Зам талбайн борооны ус зайлуулах системийн шийдэл ба төлөвлөлт /Plan and design of the Urban storm water drainage system/

Зам талбайн борооны ус зайлуулах системийн шийдэл ба төлөвлөлт

Б.Аюурзана – ШУТИС, Барилга, Архитектурын сургуулийн ахлах багш, инженерийн ухааны доктор PhD

Г.Батзориг – Гидродизайн Инноваци ХХК-ийн ерөнхий захирал, Монгол улсын мэргэшсэн инженер

Удиртгал

Энэхүү нийтлэл нь Барилга МН сэтгүүлийн 2021 оны 07 сар №134 дугаарын 43-50-р хуудсанд хэвлэгдсэн “Зам, талбайн борооны ус зайлуулах шийдэл, төлөвлөлтийн асуудлууд” гэсэн нийтлэлийн үргэлжлэл юм. Энэхүү нийтлэл нь зам, талбайн борооны ус зайлуулах техникийн шийдлүүд, тэдгээрийн инженерийн төлөвлөлт, тооцооны асуудлуудыг агуулна.

Зам, талбайн борооны ус зайлуулах зарчим

Ус зайлуулах системийн (үүнд үерийн ус, дээврийн ус, зам, талбайн ус зайлуулах асуудлууд багтана) төлөвлөлтийн үндсэн гурван практик зарчим бий. Үүнд:

• Тухайн талбай ямарч борооны үед усанд автдаггүй байх;
• Тухайн талбайгаас зайлуулах ус нь хөрш зэргэлдээ талбайг усанд автуулдаггүй байх;
• Тухайн талбайн усыг найдвартай, аюулгүй зайлуулдаг байх гэсэн зарчмууд бий.

Энэ гурван зарчмыг зам, талбай төлөвлөхдөө сайтар анхаарах хэрэгтэй. Эхний зарчим нь тухайн талбайн зэрэглэл, өмчийн төрөл, аюулгүй байдал гэх мэт олон хүчин зүйлээс хамаарч тооцоот хангамжтай хур тунадас сонгох, түүнээс бий болох усны хэмжээг тооцоолох үндэслэлийг бий болгоно.

Харин хоёрдугаар зарчим нь аюулгүй зайлуулах, системийн нэгдсэн байх үндэслэл болдог бол сүүлийн зарчим нь зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн техникийн тохирсон шийдлийг гаргах нөхцөлийг бий болгоно. Зам талбайн борооны ус зайлуулах систем нь зөвхөн тухайн зам, талбайн усыг зайлуулах биш ойролцоо барилгуудын дээврээс, ногоон байгууламжаас, явган зам талбайгаас ирэх усыг зайлуулах нөхцөлтэй байх бөгөөд усыг байгальд (гол, жалга, цөөрөм, үерийн суваг г.м эзэмшил, суурьшлын бус) нийлүүлэх гаргалгаа буюу төгсгөлтэй байх хэрэгтэй. Олон улсын практикт хот, суурин газраас зайлуулах усны чанар муу, бохидолтой байх учир байгаль орчинд сөрөг нөлөөгүй чанарын болон тоо хэмжээний стандартын дагуу цэвэрлэж байгальд нийлүүлдэг. Манайд “MNS 4943 : 2015 Хүрээлэн байгаа орчин. Усны чанар. Хаягдал ус. Ерөнхий шаардлага”-ын дагуу нийлүүлэхээр төлөвлөвөл хараахан биелэдэггүй сүүлчийн зарчим хангагдаж олон улсын жишигт хүрэх нь тэр.

Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн бүрдэл

Зам, талбайн борооны ус зайлуулах үйл ажиллагаа нь тусдаа үүрэг бүхий барилга байгууламжийн цогц учир систем гэж нэрлэнэ. Зам талбайн борооны ус зайлуулах аливаа систем нь

• Ус хүлээн авах байгууламж – шүүрт худаг, бусад ус хүлээн авах төхөөрөмж, байгууламжууд;
• Цуглуулах шугам – талбай бүрээс борооны усыг цуглуулах үүрэг бүхий далд суваг, хоолой бүхий байгууламж;
• Зайлуулах шугам – талбай бүрээс цугласан усыг нэгдсэн байдлаар зайлуулах магистрал гол хоолой эсвэл суваг бүхий байгууламж;
• Холбох, дамжуулах байгууламжууд – цуглуулах болон зайлуулах шугам ямар нэгэн инженерийн байгууламж, зам, гол, гадаргын огцом өөрчлөлтийг давж гарахад зориулсан байгууламж;
• Үзлэг, хяналтын худаг – борооны ус цуглуулах, зайлуулах гол шугамын үзлэг хийх, засвар арчилгаа хийх, хяналт хэмжилт хийх худгууд;
• Хаях байгууламж – борооны усыг байгальд нийлүүлэх байгууламж;
• Цэвэрлэх байгууламж – зам, талбайгаас зайлуулах борооны ус нь байгальд нийлүүлэх усны стандартыг хангахгүй үед цэвэрлэх байгууламж байна.

зэрэг байгууламжуудаас бүрдэнэ. Дээрх байгууламжууд нь тус бүрийн үүрэгтэй бөгөөд систем болгонд шаардлагатай бол төлөвлөгдөнө. Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийг дараах инженерийн судалгаа, тооцоогоор төлөвлөнө. Үүнд:

• системийн төлөвлөлт, чиг байгуулалтын тооцоо – аль байршлаас ус хүлээн авч, ямар шугамаар хааш нь зайлуулах тухай барилга байгууламжуудыг байршлыг тогтоох;
• ус судлалын тооцоо – төслийн талбайд буух тооцоот хангамжтай хур тунадаснаас бий болох усны тоо хэмжээ, давтамж, үргэлжлэх хугацаа зэргийг тодорхойлох;
• гидравликийн тооцоо – системээр болон барилга байгууламж бүрээр өнгөрөх усны тоо хэмжээ буюу зарцуулга, урсгалын гүн, урсгалын хурд, бусад гидравликийн үзүүлэлтүүдийг тодорхойлж барилга байгууламж, шугамын хэмжээ, материалыг тогтоох, оновчлох;
• байгууламжуудын бүтээцийн тооцоо – барилга байгууламжийн буурь суурь, даац, эдлэхүүний бүтээц, материалыг тодорхойлох тооцоонууд байна.

Дараах хэсгүүдэд зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн төлөвлөлтийн үеийн тооцоо судалгааг, системийн бүрдэл хэсгүүдийн хамт товч авч үзье.

Инженерийн судалгаа, ус зайлуулах системийн төлөвлөлт

Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн төлөвлөлтийн

• зам, талбайн төлөвлөлттэй хамт төлөвлөх
• зам, талбайг барьсны дараа төлөвлөх гэсэн хоёр туршлага байдаг талаар өмнөх нийтлэлд дурдсан.

Аль ч төлөвлөлтийн үед байр зүйн дэвсгэр зураг, инженер-геологи, инженер-цаг уурын судалгаа хийгдсэн байна. Зам, талбайн төлөвлөлттэй хамт төлөвлөх үед ус зайлуулах хамгийн оновчтой, зөв шийдлийг гаргах боломжтой. Харин байгаа зам, талбайд уялдуулж төлөвлөлт хийхэд инженер-техникийн нэмэлт шийдлүүд хийх шаардлага гардаг.

Байр зүйн дэвсгэр зургийн судалгаагаар ус зайлуулах системийн төлөвлөлтөд газрын гадаргын хэв шинж, өндөржилт, зам, талбайн чиг трасс, инженерийн шугам сүлжээ, барилга байгууламж, газар ашиглалтын талаарх мэдээлэл, өгөгдлийг боловсруулна. Харин инженер-геологийн судалгаагаар ус зайлуулах системийг төлөвлөх газрын хөрс чулуулгийн физик, механик шинж чанаруудыг, инженер-цаг уурын судалгаагаар ус судлалын тооцоонд шаардлагатай уур амьсгалын өгөгдлүүдийг шинжилнэ.

Ус нь гадаргуугийн нам чиглэл рүү урсдаг учир ус зайлуулах системийг аль болох усны өөрийн урсгалтай байхаар тооцож төлөвлөлтийн дээрх гурван зарчмийг хангаж байхаар барилга байгууламжийн байршил, чиг трассыг төлөвлөдөг. Усыг өөрийн урсгалаар зайлуулах боломжгүй бол механикаар өргөх буюу насос станцтай байхаар төлөвлөнө. Зам, талбайн ус зайлуулах байгууламжийн хамгийн анхны элемент нь ус хүлээн авах байгууламж байна. Мэдээж зам, талбай нь норм дүрмийн дагуу ус хүлээн авах байгууламжруугаа 2~5% - ийн хэвгийтэй байхаар төлөвлөгдсөн байна. Ус хүлээн авах байгууламж нь Зураг 1-д үзүүлснээр хэд хэдэн төрөлтэй.

Зураг 1. Зам, талбайн борооны ус хүлээн авах байгууламжийн төрлүүд

Дээрх ус хүлээн авах байгууламжийн төрлүүдээс манайд ихэвчлэн шүүрт худаг төлөвлөдөг. Шүүрт худгийг зам, талбайн хотхор хэсэгт ус хурах талбайн хэмжээнээс хамааруулан байрлуулаагүйгээс зам, талбайд ус тогтож, усанд автах нийтлэг үзэгдэл илэрдэг. Ус хүлээн авах шүүрт худгийн ажиллагааг сайжруулахын тулд зам талбайн хаяагаар хагас дугуй, прабол болон гурвалжин огтлолтой дагуу сувгуудыг төлөвлөдөг.

Зураг 2. Ус хүлээн авах байгууламжийн байршил ба шүүрт худгийн үйлчилгээг сайжруулах хаяа суваг

Зарим зам, талбайн усыг хажуугийн ус хүлээн авах худагтай байхаар төлөвлөсөн байдаг ч зам, талбайн хог, шороогоор бөглөрч ажиллахгүй болсон нь элбэг. Шулуун ус хүлээн авах байгууламжийг зарим гүүр, шатахуун түгээх станцын байршилд төлөвлөсөн байдаг. Хурдны зам, томоохон зогсоол, талбайн усыг шулуун ус хүлээн авах байгууламжаар авч зайлуулах нь оновчтой байдаг. Ус хүлээн авах байгууламжийн төрлийг зам, талбайн төрөл, төлөвлөлт, хүлээн авах усны хэмжээ, зайлуулах шугамын төрөл, байрлалаас хамааруулж тооцооны үндсэн дээр сонгоно.

Зураг 3. 2 эгнээ замын ус хүлээн авах шүүрт худаг, цуглуулах шугам, үзлэгийн худаг, зайлуулах гол шугамын хийц

Ус хүлээн авах байгууламжаар усыг авч цуглуулах шугамаар дамжуулан гол зайлуулах хоолойд нийлүүлнэ. Зам, талбайн борооны ус зайлуулах шугамууд нь ихэвчлэн далд байх учир даац ачааллын нөхцөлөөс хамаарч бетон, асбестобетон, ширмэн, хуванцар зэрэг материалаар хийгдсэн хоолойнууд байна. Цуглуулах хоолой, ус зайлуулах гол шугам дээр үзлэгийн худаг, хагшаас лаг барих байгууламж, хуваарилах байгууламж, ус хэмжүүрийн байгууламж, холбох болон дамжуулах байгууламжууд төлөвлөгдөнө. Үзлэгийн худгууд нь цэвэр болон бохир усны үзлэгийн худагтай адил хийц, төлөвлөлттэй байж болно. Хагшаас лаг барих байгууламж нь ихэнх тохиолдолд ус хүлээн авах байгууламжтай хамт төлөвлөгдөнө. Ингэснээр ус зайлуулах системд лаг, хагшаас тунаж системийн үлдсэн хэсгийн ашиглалт, ажиллагаа сайжирна. Лаг хагшаас барих байгууламжийг цэвэрлэгээ хийх нөхцөл бүрдсэн байхаар төлөвлөнө. Хуваарилах байгууламж нь тэгш өнцөгт хэлбэртэй, ус халиагуураар тоноглогдсон усыг хуваарилах үүрэгтэй байгууламж байна. Холбох болон дамжуулах байгууламжууд нь шугам хоолойн трасст дайралдах инженерийн шугам сүлжээ, гол, үерийн хамгаалалтын суваг, зам, газрын гадаргуугын огцом өөрчлөлт зэргийг даван туулахад зориулагдана. Холбох барилгад дам урсгуур (drop structure - перепад), түргэн урсгуур (chute - выстроток), консоль (console drop) ус хаяур орох бол дамжуулах барилгад гүүрэн дамжуулга (aquaduct - акведуки), гатлуур хоолой (inverted syphon - дюкер) хамрагдана.

Зам талбайн борооны ус зайлуулах системийн төгсгөлд усны чанарыг сайжруулах байгууламжууд, гаргалгаа байгууламжууд төлөвлөгдөнө. Усны чанар сайжруулах байгууламж нь цэвэрлэх байгууламж эсвэл шүүрүүлж ууршуулах цөөрмүүд байж болно. Гол, нуур, үерийн сувагт борооны усыг нийлүүлэхдээ гаргалгаа байгууламжийг төлөвлөнө. Энэ байгууламж нь усыг чөлөөтэй зайлуулж, ус буцаж системд нөлөөлхөөргүй байхаар төлөвлөгдөнө.

Инженерийн тооцоо, төлөвлөлт

Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн бүрдэл, чиг трасс, байгууламжуудын байрлалыг анхлан тодорхойлсоноор усны инженерийн тооцооны ажил хийгдэж, үр дүнгээс хамаарч төлөвлөлтийг оновчлох ажлууд хийгдэнэ. Анхны төлөвлөлтийг тооцоогоор шалгаж зохисгүй буюу тааламжгүй нөхцөлтэй тохиолдолд өөрчлөн төлөвлөнө. Төлөвлөлт өөрчлөх нөхцөл нь ус халих, зайлуулах боломжгүй байх гэх мэт усны тоо хэмжээ болон түрэлтээс хамааралтай үүсэх нөхцөлүүд юм. Усны инженерийн тооцоо нь ус судлалын буюу гидрологийн тооцоо, системийн гидравликийн тооцоо, барилга байгууламж бүрийн бүтээц, буурь суурийн тооцооноос бүрдэнэ. Ус судлалын тооцоогоор тооцоот хангамжтай хур тундаснаас уг талбайд бий болох шууд урсацын хэмжээ, эрчимшил, давтамж, үргэлжлэх хугацаа гэх мэт статистикийн үзүүлэлтүүдийг тодорхойлох бол гидравликийн тооцоогоор барилга байгууламж бүрийн овор хэмжээ, зохиомж, системийн нэгдсэн ажиллагаа зэргийг шалгаж оновчлоно. Зам, талбайн ус зайлуулах системийн техникийн шийдлийг гидравликийн тооцоогоор баталгаажуулдаг. Өөрөөр хэлбэл зураг төсөл зохиох, түүнийг засаж сайжруулах гол хэрэгсэл нь гидравликийн тооцоо бөгөөд уг тооцоо нь систем доторх усны урсгалын мөн чанарыг тодорхойлж түүнийг удирдах, чиглүүлэх боломж бололцоог тогтооход чиглэдэг. Ус судлалын тооцоонд өгөгдөлд суурилсан регрессийн тэгшитгэлүүд, бууралтын эмпирик томьёонууд, хязгаарын эрчимшлийн арга, хур тунадасны эрчимшлийн арга, хур тунадас-шууд урсацын загваруудыг ашиглах бол гидравликийн тооцоонд Шезийн томьёо, Гауклер-Маннингийн томьёо, Дарси-Вейсбахын томьёо болон Сант-Венантын тэгшитгэлүүдийг ашиглана. Ус судлалын болон гидравликийн тооцоог гар аргаар гүйцэтгэхэд ихээхэн хугацаа, ажиллагаа шаарддаг учир программ хангамжуудыг олноор боловсруулан ашиглаж байна. Доорх хүснэгтэд өргөн ашиглаж буй программ хангамжуудыг нээлттэй болон арилжааны байдлаар нь ялгаж харуулав. Нээлттэй программ хангамж нь худалдаж авах шаардлагагүй, үнэгүй учир төлөвлөлт, зураг төсөлд ашиглахад зохиогчийн эрхтэй холбоотой зөрчил үүсэхгүй. Харин арилжааны программ хангамжийг албан ёсны эрхтэйгээр ашиглах нь барилгын инженерийн ёс зүйд нийцнэ. Нээлттэй болон арилжааны программ хангамжуудын тооцооны үндсэн үр дүнгүүд бараг ялгаагүй байдаг.

Хүснэгт 1. Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн төлөвлөлтөд ашиглах программ хангамжууд

Ус судлалын тооцооны программ хангамж		Гидравликийн тооцооны програм хангамж
Нээлттэй	Арилжааны	Нээлттэй	Арилжааны
HEC-HMS 1D	MIKE SHE	HEC-RAS 1D & 2D	GeoHECRAS 1D & 2D
SWMM 1D	StormCAD 1D	SWMM 1D	StormCAD 1D
PRMS эсвэл R packages	Flo 2D	River 2D болон iRIC solver	CivilCAD 3D эсвэл Flo 2D
QGIS	ArcGIS	Delft 2D	Mike 2D

 

Тооцоо, загварчлалын программ хангамжууд нь

• Зөвхөн нэг зорилготой (Ус судлалын эсвэл гидравликийн) – HEC-HMS, HEC-RAS гэх мэт
• Тооцооны хоёр зорилготой (Ус зүй, гидравлик хамт) – SWMM, Bentley CivilStorm, Bentley OpenFlows, Autodesk Storm and Sanitary Analysis гэх мэт
• Тооцоо, зураг төслийн зорилготой (ус зүй, гидравлик, ажлын зураг) – Autodesk Civil3D CAD, GeoHECRAS 1D & 2D байдаг.

Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн шугам, барилга байгууламжийн хувьд бүтээцлэлийг ихэвчлэн үйлдвэрлэлийн нөхцөлөөр тооцдог. Ачаалал үйлчлэлд орших бүтээцийн тооцоог хязгаарын төлөв байдлын аргаар тооцно. Зам талбайн ус зайлуулах систем нь сны барилга байгууламж болохын хувьд усны хортой үйлчлэлийг ашиглалтын хугацаанд тэсвэрлэх боломжтой байхаар барилгын материалын сонголтыг хийнэ. Буурийг барилга байгууламжийн зөвшөөрөгдөх хэв гажилттай байхаар тооцож төлөвлөнө.

 

Зам, талбайн ус зайлуулах системийн төлөвлөлтийн жишээ

Жишээ болгон Баянхонгор аймгийн төвийн зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн төлөвлөлтийг авч үзье. Баянхонгор хотын зам талбайн ихэнх хэсэг нь ус зайлуулах системгүй төлөвлөгдсөн учир үер усанд автах аюул тулгардаг байна. Баянхонгор аймгийн Засаг даргын тамгын газрын захиалгаар 2021 онд Гидродизайн Инноваци ХХК -д боловсруулсан ус зайлуулах системийн зураг төслийн тооцооноос жишээ болгон оруулав. Баянхонгор хотын зам талбайн борооны ус зайлуулах системийн төлөвлөлтийг P=5% хангамжтай хур тунадас 51.8 мм/хон хур тунадас ороход усны халилтгүй бүрэн зайлуулж байхаар CivilCAD 3D, SSA, Global mapper зэрэг программ хангамжуудаар гүйцэтгэв. Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийг одоо байгаа зам талбайн нөхцөл, түүнээс ус зайлуулах гадаргуугын боломж дээр тулгуурлан төлөвлөсөн болно. Төлөвлөлт, тооцооны үеийг дараах зургуудаар харуулав.

Зураг 4. Өндрийн тоон өгөгдөл дээр зурагласан ус урсах гуу жалга, ус хурах талбай, зам талбайн борооны ус зайлуулах системийн чиг трассын шинжилгээ

Зураг 5. Зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн төлөвлөлт

Зураг 6. Ус хүлээн авах шүүрт худгийн сонголт, төлөвлөлт

Зураг 7. Ус судлалын тооцооны үр дүн: Ус хурах талбайгаас бий болох урсцын хэмжээ

Зураг 8. Ус судлалын тооцооны үр дүн: Сонгосон ус хурах талбайд унах хур тунадас, шууд урсацын хамаарал

Зураг 9. 6-р шугамын гидравлик тооцооны үр дүн

Зураг 10. 1-р шугамын гидравлик тооцооны үр дүн

Баянхонгор хотын зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн хувьд одоо байгаа зам талбайн төлөвлөлт, ус зайлуулах техникийн нөхцөлтэй уялдуулан төлөвлөлт хийсэн учир зарим газарт газар шорооны ажил их хийхээр төлөвлөгдөж байна. Ус зайлуулах системийн хувьд ус хүлээн авах байгууламжаар ирэх усыг шүүрт худаг болон үзлэгийн худаг, холбох худагт ямар нэгэн халилтгүй байхаар төлөвлөсөн учир зарим хэсэгт урсгалын хурд их, зарим хэсэгт бага байх боловч зөвшөөрөгдөх хэмжээнд, усны түвшин түрэгдэлтгүй байна. Ус зайлуулах системийг бүхэлд нь тооцож байгаа учир гидравликийн зохисгүй нөхцөл үүсэж байгаа газруудад сайжруулах арга хэмжээг авч дээд болон доод хашицдаа хэр нөлөөлж байгааг шалгах боломж хялбар болдог.

Баянхонгор хотын зам, талбайн борооны ус зайлуулах системийн төлөвлөлт, тооцооны жишээгээр зам, талбайн борооны ус зайлуулах систем нь нэгдсэн байдлаар төлөвлөгдөж, ус судлалын болон гидравликийн тооцоогоор шалгагдсан байх хэрэгтэй гэдгийг харуулахыг зорив. Улаанбаатар хотоос бусад хотууд, ихэнх аймгийн төвүүд, хатуу хучилттай зам, талбайтай суурин газруудад нэгдсэн, зөв төлөвлөлттэй зам, талбайн борооны ус зайлуулах систем байхгүй. Цаашид зам талбайн ус зайлуулах ажлууд хийгдэх учир мэргэжлийн өндөр түвшинд, орчин үеийн технологи, туршлагыг шингээж төлөвлөх хэрэгтэй. Зам, талбайн ус зайлуулах системийг ерөнхий төлөвлөгөөтэй хамт төлөвлөж үе шаттай хэрэгжүүлэх нь техникийн зөв шийдлийг анхнаас нь хэрэгжүүлэх боломжийг олгодог гэдгийг анхаарч хот төлөвлөх, хэрэгжүүлэх ажил гүйцэтгэдэг инженерүүддээ инженерийн бүхий л арга хэмжээг нэгдсэн байдлаар уялдуулан төлөвлөж, хэрэгжүүлж хэвшицгээе гэж уриалж байна.