Гідравліка рибницьких басейнів УЗВ і подвійний дренаж

Як круглі басейни УЗВ самоочищуються, як подвійний дренаж Корнелльського типу ділить потік між донним і бічним зливом і як задають водообмін, обертання та швидкість води для риби.

Рибницький басейн — перший вузол установки замкненого водопостачання (УЗВ), і його гідравліка визначає, як швидко відходи потрапляють до контуру очищення. Басейн, який швидко концентрує й виносить завислі речовини, захищає фільтри нижче за потоком; басейн, у якому завислі речовини осідають і розкладаються, додає в систему споживання кисню та аміак.

Чому круглі басейни самоочищуються

У круглому басейні або квадратному зі зрізаними кутами вся товща води обертається навколо центру. Посібник FAO з рециркуляційної аквакультури зазначає, що завдяки цьому органічні частинки перебувають у басейні лише кілька хвилин залежно від його розміру. SRAC Publication 453 пояснює механізм: навіть слабка циркуляція зносить завислі речовини до центру, де радіальні швидкості мінімальні, тому басейн із центральним зливом природно добре видаляє завислі речовини. Видалення можна посилити ухилом дна до центру або центральною системою подвійного дренажу разом з оптимальним співвідношенням глибини та діаметра. FAO додає, що ухил дна мало впливає на самоочищення як таке, але полегшує повний злив.

Форма — це компроміс. За даними SRAC 453, прямокутні басейни приблизно на 20% ефективніше використовують площу та зручніші для вилову, але погано переміщують завислі речовини; FAO описує восьмикутні басейни як компроміс, що зберігає гідравліку круглих за кращого використання площі, а басейни-«стадіони» (D-ended raceway) — як гібрид, який на практиці застосовують рідко. Оскільки товща води постійно перемішується, кисень у круглому басейні розподілений майже рівномірно, і FAO рекомендує ставити датчик кисню біля випуску, подалі від точок подавання кисню.

Подвійний дренаж Корнелльського типу

Басейн із подвійним дренажем Корнелльського типу має два випуски: донний центральний злив і піднятий бічний злив у стінці. Невеликий донний потік виносить сконцентровані осідні частинки до компактного відстійника, а основна частина потоку, уже бідна на осідні частинки, іде через бічний злив до основного контуру очищення. У басейні об'ємом 150 м³, дослідженому Davidson і Summerfelt (Aquacultural Engineering, 2005), близько 92–93% витрати йшло через бічний злив і 7–8% — через донний центральний. Обчислювальне дослідження восьмикутних басейнів із таким дренажем (Computers and Electronics in Agriculture, 2018) використовувало базовий варіант із 45% витрати через центральний злив і оцінювало, як розподіл потоку змінює швидкість, однорідність і завихреність; це показує, що розподіл — параметр проєктування, а не фіксоване правило.

Донна витрата та винесення завислих речовин

Davidson і Summerfelt (Aquacultural Engineering, 2004) провели вимірювання в басейнах Корнелльського типу об'ємом 10 м³ і 150 м³ з арктичним гольцем або райдужною фореллю за товарної щільності посадки. Швидкість винесення осідних частинок сильно залежала від витрати через донний центральний злив і від періоду обертання води. Донна витрата щонайменше 5–6 л/хв на квадратний метр площі дна виносила осідні частинки за 1–2 хвилини в басейні 10 м³ і за 3–6 хвилин у басейні 150 м³, а період обертання 1,3–1,7 хвилини давав оптимальні для винесення швидкості.

Час гідравлічного обміну

Час гідравлічного перебування (обміну) — це час, за який потік замінює один об'єм басейну, тобто об'єм, поділений на витрату. У дослідженні 2004 року відносно рівномірного перемішування досягали за високої щільності посадки 90–98 кг/м³ та обміну одного об'єму басейну кожні 20–32 хвилини. За цих умов, коли вміст кисню на вході становив 16–18 мг/л, розчинений кисень по перерізу басейну становив від 10,0 до 10,6 мг/л у басейні 10 м³ і від 9,0 до 11,2 мг/л у басейні 150 м³. Перемішування в цьому дослідженні не залежало від донної витрати в дослідженому діапазоні, але залежало від орієнтації вхідних сопел.

Налаштування швидкості обертання

Швидкість обертання в басейні з подвійним дренажем максимальна біля стінки й у вимірюваннях 2004 року зростала майже лінійно з віддаленням від центру, тож риба може обирати бажану течію. Підтверджено два прості способи регулювання: більша частка донної витрати (12% проти 6% або 0%) давала вищі швидкості обертання, а поворот вхідних сопел безпосередньо змінював швидкість; розворот одного із шести сопел під 45° знизив швидкість біля стінки басейну 10 м³ із 17,8 до 13,4 см/с. FAO називає вертикальну подавальну трубу з горизонтально регульованими випусками ефективним способом керування течією. Експериментальне дослідження 2025 року в журналі Water показало, що витрата на вході, відстань подавальної труби від стінки, кут і конструкція труби впливають на середню швидкість, однорідність швидкостей і розподіл кисню за шарами в круглому басейні.

Швидкість води для риби

Швидкість має підходити не лише для винесення завислих речовин, а й для риби. Міністерство сільського господарства, продовольства та агробізнесу Онтаріо виражає течію для лососевих у довжинах тіла за секунду (BL/s): швидкість у см/с, поділена на довжину риби в см. Його рекомендації орієнтовані приблизно на 1,0 BL/s; повідомляється, що такий рівень знижує агресію та рівень гормонів стресу, покращує ріст і однорідність розмірів у кількох видів форелі, гольців і лососів. Більша риба краще переносить менші відносні швидкості. В установках на суходолі швидкість підвищують збільшенням притоку, зниженням рівня води або прискоренням обертання в круглих басейнах. FAO зазначає відмінності між видами: камбалоподібним, таким як тюрбо та морський язик, потрібна більша площа дна, їх можна утримувати за меншої глибини й течії, тоді як пелагічним видам, наприклад лососевим, корисні більший об'єм і вища швидкість води.