Компания Гидрострой >> Интересное о гидротехнике >> Курочкина В.А. Часть 2

 

Курочкина В.А. Часть 2

 

Часть  1 2 3 4

 

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

Во введении обоснована актуальность темы диссертации; сформулированы рабочая гипотеза, цель и задачи исследований; описана методика экспериментов; обоснованы достоверность и научная новизна результатов, практическая значимость выводов и рекомендаций.

В первой главе рассматриваются техногенное и антропогенное воздействие на реки как фактор, приводящий к загрязнению воды и русел рек на урбанизированных территориях [В.С. Боровков, К.М. Беркович, К.Н. Дьяконов, А.Б. Иванов, М.И. Итигилова, И.Ф. Карасев, В.В. Куприянов, Н.И.Маккавеев, И.С. Пашковский, Б.Г. Скакальский, Б.С. Устюжанин, Р.С.Чалов, Г.М. Черногаева, А. Brookes, S. Hartley]. Приводятся данные, указывающие на преобладание процессов заиления рек во многих регионах РФ, особенно Центральном и Уральском регионах, имеющих развитое промышленное производство. Поскольку твердый сток с водосборных площадей выносится в речные системы водным стоком, который в этом процессе он выполняет роль транспортного механизма. По этой причине качество поверхностных вод оказывается напрямую связано с загрязненностью речных русел.

Рассмотрены факторы, влияющие на качество речной воды, и существующий метод классификации загрязненности водных объектов на основе индекса загрязненности воды (ИЗВ), учитывающий суммарные относительные концентрации шести лимитируемых показателей вредности. С использованием ИЗВ показано, что базовые водные объекты (донные отложения которых подвергались детальному исследованию в настоящей работе) по качеству воды относятся к классу сильно загрязненных водных объектов.

По характеру влияния загрязняющих примесей воды на состояние речных русел предлагается их разделение на два больших класса: химические загрязнения, представляющие собой растворимые химические соединения, и нерастворимые формы загрязняющих веществ, присутствующих в воде в виде грубодисперсных примесей и мелкодисперсных взвесей, которые объединяют в класс так называемых «мутьевых загрязнений». Рассмотрен вклад факторов урбанизации, оказывающих влияние на загрязненность водотоков, в том числе: промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с городской территории, грунтовые, дренажные и поливомоечные воды. Показано, что основной вклад в химическое загрязнение речной воды вносят: промышленные и хозяйственные сточные воды – до 48 %; дождевые и талые воды – до 36 %. По не-растворимым («мутьевым») формам наибольший вклад в загрязнение вносит поверхностный сток с городской территории – до 80%; сравнительно малый вклад добавляет отведение условно-чистых сточных вод – около 2 %. Натурные изыскания на городских водных объектах показали, что мелкодисперсные взвеси, обладающие развитой удельной поверхностью, адсорбирующие значительное количество загрязняющих примесей, осаждающиеся в речное русло, являются основным фактором его загрязнения. По этой причине в комплексе мероприятий по экологической реабилитации городских водных объектов очистка поверхностного стока с урбанизированных территорий является одним из важнейших элементов.

Под влиянием антропогенной техногенеза нагрузки поступление в водотоки загрязнений постоянно увеличивается, что приводит к ухудшению состояния или деградации водных объектов [В.А. Алексеенко, В.С. Аржанова, А. Вельнер, Е.В. Венецианов, М.А. Глазовская, Е.П. Нахшина, О.Н. Черных, Е.П. Чернышев, А.А.Суздалева, Дж. Фортескью]. По данным различных авторов наиболее опасными загрязнителями донных отложений являются соединения тяжелых металлов [Е.П. Янин], концентрация которых в донных отложениях существенно превосходит уровень фонового загрязнения почв на водосборной территории, а также в десятки и сотни раз превышает ПДК для воды. Накопление значительного количества примесей в донных грунтах повышает градиент концентрации загрязняющих веществ, что способствует активизации процесса диффузии вредных примесей из донных отложений в речную воду, вторичному загрязнению и ухудшению качества воды. Процесс деградации водного объекта можно приостановить только це-ленаправленным воздействием на определяющие факторы. Для снижения степени загрязнения воды и прогнозирования ее качества необходимо учитывать гидродинамические характеристики потока, влияющие на русловые процессы. Уменьшение вторичного загрязнения и улучшение качества воды может быть достигнуто воздействием на гидравлический режим водного объекта и другими способами, снижающими темп осаждения мелкодисперсной взвеси, либо очисткой русла от загрязненных донных отложений, а также комбинацией указанных способов. Влияние на экологическое состояние водных объектов каждого из способов очистки значительно, поэтому очистка русел рек является необходимым мероприятием в составе комплекса мер по реабилитации водных объектов на урбанизированных территориях.

Во второй главе выполнены расчетно-аналитические исследования процессов формирования загрязненных донных отложений в речных руслах на урбанизированных территориях, необходимые для обоснования мероприятий и технологий и по их удалению.

Предложено условие осаждения частиц в водном потоке (1)

где, ρт, ρв – плотность твердых частиц и воды; d - крупность частиц; Сп – коэффициент подъемной силы; u – скорость потока, обтекающего частицу.

Данное соотношение позволяет определить наименьшую крупность частиц взвеси, осаждающихся в водном потоке с заданной скоростью течения.

Скорость осаждения частицы в турбулентном потоке W определяется разностью между силой тяжести, Архимедовой силой и гидродинамической подъемной силой (2)

где CD – коэффициент сопротивления

В турбулентном потоке осаждение возможно при W больше вертикальной пульсации скорости V’.

На основании уравнения баланса наносов, осаждающихся в потоке (3)

получено изменение концентраций взвеси в виде следующей зависимости (4)

где H- глубина потока, С-концентрация взвеси, C0 - концентрация взвеси в начальный момент, t- время.

Полученное выражение показывает, что осаждение взвесей происходит более интенсивно в прибрежных зонах с малыми глубинами потока, что подтверждается данными натурных изысканий. На узких и глубоких участках русла скорость течения повышается, процесс осаждения сменяется процессом размыва русловых грунтов, и содержание взвесей в потоке возрастает. На участках расширения русла скорости течения уменьшаются, процессы размыва сменяются процессами осаждения взвесей, что согласуется с данными наблюдений «ВодоканалНИИпроект» за прохождением половодий по реке Москве в пределах города.

При разработке инженерных мероприятий по очистке загрязненных речных русел необходимы критерии опасности донных отложений. Данные, полученные на основе анализа процессов миграции вредных веществ из донных отложений в воду и растения, могут служить показателями экологического состояния почвенно-биологических ресурсов.

Решение вопроса об очистке водоема требует сведений по объемам загрязненных донных отложений и их распределению в русле реки. Обычно эти данные могут быть получены на основе детальных русловых исследований, включающих бурение большого числа скважин с анализом проб русловых грунтов, что является сложным и дорогостоящим мероприятием. В связи с этим на предварительных этапах рассмотрения вопроса об очистке загрязненного русла реки предлагается расчетный метод определения объема загрязненных отложений и их распределения в проточных водных объектах.

Методика расчета основана на использовании среднестатистического показателя объема взвесей, поступающих в речную сеть с урбанизированных территорий в год в расчете на одного жителя. Этот показатель отражает плотность городского населения, интенсивность хозяйственно-бытовых стоков, объемов поверхностного стока, техногенную и антропогенную нагрузку на территорию и связан с количеством промышленных сточных вод. При этом объем аккумулированных отложений Vос в водотоки в пределах урбанизированной территории может быть определен по формуле (5)

Формулы 1-5:

 где N – численность жителей города; Т – период накопления загрязнений; q – среднестатистическая величина годового твердого стока равная 0,02 м3 на одного жителя в год.

Определение толщины слоя отложений и протяженности загрязненных участков русла производится согласно следующему алгоритму:

 где В – ширина зон заиления в русле; L –  протяженность заиленного участка русла; V – скорость течения в межень; H – средняя глубина реки; W – скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность);   Q – расход воды в реке.

 Расчетные годовые объемы аккумуляции отложений на городских участках рек РФ приведены на диаграмме (рис.1).

 

 

Рис.1. Годовые объемы аккумуляции отложений на городских участках рек РФ

 Результаты расчетов, выполненных с использованием предлагаемой методики, показывают, что годовые объемы аккумуляции взвесей в речных руслах на урбанизированных территориях могут достигать в год от 10 до 50 тыс. м3, при этом протяженность загрязненных участков колеблется от 2 до 18 км. Анализ, выполненный для 54 городов РФ, позволил установить, что суммарная протяженность загрязненных участков рек составляет 375 км, объем загрязненных отложений достигает 117,6 млн. м3, а ориентировочная стоимость очистки – 140 млрд. руб.

 

 

Часть  1 2 3 4