Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Геоэкологические аспекты устройства искусственных русел 11
1.1 Особенности применения искусственных русел в условиях Восточного Забайкалья 11
1.2 Особенности и основные принципы проектирования и расчета искусственных русел 18
1.3 Основные подходы к повышению сопротивляемости грунтов размыву 30
1.4 Геоэкологическая оценка проведения работ по устройству искусственных русел 35
1.5 Краткие выводы по главе 40
ГЛАВА 2 Исследование пойменных грунтов в Забайкальском крае 42
2.1 Подходы к изучению гранулометрического состава грунтов 42
2.2 Методика нахождения функциональных зависимостей, описывающих кумулятивные кривые гранулометрического состава грунтов 46
2.3 Результаты проведенных исследований грунтов по поймам Восточного Забайкалья 51
2.4 Алгоритм расчета выноса взвешенных веществ с учетом аппроксимирующих функций кумулятивной кривой 58
2.5 Краткие выводы по главе 62
ГЛАВА 3 Геоэкологически безопасная технология строительства искусственных русел 64
3.1 Основные принципы предлагаемой технологии
3.2 Реализация предлагаемых принципов в технологическом процессе 68
3.3 Экспериментальная проверка предлагаемого способа 70
3.4 Краткие выводы по главе 81
ГЛАВА 4 Основные рекомендации по применению предлагаемой геоэкологически безопасной технологии строительства искусственных пойменных русел 83
4.1 Основные рекомендуемые строительные операции при производстве работ 83
4.2 Опыт применения предлагаемой технологии 86
4.3 Эколого-экономическая эффективность предлагаемого способа 90
4.4 Краткие выводы по главе 96
Заключение 98
Список литературы 100
- Основные подходы к повышению сопротивляемости грунтов размыву
- Методика нахождения функциональных зависимостей, описывающих кумулятивные кривые гранулометрического состава грунтов
- Реализация предлагаемых принципов в технологическом процессе
- Эколого-экономическая эффективность предлагаемого способа
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Ввиду сложных географических условий в Восточном Забайкалье отмечается широкое использование территорий, прилегающих к водным объектам, для проживания населения, сельскохозяйственного и промышленного производства, создания транспортных коммуникаций. При этом зачастую возникает необходимость в предупреждении опасных гидрологических явлений при обеспечении безопасности жизнедеятельности населения, социальных и производственных сооружений, решаемых строительством искусственных русел.
Согласно Водной стратегии Российской Федерации, территория Восточного Забайкалья, относится к районам распространения опасных гидрологических процессов, таких как катастрофические паводки и наводнения, поэтому в ряде случаев требуется проведение регулировочных мероприятий в целях увеличения пропускной способности русел рек и строительства разгрузочных (отводных) каналов.
Кроме этого, в Забайкальском крае, весьма часто возникает необходимость строительства искусственных русел, при открытой отработке месторождений россыпного золота в поймах малых и средних рек, что требует создания руслоотводных и нагорных каналов.
При наличии больших уклонов в устраиваемых искусственных руслах, возникают значительные скорости потока и, как следствие, размыв дна и берегов. В результате происходит загрязнение нижележащей части водотока продуктами размыва, что нарушает световой и кислородный режимы; снижает самоочищающую способность; нарушает жизнедеятельность гидробионтов и др.
При ускоренном размыве поверхности искусственных русел зачастую возникает необходимость проведения внеплановых ремонтных мероприятий, а иногда и полного восстановления, что приводит к дополнительным затратам. Кроме того, при защите территории от затопления размыв защитных дамб, являющихся частью сечения искусственного русла, может привести к значительному ущербу населенным пунктам и хозяйственной деятельности, а иногда и к катастрофическим последствиям.
Таким образом, создание и применение на практике геоэкологически безопасных технологий строительства, позволяющих снизить или полностью исключить загрязнение водных объектов продуктами размыва искусственных пойменных русел является актуальной научно-технической задачей для таких регионов. При разработке, утверждении планов и программ по использованию и охране водных объектов Забайкальского края подобные задачи всегда занимали в них важное место1.
Тема диссертационного исследования соответствует пункту 5.15 «Обеспечение геоэкологической устойчивости конструкций, зданий и сооружений, технологий строительства и режимов эксплуатации объектов и систем в
1 Заслоновский В.Н., Соколов А.В., Руденко И.И., Босов М.А. Реализация государственной политики в области использования и охраны водных ресурсов в Забайкальском крае в постсоветский период // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 4. С. 54-65.
области градостроительства, энергетического, гидротехнического, промышленного, транспортного и других видов строительства, ЖКХ, природопользования и охраны окружающей среды» специальности 25.00.36 – Геоэкология (строительство и ЖКХ).
Степень разработанности темы.
Вопросами расчета искусственных русел, изучением их размывов занимались такие крупные специалисты в области водохозяйственного и гидротехнического строительства, как: И.И. Агроскин, С.Т. Алтунин, В.М. Ботвинков, А.Б. Векслер, В.Н. Гончаров, М.М. Гришин, В.М. Доненберг, И.Ф. Карасев, Д.В. Штеренлихт, А.А. Угинчус, P.Y. Julien и др.
Значительный вклад в исследование устойчивости частиц грунта и в це
лом поверхности устраиваемого русла к размыву внесли Л.Г. Гвелесиани,
В.Н. Гончаров, К.В. Гришанин, А.В. Караушев, Л.Л. Лиштван,
Ц.Е. Мирцхулава, М.А. Михалев, Н.А. Ржаницын, Б.И. Студеничников,
Г.С. Чекулаев, Г.И. Шамов, Дж. Лейси.
Геоэкологические аспекты устройства искусственных русел в различных целях и защиты водных объектов от загрязнения отражены в работах С.Х. Абальянца, В.С. Боровкова, Г.В. Зубченко, В.Е. Кислякова, С.Г. Косарева, Т.А. Манилюк, И.С. Румянцева, В.В. Русанова, С.В. Сольского и др., а также в различных отраслевых нормативных документах: РД 52.24.609-2013, РД 153-34.2-02.409-2003, СО 34.21.204-2005, СТО 52.08.31-2012 и др.
Вместе с тем, вопрос строительства искусственных пойменных русел в несвязных грунтах без крепления в условиях ускоренного размыва по технологиям, направленным на снижение загрязнения водотока взвешенными веществами при эксплуатации и проведении регулировочных работ в руслах остается открытым.
Рабочая гипотеза диссертации заключается в возможности упрощения технологии и снижения стоимости строительства и эксплуатации искусственных русел при одновременном повышении характеристик сопротивляемости размыву.
Цель работы – обосновать, разработать и апробировать геоэкологически безопасную технологию строительства искусственных пойменных русел в несвязных грунтах, уменьшающую загрязнение водотока взвешенными веществами при эксплуатации и проведении регулировочных работ в руслах.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
-
Анализ существующих методов проектирования и расчета искусственных русел и основных технологий предотвращения размывов ложа и выноса взвешенных веществ с устраиваемой поверхности;
-
Анализ и обобщение гранулометрических составов образцов грунта наиболее хозяйственно освоенных речных пойм Восточного Забайкалья. Определение основных показателей выноса взвешенных веществ при гидротехнических работах на указанных участках;
-
Научное обоснование геоэкологически безопасной технологии строительства искусственных русел в поймах рек;
4. Экспериментальная проверка эффективности предложенного технического решения.
Объект исследования - процессы проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию искусственных русел в поймах рек Забайкальского края.
Предмет исследования - способы, технологии и устройства для строительства таких русел, позволяющие повысить геоэкологическую безопасность водных объектов в условиях несвязных грунтов и значительных продольных уклонов.
Положения, выносимые на защиту:
-
Большинство кумулятивных кривых гранулометрических составов пойменных грунтов рек Забайкальского края с достаточной степенью достоверности описываются степенной, гиперболической и логарифмической функциональными зависимостями.
-
Использование аппроксимированных интегральных кривых распределения гранулометрических составов слагающих гравийно-галечниковых грунтов, позволяет упростить и оптимизировать на стадии проектирования расчеты по учету загрязнения водных объектов продуктами размыва искусственных пойменных русел.
-
В результате обработки поверхности устраиваемых искусственных русел (механическое переформирование поверхностного слоя) по разработанной автором технологии наблюдается существенное повышение сопротивляемости размыву слагающих грунтов и снижение загрязнения водных объектов.
Научная новизна:
определены эмпирические зависимости процентного содержания фракции определенного размера при заданном значении диаметра частиц для гранулометрических составов гравийно-галечниковых грунтов ряда речных пойм Восточного Забайкалья (степенная, гиперболическая и логарифмическая зависимости);
определены удельные показатели возможного выноса взвешенных веществ при устройстве искусственных русел на указанных поймах в условиях ускоренного размыва: Мвзв =0,77251,695 кг/м2 (Мвзвхр= 10,843 кг/м\ de3e =0,3161,785 мм (de3e,c=0,73\MM), при Рвз= 1,74648,09 (Pвзв.ср=\8,0 %);
разработана и апробирована новая геоэкологически безопасная технология строительства искусственных пойменных русел, основанная на способе повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечниковых грунтов.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что научно обоснована возможность существенного снижения загрязнения водных объектов взвешенными веществами путем переформирования по вертикали фракционного состава несвязных грунтов, слагающих ложа русел на стадии строительства, а также в получении аппроксимирующих кумулятивных кривых гранулометрического состава таких грунтов.
Практическая значимость работы состоит в разработанной новой технологии строительства искусственных пойменных русел, а также при проведении расчисток и регулировочных работ в руслах рек.
Предложенная в работе геоэкологически безопасная технология строительства искусственных русел в гравийно-галечниковых грунтах применена Восточным филиалом ФГБУ РосНИИВХ при проектировании объектов:
«Расчистка и углубление русла реки Ингода в с. Улеты Забайкальского края»;
«Спрямление, расчистка и дноуглубление реки Сугода в п. Огоджа Амурской области».
Предложенные мероприятия применены при строительстве указанного водохозяйственного объекта на р. Ингода.
Предложенные способ и технология приняты к внедрению Министерством природных ресурсов и промышленной политики Забайкальского края.
Результаты работы использованы также в учебном процессе ФГБОУ ВПО «ЗабГУ» при изучении дисциплин «Гидротехнические сооружения», «Проектирование водохозяйственных систем».
Методология и методы диссертационного исследования.
Методологической основой работы являются достижения отечественных и зарубежных ученых в области водохозяйственного и гидротехнического строительства, а именно создания искусственных русел в различных целях.
При выполнении исследования использован комплекс методов, включающий: теорию планирования эксперимента, методы математической статистики при обработке результатов экспериментальной работы и эколого-экономический анализ при оценке эффективности результатов работы.
Степень достоверности подтверждается согласованностью полученных результатов с трудами других исследователей; применением стандартных измерительных приборов и апробированных методик, обеспечивающих получение результатов достоверностью не менее 95 %.
Личный вклад автора.
Все положения, выносимые на защиту, сформулированы, обоснованы и доказаны автором лично.
Апробация результатов исследования. Основные положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на VII, IX-XII Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2007, 2009-2012), XIII Международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: мир человека и человек мира» (Чита, 2009), Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современного водохозяйственного комплекса» (Омск, 2009), а так же на ежегодных расширенных научных семинарах кафедры Водного хозяйства и инженерной экологии ФГБОУ ВПО «ЗабГУ» в 2007-2014 гг. Получен патент на изобретение за № RU 2415991 «Способ повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечниковых грунтов и устройство для его осуществления» (Опубл: 10.04.2011 Бюл. № 10). Практические рекомендации отражены в информационном листке Росинформресурс.
Публикации.
Основные результаты диссертации полно изложены в 19 работах, из которых 5 работ опубликованы в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертаций, получен патент на изобретение.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 119 страницах текста и состоит из
введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 130 наименований, содержит 13 таблиц и 37 рисунков и 3 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю канд. техн. наук, доценту, заслуженному мелиоратору РФ А.В. Соколову за помощь на всех этапах работы; доктору техн. наук, профессору В.Н. Заслоновскому за советы и замечания при подготовке диссертации; канд. техн. наук, доценту А.В. Шаликовскому и канд. техн. наук, доценту С.Г. Косареву за ценные замечания и консультации.
Основные подходы к повышению сопротивляемости грунтов размыву
Сложные географические условия Забайкальского края обуславливают широкое использование территорий, прилегающих к водным объектам, для проживания населения, сельскохозяйственного и промышленного производства, создания транспортных коммуникаций. При этом зачастую возникает необходимость в предупреждении опасных гидрологических явлений при обеспечении безопасности жизнедеятельности населения, социальных и производственных сооружений, решаемых строительством искусственных русел.
Территория Восточного Забайкалья, относится к паводкоопасным районам [16, 27], поэтому в ряде случаев требуется проведение регулировочных мероприятий в целях увеличения пропускной способности русел рек и строительства разгрузочных (отводных) каналов. Так, например, проведение мероприятий по защите от затопления населенных пунктов Забайкальского края (сел Агинское, Боржигонтай, Газимурский завод, Дульдурга, Калга, Могойтуй, Улеты, Усть-Карск, Хара-Шибирь, городов Нерчинск, Чита и др.) привело к необходимости строительства участков искусственных русел.
Кроме этого Забайкальский край относится к важнейшим минерально-сырьевым и горнопромышленным регионам Российской Федерации, что определяет его ключевую роль в развитии экономики края. На территории Забайкальского края сконцентрировано 7% общероссийских запасов золота, поэтому профилирующим направлением горнодобывающей промышленности является добыча золота [78]. Так, по данным Всероссийского научно 12 исследовательского геологического института имени А.П. Карпинского (ФГУП «ВСЕГЕИ») на территории Забайкальского края разрабатывается 160 из 371 разведанного месторождения россыпного золота [31].
При проведении открытых разработок месторождений, как и при осуществлении практически любой хозяйственной деятельности на территориях, прилегающих к водным объектам, также возникает необходимость создания искусственных русел (например, руслоотводных каналов). Искусственным руслом, согласно существующей нормативной документации называется «гидротехническое сооружение незамкнутого поперечного сечения для подвода и отвода воды в заданном направлении, сооруженное в грунтовой выемке и/или насыпи» [103]. Впервые создаваемое русло зачастую называется каналом.
Так же к искусственным руслам можно отнести зарегулированные участки естественных водотоков [98], которые представляют собой результат придания руслу реки в плане определенной удобной для водопользования и устойчивой к размыву формы. Так, например, В.Т. Чоу относит все водотоки к открытым каналам, называя их естественными и искусственными, главным критерием которых является наличие движущейся со свободной поверхностью воды [121]. Рассматривая искусственные русла в целом, будем считать их линейно-протяженными выемками в грунтах, предназначенными для транспортирования воды в различных целях.
Под термином грунты, согласно ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация», будем понимать «любые горные породы, почвы, осадки и техногенные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека» [35].
Устраиваемые искусственные русла могут быть проложены в естественных массивах горных пород или в насыпных грунтах. Причем последние сложны в проектировании, а также трудоемки в исполнении и эксплуатации, поэтому могут допускаться в исключительных случаях только на отдельных участках, при специальном обосновании, например, при пересечении местных понижений рельефа. На работу искусственного русла непосредственное влияние оказывают также и геологические условия: русло, проложенное в скальных грунтах, обладает большей устойчивостью против гидродинамического воздействия потока. Зарегулированные участки водотоков и каналы, проложенные в нескальных грунтах, могут устраиваться с различным типом крепления откосов и дна и без такового.
Известно [73, 74], что в связных грунтах по сравнению с несвязными, наблюдается повышенное сопротивление размыву за счет сил сцепления между частицами и агрегатами частиц. Поэтому в этом отношении наибольший интерес представляют искусственные русла, проложенные в несвязных грунтах без крепления, как наименее устойчивые к размыву.
Методика нахождения функциональных зависимостей, описывающих кумулятивные кривые гранулометрического состава грунтов
Ширина диапазона R2 колеблется от 0 до 1. Качественная оценка тесноты связи подобранной эмпирической формулы и имеющихся данных, используя коэффициент детерминации, может быть легко интерпретирована. Для этих целей можно воспользоваться шкалой Чеддока, пользующейся популярностью как за рубежом так и в нашей стране, шкалой отечественного исследователя Е.П. Голубкова или с помощью программ для обработки статистических данных, например SPSS Statistics (таблица 6).
Для приемлемых моделей предполагается, что коэффициент детерминации должен быть хотя бы не меньше 50 %. Модели с коэффициентом детерминации выше 80 % можно признать достаточно хорошими. Значение коэффициента детерминации 1 означает функциональную зависимость между переменными.
Основываясь на изложенном, проведем результаты анализ фактического материала. 2.3 Результаты проведенных исследований грунтов по поймам
Восточного Забайкалья Для оценки возможности строительства искусственных русел по предложенному способу были рассмотрены 82 участка пойм ряда рек Забайкальского края по архивным и проектным данным институтов «Забайкалзолотопроект», «Забайкалводпроект» и ВостокНИИВХ. На рисунке 7 показано пространственное местоположение рассматриваемых объектов отбора образцов по территории Забайкальского края.
Из рассмотренных участков 53 – те, на которых производится отработка россыпных месторождений золота, требующих устройства руслоотводных и нагорных каналов и 29 – участков водотоков, располагающихся в непосредственной близости или в черте населенных пунктов, на которых предполагается устройство искусственных русел в каких-либо других целях (например, для мелиорации, защиты от наводнения и др.). Как видно из рисунка 7, были охвачены наиболее хозяйственно-освоенные районы Забайкальского края.
Из рассмотренных проб гранулометрических составов 43 отнесены к гравийным и 39 – к галечниковым грунтам. Средний диаметр находится в пределах от 4,38 до 68,19 мм для гравийных грунтов и от 10,06 до 111,72 мм для галечниковых. Грунты классифицированы как неоднородные.
Основное количество (более 63 %) dср имеет содержание от 70 до 80 %. При этом для гравийных грунтов среднему диаметру соответствует содержание Р=74, для галечниковых – Р=73. По всей видимости, к этому приводит неоднородность рассматриваемых грунтов. Распределение крупности грунта пойм исследуемых образов относительно среднего диаметра выглядит следующим образом:
В результате проведения подбора эмпирических формул для описания кумулятивных кривых рассматриваемых гранулометрических составов определено (таблица 7): наиболее подходят (при соблюдении условия \PS-P S\ mm) зависимости № ц (степенная), № VI (гиперболическая) и № VII (логарифмическая); зависимости I, III - V исключены, как не удовлетворяющие поставленным требованиям. Таблица 7 – Результаты подбора формул для описания кривых
Связь предложных формул и экспериментальных данных прослеживается довольно четко (в 8 случаях (10 %) связь можно квалифицировать, как функциональную, в 59 случаях (72 %) – как сильную и в 15 (18 %) – тесную): тесная сильная функциональная Характеристика связи по шкале Чеддока Качественная оценка тесноты связи Интегральные кривые гранулометрических составов грунтов подходящие для аппроксимации указанными зависимостями представлены на рисунках 10-12.
Интегральные кривые гранулометрических составов грунтов подходящие для аппроксимации логарифмическими зависимостями Некоторое расхождение значений Pi и Pi получаемое вследствие погрешности применяемых эмпирических зависимостей становится особенно заметным при значении функции, равном максимальному диаметру (зачастую значение Pi превышает 100, что заведомо является ошибочным, т.к. по определению должно показывать суммарное процентное содержание фракций). Данная погрешность минимизируется введением поправочного коэффициента: где P(dmax) - содержание частиц, размер которых не превышает максимальный зафиксированный диаметр данного гранулометрического состава [8]. В результате искомая функция приобретет следующий вид:
Найденные уравнения кумулятивных кривых гранулометрического состава могут применяться для оптимизации ряда расчетов при проектировании и эксплуатации искусственных русел.
Алгоритм расчета выноса взвешенных веществ с учетом аппроксимирующих функций кумулятивной кривой
Нахождение значения функции P (процентного содержание фракции определенного размера) при заданном значении аргумента d (диаметр частиц) в случае необходимости многократного проведения анализа значительно ускорит проведение некоторых расчетов. Например, определение платы за загрязнение взвешенными веществами или необходимого процента «отсева» фракций для достижения грунтовой поверхности требуемой устойчивости воздействию потока и др.
Реализация предлагаемых принципов в технологическом процессе
Несмотря на достигаемый положительный технический и экологический эффект, устройство искусственных русел, как и любая другая планируемая хозяйственная деятельность согласно Федеральному Закону «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 №7-ФЗ [114] считается потенциально опасным для окружающей среды. Поэтому на стадии проектирования разрабатываемых мероприятий необходимо определение ущерба природным ресурсам [24].
Как указано во 2-й главе, при пропуске расходов воды по созданному руслу (или по устраиваемой поверхности) часть мелких фракций грунта будет переведена во взвешенное состояние, т.е. фактически водоток будет подвержен загрязнению взвесью.
Ситуация осложняется тем, что на данный момент нет единой методики определения ущерба водному объекту при загрязнении водотока взвешенными веществами в результате проведения работ, связанных с переформированием дна и берегов (зарегулирование участка естественного водотока) или создания искусственного русла в естественных грунтах (руслоотвод).
Так, например, существует прецедент [45] отнесения экспертной комиссией государственной экологической экспертизы грунтов, извлекаемых при дноуглублении к отходам производства и потребления, что является неправомерным, т.к. приведет к двойной оплате за одно и тоже негативное действие (за сбросы загрязняющих веществ и за размещение отходов).
Существует «Методика исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства», пункт 19, которой освещает один из возможных подходов решения данного вопроса: «…Исчисление размера вреда, причиненного водным объектам загрязнением взвешенными веществами при разведке и добыче полезных ископаемых, проведении дноуглубительных, взрывных, буровых и других работ, связанных с изменением дна и берегов водных объектов, в том числе с нарушением условий водопользования или без наличия документов, на основании которых возникает право пользования водными объектами, а также при разрушении в результате аварий гидротехнических и иных сооружений на водных объектах…» [71].
Как видно из текста, данная методика может быть применена при определении ущерба водному объекту, связанному с загрязнением взвесью. Между тем, в области применения данной методики указано: «…методика предназначена для исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства Российской Федерации». На основании чего является нецелесообразным применение данного подхода для расчетов ущерба природным ресурсам на стадии проектирования разрабатываемых мероприятий, которые априори должны соответствовать действующему законодательству.
Повышение содержания взвеси (дополнительной мутности) при устройстве и эксплуатации искусственных русел носит залповый характер, в отличие от плавного повышения ее во время прохождения паводков [59]. Поэтому, на наш взгляд, можно провести аналогию рассматриваемого процесса со сбросом взвешенных веществ в составе сточных вод.
В таком случае плата за загрязнение водного объекта взвешенными веществами определяется согласно Постановлению Правительства РФ от 12 июня 2003 г. № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» по формуле [79], с учетом Постановления Правительства РФ от 01.07.2005 № 410 «О внесении изменений в приложение № 1 к Постановлению Правительства Российской Федерации от 12 июня 2003 г. № 344» [80]: где NВЗВ – норматив платы за сброс 1 т взвешенных веществ, 366 руб./т (в пределах установленных допустимых нормативов сбросов) и 1830 руб./т (в пределах установленных лимитов сбросов); КЭ – коэффициент, учитывающий экологические факторы по бассейнам морей и рек, для Забайкальского края равен 1,05; КИ – коэффициент индексации платы на 2015 г. за нормативы 2003 г., в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 19.11.2014 № 1219 «О коэффициентах к нормативам платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, в том числе через централизованные системы водоотведения, размещение отходов производства и потребления», равен 2,45 [81]; СФ – фоновая концентрация взвешенных веществ в водном объекте; в качестве примера возьмем репрезентативное для рек Забайкальского края значение концентрации – 9 мг/л.
Для того, что бы определить значение норматива NВЗВ, определим концентрацию взвешенных веществ. Так согласно требованиям Методических указаний по разработке нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения [72] в контрольном створе (500 м ниже по течению) содержание взвеси не должно увеличиваться по сравнению с естественным фоном более чем на 0,25 мг/л (для водных объектов рыбохозяйственного значения высшей и первой категории) и на 0,75 мг/л (для водных объектов второй категории).
Эколого-экономическая эффективность предлагаемого способа
Представлена технологическая схема основных строительных операций при производстве работ по предлагаемой технологии. Приведены сведения о проектировании (при участии автора) и строительстве искусственного пойменного русла по предлагаемой технологии в результате расчистки р. Ингода, в районе с. Улеты Забайкальского края. За период эксплуатации с 2010 г. по настоящее время искусственное русло проявляет требуемую устойчивость к гидродинамическому воздействию потока. Существенных размывов дна и берегов не наблюдается, несмотря на расходы воды, значительно превышающие среднемноголетнее для реки Ингода значение – 118 м3/с. Обозначена проблема отсутствия в настоящее время единой методики определения ущерба водным объектам при загрязнении водотока взвешенными веществами в результате строительства искусственных русел. Показана возможность определения платы за загрязнение водного объекта взвешенными веществами согласно Постановлению Правительства РФ от 12.06.03 г. № 344 «О нормативах платы …».
При этом применение предлагаемого способа обработки поверхности искусственного русла позволит кратно уменьшить негативное влияние на водный объект продуктов размыва и существенно снизить плату за загрязнение водного объекта. В ценах 2015 года эколого-экономическая эффективность составляет более 870 тыс. руб. или 2,55 руб./м2 устраиваемой поверхности. Заключение
В диссертационном исследовании решена актуальная научно-техническая задача по разработке геоэкологически безопасной технологии строительства искусственных пойменных русел в несвязных грунтах, направленной на снижение загрязнения водотока взвешенными веществами при эксплуатации и проведении регулировочных работ в руслах.
Итоги исследования:
1. Обзор научной литературы и опыта строительства искусственных русел показал, что существующие технологии не позволяют обеспечивать нормативы допустимого воздействия на водные объекты по выносу взвешенных веществ потоком на нижележащие участки в условиях Забайкальского края.
2. Произведены анализ и обобщение гранулометрических составов образцов грунта наиболее хозяйственно освоенных пойм водотоков Забайкальского края;
3. Получены удельные показатели выноса взвешенных веществ с поверхности проектируемых искусственных русел для 82 участков пойм рек Забайкальского края в диапазоне: Мвзв.=0,77251,695 кг/м2 (Мвзв.ср=10,843 кг/м2), dвзв.=0,3161,785 мм (dвзв.ср=0,731 мм), при Рвзв=1,74648,09 (Pвзв.ср=18,0 %);
4. Для исследуемых гравийно-галечниковых грунтов ряда речных пойм Восточного Забайкалья определены эмпирические зависимости аппроксимирующие кумулятивные кривые гранулометрических составов: степенная, гиперболическая и логарифмическая;
5. Предложен способ повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечниковых грунтов, и экспериментально установлена его эффективность (увеличение среднего диаметра грунта на 50 % что позволяет увеличить допустимую скорость при глубине потока в 1 м с 1,42 до 1,60 м/с), на основе которого разработана новая технология строительства искусственных пойменных русел;
6. Применение геоэкологически безопасной технологии позволяет снизить вымывание частиц грунта и загрязнение водотока продуктами размыва, при этом происходит увеличение допустимой расчетной скорости течения в устраиваемых руслах. Эколого-экономическая эффективность предлагаемой технологии составляет 2,55 руб. на 1 м2 поверхности искусственного русла (в ценах 2015 года);
7. Предложенная геоэкологически безопасная технология применена при проектировании и реализации водохозяйственных мероприятий по расчистке и углублению русел рек Ингода (Забайкальский край) и Сугода (Амурская область). Экспериментальная установка используется в НИР, а также в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет» для проведения лабораторных занятий по дисциплинам «Гидротехнические сооружения», «Проектирование водохозяйственных систем».
Результаты работы рекомендуется применять при строительстве искусственных русел в несвязных грунтах без крепления в условиях ускоренного размыва;
При проектировании искусственных русел, строительство которых предполагается по предлагаемой технологии, рекомендуется применение уравнений интегральных кривых гранулометрического состава грунта в случаях необходимости многократного проведения анализов (например, определения платы за загрязнение взвешенными веществами или необходимого процента «отсева» фракций для достижения грунтовой поверхности требуемой устойчивости воздействию потока и др.).