайг хучих талаар судалж, оновчтой шийдлийн саналыг боловсруулав.

Эх сурвалж: Wikipedia

Түлхүүр үг: Сүвэрхэг хавтан, ус шингээлт, SWMM, явган зам талбай

Удиртгал

      Монгол орны уур амьсгал эрс тэс, 7 болон 8 дугаар сард бороо их хэмжээгээр орох, хаврын улиралд шар усны үер болох зэрэг байгалийн устай холбоотой асуудал ихээхэн гарч ирдэг. Их хэмжээний хур тунадас нь явган хүний, автомашины зам эвдрэх, зам талбайд ус шингэхгүй тогтож үлдэх, уруу газар руу замаа дагаж урсах, хүн болон техник зорчиход саад учруулах гэх мэт олон хүндрэлүүдийг дагуулдаг. Жил бүрийн зуны улиралд хот суурин газар тохиолдох энэ асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд явган зам талбайг сүвэрхэг хавтангаар төлөвлөх туршлага олон улсад хэрэгжиж байна.

Тухайлбал, явган замд ашиглах сүвэрхэг хавтангуудын механик болон сүвэрхэгшилтийг  Малайз улсын Техникийн Их Сургуульд туршиж сүвэрхэг хавтангуудыг авто зогсоол, явган зам талбайд хэрэглэх нь өндөр үр дүнтэй гэж дүгнэсэн байна [1]. Харин Монгол орны хувьд сүвэрхэг хавтангийн материалын шинж болон үс шүүрүүлэх шинж чанарын туршилт судалгаа хараахан хийгдээгүй байна. Монголд стандартын дагуу төлөвлөсөн явган зам талбай нь ус шингээх чадвар маш бага бөгөөд сүүлийн үеийн хур тунадасны эрчимшил нэмэгдсэнтэй холбоотойгоор бороо орох болгонд зам талбайд ус тогтох үзэгдэл байнга бий болж байна. Иймд борооны усыг зайлуулах тохиромжит шийдэл бүхий сүвэрхэг хавтанг ядаж явган зам талбайд нэвтрүүлбэл  гадаргуу дээрх ус тогтох хүндрэл үүсэхгүй.  

Энэхүү судалгааны ажилд одоо байгаа явган зам талбайн хучилт болон сүвэрхэг хавтан бүхий зам талбайн ус шингээлтийн харьцуулалтыг туршилт,  загварчлалын аргаар судалж тухайн хот сууринд тохирох явган зам талбайн хучилтын шинэ шийдлийг тооцооны аргачлалын хамт боловсруулав.

Судалгааны арга, аргачлал

Судалгааны объектоор төлөөлөл болгон Төв аймгийн Заамар сумын төв талбайг сонгож авав. Уг талбай нь Улаанбаатар болон бусад сууринд явган зам талбай барихад ашиглагддаг ердийн хавтангаар баригдсан юм. Судалгааны ажлаараа талбай дээр дурын 10 цэгийг (Зураг 2) сонгон авч ус шингээлт болон хийц зэргийг судалсан. Туршилтаар гаргаж авсан үр дүнгүүдийг SWMM загварчлалд [2] оруулан одоо байгаа хучилт болон сүвэрхэг хучилтын хур тунадасны үеийн ажиллагааг судалсан. Үүгээрээ одоогийн хучилтад хэр хэмжээний ус тогтож байгааг болон сүвэрхэг хучилт хийвэл ямар өөрчлөлт авчирч байгааг илрүүлэхийг зорьсон.

Судалгааны үр дүн

Судалгааны объект буюу Төв аймгийн Заамар сумын талбай нь 0.19 га бөгөөд Улаанбаатар хотын зам талбайн тохижилтод ашигладаг материалаар баригдсан байна (Зураг 3). Зам талбайн хучилтын ерөнхий бүтэц нь хавтан хучилт болон суурь элсэн үеэс бүрдэнэ. Элсэн үеийн зузаан нь 80 мм, блокийн хэмжээ нь 17х15х4 см болон 15х8х4 см хэмжээ бүхий энгийн хавтангаар баригдсан байна. 10 цэг дээрх 6 удаагийн давтамжтай хэмжилтээр хавтан хоорондын зай нь дунджаар 1 см орчим байна. Харин стандартаар хавтангийн суурийн үе нь 100 мм орчим хайрган суурь, 30 мм элсэн үетэй, хавтан хоорондын зай 2-3 мм байх ёстой [3] шаардлагуудыг хангахгүй байна. Хавтанг ус үл нэвтрүүлэх гэж үзвэл талбайн эзлэх хувь нь 95.5%, ус нэвтрүүлэх талбайн эзлэх хувь 4.5% байв.

Хортоний загварыг гаргахын тулд ус шингээлтийн хамгийн их эрчим, хамгийн бага эрчим, бууралтын тогтмолыг тодорхойлох шаардлагатай байдаг. Зураг 6-аас үзвэл ус шингээлтийн хамгийн их эрчим нь fo=132 мм/ц, хамгийн бага эрчим нь fc=24 мм/ц, харин  буурцын тогтмол нь будсан талбайгаар илэрхийлэгдэнэ. Хортоний ус шингээлтийн эрчмийн муруйг дараах зэрэгт функцээр ойролцоогоор илэрхийлж болохоор байна:

Функцээр хүрээлэгдсэн талбайг тодорхойлохын тулд  дээрх функцээс хугацааны t1=60 секундээс t2=600 секундын хооронд интеграл авъя:

Эндээс будсан талбайг олохын тулд доод суурийн талбайг хасна:

Энэ талбайн утгаас нэгжийн зохих шилжүүлгийг хийж буурцын тогтмолыг [4] тодорхойлбол:

Ингээд явган замын хучилтын Хортоний тэгшитгэлийг бичвэл:

Дээрх Хортоний тэгшитгэлийг ашиглан SWMM программ дээр одоо байгаа явган зам талбайн ус шингээлт болон шууд урсацын тооцоог хийе. SWMM программ дээр талбайн загварыг босгож харгалзах тооцооны үзүүлэлтүүд болох талбайн ус үл нэвтрүүлэх хэсгийн хувь, барзгаршилт, ус шингээлтийн үзүүлэлтүүд болох Хортоний тэгшитгэлийн параметрүүд, хур тунадасны мэдээ зэргийг оруулав. Хур тунадасны хувьд Заамар сумтай ойролцоо Угтаалцайдам сумын 1980-1990 оны хооронд 1%-ийн хангамжтай хур тунадас нь 76.8 мм [5] байгааг 2-р төрлийн борооны хуваарилалтад шилжүүлж оруулсан болно.

Тооцоог 1980 оны 8-р сарын 9-10-нд 24 цагт бороо орохоор хийж талбайд орох хур тунадасны эрчим, талбайн ус шингээлтийн эрчим, талбайд бий болох шууд урсцын хэмжээнүүдийг Зураг 8-д харуулав.

Одоо ашиглаж буй хавтангийн хувьд нийт орсон хур тунадасны 97% нь шууд урсац бий болж үлдсэн 3% нь доошоо шингэж байна. Эндээс үзвэл, том талбайн хувьд гадаргуу дээр их хэмжээний шууд урсац бий болох тул тусгай борооны ус зайлуулах систем шаардлагатай болж байна. Явган хүний замын хувьд мөн адилхан үр дүнг өгнө. Ялангуяа одоогийн явган зам талбайн хучилт нь ус шингээлтийн чанар муутай учир түр зуурын усархаг борооны үед бараг бүх хур тунадас шууд урсац бол гадаргуугаар урсах нь ойлгомжтой байна.

Харин сүвэрхэг хавтангаар явган зам талбайг хийснээр ус шингээлт ба шууд урсац ямар байхыг загварчилж үзье. Явган зам талбайд ашиглах сүвэрхэг хавтангийн үзүүлэлтүүдийг [6]–н судалгаанаас авч загварт оруулав. Сүвэрхэг хавтангийн хамгийн их ус шингээлт нь fo=250 мм/ц, хамгийн бага ус шингээлт нь fc=150 мм/ц, сүвэрхэгшилт нь n=0.40 байна. Талбайн хувьд сүвэрхэг материалаар хучилт хийх учир ус нэвтрүүлэх гадаргуугийн хувь нь 100% байна. Тооцоог адил цаг хугацаанд дээрхтэй адил төрлийн бороо орох үед хийж Зураг 9-д харуулав. Тооцооны үр дүнгээс харвал 1%-ийн хангамжтай 24 цагийн борооны үед талбай дээр гадаргуун шууд урсац үүсэхгүй байна. Өөрөөр хэлбэл, хур тунадас явган зам талбай дээр тогтохгүй шууд доош шингэж байгаа нь тооцооноос харагдаж байна.

SWMM загварт талбайн хучилт нь доод хэсэгтээ хангалттай ус хуримтлуулах орон зайтай гэж загварчлагдсан. Бодит байдал дээр хучилтын доор элс хайрган бэлтгэл үе, түүний доор байгалийн хөрсөн үе байх бөгөөд эдгээр үеүд усаар ханасны дараа гадаргуу дээр шууд урсац бий болно. Иймд сүвэрхэг хавтангийн доор байх элс, хайрган бэлтгэл үеийн зузаан нь зохистой хэмжээтэй байх хэрэгтэй.

Сүвэрхэг хучилтын шинэ шийдэл

Явган зам талбайн одоогийн шийдэлд суурь болон бэлтгэл үеийн зузааныг зааж өгсөн байдаг [3]. Харин сүвэрхэг хучилт төлөвлөхөд суурийн үеийн зузааныг хур борооны эрчим, сүвэрхэг хучилт болон суурийн үеийн ус шингээх эрчим, борооны ус зайлуулах системийн шийдэлтэй уялдуулах шаардлагатай байна [6]. Монгол орны хувьд 1 удаад орох хур тунадасны хэмжээ харьцангуй бага, хур тунадас хоорондын хугацаа их байдаг учир борооны ус зайлуулах нэгдсэн систем шаардахгүй сүвэрхэг хучилтын шийдлийг гаргах боломжтой. Өөрөөр хэлбэл орсон борооны усыг сүвэрхэг хучилт нь өөртөө шингээж авч дараагийн хур тунадас ортол ууршуулах эсвэл хажуугийн ногоон байгууламжийн хөрс рүү шингээх боломжтой. Санал болгож буй хучилтын шийдлийг одоогийн шийдэлтэй харьцуулан Зураг 10–д үзүүлэв.

Санал болгож буй сүвэрхэг хучилтын зузаан нь:

байна. Энд: t1 нь сүвэрхэг хавтангийн зузаан, м, t2 нь суурь үе болох буталсан хайрга дайргын үеийн зузаан, м, байна. Сүвэрхэг хавтангийн зузаан нь ашиглалтын ба үйлдвэрлэлийн нөхцөлөөс хамаарч тодорхойлогдоно. Харин суурь үеийн зузаан нь 1 удаагийн хамгийн их хур тунадас ба материалын сүвэрхэгшилтээс хамаарна. Суурь үеийн зузаан их байх тусам ус шингээлт их байна. Суурь үеийн зузааныг илэрхийлбэл:

байна. Энд байх сүвэрхэгшилт нь тодорхойлолт ёсоор:

байна. Нэгж талбайг сонгон авбал суурь үеийн нийт эзлэхүүн нь Vн=abt2 болно. Шаардлага ёсоор суурь үе нь нийт хур тунадасны эзлэхүүнийг шингээхийн тулд хоосон хэсгийн эзлэхүүн нь Vx=Pab/1000 байна. Энд хур тунадасны нийлбэр хэмжээ нь мм байх учир метрт шилжүүлэхийн тулд 1000-д хуваасан болно.

Сүвэрхэгшилтийн тодорхойлолтод дээрх эзлэхүүнүүдийг орлуулж суурь үеийн зузааныг олбол:

Энд сүвэрхэгшилт нь тухайн суурь үеийг хийх буталсан хайрга дайргын ширхэглэлийн бүрэлдэхүүний жингийн 60%-с дээш хувийг эзлэх диаметр d60, 10%-с дооших хэсгийн диаметр d10-ээр

гэж тодорхойлно [7].

Дээрх томьёогоо ашиглан туршилт хийсэн талбайг сүвэрхэг хавтангаар хучих үеийн сүвэрхэгшилттэй буталсан хайрга дайрган суурь үеийн зузааны хэмжээг олбол:

Монгол орны хэмжээнд хоногийн хамгийн их хур тунадас 1956 оны 8-р сарны 5-ны өдөр Өмнөговь аймгийн Даланзадгадад 138 мм унасан [5] байдаг бөгөөд энэ хэмжээгээр суурь үеийн зузааныг тодорхойлбол:

Хэлэлцүүлэг

Олон улсын туршлагаар суурь үеийн дундаж зузаан нь 15-40 см байдаг [6] учир дээрх санал болгох шийдлээр хот суурины явган зам талбайн хучилтыг хийж болохоор байна. Харин Монголд суурь үеийн зузаан нь 10-15 см, овойлттой хөрсөнд 23-58 см нэмэлт үеийг төлөвлөхөөр заасан байна [3]. Бидний шийдлээр овойлттой хөрсөнд нэмэлт үе хийхгүй бөгөөд гео үеийг дэвсгэр болгон ашиглана. Явган зам талбай нь харьцангуй бага ачаалалд ажиллах учир хэв гажилтад оруулах үндсэн хүчин зүйл нь ул хөрсний улирлын хөлдөлт гэсэл, овойлт байна.

Дүгнэлт, санал, зөвлөмж

Судалгааны үр дүнгээс дүгнэхэд явган зам талбайн төлөвлөлт нь цаг уурын нөхцөлтэй уялдах ёстойг сануулж байна. Энэ судалгаагаар Монголд одоо төлөвлөж буй явган зам талбайн хучилтын ус шингээлтийн Хортоны параметрүүдийг анх удаа тодорхойлов. Мөн Монгол орны төв суурин газруудад 1 удаагийн бороо ороход түүнийг зам талбайн гадаргууд тогтохооргүй гүйцэд доошоо шингээх боломжтой сүвэрхэг хучилтын бүтээцийн шийдлийг, харгалзах тооцооны томьёоны хамт боловсруулав. Одоо ашиглагдаж буй хучилт болон борооны уснаас үүдэн гардаг асуудлыг сүвэрхэг хучилт ашигласнаар шийдвэрлэх боломжтой гэдэг нь харагдаж байна. Иймд сүвэрхэг хавтангаар явган зам талбайг төлөвлөх нь зүйтэй. Цаашид сүвэрхэг хавтангийн материалын шинж чанар, хөлдөлт гэсэлтэд тэсвэрлэх чанар, давтан ашиглах чанаруудыг судлах шаардлагатай.

Ном зүй

I.                Монгол хэлээр хэвлэгдсэн зохиол бүтээл

1.         Б. Мягмаржав ба Г. Даваа, Монгол орны гадаргын ус, Улаанбаатар: Байгаль орчны яам, Ус цаг уур, орчны шинжилгээний газар, 1999.

2.         Б. Аюурзана ба Ш. Даваажамц, “Усны барилга байгууламж I хичээлийн лекц 2: Усны барилгын буурийн тодорхойлолт,” ШУТИС, Улаанбаатар, 2018.

3.         UCS0901В, “Явган хүний зам талбайн төлөвлөлт, хучилт, угсралтад тавих шаардлага,” Хотын стандарт, орчны аюулгүй байдлын хяналт, зохицуулалтын газар, Улаанбаатар, 2020.

II.              Англи хэлээр хэвлэгдсэн зохиол бүтээл

4.         J. Gironás, L. A. Roesner, L. A. Rossman ба J. Davis, “A new applications manual for the Storm Water Management Model (SWMM),” Environmental Modelling & Software, б. 25, %1-ийн д.д6, pp. 813-814, 2010.

5.         N. H. A. H, H. M. Nor ба R. P. J, “Physical Properties of Porous Concrete Paving Blocks with Different Sizes of Coarse Aggregate,” Advanced Materials Research, б. 1113, pp. 86-92, 2015.

6.         M. H. Fadadu, P. K. Shrivastava ба D. K. Dwivedi, “Application of Horton’s infiltration model for the soil of Dediapada (Gujarat), India,” Journal of Applied and Natural Science , б. 10, pp. 1254-1258, 2018.

7.         H. Zhu, M. Yu, J. Zhu, H. Lu ба R. Cao, “Simulation study on effect of permeable pavement on reducing flood risk of urban runoff,” International Journal of Transportation Science and Technology, б. 8, pp. 373-382, 2019.

8.         L. Moretti, P. D. Mascio ба C. Fusco, “Porous Concrete for Pedestrian Pavements,” Department of Civil, Constructional and Environmental Engineering, Sapienza University of Rome, б. 11, pp. 1-13, 2019.

 

---

[1] Бэхбаярын Шалсмаа, Усны барилга байгууламжийн 3-р курсийн оюутан

[2] Бадарчийн Аюурзана, ШУТИС, БАС-ийн ахлах багш, Усны барилга байгууламж