Буклет Концептуальные решения по расчистке водоемов

г. МОСКВА РФ

Вследствие жизнедеятельности человека, работы промышленных
предприятий, природных, климатических условий в поверхностные водотоки
попадают твердые вещества в виде песка, ила. Последние, в зависимости от
гидрологических режимов водотока, чаще всего находятся во взвешенном
состоянии. При попадании водотока в закрытое водохранилище, накопитель,
резкого изменения его гидрологических характеристик, скорость воды
снижается в некоторых случаях до нуля, вследствие чего твердые включения,
находящиеся до этого во взвешенном состоянии, выпадают в осадок, образуя
донные отложения, приводящие к усложнению судоходства, уменьшению
проточности, затрудняют работу водозаборов.
В целях снижения влияния донных отложений водоемов на жизнедеятельность
человека предлагается выполнение следующих видов работ.
1.Регулярные мероприятия
1.1 Выполняется комплекс инженерных изысканий, включающий в себя:
геологические, геодезические, гидрогеологические, гидрографические,
гидрологические, метеорологические и экологические изыскания. По итогам
изысканий составляется карта донных отложений, определяется мощность (
количество) донных отложений, их состав, выясняются причины образования
донных отложений.
Рис. Геолого-гидрогеологический разрез
.

Рис. Геолого-гидрогеологический разрез
В рамках экологических изысканий определяется качественный состав
водохранилища. Характеристика поверхностных вод включает в себя ряд
показателей: органолептические, содержание солей, содержание
неорганических и органических веществ, микробиологические и
паразитологические. Обобщенные показатели, солевой состав и содержание
органических веществ оформляются в таблицы.
Из показателей складывается впечатление о благополучности обстановки на
водотоке .

Донные отложения при расчистке водотоков являются отходами, которые
необходимо разместить в пределах участков расчистки или за их пределами без
ущерба для условий местообитания животных, почв и растительности. Вследствие
этого они нуждаются в многоплановой характеристике, начиная c
гранулометрического состава и заканчивая микробиологическими и
паразитологическими показателями, с целью оценки совместимости их с
компонентами природной среды, в первую очередь почвами.
Характеристика дается по результатам лабораторных испытаний донных
отложений, представленных песками, супесями и суглинками легкими и средними.
Если донные грунты по своему гранулометрическому составу, агрохимическим
показателям и содержанию токсичных солей благоприятны, они могут быть
использованы для внесения в пахотный слой орошаемых почв, устройства
строительных площадок. Пригодность донных грунтов для этих целей оценивается
способом сравнения содержания микроэлементов и тяжелых металлов с таковыми в
почвах конкретной территории и «Ориентировочными показателями наличия
вредных веществ в грунтах по отношению к конкретным видам использования
территорий (в соответствии с зарубежными нормами)» (приложение В СП 11-102-97)
Таблица 1
Содержание элементов, мг/кг
№
п\п
Элементы
Донные
отложения
Почвы
Детские
площадки
С/Х
угодья
Экосистемы
неограниченного
назначения
1.2. Прогноз изменения гидрогеологических условий прилегающей
территории при осуществлении мероприятий по созданию
проточности
По результатам инженерных изысканий производится оценка влияния
мероприятий по расчистке водоема на гидрогеологические условия прилегающей
территории. Донные отложения, как правило, вызывают кальматацию ложу дна
водоема, ликвидация последнего может вызвать подъем уровня грунтовых вод
прилегающей территории и как следствие их подтопление, что негативно скажется
на экологической ситуации. Что бы избежать этого, на стадии проектирования
делается гидрогеологический прогноз.
Для разработки математической модели фильтрации и оценки изменения
гидрогеологических условий проведена геофильтрационная схематизация
природных условий, основанная на материалах инженерно-геологических и
гидрогеологических изысканий, выполненных ранее на рассматриваемой площади.

Таблица 2
Фильтрационные параметры водовмещающих пород по результатам опытнофильтрационных
работ на территории исследования
№
п/п
№
скв.
х
y
№
слоя
водовмещающие Кф,
породы м/сут
вид
опробования
1 2 3 4 5 6 7 8
Рис. 3 Исходная карта гидроизогипс в районе Лебяжьих прудов
1.3 Математическая модель фильтрации
Разработка математической модели фильтрации выполняется на основе
материалов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий,
выполненных в разное время на площади исследования. На исследуемой
территории рассматривается пространственная фильтрация в нестационарном
режиме. Дифференциальное уравнение пространственной фильтрации при
охарактеризованных условиях имеет вид:
2
H
2
x
2
H
2
y
2
H
2
z
1
a
H
t
,
(1)
где H = H (x,y,z) – функция напора для рассматриваемого потока, м; t - время, сек
(сутки); a – коэффициент уровнепроводности, (м 2 /сут).
Решение уравнения (1) проводилось методом конечных разностей с
использованием программы MODFLOW. В настоящее время наиболее
применяемыми для решения практических задач, затрагивающих вопросы

использования и защиты подземных вод, являются программы среды
моделирования MODFLOW. MODFLOW – программа Геологической службы США
[McDonald& Harbaugh, 1988], реализующая блочно-центрированный балансовый
метод конечных разностей (МКР) применительно к условиям нестационарного (в
частном случае стационарного) трехмерного, неоднородного по фильтрационным
свойствам, потока. Первая версия программы датируется по выходу документации в
1983 г.
Программа MODFLOW обладает высоким быстродействием, которое достигается
за счет использования современных методов решения систем разностных
уравнений. По выбору вычислителя могут быть использованы как прямые, так и
итерационные методы (метод сопряженных градиентов, неполной факторизации
или верхней релаксации).
В результате проведения численного моделирования трехмерной фильтрации с
помощью MODFLOW удается получить файлы с напорами подземных вод в узловых
точках, а также расходы потока между узлами. Расходы могут быть затем
использованы для балансовых расчетов, моделирования массопереноса и
вычисления траекторий движения подземных вод и загрязняющих веществ.
1.4. Расчистка водотоков.
Цель расчистки – улучшение санитарного состояния водотоков и обеспечение
проточности. Намечается удаление образовавшихся иловых отложений и
углубление дна на участках, где наблюдаются повышенные отметки и, таким
образом, имеет место обратный уклон.
Рассмотрена возможность применения самоходной плавающей платформы
типа "Watermaster 3" класса амфибия. Она применяется для комплексной очистки
водоемов и прибрежной полосы от водорослей, ила и механических загрязнений
(выполняет все виды работ на участке). Главной и отличительной особенностью
данной многофункциональной техники является возможность проведения работ без
удаления воды. Скорость движения на воде 4…5 узлов. Общий вид платформы
показан на рисунке .
"Watermaster 3" транспортируется автотрейлером, на который платформа
поднимается с помощью своих стабилизаторов. Она передвигается в водоем и
обратно на сушу своим ходом при помощи стабилизаторов. В воде передвигается
при помощи двигательной установки с пропеллерами. Транспортировка плавающей
платформы показана на рис.
В базовой комплектации машина оснащается обратным ковшом емкостью 0,4м 3
с зубьями. Для мягкого грунта применяется ковш емкостью 0,7м 3 . Существуют
несколько типов ковшей для выполнения различных работ. Наиболее востребованы
грабли, которые используются для механического удаления укоренившейся
растительности в больших масштабах. Грабли также могут применяться для чистки
дна от мусора перед началом работы по драгированию.

Для выполнения работ по углублению дна способом всасывания грунта у
машины Watermaster имеется 2 альтернативных приспособления: режущий
землесос и ковш-насос. В обоих приспособлениях установлены погружные насосы.
Таким образом, это оборудование полностью готово к работе сразу после
погружения в воду. Режущий землесос имеет более высокую производительность и
износоустойчивость. Он также создает более высокое давление (4 Бар) и позволяет
откачивать пульпу на дальние расстояния (до 1,5 км без бустерных насосов).
Режущий землесос применяется для выполнения работ на песчаном, торфяном,
илистом грунте, а также для других органических материалов. Материал может
содержать большие частицы до 50 мм в диаметре.
Рис. 4 Общий вид платформы "Watermaster 3"

Рис. 5 Транспортировка плавающей платформы.
Рис .6 Движение платформы по суше и вход в воду.

Рис. 7 Передвижение платформы по воде.
Рис. 8. Работа землесоса, очистка от мусора

Ковш-насос может использоваться для работы с грунтами, на которых имеется
растительность, корни, камыши. Это приспособление часто применяется для
выполнения экологических проектов. В ковше-насосе имеются горизонтальные и
вертикальные ножи, которые разрезают растительность перед входным отверстием
насоса.
1.5. Утилизация осадка
В процессе очистки донной части водохранилища от отложений образуется
осадок, имеющий влажность 98-99 %. Возможны несколько вариантов его
подготовки к утилизации.
Строительство передвижной или стационарной станции обезвоживания осадка.
В качестве обезвоживающего оборудования может использоваться ленточный
фильтропресс, центрифуга, камерные фильтропресс. Вид стационарной станции
механического обезвоживания приведен на рис. Эти работы выполнялись нами в г.
Астана Республики Казахстан, при очистке дна накопителя « Талдыколь». В
результате обезвоживания был получен осадок с остаточной влажностью 70%, что
позволяет осуществлять его транспортировку к месту последующей утилизации,
депонированию.
В районах с высокими климматическим температурами, и при наличии
свободных площадей, для обезвоживания осадка можно использовать иловые
площадки или карты намыва. Процесс обезвоживания в последних менее
интенсивен чем в первом случае.
Рис. 9 Астана, реконструкция КОС, 250,0 тыс. м3/сут, цех обезвоживания

Нашей компанией выполнены аналогичные работы в Астрахани РФ. Объем
расчистки водоема от отложений составил 456 тыс.м3. Кроме того, выполнены
работы по удалению осадка накопителя «Талдыколь» (300 тыс.м3.) в Республике
Казахстан, очистка пруда–накопителя по ул. Баныкина, г. Тольятти .
Расчистка озер и прудов в Московской области РФ :
Обследование руслового пруда в черте г. Красногорска с последующей
разработкой проекта очистки пруда ;
Проект очистки, берегоукрепления прудов и благоустройства прилегающей к
ним территории в городском парке г. Красногорска ;
Рабочий проект очистки, берегоукрепления пруда в д. Воронки ;
Рабочий проект очистки, берегоукрепления пруда у Красногорской платформы ;
Разработка технико-экономического обоснования очистки от наносов и
растительности Пяловского водохранилища, Мытищинский р-н, Московская
область и др.

1.6. Эффективность инвестиций
Расчет экономической эффективности капитальных вложений в расчистку
русел выполняется в соответствии с «Методикой оценки вероятностного ущерба от
временного воздействия вод и оценки эффективности осуществления превентивных
водохозяйственных мероприятий» (Москва: ФГУП «ВИЭМС», 2005г.).
Экономическая эффективность капитальных вложений в защитные
мероприятия от вредного воздействия вод (Эн) определяется по формуле (19)
«Методики…»:
Эн =
У - И
н
пр
К
н
н
, где:
Упрн - предотвращенный ущерб;
Ин - эксплуатационных расходов на содержание и обслуживание объектов
инженерной защиты;
Кн - капитальные вложения, обеспечивающие получение этого результата.
Срок окупаемости (Токн) капитальных вложений в защитные мероприятия от
вредного воздействия вод определяется по формуле (20) «Методики…»:
Токн =
У
н
К
- И
н
пр
н
.
2.Изменение гидрологических условий водоема
По материалам инженерных изысканий выполняется работа по
моделированию гидрологических процессов. По итогам моделирования
разрабатываются мероприятия, предотвращающие отложение осадка в
конкретном месте.