Проведение исследования причины деградации речных русел, загрязняемых в результате хозяйственного использования рек и влияния урбанизации. Особенность распределения мелкодисперсных взвесей в толще потока с использованием уточненных физических моделей.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена в ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете Официальные оппоненты: - доктор технических наук Асарин Александр Евгеньевич - кандидат химических наук Печников Владимир Георгиевич Защита диссертации состоится «16» сентября 2008 года в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.138.03 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Спартаковская ул., дом 2/1, ауд. С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.Рассмотрению, анализу и исследованию этих актуальных вопросов для повышения эффективности гидравлической промывки загрязняемых речных русел посвящена диссертационная работа. Объект исследования - гидравлическая промывка загрязняемых русел, гидравлические режимы речного потока при промывке русла, физико-механические свойства мелкодисперсных русловых грунтов, содержащих техногенные примеси, условия осаждения мелкодисперсных взвесей и условия их транспортирования при гидравлической промывке, обоснование параметров залповых сбросов и применение новых технологий для повышения эффективности гидравлической промывки загрязняемых речных русел. Эффективность гидравлической промывки загрязняемых речных русел может быть повышена за счет создания залповых попусков и применения технологий, учитывающих особые физико-механические свойства загрязненных русловых грунтов, специфику осаждения мелкодисперсных взвесей и транспортирования их речным потоком. В работе выполнена систематизация этих факторов, необходимая для разработки решений по рациональному использованию водных ресурсов, регулированию водного стока и русловых процессов, очистки речных русел от загрязнения и обмеления. В связи со значительным влиянием мелкодисперсных взвесей на загрязнение речных русел и качество речной воды, детальные исследования процессов взаимодействия частиц, особенностей их осаждения и консолидации в русле, а также размыв и транспортирование их речными потоками составляют основу для прогнозирования гидроэкологических процессов и разработки инженерных мероприятий по регулированию водного режима и очистки русел на урбанизированных территориях.Урбанизация оказывает существенное влияние на качество воды в реках, на русловые процессы и динамику речного потока. Анализ процесса и результатов гидравлических промывок и анализ особенностей формирования в городе слоя донных отложений выявляют возможность усовершенствования технологии гидравлической промывки, повышения ее эффективности и сокращения расхода промывных попусков. Качественное изменение твердого стока, поступающего в реку с урбанизированных территорий, является одним из важнейших факторов, существенно влияющих на прогрессирующую деградацию речных русел. Выполненные в диссертации детальные исследования процессов взаимодействия частиц мелкой взвеси, особенностей их осаждения и консолидации в грунте, а также размыв и транспортирование их речными потоками составляют основу для разработки инженерных мероприятий по регулированию водного режима и очистки русел на урбанизированных территориях. Лабораторные и натурные исследования загрязненных донных отложений, отобранных в реке Москве и в реке Яузе, позволили получить достоверную информацию, с использованием которой были протестированы расчетно-аналитические зависимости, описывающие поведение мелкодисперсных взвесей в речном потоке.
Вывод
1. Урбанизация оказывает существенное влияние на качество воды в реках, на русловые процессы и динамику речного потока. Обоснование и разработка мероприятий по очистке загрязняемых русел требуют количественного учета этих факторов. Анализ процесса и результатов гидравлических промывок и анализ особенностей формирования в городе слоя донных отложений выявляют возможность усовершенствования технологии гидравлической промывки, повышения ее эффективности и сокращения расхода промывных попусков.
2. Качественное изменение твердого стока, поступающего в реку с урбанизированных территорий, является одним из важнейших факторов, существенно влияющих на прогрессирующую деградацию речных русел. Она связана с большим количеством мелкодисперсных взвесей техногенного происхождения, которые вследствие своей чрезвычайно развитой удельной поверхности способны адсорбировать из воды загрязняющие вещества, переходящие в осадок. Выполненные в диссертации детальные исследования процессов взаимодействия частиц мелкой взвеси, особенностей их осаждения и консолидации в грунте, а также размыв и транспортирование их речными потоками составляют основу для разработки инженерных мероприятий по регулированию водного режима и очистки русел на урбанизированных территориях.
3. Полученное в диссертации аналитическое выражение для напряжения сцепления в мелкозернистом водонасыщенном песчаном грунте показывает, что силы сцепления соизмеримы с силой тяжести при диаметре частиц, меньших 7,7·10-4 м, что следует учитывать при расчетах устойчивости мелкозернистых грунтов к размыву.
4. Полученное аналитически выражение для критерия, определяющего возникновение стратификации и образование придонного мутьевого слоя, показывает, что предельное насыщение потока мелкой взвесью определяется его гидравлическим уклоном. Полученное аналитически выражение для распределения концентрации мелкой взвеси по глубине потока указывает на весьма существенное влияние граничного условия на нижней границе взвесенесущего потока. Сопоставление результатов расчета с данными измерений на р. Москве в паводок показало их приемлемую сходимость.
5. Лабораторные и натурные исследования загрязненных донных отложений, отобранных в реке Москве и в реке Яузе, позволили получить достоверную информацию, с использованием которой были протестированы расчетно-аналитические зависимости, описывающие поведение мелкодисперсных взвесей в речном потоке.
6. В качестве важной и недостаточно изученной характеристики внутрирусловых грунтов исследовалось сцепление мелких частиц при различной крупности зерен. Установлена обратно пропорциональная зависимость сил сцепления в водонасыщенных песчаных грунтах от диаметра частиц грунта.
7. Исследования, выполненные на р. Москве в периоды гидравлических промывок при полностью раскрытых плотинах, регулирующих режим течения, показали, что по кинематическим и турбулентным характеристикам режим близок к обычному плавноизменяющемуся течению. Средняя по поперечному сечению мутность возрастает с увеличением расхода и скорости течения. Установленная малая эффективность гидравлической промывки, осуществляемой при стационарных режимах пропуска повышенных расходов воды, требует разработки мероприятий, к которым следует отнести залповые попуски и взмучивание донных отложений. Промывку русла следует производить с быстрым нарастанием расхода, определяемым лишь временем открытия затвора регулирующего сооружения. Кратковременные залповые сбросы воды позволяют удалить еще не консолидировавшийся, достаточно подвижный слой осадков.
8. В качестве эффективной технологии в диссертации предложена очистка речного русла с обработкой изымаемых загрязненных отложений на городских очистных сооружениях, в часы их недогрузки бытовыми и промышленными сточными водами. При изъятии русловых отложений предложено производить разделение фракций с использованием центробежного гидроклассификатора для отделения песка. Предлагаемое решение по созданию постоянно действующей системы удаления мелкодисперсной взвеси из придонного потока направлено на интенсификацию естественных самоочистительных процессов водотока, позволяет регулярно очищать речное русло и не связано с техногенными воздействиями на водоток, ухудшающими его экологическое состояние.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОСВЕЩЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ
1. Суйкова Н.В., Маркова И.М., Боровков В.С. «Консолидация водонасыщенных мелкодисперсных взвесей и их транспортирование водными потоками» "Водоснабжение и санитарная техника", 2007, № 11.
2. Боровков В.С., Суйкова Н.В. «Регулирование русловых процессов на урбанизированных территориях» "Гидротехническое строительство", 2008, № 3.