Особенности формирования качества воды и управление экологической ситуацией водотока в пределах крупного города
Краткое описание проекта
Водоток в пределах крупного города подвергается повышенной антропогенной нагрузке. Это приводит не только к ухудшению качества воды, но вызывает также существенные изменения характеристик руслового процесса. Поступающие с территории города мельчайшие взвешенные частицы сорбирующие большое количество органических веществ и тяжёлых металлов, осаждаясь в русле водотока, образует слой донных отложений. Так, например ежегодный прирост этого слоя в р. Москве в пределах города составляет около 15 — 20см. Осаждаясь на дно, мельчайшая взвесь вызывает изменения физико- механических свойства грунтов, делая их связными. При этом , следует иметь в виду, что мельчайшие фракции донных отложений активно сорбируют загрязняющие вещества. Так, например, содержание тяжёлых металлов в ежегодных донных отложениях в русле р. Москвы достигает 2000 мг на кг сухого веса( то есть более, чем в 500 раз превышает нормативы для воды).Повышение доли мелкодисперсных фракций в донных отложениях сопровождается резким ростом их загрязнённости. Например, по нашим данным, увеличение содержания илистых частиц в донных отложениях с 10% до 80% приводит к увеличению содержания нефтепродуктов в донных отложениях в 5 раз, а микроорганизмов в 10 раз. Вследствие высокой связности и повышенных значений начальных напряжений на сдвиг, донные отложения практически не размываются. Потребляя на окисление органических веществ, содержащихся в них, большое количество кислорода и поставляя в воду за счёт диффузии из внутрипоровой жидкости большое количество загрязняющих веществ, донные отложения существенно ухудшают экологическую ситуацию водотока. Поэтому в водотоках, протекающих в пределах крупных городов, делаются попытки удалить донные отложения ( р. Москва в пределах г. Москва, р. Темза в пределах г. Лондон и др.) Однако, попытки механического удаления донных отложений высокой стоимости её реализации могут решить проблему на очень короткий промежуток времени, так как загрязнённые донные отложения быстро накапливаются вновь, а активное гидрохимическое взаимодействие в водой происходит лишь в слое, толщиной не более 30-40 см. При этом было установлено, что повышение степени водосодержания до 80% приводит к тому, что отложения полностью теряют связность и приобретают свойства более плотной жидкости. Это обстоятельство может явиться основой для разработки мер по удалению донных отложений с помощью размыва их струями или обоснования других водоохранных мероприятий, связанных с эффективной очисткой русел рек в пределах городов от мелких фракций.
Основные цели проекта:
- Анализ источников физического, химического, биологического загрязнения водных объектов в пределах города.
- Особенности формирования и основные физико- химические характеристики донных отложений
- Разработка модели самоочищения водотока и его вторичного загрязнения при диффузионном взаимодействии на границе раздела между водой и донными отложениями
4 .Разработка модели для прогнозирования состояния водного объекта в пределах крупного города.
- Анализ возможности образования мутьевого придонного потока в водотоке.
- Диагностический расчёт санитарного и экологического состояния водщтоков в пределах города.
- Разработка мер по повышению эффективности удаления ежегодных донных отложений из русла водотока.
Опыт разработок по тематике проекта:
Исследование динамики русла и речного потока на участке р.Москвы от устья р. Яузы до Перервинского гидроузла.( Московский инженерно- строительный институт им. В.В.Куйбышева) ( Научный руководитель Ф.Г.Майрановский, ответственный исполнитель В.С.Боровков).Выполнен оценочный анализ основных источников химических, биологических и микробиологических загрязнений воды и грунтов р. Москвы. Показано , как увеличение мелкодисперсной взвеси приводит к росту загрязнённости донных отложений и увеличению их связности. Предложена простая модель, позволяющая рассчитывать интенсивность размыва донных отложений по сечению русла. Основой модели является методика расчёта распределения скоростей по поперечному сечению русла и вычисление соответствующих касательных напряжений на дне. Сопоставление местных касательных напряжений с предельными касательными напряжениями на размыв связных грунтов позволяет определять интенсивность деформации русла. Результаты расчётов по этой модели хорошо согласуются с данными натурных наблюдений.
Гидравлические исследования гидротехнических сооружений, руслового процесса р. Москвы и эффективности очистки русла от загрязнений. .( Московский инженерно- строительный институт им. В.В.Куйбышева) ( Научный руководитель Ф.Г.Майрановский, ответственный исполнитель В.С.Боровков). Рассмотрена эффективность выполненной механической очистки русла реки Москвы от загрязнений. На основе расчётной модели распределения скоростей по поперечному сечению русла выполнены оценки интенсивности осаждения мелкой взвеси. Изменение конфигурации русла в результате механического удаления загрязнённых донных отложений способствует изменению распределения скоростей по живому сечению и более интенсивному повторному заилению в зонах, где толщина слоя удаляемых грунтов была наибольшей. Даются рекомендации по расчёту наиболее выгодной конфигурации поперечного сечения русла с точки зрения снижения его деформации .
Исследование эффективности гидравлической промывки р.Москвы от загрязнённых донных отложений. .( Московский инженерно- строительный институт им. В.В.Куйбышева) ( Научный руководитель Ф.Г.Майрановский, ответственный исполнитель В.С.Боровков) Многолетние детальные исследования физико- механических свойств донных отложений позволили предложить метод очистки русла р.Москвы с помощью ежегодной гидравлической промывки. Для повышения эффективности гидравлической промывки и снижения потребности воды на её реализацию предлагается дополнительно применять струйные установки. Технологические режимы гидравлической очистки должны устанавливаться исходя из анализа транспортирующей способности потока, возможности образования устойчивых придонных слоёв повышенной плотности и санитарно- экологических нормативов качества воды.
