Восстановление и поддержание водного баланса особо охраняемой природной территории регионального значения "Озеро Ханское"

Выпускная квалификационная (дипломная) работа

Восстановление и поддержание водного баланса особо охраняемой природной территории регионального значения «Озеро Ханское»

Введение

подземный вода экологический озеро

Озеро Ханское расположено в северо-западной части Краснодарского края между станицами Ясенская и Копанская у берега Азовского моря. В настоящее время уникальное в геоморфологическом отношении озеро, включенное в список ключевых орнитологических территорий России (Перспективный список Рамсарской конвенции), занимавшее одно из центральных мест в воспроизводстве околоводных и водоплавающих птиц, в том числе редких и уязвимых видов, оказалось практически полностью обезвожено.

Стремительное обезвоживание озера привело к практически полному исчезновению орнитофауны, включая кудрявого пеликана, черноголового хохотуна, чегравы, большого пеликана. В частности, на островах, протянувшихся вдоль центральной части озера, служивших местом гнездования данных видов, отмечаются лишь брошенные гнезда, активно разоряемые местным жителями и туристами.

То, что озеро не наполняется водой даже на четверть, несмотря на нормальный уровень осадков в осенне-зимний период, говорит о том, что озеро, во-первых, потеряло связь с Азовским морем, а, во-вторых, существенно сократились объемы стока реки Ясени (главного источника поступления пресных вод в озеро), реки Албаши (опосредованного источника поступления пресных вод) и многочисленных обводненных балок, врезающихся в северо-восточный берег Ханского озера.

В настоящее время существует несколько вариантов предложений обводнения озера Ханского, от расчистки родников и разрытия перемычки между Ханским озером и Бейсугским лиманом в целях естественного поступления воды, до ликвидации дамб на реках, впадающих в озеро.

Основной целью работы является разработка предложений направленных на поддержание озера в состоянии, соответствующем требованиям законодательства для обеспечения устойчивого функционирования экологических систем, сохранения биологического разнообразия и обеспечения устойчивого и безопасного водопользования в процессе социально-экономического развития территории.

В связи с увеличением антропогенной нагрузки на бассейны рек междуречья Кубани и Дона (степные реки Краснодарского края), вызванной интенсификацией сельского хозяйства, в том числе развитием рыбохозяйственной деятельности, разработка программы по сохранению и улучшению экосистемы озера Ханское является актуальной задачей.

В данной дипломной работе предложен вариант восстановления связи между озером и Азовским морем с использованием системы напорной подачи воды.

Восстановление водного баланса озера Ханское позволит сохранить памятник природы с его уникальной экосистемой для будущих поколений.

Оздоровление экосистемы повысит качество среды обитания человека, будет способствовать новым научным исследованиям, развитию ихтиологических программ. Это совмещение различных сфер экономики.

1. Общие сведения о памятнике природы «Озеро Ханское»

Озеро Ханское расположено в северо-западной части Краснодарского края у берега Азовского моря (Восточное Приазовье), примерно в 55 км от города Ейска и 185 км к северо-западу от г. Краснодара. Административно оз. Ханское входит в состав Ясенского сельского поселения МО Ейский район.

Озеру «Ханское» в соответствии с Решением Исполнительного комитета Краснодарского краевого Совета народных депутатов от 14.07.1988 года №326 «Об отнесении природных объектов к государственным памятникам природы» придан статус водного памятника природы местного значения. Созданному памятнику природы было присвоено одноименное название - «Озеро Ханское».

В связи с принятием Конституции РФ 1993 г. изменились принципы государственного территориального устройства, согласно которым, административные территориальные единицы в составе РСФСР (края, области и т.д.) приобрели статус субъектов Российской Федерации. На основании этого, памятники природы, признаваемые в соответствии с ранее действующим законодательством объектами местного значения, в настоящее время имеют региональное значение.

Таким образом, «Озеро Ханское» является памятником природы регионального значения.

Кроме юридически закрепленных природоохранных статусов озеро рассматривается как значимая территория в качестве местообитания птиц. Оз. Ханское выделено как Ключевая орнитологическая территория России международного значения (Лохман, Емтыль, 2000). Кроме того, этот водоем в составе водно-болотного угодья «Бейсугский лиман и озеро Ханское» внесен в Перспективный список Рамсарской конвенции (Кривенко и др., 1999; Гинеев, Кривенко, Емтыль, 2000; Гинеев и др., 2001).

Озеро лиманного происхождения, образовалось на плоской равнине, представлявшей в прошлом мелководный залив Азовского моря. Озеро овальной формы, ориентировано по оси СЗ-ЮВ; длина озера 16-19 км, максимальная ширина 7,0 км, средняя 4,4 км, площадь 93,26 км2. Площадь водосбора около 300 км2. Глубина воды зависит от водности года и в максимуме может составлять 1,2-1,8 м. Объем воды при средней глубине 0,7 м составляет 65,3 млн. м3. Координаты центра озера 46є30' с.ш., 038є25' в.д. [1,2]. Ханское озеро содержит высокоминерализованную, порядка 140-150 ‰, горько-соленую воду морского типа, которая в 10-12 раз солонее азовских вод. В ней преобладают ионы хлора, натрия и сульфата [4].

1.1Лечебная сульфидно-иловая грязь

Озеро Ханское является месторождением знаменитых сульфидных лечебных грязей, которые местные жители издавна использовали для самолечения.

На территории памятника природы расположены 3 месторождения лечебной грязи, одно из которых было разведано и детально описано. В соответствии с геологическим строением и физико-механическими свойствами пород на месторождении выделены следующие инженерно-геологические разновидности грунтов:

?почвенно-растительный слой, илисто-глинистые грунты с включениями ракушечного детрита (породы вскрыши);

?детрит рыхлый ракушечный, песчаный с включениями целых и битых ракушек (полезная толща);

?песок илистый с включениями битой ракушки, переходящий в глину илистую с аналогичными включениями (подстилающие породы).

Вскрышные породы представлены почвенно-растительным слоем, темно-серым, слабогумусным, частично с илисто-глинистыми отложениями темно-серыми включениями органических остатков и битой ракушки, местами заторфованными мощностью от 0,2 до 1,2 м, в среднем 0,46 м.

Породы полезной толщи представлены ракушечным детритом с включениями битой и целой ракушки с песком-заполнителем мелко и среднезернистым.

Объемная масса полезного ископаемого составляет 1,25 т/м3 в плотном теле, коэффициент разрыхления - 1,38. Мощность полезной толщи изменяется от 1,0 до 2,5 м, в среднем по месторождению - 1,43 м.

Подстилающие породы представлены обводненными илистыми песками, переходящими в илистые глины. Промышленная добыча лечебной грязи с акватории озера не производилась. Месторождение озера Ханского по добыче морской ракушки относится к Государственному резерву с общим суммарным запасом кат. А+В+С1 - 27846 тыс. тонн и забалансовыми 7438 тыс. тонн [2].

Гидрологический и гидрохимический режим Ясенского месторождения завит от величины поверхностного стока р. Ясени и Ханского озера при сгонно-нагонных явлениях. Весной в период паводка основное питание месторождения происходит за счет поверхностного стока р. Ясени. После прохождения паводковых вод в период связи вод устья р. Ясени с зеркалом воды озера Ханское, в водносолевом режиме главную роль играют озерные воды. В связи этим минерализация воды в устье р. Ясени изменяется в широких пределах от 7 до 300 г./л, температура изменяется в зависимости от температуры воздуха [1].

Внешние признаки лечебной грязи: темно-серого цвета, со слабым запахом сероводорода, консистенции густой сметаны, однородной структуры, без видимых включений.

Ясенское грязевое месторождение находится в северо-восточной части оз. Ханского, в устье реки Ясеня. Грязевая залежь Ясенского месторождения представлена двумя слоями: черным и темно-серым илом. Мощность озерного ила в среднем составляет 0,3 м, достигая максимальных значений (0,9 м) в центральной, наиболее углубленной части северной половины месторождения. Лечебная грязь озера Ханского является сильносульфидной, среднеминерализованной, по химическому составу сходна с грязями озер Сакского (Крым) и Тамбуканского (Пятигорск) и состоит из сульфатов, карбонатов и хлоридов натрия, кальция, магния.

Черные грязи Ясенского месторождения пластичны, мазеподобны, имеют мягкую консистенцию, слабо засорены мелкозернистым песком и растительными остатками. Они содержат большое количество Fe (HS)2, до 0,4%. Общий запас грязи составляет около 14 тыс. т [5].

Таблица 1.1 - Состав грязевого раствора иловых сульфидных грязей

Грязевые месторожденияКомпонент, г/лоз. Ханскоеоз. Голубицкоеоз. СоленоеВитязевский лиманNa+ + К+6,38,155,121,4Mg2+0,971,137,32,7С17,5814,4102,138,4SO42-6,40,810,96,2

1.2Геоморфология и геология

В соответствии с геоморфологическим районированием, территория памятника природы приурочена к Прикубанской степной равнине (аккумулятивно-эрозионная лёссовая плиоцен-четвертичная равнина на субстрате скифских глин), которая характеризуется как широко-слабо-волнистая равнина, пересеченная в некоторых местах балками, впадающими в нее узкими лентами. Перепады высот колеблются от 8 до 11 метров.

Восточная часть озера Ханского относится к Приазовской тектонической депрессии (Бейсуго-Челбасскому геоморфологическому району), западная - расположена на платформе Кубанской равнины. Северо-восточный обрывистый и крутой берег оз. Ханское представляет собой уступ Кубанской равнины. Он расчленен степными балками и долинами рек Ясени и Албаши. Речные долины широкие, с пологими склонами, в них прослеживаются две террасы верхне- и среднечетвертичного возраста. В низовьях все реки заболочены. Дно водоемов пологое с ложбинами, достигающими в отдельных местах глубины 4 - 5 м. Между Бейсугским лиманом и Ясенским заливом Азовского моря и озера Ханского лежит низменная песчано-ракушечная коса.

В центральной части оз. Ханское вдоль большой его оси вытянулась группа островов, сложенных песчано-ракушечной смесью. Острова не имеют постоянной конфигурации. Форма, площадь островов, а зачастую и их количество меняется под воздействием волновых явлений и в связи с изменениями уровня водоема. На сегодняшний день, в связи с практически полным отсутствие воды в озере, острова слабо различимы.

В геолого-структурном отношении территория находится на се-верном крыле Азово-Кубанской впадины, входящей в систему Предкавказского прогиба. Фундамент платформы сложен из пород палеозоя и докембрия и залегает на глубину 1 - 4 км. На ней залегают породы мезозоя, палеогена, неогена перекрытые слоем аллювиальных четвертичных отложений из суглинков и глин. Речные наносы в отдельных местах залегают ниже морского дна. Восточное побережье угодья сформировано речными наносами [1].

1.3Подземные воды и динамика речного стока в районе озера Ханское

Существует еще одна особенность природных условий рассматриваемого региона, контролируемая геологическим строением Ейского полуострова - пространственная неоднородность залегания подземных вод. При продвижении с севера на юг подземные воды все ближе и ближе подходят к дневной поверхности, в пределах побережья Ханского озера нередко формируя родники и водяные линзы лишь местами прикрытые небольшим слоем земли. В пределах южной части Ейского полуострова, примыкающей к лиманно-плавневой зоне р. Ясени и многочисленным балкам, на топокартах показано большое количество артезианских скважин. Следовательно, в этой части полуострова пластовое давление возрастает, создавая предпосылки для естественного излияния вод. Возможно именно поэтому на территориях, примыкающих к Ханскому озеру, наиболее часты случаи подтопления пахотных земель. Типичным примером этого явления служит обширное пространство между поселками Октябрьский, Заводской и станицами Ясенская и Копанская.

Важнейшую роль в изменении гидрогеологических и гидрологических процессов играют нарастающие геодинамические изменения в структурах Западного Кавказа и его периферии, выявляемые геологами в последние годы [6].

Динамика речного стока степных рек характеризуется, прежде всего, величиной осадков, а также уровнем грунтовых вод. При одном и том же количестве осадков при высоком уровне грунтовых вод поверхностный сток будет выше, при низком - ниже. Количество осадков выпадающих в степной зоне края изменяется от 470 до 930 мм в год. Среднее значение равно 640 мм.

Почвы, слагающие долины речных систем имеют коэффициент фильтрации около 1 м/сут. а предельно-полевая влагоемкость в слое 2 м составляет 600 мм. То есть, в верхнем и среднем течениях рек, где уровень грунтовых вод на водораздельных участках ниже 5 - 10 м все осадки могут поглотиться почвой с последующим их расходованием на процессы испарения и транспирации. Это подтверждается величиной годового слоя стока поступающего в степные реки, он не превышает 50 мм в год, что в десять раз меньше количества выпадающих осадков.

Установлено, что в степной зоне существует 10 - 12 летний цикл водности, в течение которых происходит пополнение и сработка грунтовых вод.

В последние годы водность рек бассейнов Кубани, Черного и Азовского морей имеет тенденцию к снижению. Но если водность Кубани и рек бассейна Черного моря находится в настоящее время около водности обеспеченностью 50%, что близко к среднемноголетнему годовому стоку, то водность рек бассейна Азовского моря снизилась до уровня 95% обеспеченности, т.е. составляет 30% от нормы. Если в ближайшие 2 - 3 года не произойдет изменения водности в сторону ее повышения, то это приведет к необратимым процессам в экосистемах степных рек. В таблице 2 показана динамика водности рек Краснодарского края за последние пять лет.

Таблица 1.1 - Естественный (восстановленный) годовой сток, км3

Гидрографическая единица2005 г.2006 г.2007 г.2008 г.2009 г.Средний многолетний стокр. Кубань20,117,218,114,4513,714,5Реки бассейна Черного моря7,399,247,466,816,596,8Реки бассейна Азовского моря1,180,840,700,410,250,75

Анализируя динамики осадков и стока рек Челбас и Ея, следует отметить, что в 1986 году закончился маловодный период, который сменился многоводным циклом, продолжавшимся до 1999 годы (12 лет), после чего наступил маловодный период заканчивающийся в настоящее время. С 2009 года осадки постепенно увеличиваются, что несколько стабилизировало речной сток. Учитывая 10 - 12 летний цикл водности, следует ожидать постепенного увеличения стока к 2020. То же можно предположить и для рек, впадающих в Ханское озеро.

Существенное значение на снижение водности рек оказывает испарение с водной поверхности. Все реки степной зоны Краснодарского края представляют собой цепочку водоемов, что приводит к увеличению испарения и как следствие приводит к снижению стока. Снижение величины испарения возможно за счет уменьшения площади водного зеркала и увеличения слоя воды, что достигается углублением прудов в результате расчистки русел. Уменьшение количества осадков обычно совпадает с уменьшением испарения, так как уменьшается площадь водного зеркала водоемов.

Забор поверхностных вод из степных рек на промышленные нужды в основном согласуется с величинами сброса сточных вод и составляет 2 - 4 млн. м3 в год.

1.4Современные представления о формировании водного баланса озера Ханское

Гидрография бассейна озера Ханское представлена рекой Ясени и балкой Дзюбина. Отдельные исследователи включают в водосборную площадь также р. Албаши, которая ранее впадала в Албашинский лиман. Но Албашинский лиман практически бессточный, и не может влиять на гидрологический режим Ханского озера.

Река Ясени. Впадала в озеро Ханское в северной его части, длина реки - 74 км, площадь бассейна - 596 км, пределы высотных отметок от 10 до 40 м. Среднемноголетний восстановленный годовой сток составляет 22,4 млн. м3, в очень маловодные годы, обеспеченностью 95%, (которые наблюдались в последние 3 года), сток не превышает 8,21 млн. м3. Суммарный объем аккумулированной воды в прудах и водохранилищах составляет 10,3 млн. м3, а потери на испарение (32 пруда) составляют 4 млн. м3/год.

Устье реки Ясени, представляет собой в естественном виде долину, заросшую влаголюбивой растительностью. Сухое русло реки в устьевой части, имеет слегка изогнутую и сильно вытянутую с севера на юг форму шириной от 18 до 30 м. Берега низкие, при выходе на акваторию Ханского озера сливаются с поверхностью озерного дна. Берега и местами поверхность русла, а также примыкающая к устью акватория Ханского озера покрыты тростниковой зарослью. Глубины воды в зависимости от сезона года изменяются от 0,1 до 1,5 м.

В устьевой зоне р. Ясени расположено месторождение лечебных грязей «Устье реки Ясени». Влияние вод р. Ясени на устьевую линзу грязей еще в 50-е годы резко сократилось, т.к. на реке был сооружен целый каскад прудов, через которые вода почти полностью разбиралась для полива. До устья речные воды доходили лишь во время весеннего половодья. Для дополнения к этим водам у самого устья в 1957 г. были пробурены две скважины, выведшие из киммерийского водоносного горизонта самоизливающуюся воду с минерализацией 0,7 - 1,6 г/дм3 и дебитом 2,7 л/секунду. Эта вода хотя и уберегала устьевую грязь от пересыхания, но при этом, являясь практически пресной, способствовала распространению здесь тростниковых зарослей и распреснению самой грязи.

Рисунок 1.1 - Устьевая часть русла р. Ясени, октябрь 2010 года

Балка Глубокая (Дзюбина). Балка протягивается в северо-восточном направлении от озера Ханского на 5 км; площадь ее водосбора составляет 15,3 км2. Прилегающая территория используется под посевы зерновых и овощных культур, а ближе к устью - под фруктовые сады, для полива которых и были сооружены пруды. Один из прудов использовался для добычи лечебных грязей (месторождение «Плес Глубокий») который расположен между двумя более мелкими и отделен от них земляными плотинами. По верхней плотине проложено асфальтированное шоссе Ейск - станица Копанская, обеспечивающее хорошую связь с потребителем лечебной грязи - санаторием «Ейск». Нижняя плотина, подпирающая плес Глубокий с юга, сооружена в 1,5 км выше места впадения балки Глубокой в озеро Ханское; длина плотины 250 м.

Рисунок 1.2 - Балка Глубокая, октябрь 2010 г.

Плес Глубокий имеет вытянутую дельтовидную форму, длиной 1,2 км, шириной у нижней плотины 220 м, в средней части 80 - 120 м и в верховье 30 - 40 м. Южная часть плеса, вблизи плотины, наиболее глубоководная - до 2,5 м, в остальной части водоема глубины воды не превышают 1,8 м, составляя в большинстве своем 1,3 - 1,5 м. Площадь водного зеркала - около 15,4 га.

Берега балки пологие, сложены суглинками и глинами, перекрытыми почвенным слоем 0,2 - 0,4 м. Береговую часть плеса занимают заросли тростника, простирающиеся местами более чем на 100 м от берега, в среднем на 40 - 50 м (до глубины 1,8 - 2,0 м). Площадь водного зеркала, свободного от тростниковых зарослей, составляет около 14,0 га.

Питание водоема осуществляется за счет поверхностного стока и грунтовых вод. По данным Гидрометослужбы Краснодарского края среднемноголетний сток в балку Глубокую при площади водосбора 15,3 км2 составляет 63 тыс. м3 и приходится почти целиком на весенний паводок. По химическому составу вода плеса сульфатная магниево-натриевая, имеет слабощелочную реакцию. Минерализация воды весной 5,6 г/дм3 к концу лета вследствие испарения, равного в среднем 450 мм в год, увеличивается до 15 г./дм3.

Бейсугский лиман. Лиман представлен собой однорукавное расширенное устье реки Бейсуг, образованное в месте впадения ее в Азовское море. Лиман вытянут в северо-восточном направлении, имеет длину 32 км, ширину 10 - 12 км, площадь зеркала воды 272 км2, от моря лиман частично отделен Ясенской косой и имеет свободную связь с морем через Ясенский пролив («гирло») шириной 350 м. Дно лимана плоское, почти горизонтальное, преобладающие глубины воды не превышают 2,0 м и в среднем составляют 1,6 м. Ближе к проливу глубина воды увеличивается до 4,0-5,0 м. Объем водной массы (при площади 272 км2) составляет 435,2 млн. м3.

Бейсугский лиман отделен от оз. Ханского песчано-ракушечной перемычкой, образованной на начальной фазе нимфейской трансгрессии и позже последовательным причленением генераций валов. Ранние генерации валов срезались волнами и течениями, что вело к сужению перемычки на некоторых участках. В последние 20-25 лет произошло отложение на лиманной части подводного склона пересыпи, в 2-3 км юго-восточнее пос. Ясенская Переправа, значительных масс песчано-раковинного материала. Осадочный материал поступал сюда в результате переотложения нагонными течениями наносов из размываемой части пересыпи Ханского озера, между пос. Ясенская Переправа и с. Шиловка. Морфологически тело представляет собой широкую и довольно длинную систему валов, прижатую к лиманному подводному склону пересыпи. По всему видно, что эта система подводных валов со временем выйдет на дневную поверхность. В настоящее время она, объективно уменьшая глубину лимана, кардинально меняет условия водообмена между лиманом и озером.

Если в 1960-1970-е годы на лиманном берегу пересыпи отлагались значительные массы отмерших стеблей Zostera nana (камка), то уже с начала 1990-х годов объемы растительных накоплений на берегу стали резко сокращаться. Долгое время были не понятны причины такого явления, поскольку натурных обследований литологии и морфологии не производилось. Только изучение аэро-космосъемочных материалов позволяет высказать предположение, что причиной сокращения биомассы подводной растительности обусловлено размывающим действием сильных течений, отложением больших масс песчано-раковинных наносов.

Кроме того, при анализе космических снимков последних лет выявлено образование новой подводной ступени в южной части пролива, связывающего Азовское море с Бейсугским лиманом. Ее не было еще в конце ХХ в., на что указывают данные изучения аэрофотоснимков 2000 г. Существует реальная опасность такого сужения пролива, при котором в условиях жестких западных и северо-западных штормов редкие волны с большими параметрами будут перехлестывать через пересыпь Ханского озера, способствуя затоплению поселка и, возможно, прорыву пересыпи. Но каждая фаза прорыва пересыпи будет неизбежно приводить все к большему обмелению дна Ханского озера за счет переотложения прибойным потоком значительных масс песка и ракушечного детрита, илистых фракций. Таким образом, рельеф котловины Бейсугского лимана подвержен не менее масштабным перестройкам, чем котловина оз. Ханского. В целом можно констатировать, что как и в случае Ханского озера, происходит хотя и медленное, но обмеление лимана. Полученные данные рекогносцировочного обследования указывают на то, что вода из Бейсугского лимана в Ханское озеро при штилевых условиях не может поступать в результате естественной фильтрации через ракушечную пересыпь. Этот процесс становится возможным только в условиях высокого нагонного уровня воды в лимане минимум на 0,5-0,7 м или при ураганных юго-западных и западных ветрах, сопровождающихся подъемом уровня на 1,5-1,7 м.

Влияние Бейсугского лимана на гидрологический режим озера Ханское двояко и зависит оно от складывающихся погодных условий. В случае устойчивых ветров северо-восточного направления, со стороны озера Ханского у пересыпи уровень воды повышается (нагон), в то время как в Бейсугском лимане наблюдается сгонное явление, т.е. уровень воды снижается. В результате перепада уровней происходит фильтрационный переток воды из озера в лиман объем воды в нем снижается.

При западных - юго-западных ветров наблюдается обратный процесс, при которых уровень воды у северо-восточного берега лимана может повышаться до 1 м (в 1969 году уровень превысил 2 м). При этом наблюдается перехлестывание воды через ракушечно песчаную пересыпь и озеро Ханское пополняется водой. При скорости ветра указанных направлений до 7-8 м/с, уровень воды повышается на 0,4-0,5 м, и вода в озеро поступает в результате фильтрации воды из Бейсугского лимана через тело пересыпи. Такое явление зафиксировано при обследовании озера Ханское в период с 10 по 14 октября 2010 года (рисунки 1.3 - 1.6).

Рисунок 1.3 - Отложения тростниковой растительности на пересыпи со стороны Бейсугского лимана по направлению к озеру Ханскому после нагонного явления

Рисунок 1.4 - Промоина на поверхности пересыпи после нагонного явления

Рисунок 1.5 - Заполненная низинная часть озера Ханское после нагонного явления

Рисунок 1.6 - Фильтрационный сток из Бейсугского лимана в озеро Ханское при отсутствии перехлестывания волн через пересыпь при западном ветре до 10 м/с

При проведении рекогносцировочных исследований, зафиксирован поверхностный сток в озеро Ханское с расходом 1 л/с фильтрационных вод из Бейсугского лимана, при повышении уровня воды в нем на 0,4 - 0,5 м, с участка длиной 100 м. Аналогичный процесс, по всей видимости, наблюдается по всей длине пересыпи, но так как отметки поверхности дна озера непосредственно за пересыпью зачастую несколько выше уровня воды в лимане, то фильтрационные воды просто повышают уровень грунтовых вод. Расчеты показывают, что за три четыре дня постоянных ветров западного или юго-западного направления силой 5 - 8 м/с, на территорию озера поступает около 20 тыс. м3, в год эта величина не превышает 100 тыс. м3, что практически не сказывается на запасах воды в озере.

Значительный объем воды в озеро может поступать при высоте волн в Бейсугском лимане свыше 0,5 м. Расход поступающей воды при этом, через существующее гирло (волок, см. рисунки выше), может колебаться в пределах 10-20 м3/с, за сутки объем составит 1-2 млн. м3. С учетом количества дней (10 дней) с ветром западного и юго-западного направления со скоростью более 10 м/с, наблюдаемых в год на данной территории (метеостнация (МС) Приморско-Ахтарск) объем поступающей воды составит 10 - 20 млн. м3/год, что сравнимо со среднемноголетним стоком р. Ясени.

Глубина в озере меняется в зависимости от ветро-волновой обстановки, стабильности ракушечной перемычки между озером и лиманом Бейсугским, параметров приходной части водного баланса. Так, подтопление пос. Ясенская Переправа в 1970 - начале 1990-х гг. нередко происходило по схеме «нагнетания нагонных вод из Азовского моря в Бейсугский лиман - перехлест воды через узкую часть ракушечной перемычки - наполнение водой части котловины озера - ее переток в северо-западную часть озера под влиянием сильного ветра». В конце 1980 - вначале 1990-х гг. наблюдалось несколько экстремальных ветровых ситуаций, когда под действием сильных западных и юго-западных ветров в пределах северного берега озера отмечались волны высотой до 0,4 м возможные только в условиях довольно значительных нагонов.

Руководством автодорожного предприятия даже ставился вопрос о необходимости разработки проекта берегозащитных мероприятий на участке протяженностью 0,2-0,3 км, непосредственно примыкающими к устьевой зоне р. Ясени. Там несколько сильных штормов вызвали подрезку основания полотна автодороги. В последние годы, в связи с уменьшением водности озера, размыв естественным образом прекратился.

Таким образом, котловина Ханского озера за истекшие 100-110 лет подверглась значительным морфологическим перестройкам, что чрезвычайно затрудняет удержание маломощного слоя воды, в значительной мере сокращаемого в результате испарения. Морфологические перестройки дна Бейсугского лимана также не способствуют пополнению котловины озера, как это происходило в отдельные годы в XIX в. и первой половине XX в. Зарегулирование рек хоть и сказывается негативно на водном балансе озера, но вряд ли контролирует его катастрофическое обмеление.

1.5Экологическая модель озера Ханское

В основу построения экологической модели были положены водобалансовые расчеты, выполняемые на основе количественных показателей влагообмена в системе «земная поверхность - зона аэрации - грунтовые воды» с учетом взаимосвязи отдельных элементов системы в процессе формирования водного режима в зоне активного водообмена. Наиболее независимая и стохастическая изменчивость при этом характерна для условий влагообмена на поверхности почвы - для атмосферных осадков и суммарного испарения. Другие элементы водного баланса формируются в более детерминированных условиях, определяемых соотношением осадков и испарения. В основу схемы водобалансовых расчетов для определения влагозапасов в зоне аэрации и положения уровня грунтовых вод положено соотношение приходных и расходных элементов баланса влаги.

С учетом природных факторов, формирующих водный баланс озера Ханское, составлено его уравнение:

Р +W + WфильтрБ. + Wнаг. + W подз. = WфильтрХ. + Е ± ДV, (1.1)

где Р - атмосферные осадки на площадь водосбора озера (без водосборов речных притоков, 200 км2);

W - приток речного стока (р. Ясени, балка Глубокая,);

WфильтрБ. - приток воды в результате фильтрации вод из Бейсугского лимана;

Wнаг. - приток воды, поступающие в Ханское озеро в результате перелива воды через перемычку в условиях высоких нагонов;

W подз - подземный и грунтовый сток;

WфильтрХ - отток воды из озера в результате фильтрации через песчаную перемычку;

Е - суммарное испарение (эвапотранспирация) с площади водосбора;

± ДV-объем сработки (наполнения) озера.

Исходя из прогноза наступления многоводного цикла водности на ближайшие 10-12 лет, рассчитан водный баланс озера Ханское (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Прогноз изменения водности озера Ханское до 2020 года

ГодСоставляющие водного баланса, ммРWWфильтрБ.Wнаг.W подз.WфильтрХ.Е± ДV2015340035060200250-10- 4000+2502020350040050200300-20-4000+430

К 2015 году уровень воды в озере повысится на 0,25 м, а к 2020 году еще на 0,43 м. Общий подъем уровня составит около 0,7 м, что является максимально возможным, так как дальнейший приток воды в озеро, будет перетекать в Бейсугский лиман с фильтрационным и поверхностным стоком через тело пересыпи.

2.Постановка проблемы

Практически полное отсутствие воды в озере Ханское на сегодняшний день неизбежно ведет к гибели памятника природы и смене его биотопов. Причины обезвоживания озера многогранны и требую безотлагательных мер по восстановлению водного режима и возрождению прежних условий обитания растительного и животного мира.

2.1Приоритетные экологические проблемы озера Ханское

К приоритетным экологическим проблемам относятся следующие:

?проблема заиления русел рек и озера Ханского;

?проблема высокой зарегулированности речного стока и наличия большого количества водохозяйственных и гидротехнических сооружений;

?проблема экологического состояния водных объектов;

?проблема регулирования речного стока;

?проблема состояния водоохранных зон и прибрежных защитных полос;

?проблема управления водными объектами и развития сети государственного водного мониторинга водных объектов.

Проблема заиления русел рек и озера Ханского

Огромное количество прудов на реках бассейна Азовского моря привело к значительному изменению стока наносов.

Гранулометрический состав взвешенных наносов представлен частицами диаметром от 0,001 до 1 мм (песок, пыль, ил и глина). Фракции менее 0,05 мм составляют 75-90% всего объема. Иловые отложения сокращают полезную емкость водоемов, уменьшают их глубины и тем самым способствуют зарастанию, заболачиванию и ухудшению их санитарного состояния.

Основными причинами заиления водоемов являются:

?изменение гидроморфологических характеристик русел рек в результате строительства ГТС (дамб, автомобильных и железнодорожных переездов);

?водная эрозия почв;

?ветровая эрозия почв;

?отложения растительных остатков водной растительности.

С целью снижения заиления и обмеления водоемов следует проводить ежегодное скашивание макрофитов, иначе неизбежно очередное затратное и трудоемкое «омолаживание» экосистемы путем углубления и механизированной очистки донных отложений водоема. В настоящее время расчистка русел степных рек осуществляется механическим способом и то на отдельных участках рек. Расчистка русел рек осуществляется в следующих целях: восстановление дренирующей способности русла; понижение уровня грунтовых вод; обеспечение проточности русла; восстановление естественных нерестилищ. Проводимые мероприятия обеспечивают создание условий для улучшения санитарно-экологической, гидрогеологической и агротехнической обстановки.

Расчистка русел рек механическим способом требует проведения значительных подготовительных работ. До начала строительства объекта должны быть выполнены работы и мероприятия по подготовке строительного производства, обеспечивающие осуществление строительства в заданные проектом сроки. На этапе организации работ по расчистке русел рек необходимо осуществить следующие работы:

?расчистка территории от камыша;

?устройство временных валов гидроотвалов (организация пульпочеков);

?расчистка русла;

?биологическая рекультивация.

Осуществление расчистки русел рек требует привлечения строительных машин и механизмов, таких как экскаватор, бульдозер, кран, трактор, катер буксирный, баржа. Расчистка русла реки осуществляется землесосным снарядом. Расчищаемый грунт доставляется в чеки, которые используются как дренажные колодцы. Для этой цели оголовок нижнего бьефа устанавливается в теле вала на оголовок верхнего бьефа. Вторая карта намыва (последующая) выполняет по отношению к первой карте функцию отстойника. Сбрасываемая вода, проходя последовательно через карты гидроотвала, окончательно осветляется и затем сбрасывается обратно в водный объект. После завершения работ по очистке русла и наполнению карт намыва чековые сооружения демонтируются. После завершения расчистки русла реки необходимо произвести рекультивацию строительных площадок и иловых отвалов.

Осуществление расчистки подобным способом требует значительных финансовых затрат. Так стоимость расчистки 100 метрового участка русла реки стоит в пределах от 2500 до 3500 тыс. рублей. Помимо значительных финансовых затрат существует ряд следующих проблем:

?вынимаемый илистый грунт складируется в прибрежной защитной полосе и русле реки. Для предотвращения попадания ила в реку устраивается дамба, материалом для которой зачастую служит чернозем;

?хранение илистого грунта частично в русле и прибрежной полосе высотой 2-4 м, приводит к изменению потока грунтовых вод к реке за счет уплотнения нижележащих почвенных горизонтов (до глубины 5-10 м), в результате возможно поднятие уровня грунтовых вод;

?взмучивание донных отложений при расчистке прудов приводит к вторичному загрязнению водного объекта, к снижению биологической продуктивности водоема.

Согласно ст. 65 п. 17 Водного кодекса в границах прибрежных защитных полос запрещается размещение отвалов размываемых грунтов, следовательно, донные отложения должны размещаться за пределами прибрежных защитных полос (50 м), что приведет к значительному удорожанию проведения работ по расчистке русел рек.

Проблема высокой зарегулированности речного стока

На реках Ясени и Албаши устроены многочисленные плотины и запруды. Суммарная площадь искусственных водохранилищ на этих реках в Ейском и Каневском районах на сегодняшний день больше площади Ханского озера. Таким образом, вода, которая раньше накапливалась в Ханском озере, на сегодняшний день впитывается и испаряется в искусственных водоемах. От рек Албаши и Ясени после всех организованных дамб остаются ручейки, а в устье вода отсутствует вовсе.

В 4 км к юго-востоку от устья реки Ясени, в озеро Ханское впадает балка Дзюбина, имеющая узкую долину. По дну ее проходит небольшой водоток, перехваченный выше устья балки плотиной, по верху которой проходит грунтовая дорога. В летнее время весь сток балки задерживается плотиной. Весной паводковые воды переливают через плотину и обводняют устье балки.

Суммарный объем аккумулированной воды в прудах и водохранилищах составляет 10,3 млн. м3, а потери на испарение (32 пруда) составляют 4 млн. м3/год.

Одной из основных причин крайне неудовлетворительного технического состояния ВХС является отсутствие собственника, так как большинство объектов в настоящее время являются бесхозяйными. Основная роль в определении собственников бесхозяйных ГТС - объектов недвижимого имущества отводится органам местного самоуправления. В соответствии со статьей 225 Гражданского кодекса РФ, принятие на учет объекта недвижимого имущества осуществляется на основании заявления органа местного самоуправления, к которому должен прилагаться перечень подтверждающих документов для государственной регистрации права на недвижимое имущество и установления их собственника.

Проблемы водности рек и регулирования речного стока

В настоящий период для рек степной зоны не существует разработанных правил регулирования стока из прудов и водохранилищ, предусматривающих поддержание по всей длине рек нормативов экологического или санитарного стока в меженный период, т.е. в период с июня по октябрь месяцы. Отчасти это вызвано тем, что в настоящее время пруды и водохранилища заилены, полезный объем водоемов, и регулирующие сооружения не позволяют эффективно регулировать сток между маловодным и многоводными периодами, тем более в многолетнем плане. Основными водопользователями водными ресурсами степных рек являются следующие отрасли: сельское хозяйство (рыборазведение, орошаемое земледелие, животноводство), промышленность (техническое водоснабжение), водное хозяйство (обеспечение экологического стока), рекреация.

Использование водных ресурсов и водных объектов в различных отраслях осуществляется без согласований потребностей в водных ресурсах остальных водопользователей. В настоящее время отдельными водопользователями допускаются грубые нарушения при эксплуатации арендуемых ими водоемов. Наиболее существенными нарушениями являются следующие:

?наполнение прудов выше отметки НПУ;

?превышение объемов забора воды;

?сработка прудов в период летней межени до минимальных уровней.

При наполнении прудов выше отметки нормального подпорного уровня (НПУ) сброс воды в нижний бьеф перекрывается, в результате чего вода не поступает на участки реки, расположенные ниже по течению. В результате не обеспечивается санитарная проточность водоемов, что приводит к увеличению температуры воды, резкому снижению содержания растворенного кислорода и как следствие гибели водных организмов.

Решение данной проблемы станет возможным только после проведения комиссионного обследования рек представителями администрации Краснодарского края, муниципальных образований и Кубанского БВУ, когда на водоемах, где допущено превышение уровня НПУ, будет проведена сработка водоемов до нормальных уровней.

Кроме нарушений, вызванных прекращением сброса в нижерасположенные участки реки, водопользователями осуществляется сработка водоемов до минимальных уровней для отлова товарной рыбы. Проблема заключается в том, что сработка водоемов осуществляется в период летней межени, когда набор воды в водоемах до нормальных уровней практически не возможен без полного перекрытия оттока из пруда. Факты подобных нарушений постоянно регистрируются на участках всех степных реках края, используемых для целей товарного рыборазведения.

Все перечисленные нарушения (особенно в маловодные годы) приводят к дефициту водных ресурсов для обеспечения потребностей в воде водопользователей и отраслей экономики. Проблемы обостряются в виду того, что наполнение или сработка водоемов осуществляется без предупреждения нижерасположенных водопользователей, администраций соответствующих районов и других заинтересованных органов и лиц.

Для собственников (арендаторов) прудов должны быть разработаны правила по регулированию уровня воды в прудах и водохранилищах с учетом запросов всех водопользователей на основе приказа МПР №330 от 24 августа 2010 года «Типовые правила использования водохранилищ».

Проблемы экологического состояния водных объектов

В условиях степной зоны края на качество вод поверхностных водных объектов оказывает влияние значительное количество факторов как естественного, так и антропогенного характера, наиболее существенными из которых являются следующие:

?сброс промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод;

?ливневые стоки с урбанизированных территорий;

?диффузный сток с сельскохозяйственных угодий;

?размещение свалок и полигонов ТБО в водоохранной зоне рек;

?размещение животноводческих комплексов и навозохранилищ в водоохранных зонах рек;

?орошение.

Проведенный анализ качества воды в реках бассейна Азовского моря, позволяет сделать вывод о том, что под влиянием природных факторов и антропогенных воздействий в водных объектах формируется повышенное содержание в воде отдельных полютантов, превышающих нормативы рыбохозяйственных и санитарно-гигиенических ПДК. По показателю удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ) в основном поверхностные воды относятся к слабозагрязненным, 2 класса.

Основными загрязняющими веществами в реках степной зоны являются: магний, марганец, сульфаты и медь, которые присутствуют в реках благодаря сложившимся геохимическим условиям. Превышение содержания фенолов, органического вещества по БПК5 и ХПК в воде вызвано деструкцией растительных остатков и поступлением их с поверхностным стоком и со сточными водами.

По данным научных исследований под влиянием водной растительности содержание всех видов азота и фосфора за считанные дни (2-5 суток) может снизиться на 80-90%, и результаты наблюдений свидетельствуют об этом.

Для рек бассейна Азовского моря важно снизить минерализацию речной воды и сделать ее пригодной для многих потребителей. Высокая минерализация воды от 2000 до 10000 мг/дм3 не позволяет использовать ее для орошения сельхозкультур. В Схемах охраны вод степных рек, разработанных в 1986 году институтом «Кубаньгипроводхоз», для снижения минерализации поверхностных вод предусматривалась подпитка верховьев рек кубанской водой. В настоящее время, данное мероприятие в проекте «Схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов р. Кубань», разработанной в 2010 году ОАО «Кубаньводпроект», не предусматривается.

Одной из причин увеличения минерализации воды и повышенного содержания загрязняющих веществ и биогенных элементов в поверхностных водоемах в прошлые годы, являлось применение удобрений в водоемах, используемых для выращивания товарной рыбы. В период выращивания рыбы расход удобрений составлял около 1-4 ц/га аммиачной селитры и суперфосфата и около 10 ц/га извести, которые, как известно, содержат в своем составе различные тяжелые металлы. В последние годы данный процесс не отслеживается. Судя по снижению показателя загрязнения поверхностных вод (по УКИЗВ) в последние годы, возможно, что при современной технологии выращивания товарной рыбы химические вещества не применяются.

Таким образом, основными причинами повышения минерализации, являются: испарение с водной поверхности; малая проточность водоемов в летний период; поступление сточных вод; применение удобрений и известкование воды при рыбопроизводстве.

Для улучшения качества поверхностных вод необходимо установить водоохранные зоны и защитные прибрежные полосы, что при соблюдении запретительных мероприятий в этих зонах, позволит минимум в два раза снизить поступление в водоемы загрязняющих веществ. При применении удобрений в прудах, используемых для выращивания товарной рыбы, необходимо рассчитывать нормативы допустимых сбросов (НДС) загрязняющих веществ в нижележащие водоемы.

Проблемы состояния водоохранных полос и прибрежных защитных полос

Качество поверхностных вод водных объектов в значительной степени зависит от состояния водосборной площади и специфики ее использования. Так для рек, расположенных в степной зоне края приоритетными загрязнителями являются биогенные элементы, пестициды. Участки рек, протекающие по территории населенных пунктов, в значительной степени загрязняются нефтепродуктами, тяжелыми металлами и другими специфическими веществами. В системе «водосборная площадь - водный объект» водоохранная зона выполняет роль буфера, состояние которой может отразиться как на состоянии водного объекта, так и водосборной площади.

Существенное влияние на буферную роль водоохранных зон оказывает режим их хозяйственного использования. Так в степной зоне края распашка земель осуществляется практически до уреза воды. В настоящее время в водоохранных зонах рек размещено большое количество животноводческих комплексов, промышленных предприятий. Кроме этого в водоохранных зонах организовываются свалки бытовых и промышленных отходов. При хозяйственном освоении территорий водоохранных зон существенно трансформируется их естественная растительность, которая выполняет функцию перевода поверхностного стока в подземный, что приводит к развитию плоскостной эрозии берегов.

Подобное антропогенное воздействие на водоохранные зоны приводит к их деградации, что в свою очередь повышает степень загрязнения и заиления водных объектов, разрушения береговой полосы.

В соответствии с требованиями Водного кодекса РФ (ст. 65) в целях предотвращения загрязнения, засорения, заиления водных объектов и истощения их вод, а также сохранения среды обитания водных биологических ресурсов и других объектов животного и растительного мира на территориях, примыкающих к береговой линии морей, рек, ручьев, каналов, озер, водохранилищ выделяются водоохранные зоны, на которых устанавливается специальный режим осуществления хозяйственной и иной деятельности.

В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, на территории которых вводятся дополнительные ограничения хозяйственной деятельности, и береговые полосы, территория которых относится к землям общего пользования.

В настоящее время основная проблема состояния водоохранных зон водных объектов заключается в том, что их границы не определены в картах землепользования и не вынесены на местность. Работы по установлению границ водоохранных зон и прибрежных защитных полос на территории края организует департамент по вопросам ГО, ЧС и водных отношений Краснодарского края. Основные работы по установлению границ водоохранных зон на реках степной зоны края запланированы на 2011-2012 гг.

Проблемы управления водными объектами и развития сети государственного мониторинга водных объектов

К хозяйственному освоению бассейнов рек Азовского побережья необходимо отнести гидротехнические сооружения, в руслах рек используемые для автодорожных и железнодорожных переходов.

Анализ водохозяйственных систем в бассейнах рек Азовского побережья показал, что ко всем бассейнам рек относятся следующие проблемы организационно-управленческого характера:

?отсутствие нормативно-технической базы функционирования водохозяйственного комплекса и регулирования водопользования (включая пересмотр (совершенствование) технических документов в области строительства;

?отсутствие регулирования использования (резервирование) территорий, потенциально подверженных подтоплению;

?отсутствие регулирования использования водоохранных зон, берегов и дна водных объектов с целью предотвращения загрязнения и истощения водных объектов;

?отсутствие информационного обеспечения органов управления водными объектами, органов региональной власти и органов местного самоуправления данными, которые будут получены в результате проведения фундаментальных и инвестиционных мероприятий;

?отсутствие нормативно-методического обеспечения служб эксплуатации и органов власти субъектов, местного самоуправления нормативными и методическими материалами, регламентирующими правила и порядок действий в случаях экстремального маловодья и экстремально высокой водности (включая современные гидрометеорологические прогнозы, регламентацию процедур распределения воды и использования резервных источников водоснабжения, повышение надежности и эффективности систем водоснабжения);

?наличие бесхозяйных ГТС и отсутствие порядка их обслуживания и безопасной эксплуатации;

?недостаточная сеть государственного мониторинга водных объектов бассейна Азовского моря;

?нечеткое распределение полномочий в области водных отношений между федеральными, территориальными органами государственного управления;

?отсутствие на территориальном уровне единого государственного органа управления в области водных отношений, обладающего всеми функциями управления, включая контроль условий водопользования.

Основой для уточнения проблем организационно-управленческого характера являются:

?проект нормативов допустимого воздействия на водные объекты бассейна Азовского моря (срок окончания 2012 год);

?схема комплексного использования и охраны водных объектов бассейна Азовского моря (срок окончания 2012 год);

?типовые правила использования водохранилищ (приказ МПР №330 от 24 августа 2010 г.).

Одной из важных составляющих развития водохозяйственного комплекса является обеспечение необходимой информацией о количественном и качественном состоянии водных ресурсов и режиме водных объектов, а также внедрение современных автоматизированных систем и технологий оценки и прогнозирования различных гидрологических явлений, включая развитие опасных природных ситуаций, связанных с вредным воздействием вод.

Существующая сеть государственного мониторинга водных объектов рек бассейна Азовского моря междуречья Кубани и Дона моря, не обеспечивает нормативной плотности постов на реках и не включает необходимые виды мониторинга. Бассейновая сеть мониторинга должна быть расширена и включать следующие, обязательные виды мониторинга:

?гидрологический;

?мониторинг состояния дна, берегов и водоохранных зон (гидроморфологический);

?гидробиологический;

?гидрохимический (мониторинг качества воды).

2.2Технико-экономическое обоснование выбора вариантов водоохранных и водохозяйственных мероприятий по восстановлению озера Ханского

Для решения выявленных экологических проблем озера Ханского был разработан комплекс мероприятий, направленный на восстановление экосистемы озера.

Мероприятия по снижению испарения. Анализ составляющих водного баланса озера Ханское показал, что основной расходной характеристикой является суммарное испарение, поэтому мероприятия по сохранению Ханского озера должны быть направлены на его снижение. В данном конкретном случае эту проблему можно решить путем дифференциации глубин по площади водоема, со снижением мелководий до минимума. В результате уменьшения мелководий величина испарения снизиться на 15-20%. При огромной площади озера механизированное углубление потребует очень больших финансовых (около 100 млрд. рублей) и временных затрат, которые в обозримой перспективе вряд ли будут окуплены. Длительные работы в озере (3-5 лет) сделают невозможным гнездование птиц на его территории, и он потеряет свое значение как региональный памятник природы.

Одновременно с этим, следует отметить, что искусственное ложе будет недолговечно из-за так называемого явления «черной волны». Трех-четырех километровый разбег волны при крайне малой глубине воды (максимум 1,0 м) приводит к тому, что даже при средней силе ветра волна захватывает водный покров до самого дна и взмучивает грязевую залежь, окрашивая озерную воду в черный цвет. В зависимости от направления ветра, его силы и продолжительности происходит переотложение грязевой залежи, т.е. ее «миграция». Озеро Ханское - классический пример «мигрирования» грязевых линз. Естественно, что при переотложении грязевой залежи происходят коренные изменения ее площади, мощности и качественных показателей.

Таким образом, мероприятие по созданию искусственного ложа, с целью уменьшения испарения с водной поверхности озера неприемлемо, как с техническо-экономической стороны, так и с экологической.

Альтернативой созданию искусственного ложа является использование микроорганизмов (биопрепаратов) перерабатывающих органику донных отложений. В течение весенне-летнего сезона микроорганизмы могут уменьшить слой донных отложений на 0,5 -1,0 м равномерно по всей площади водоема, что позволит увеличить аккумулирующую емкость озера на 30 - 50% при сложившемся соотношении глубин. Но если для пресных водоемов данный способ деструкции уже разработан, то для водоемов с повышенной минерализацией необходимо провести научные исследования по подбору наиболее эффективных штаммов микроорганизмов. Стоимость работ по деструкции донных отложений с помощью микроорганизмов на площади 10 км2 составит 500 млн. рублей, что в 200 раз дешевле, чем осуществлять механическое очищение озера от донных наносов.

Снижение испарения с водной поверхности озера за счет лесомелиоративных насаждений будет неэффективно, так как ширина озера намного больше зоны влияния лесополос (500 м) и их невозможно посадить по всему периметру озера, так как на пересыпи, состоящей из песчано-ракушечной смеси деревья не произрастают.

Мероприятия по увеличению водных ресурсов озера Ханское. В настоящее время существует несколько вариантов предложений обводнения озера Ханского, от расчистки родников и разрытия перемычки между Ханским озером и Бейсугским лиманом в целях естественного поступления воды, до ликвидации дамб на реках, впадающих в озеро. Расчистка родников, как это следует из анализа составляющих водного баланса озера, не может оказать решающего воздействия, учитывая ничтожные, по сравнению с потерями, объемы поступления воды из рек. Однако это мероприятие нельзя считать абсолютно бесполезным.

Разрытие перемычки между озером и Бейсугским лиманом не приводит к положительному результату, так как при волнении в лимане канал моментально заносится пляжным материалом.

В сентябре 2009 г. с помощью специалистов ООО «Азовгеоком» проложен теодолитно-нивелировочный ход центральной части пос. Ясенская Переправа перпендикулярно ул. Кирова и в створе пер. Озерный. Концевые точки хода располагались на сгонном и нормальном уровнях Бейсугского лимана и в пределах осушенного дна Ханского озера, не доходя насыпи опор газовой трубы. Обработка данных показала, что осушенное дно Ханского озера в пределах северной части поселка Ясенская Переправа располагается выше или почти на одном уровне со штилевым положением водной поверхности Бейсугского лимана. Судя по карте масштаба 1:5000 «Схемы градостроительного планирования…», выше уровня водной поверхности Бейсугского лимана располагаются и песчано-ракушечные осушки в центральной и южной частях пос. Ясенская Переправа. Удаленная на 500-900 м от берега (остальное пространство дна не показано на топоплане), часть дна озера имеет абсолютные отметки не ниже минус 0,3 м БС, в то время как линия уреза лимана на карте (съемки 1990-х гг.) - минус 0,4 м БС.

Строительство самотечного трубопровода так же не гарантирует полного восстановления водности озера. Важнейшая причина - расположение глубоководных мест дна озера на расстоянии 3 км от лимана. Для недопущения катастрофического снижения уровня воды в озере до его полного исчезновения, ежегодно (в маловодные годы) необходимо дополнительно подавать около 20 млн. м3 воды с апреля по октябрь месяцы. Средний расход воды составит 1 м3 /с. Для обеспечения такого расхода воды необходимо строительство трубопровода диаметром 1 м с обеспечением перепада высот около 3 м, при длине 3 км, что невозможно создать в сложившихся условиях. Максимальный возможный перепад высот при практически высохшем озере не превысит 0,5 м, что не обеспечит необходимых расходов воды для увеличения уровня озера, так как вода будет полностью расходоваться на испарение (рисунок 2.1).

Существует также проблема быстрого заиления трубопровода как со стороны Бейсугского лимана, так и самого озера. Стоимость работ по прокладке трубопровода составит 10 млн. рублей.

В сложившихся условиях стоит рассмотреть вариант строительства напорного трубопровода.

Рисунок 2.1 - Продольный профиль озера Ханское по материалам съемки 1993 г.

Одним из вариантов подпитки озера может служить бурение скважин на воду из подземных горизонтов. Как уже упоминалось, в устьевой зоне р. Ясени, в 60-х годах прошлого века, были оборудованы самоизливающиеся скважины с дебитом около 3 л/с. Для обеспечения дополнительного поступления воды в озеро расходом 1 м3/с, необходимо установить около 200-300 скважин, глубиной 100-200 м. Возможно, имеются и другие, менее глубокие горизонты с аналогичным дебитом, но более минерализованной водой, которыми можно пополнить озеро Ханское. Стоимость обустройства куста скважин составит 20 млн. рублей.

Таким образом, рассмотренные мероприятия по увеличению водных ресурсов озера Ханское показывают, что, прежде всего, необходимо осуществить мероприятия по увеличению аккумулирующей емкости озера (деструкция донных отложений микроорганизмами). Для выполнения данного мероприятия необходимо обновить топографическую съемку акватории озера.

На втором этапе, после уменьшения слоя донных отложений, необходимо провести инженерно-гидрогеологические, инженерно - гидрометеорологические, инженерно-экологические изыскания территории озера, с целью установления оптимального варианта прокладки трассы трубопровода и (или) оборудования куста самоизливающихся скважин.

Мероприятия по сохранению регионального памятника природы озера Ханское. Особенности размещения природных комплексов и объектов растительного и животного мира, а также требования рационального, устойчивого использования территории, определили необходимость зонирования озера Ханское. При функциональном зонировании на территории памятника природы учитывается режим охраны и возможные условия ограничения хозяйственного использования природных комплексов в пределах каждой зоны, а также туристской и рекреационной деятельности.

Предложения по функциональному зонированию памятника природы «Озеро Ханское» выполненные НИИ прикладной и экспериментальной экологии Кубанского ГАУ в 2009 году представлены на рисунке 2.2. Выделение функциональных зон проведено с учетом выраженных на местности ориентиров, границ землепользования и границ проектирования. В целях сохранения свойств и качества природных комплексов озера Ханское или их компонентов территорию памятника природы целесообразно разбить на 2 функциональные зоны:

Рисунок 2.21 - Схема функционального зонирования памятника природы «Озеро Ханское»

1) Зона строгого режима - зона, включающая природные комплексы или их компоненты, свойства и качество которых соответствуют целевому назначению памятника природы, где запрещена любая хозяйственная деятельность, не связанная с сохранением или изучением их состояния.

2) Зона экстенсивного и рекреационного природопользования - зона, включающая природные комплексы или их компоненты, свойства и качество которых соответствуют целевому назначению памятника природы, где разрешается частичное (побочное) использование природных ресурсов для других целей, если оно не приводит к необратимым изменениям свойств и качества природных комплексов. Учитывая, что территория зоны экстенсивного использования непосредственно примыкает к зоне строгого режима, ограничения хозяйственной деятельности могут быть достаточно существенными, вплоть до введения запретов на отдельные виды деятельности или технологические операции.

Зона особой охраны или строгого режима. Зона охватывает практически всю акваторию озера Ханское, включая территорию островов, расположенных в границах памятника природы. Эта зона предназначена для сохранения уникальных биотопов озера и их компонентов.

Зона экстенсивного и рекреационного природопользования. Зона экстенсивного и рекреационного природопользования представляет собой три кластерных участка, охватывающих месторождения лечебной грязи озера Ханское. Два участка, расположенные в северо-восточной части озера, представляют собой участки шириной 600 м, прилегающие к берегу и удаленные от него на расстояние 300 м. Первый участок расположен в устье р. Ясени, второй - в устье балки Глубокой. Третий участок, расположенный на юго-западном берегу озера, в 5,5 км южнее п. Ясенская Переправа, представляет собой участок шириной 1200 м, прилегающий к берегу озера и удаленный от него на расстояние 1100 м.

Таким образом, проведенный анализ фактов обмеления озера Ханское и причин приводящих к этому, показал, что этот процесс носит природный характер и зависит, прежде всего, от погодных факторов, в частности, от количества годовых осадков. Количество осадков в последние несколько лет (2006-2008) были на 100 мм ниже нормы, что и привело к существенному обмелению озера.

Наличие природного 12-летнего цикла водности на территории рек бассейна Азовского моря междуречья Кубани и Дона, позволяет сделать вывод о том, что с 2009 наступил многоводный период (до 2020 года), в течение которого уровень воды в озере повысится на 0,7 м.

В то же время, на настоящий момент емкость озерной котловины недостаточна для аккумуляции большего количества воды, с целью создания ее резерва на случай повторения засушливых погодных условий. Одной из причин этого является увеличение донных отложений в озере на 0,5-1,0 м вызванное пыльными бурями прошлого столетия и отмиранием водной растительности. Для восстановления емкости озера, до объема позволяющего имитировать многолетнее регулирование, предлагается провести очистку дна с помощью биопрепаратов, что позволит сохранить уникальность данного памятника природы. Технические мероприятия по поддержанию необходимой водности озера сводятся к проработке варианта строительства самотечного или напорного трубопровода соединяющего Бейсугский лиман и озеро Ханское, или обустройство на площади озера куста самоизливающихся скважин. Объем воды подаваемой дополнительной воды должен составлять около 20 млн. м3.

2.3Проблема сохранения озер в мире на примере Поморийского озера

Аналогично бедственное положение сохраняется на многих водных объектах по всему миру. И некоторые из них на сегодняшний день удалось спасти.

Поморийское озеро - соленое озеро Болгарии, водный баланс которого был серьезно нарушен. Эта сверхсоленая лагуна естественного происхождения - самое северное из озер в окрестностях Бургаса. От моря его отделяют искусственная дамба и песчаная коса. Намывная полоска суши образовалась из так называемого «черного» песка здешних мест, чей темный цвет обусловлен присутствием окисей железа.

Озеро продолговатой формы, наибольшая длина его 6,7 км, ширина - 2 км. Уровень воды в лагуне ниже, чем в море. Раньше морская вода просачивалась в озеро через песчаную косу и испарялась. Сейчас в южной части Поморийского озера поступление морской воды регулируется при помощи канала со шлюзом. Соленость воды в лагуне значительно меняется по сезонам. Среднее ее значение около 50 ‰. Дно озера покрыто целебным сероводородным илом - высокоминерализированная черная грязь с богатым содержанием микроэлементов. Именно целебные свойства лиманной грязи, добываемой с древнейших времен, ставят Поморие в ряд с наиболее популярными бальнео-, СПА- и велнесс-курортами болгарского черноморского побережья. В наши дни лечебная грязь используется в процедурах, назначаемых по поводу кожных болезней и заболеваний опорно-двигательного аппарата, а также для косметических нужд и как ингредиент средств для красоты.

В северной части озера добывают соль: солеваренный промысел велся здесь еще более 20 столетий назад. Высокая соленость воды стала одним из факторов образования уникальной экологической среды, к которой приспособился ряд животных и растительных организмов - к примеру, жаброногий «соляной» рачок Artemia salina и растение солерос европейский, или солерос травянистый (Salicornia europaea).

В целях охраны редких и находящихся под угрозой исчезновения видов, а также мест их обитания, Поморийское озеро вместе с прилегающими к нему территориями - всего 760 га, объявлено в 2001 г. защищаемой местностью (в терминологии законодательства Болгарии).

В 2002 г. район озера был включен в список угодий, находящихся под защитой в рамках Рамсарской конвенции по охране водно-болотных угодий и водолюбивых птиц.

С 2007 года озеро было включено в экологическую сеть «Натура 2000», что и обуславливает колоссальное значение его охраны, не только во внутригосударственном, но и во всемирном масштабах. Природозащитной организацией под названием «Зеленые Балканы» была разработана специальная программа по восстановлению, консервации и управлению в отношении Поморийского озера. Сама эта программа нашла финансирование в Глобальном экологическом фонде, является подконтрольной Всемирному банку и реализуется самой организацией.

Основная цель программы - это поддержка устойчивого управления на Поморийском озере, путем оказания всевозможной помощи многочисленным видам деятельности, направленным на сохранение и восстановление полноценного биологического разнообразия, а также рационального использования ресурсов зоны.

Зеленые Балканы работают с этим озером еще с 1996 года, с того времени их основной целью стало нахождение средств, необходимых для обеспечения сохранения этого озера. Первостепенной задачей для них явилось производство и реализация четкого плана управления зоны. Второй задачей стало восстановление водного баланса в этой зоне влажности, который несомненно нарушен. По словам активистов организации, в последнее десятилетие связь самого озера с морем была значительно нарушена. Не менее важной реализация этой программы является и с точки зрения возможности продолжения добычи соли и целебных грязей в этом озере. Еще одной из важнейших задач программы стало восстановление естественных мест обитаний для исчезающих и редких видов птиц. Ведь в районе этого озера обитают порядка 250 видов редких птиц, более 90% из которых, находятся под угрозой полного исчезновения. Поэтому организация поставила восстановление мест гнездования этих птиц одной из первостепенных задач.

Заключительной частью программы стало возведение в этих местах специального центра для посетителей, по сохранению природы Поморийского озера. Именно в этом строении располагается сама администрация охранной зоны, которая призвана обеспечивать качественную реализацию программы управления и контролироваться поддержку и развитие всех видов деятельности, призванных обеспечить консервацию озера, а также сохранить редкие виды среди представителей флоры и фауны этих мест.

Сейчас это озеро играет немаловажную роль и в развитии экологического туризма в Болгарии, а сама местность утвердилась в качестве весьма привлекательного места для всех желающих провести наблюдения за поведением птиц.

Благодаря искусственным островам, построенным и поддерживающимися добровольцами организации «Зеленые Балканы», была восстановлена гнездовая колония пестроносой крачки, которая теперь является одной из крупнейших в Европе. Результатом мер по сохранению является повышение гнездящихся пар на озере от 6 пар в 1996 году до 1500 пар в 2009 году.

Водозаборное сооружение. Элементы проектирования водозаборного сооружения

2.4Основные определения и классификация сооружений

Водозаборным сооружением (или сокращенно водозабором) называют комплекс гидротехнических сооружений, служащих для забора воды из источника водоснабжения, ее предварительной очистки (обычно процеживанием воды через сетки) и подачи под необходимым напором в водоводы (к потребителю или на очистные сооружения системы водоснабжения).

Водоприемником называют сооружение, предназначенное для приема воды и непосредственно взаимодействующее с речным потоком или водоемом.

Водозаборные сооружения - одни из ответственных и дорогих сооружений системы водоснабжения. Снабжение водой потребителей в значительной степени зависит от бесперебойного, функционирования водозаборных сооружений соответствующей мощности, что возможно только при осуществлении водозабора с учетом всех природных условий водоисточника.

Водозаборные сооружения классифицируют:

по назначению - хозяйственно-питьевого или производственного водоснабжения;

по роду водоисточника - речные, морские, водохранилищные;

по производительности - малой (Qв<1 м3/с), средней (Qв=1…6 м3/с) и большой (Qв>6 м3/с) производительности (Qв - производительность водозабора);

по степени обеспеченности подачи воды - I, II и III категорий;

по компоновке основных сооружений водозабора - совмещенные (компонуются в одном сооружении) и раздельные (комплекс сооружений);

по степени стационарности - стационарные и нестационарные (плавучие, фуникулерные, передвижные).

Для поверхностных источников выделяют, следующие виды водозаборных сооружений:

Береговые водозаборные сооружения применяются при относительно крутых берегах, представляет собой бетонный или железобетонный колодец большого диаметра, вынесенный передней стенкой в воду. Вода поступает в него через отверстия, защищенные решётками, а затем проходит через сетки, осуществляющие грубую механическую очистку воды.

Русловые водозаборные сооружения применяются обычно при пологом береге, имеют оголовок, вынесенный в ложе водоема. Конструкции оголовков весьма разнообразны. Из оголовка вода подаётся по самотёчным трубам к береговому колодцу; последний часто совмещен с насосной станцией первого подъёма.

Плавучие водозаборные сооружения - это понтон или баржа, на которых устанавливаются насосы, забирающие воду непосредственно из водоема. На берег вода подаётся по трубам (с подвижными стыками), уложенным на соединительном мостике.

Ковшовые водозаборные сооружения. Вода поступает из водоема сначала в расположенный у берега ковш (искусственный залив), в конце которого размещается собственно водозаборное сооружение. Ковш используется для осаждения наносов, а также для борьбы с ледовыми помехами - шугой и глубинным льдом.

2.5Назначение состава сооружений в зависимости от сложности природных условий и категории надежности водозабора

Выбор типа водозабора и состава головных сооружений из поверхностного источника производится в зависимости от топографических (профиль берега в створе водозабора), инженерно-геологических (вид и мощность грунтов, слагающих берег), гидрологических (характерный уровень воды в различные сезоны года) данных, требуемых расходов воды, категории надежности водозабора.

Сооружения для забора воды из поверхностных источников подразделяются на два типа, которые в основном различаются расположением водоприёмного сетчатого колодца относительно берега.

При крутых берегах и достаточных глубинах для размещения водоприёмных окон применяют береговой водозабор, у которого водоприёмный колодец располагается на берегу, а водоприемные отверстия входят в водоём и одновременно доступны для обслуживания, что гарантирует надежную работу сооружения (рисунок 3.1). Насосная станция первого подъема или совмещается с водоприемным колодцем, или располагается в отдельном здании. Совмещение берегового сетчатого колодца с насосной станцией в одном сооружении упрощает обслуживание водозабора, повышает надежность его работы. К основным условиям, допускающим совмещение, относятся: скальный берег, высота всасывания насосов менее 3 м, амплитуда колебания уровней воды в источнике более 6 м.

Рисунок 3.1 ? Схема берегового водозабора совмещенного типа: 1 - приемная камера; 2 - всасывающая камера; 3 - насосная станция первого подъема; 4 - решетки; 5 - вращающаяся сетка; 6 - насос; 7 - напорный трубопровод; 8 - камера переключения; 9 - напорный трубопровод

При пологих берегах, небольшой амплитуде колебаний уровней воды в источнике (до 6 м), незначительных глубинах вблизи берега, малой производительности (до 2 м3/с), широкой затапливаемой пойме, применяют русловые водозаборы (рисунок 3.2). В этом случае для обеспечения забора требуемого расхода воды необходимая глубина находится на значительном расстоянии от берега. При этом типе водозабора в месте приёма воды из источника устанавливают водоприёмник-оголовок, от которого вода по самотечным линиям или сифонным трубам поступает в береговой сетчатый колодец. Как и у берегового водозабора, НС-1 может быть устроена отдельно или совмещена с береговым колодцем.

Рисунок 3.2 ? Схема руслового водозабора: 1 - оголовок; 2 - самотечный водовод; 3 - сифонный водовод; 4 - водоприёмный берегосетчатый колодец; 5 - задвижки; 6 - колонки управления задвижками; 7 - наземный павильон; 8 - водоприёмное отделение берегового колодца (аванкамера); 9 - всасывающее отделение берегового колодца; 10 - разделительная стенка колодца; 11 - плоская съёмная сороудерживающая сетка; 12 - всасывающий трубопровод; 13 - насосная станция первого подъёма; 14 - напорные водоводы; 15 - камера переключения; 16 - промывной трубопровод

При выполнении одного из условий: наличие широкой затопляемой поймы; значительная разница в отметках берега и низкого горизонта воды; наличие скального грунта, затрудняющего укладку самотечной линии на требуемой глубине, в водозаборах малой производительности второй и третьей категории надежности - рекомендуется устройство руслового водозабора с сифонными линиями, HC-I совмещенной с береговым колодцем и установкой погружённых насосов.

Конструкция водоприемников, располагаемых на открытых морских побережьях, должна быть рассчитана на сопротивление значительным нагрузкам от ударов волн и льда. В этих условиях находят применение водоприемные сооружения берегового типа с защитными дамбами, сооружения с затопленными приемными оголовками и сооружения с незатопленными оголовками островного типа.

При значительном удалении от берега необходимых глубин строительство водозаборных сооружений с самотечными водоводами (рисунок 3.3, а) будет осложнено необходимостью прокладки водоводов значительной протяженности на большой глубине в сложных гидрогеологических условиях. В этом случае береговые сооружения водозабора можно расположить на островке, отсыпанном на пойменной террасе, тогда самотечные водоводы будут короткими (рисунок 3.3, б). Сообщение с водозабором будет возможно по эстакаде или с помощью плавсредств (кроме периода ледохода). Дорога может быть проложена и по дамбе, соединяющей островок с коренным берегом.

Рисунок 3.3 - Схемы водозаборных сооружений

а - с самотечными водоводами; б - с расположением береговых сооружений водозабора на незатонляемом островке; в-с сифонными водоводами; 1 и 2 - уровни воды минимальный и максимальный соответственно; 3 - затопляемый водоприемник; 4 - самотечные водоводы; 5 - береговая насосная станция, совмещенная с сеточным помещением; 6 - напорные водоводы; 7 - насыпной островок; 8 - гребень дамбы; 9 - сифонный водовод; 10 - труба к вакуум-насосу

Рисунок 3.4 - Морской береговой водоприемник с защитной дамбой

На рисунке 3.4 показан морской береговой водоприемник с защитной дамбой. Дамба 1 образует перед фронтом водоприемника своеобразный ковш - отстойник 2. Дамба принимает на себя всю силу ударов волн. Входные окна водоприемника снабжены грубыми решетками 3 и двойными съемными плоскими сетками 4. Далее вода проходит через вращающиеся сетки 5. Плоские сетки предназначены для работы при аварийной остановке вращающихся сеток. Через отверстия, закрываемые дроссельными затворами 6, вода поступает во всасывающее отделение, откуда забирается всасывающими трубами насосов 7. Дамба сооружена из бетонных массивов 8, лежащих на слое каменной наброски 9.

Применение различных типов технологических схем русловых водозаборов в зависимости от различных условий приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Типы русловых водозаборов

Тип водозабораОбласть примененияРусловыйШирокая пойма с пологим берегом; отсутствие достаточных глубин у берега; нескальный грунтРаздельного типаАмплитуда колебания горизонта воды в источнике менее 6-8 м; высота всасывания насосов свыше 3-4 м; производительность водозабора до 1 м3/сРаздельного типа с сифонными линиямиБольшое заглубление самотечных линий; неблагоприятные геологические и гидрологические условия для укладки самотечных линийРаздельного типа без сеточного берегового колодцаСравнительно чистый источник водоснабжения; небольшая производительность водозабораРаздельного типа с незатопленным водоприёмником (криб)Водоснабжение крупных и ответственных объектов; забор воды с нескольких горизонтов при наличии достаточных глубин вдали от берегаСовмещенного типаАмплитуда колебания горизонтов воды при производительности до 1 м3/с свыше 6 м; при производительности 1-6 м3/с - любая

Таблица 3.2 - Категории надёжности подачи воды от гидрологической характеристики источника

Категория надёжности подачи водыРасчетная обеспеченность уровней воды в поверхностных источниках для водозаборов, %максимальныйминимальныйI197II295III390

Для обеспечения надёжной работы водозаборов из поверхностных источников, в частности, водозаборных сооружений (I и II категории надежности подачи воды), предусматривается их секционирование. Число секций, которые могут работать независимо друг от друга, для всех водозаборов постоянного типа не должно быть меньше двух. Секционирование обязательно для водоприёмников самотечных и сифонных водопроводов, береговых сетчатых колодцев и желательно для насосных станций первого подъёма.

Типы водозаборного сооружения в зависимости от требуемых расходов, гидрологической характеристики источников (таблица 3.2) и категории надёжности подачи (таблица 3.3) воды принимается по таблицам 3.4 и 3.5.

На основании анализа исходных данных для проектирования и при удовлетворении приведенных выше требований, предъявляемых к устройству водозаборных сооружений, назначается принципиальная схема водозабора с обоснованиями:

типа водозабора (руслового или берегового);

вида оголовка (затопленный, незатопленный; их количество, месторасположение);

способа подачи воды к берегу (самотечными или сифонными линиями, их количество);

вида берегового водоприёмно-сетчатого колодца (секционирование, раздельное расположение или совмещение с насосной станцией).

Таблица 3.3 - Категории надёжности подачи воды

Категория надёжности подачи водыХарактеристика режима подачи водыIДопустимо снижение подачи воды не более 30% расчетного расхода воды в течение 3 сутокIIДопустимо снижение подачи воды не более 30% расчетного расхода воды до 1 месяца или перерыв в подаче воды до 6 часовIIIДопустимо снижение подачи воды не более 30% расчетного расхода воды до 1 месяца или перерыв в подаче воды до 1 суток

Таблица 3.4 - Природные условия забора воды

Природные условия забора водыЛегкие: взвешенных веществ?0,5 кг/м3, ложе водоёма устойчивое, ледостав умеренной мощности (hл?0,8 м) устойчивый, внутриводные ледообразования отсутствуют, количество загрязнений незначительно, нет обрастателей и водорослейСредние: взвешенных веществ?1,5 кг/м3, русло и берега устойчивы, ледостав устойчивый, средней мощности (1,2 м), внутриводные ледообразования прекращаются с установлением ледостава без шугозаполнения русла и образования шугозажоров количество сора, водорослей, обрастателей и загрязнений, не вызывающих помех в работе водозабора. Судоходство. ЛесосплавТяжелые: взвешенных наносов 5 кг/м3, русло подвижное с переформированием берегов и дна (1-2 м), ледостав неустойчивый с шугоходами и шугозаполнением русла при ледоставе до 60-70% сечения водотока, образование ледяных заторов, количество сора, водорослей, обрастателей и загрязнений, затрудняющих работу водозабора. Участки нижнего бьефа ГЭС в зоне устойчивого ледяного покрова. Судоходство. Лесосплав

Таблица 3.5 - Показатели категории надежности подачи воды водозаборных сооружений из поверхностных источников

Типы водоприемных устройств Категория надёжности подачи воды водозаборных сооруженийПриродные условия забора водыЛегкиеСредниеТяжелыеСхема водозаборовабвабвабвБереговые незатопленные водоприемники с отверстиями, всегда доступными для обслуживания, с необходимыми ограждающими и вспомогательными сооружениями и устройствамиI--I--IIIIЗатопленные водоприемники всех видов, удаленные от берега, практически недоступные в отдельные периоды годаI--IIIIIIIIIIНестационарные водоприемные устройства фуникулёрного и плавучего типовIIIIIIIIIIIII---

Примечания:

Таблица составлена в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02. - 84 для водозаборов средней производительности, устраиваемых по трем схемам: а - в одном створе при секционировании водозабора; б-то же, но при двух и более водоприемниках, размещенных в виде отдельных сооружений или водоприемников усовершенствованного типа; в-в двух створах, удаленных на расстояние, исключающее возможность одновременного перерыва забора воды.

В средних природных условиях водозабор по схеме а в каждом створе должен устраиваться секционированием.

В тяжелых природных условиях водозабор по схеме в в каждом створе должен иметь не менее двух водоприёмников.

2.6Выбор типа водоприёмника и его расчёт

Рассмотрим назначение, проектирование, конструирование и расчёт элементов руслового водозабора, начиная с оголовка и далее по ходу движения воды.

Оголовок (водоприёмник) служит не только для непосредственного приёма воды из источника, но и для укрепления и защиты от повреждений концов самотечных (сифонных) трубопроводов. От конструкции, места расположения и надёжности работы оголовков в значительной мере зависит бесперебойность подачи воды в систему водоснабжения.

Все типы водоприёмников подразделяют на два вида: затопленные и незатопленные.

Затопленные оголовки располагают ниже минимального расчётного уровня воды и нижней кромки ледяного покрова при ледоставе. Они наиболее дешевы, менее трудоёмки в строительстве и поэтому получили наибольшее распространение. Водоприёмники оборудуются вспомогательными средствами для наблюдения за их работой и состоянием, для промывки сороудерживающих решеток обратным током воды, а также для борьбы обледенением и обрастанием.

Конструкция и расположение затопленных оголовков не должны нарушать движение водного потока и наносов, для чего им придают удобообтекаемую форму. Водоприёмные отверстия располагают так, чтобы в них не попадали донные наносы, шуга и рыбья молодь. Обычно затопленные водоприемники устраивают с боковым или низовым приемом воды. Лобовой (по течению) прием воды не рекомендуется, так как шуга и сор прижимаются потоком воды к решеткам, забивают сетки (кассеты).

Для забора малых расходов воды (0,02-0,2 м3/с) из не судоходных водоемов с легкими природными условиями применяются незащищенные раструбные оголовки, а при производительности до 0,5 м/с - трубчатые и тарельчатые оголовки.

На водоемах с легкими и средними природными условиями забора воды при производительности водозабора до 1 м3/с применяются железобетонные и ряжевые оголовки с боковым приемом воды, а при тяжелых шуголедовых условиях - фильтрующие ряжевые оголовки.

Для обеспечения устойчивого забора воды при малых глубинах потока и наличии большого количества внутриводного льда (шуги) или донных наносов рекомендуется устройство водозаборных ковшей. Предпочтение следует отдавать ковшам, заглубленным в берег с низовым входом воды в ковш.

Необходимая наименьшая глубина водоема в месте расположения водоприёмника определяется по формуле (3.1):

(3.1)

где P - высота порога, принимаемая равной не менее 0,5 м [8];

b - высота решётки водоприёмного окна (по расчету);

k - высота конструктивного превышения верха водоприёмника над водоприёмным отверстием (в зависимости от типа и конструкции водоприёмника k =0,1-1 м);

s - высота забрала, принимаемая соответственно не менее 0,3 м ложбины волны и 0,2 м от нижней кромки льда до верха водоприёмника;

hв - высота волны при заборе воды.

Учитывая возможность отложения донных наносов у водоприемного оголовка и для уменьшения поступления воды из придонных слоев, имеющих большую мутность, обычно величину порога Р назначают 0,7-1,5 м. Если в воде содержится большое количество сора, а также для уменьшения попадания шуги в оголовок он может быть выдвинут дальше в источник.

Водоприёмник должен выноситься в область наибольших глубин и размещаться вне зоны отложения наносов. Оголовки независимо от вида материала проектируют обтекаемой формы и располагают вдоль течения.

Водоприёмные окна могут располагаться в различных плоскостях оголовка в зависимости от характера движения наносов, размываемости дна, шуголедовых условий (таблица 3.6).

Тип водоприёмника, его конструкцию с учётом надёжности забора воды и природных условий следует назначать на основании требований строительных норм и правил.

Оголовок устанавливается на специальном основании (щебеночная подушка, ряжевая конструкция, свайный ростверк). Фундамент оголовка заглубляют на 1,0-2,5 м в дно. Вокруг оголовка русло крепится фашинами или каменной наброской.

Таблица 3.6 - Расположение водоприёмных окон оголовков

Расположение оконУсловия, влияющие на расположение оконНа боковой поверхностиСреднее или малое количество наносов, средние и тяжёлые шуголедовые условия, малые глубиныНа низовой по ходу движения воды поверхностиПо наносам легкие и средние условия, шуголедовые условия лёгкиеНа верхней (лобовой) поверхности при пороге не менее 2 мМалоразмываемое дно, отсутствие шугиНа верхней горизонтальной поверхностиПо наносам тяжёлые и очень тяжёлые условия, шуголедовые условия средние и тяжёлыеНа нижней горизонтальной поверхности, на расстоянии от дна не менее 2-3 мПо наносам средние и тяжёлые условия, по шуголедовым тяжёлые и очень тяжёлыеПриём воды должен производиться через два или более водоприёмных отверстия. Размеры водоприёмных отверстий или фильтрующей поверхности оголовков назначаются по формуле

(3.2)

где Wбр - площадь отверстия (брутто) одной секции водоприёмника, м2;

Qр - расчетный расход одной секции, м3/с;

Vвт - скорость втекания в водоприемные отверстия, отнесенная к их сечению в свету, м/с. Допустимая скорость втекания воды Vвт = 0,1-0,3 м/с; при тяжелых шуголедовых условиях 0,05 м/с;

k - коэффициент, учитывающий стеснение отверстий стержнями решеток или сеток, принимаемый:

(3.3)

где a - расстояние вежду стержнями в свету, (50 мм);

c - толщина стержней (12-14 мм);

,25 - коэффициент, учитывающий засорение отверстий.

Размеры водоприёмных отверстий назначаются в соответствии с принятыми размерами решеток.

Конструирование оголовка заключается в следующем. С учетом принятого типа водоприемника, ориентируясь на рассчитанные размеры решеток и входных отверстий, назначают в плане размеры водоприемника. По краям отверстия для удобства перемещения решеток устанавливают направляющие швеллеры (рисунок 3.3). При этом учитывают, что расстояние между водоприемными окнами между окнами и краем оголовка принимается конструктивно 0,5-1 м (рисунок 3.4). Соотношение между длиной водоприемника L и шириной В принимается как L:В=5:3 с углом заострения б=60-70° при размываемых грунтах, и б=90-100° при плотных грунтах.

Рисунок 3.3 - Схема установки решеток в оголовке:

1 - корпус оголовка; 2 - сороудерживающая решетка; 3 - направляющие решетки; 4 - деревянный брус

Рисунок 3.4 - Схема для определения размеров оголовка

Типы водоприемников:

а) Стальные незащищенные оголовки (рисунок 3.5)

Рисунок 3.5 - Стальные незащищенные оголовки: а - трубчатый; б - тарельчатый: 1 - заглушка; 2 - сороудерживающая решетка; 3 - водоприемная труба; 4 - приемный раструб; 5 - вертикальный патрубок; 6 - врезной соединительный патрубок; 7 - фланец

Применение: на водоемах, не используемых для лесосплава и судоходства с относительно легкими природными условиями, при небольшой (до 0,5 м3/с) производительности водозабора. Простые, сборные, недорогостоящие, быстросменяемые вносят значительные возмущения в поток, труднодоступный, боится ударов, требует установки рыбозаградителей.

б) Железобетонный раструбный защищенный оголовок с боковым приемом воды (рисунок 3.6)

Рисунок 3.6 - Железобетонный раструбный защищенный оголовок с боковым приемом воды: 1 - сороудерживающая решетка; 2 - раструб; 3 - железобетонный корпус оголовка; 4 - самотечный или сифонный водовод; 5 - закрепление русла камнем; 6 - загрузка галечником, щебнем или тощим бетоном

Рекомендуемые размеры, м: А=5,5ч16,8; Б=2,5ч4,1; В=2,6ч3; Д=1,7ч2,1; Н=1,4 ч1,8

Применение: на небольших лесосплавных водоемах с легкими и средними природными условиями, при небольшой (до 1 м3/с) производительности водозаборов.

Надежно защищают концы самотечных и сифонных водоводов, позволяют забирать воду с небольшими входными скоростями, могут выполняться индустриальным способом.

Громоздкие и тяжелые в монтаже, требуют установки рыбозаградителей, труднодоступные

2.7Разработка рыбозащитных мероприятий, мероприятия против наносов, шуги, обмерзания и внутриводным льдом

Рыбозащитные устройства. По современным требованиям, любой водозабор, являясь технологическим элементом системы водоснабжения и отвечая требованиям ее надежности, должен одновременно функционировать как природоохранный объект. Рыбозащитные устройства должны рассматриваться как неотъемлемый элемент водозабора.

Не допускаются строительство и эксплуатация водозаборов без согласования с органами рыбоохраны. Отсюда вытекают главные требования к рыбозащитным устройствам (РЗУ): бесперебойный пропуск воды; эффективная рыбозащита; надежность действия при доступных средствах эксплуатации (простота конструкции, автоматическое действие и т.д.).

Рыбозащитные сооружения работоспособны только в том случае, если при их создании учитывается взаимодействие мигрирующих рыб и скатывающейся молоди с сооружениями и образующимися при их работе течениями воды. Рыбы в потоке воды, как правило, двигаются против течения. Течение воды является основным фактором их привлечения в рыбопропускные сооружения.

Ориентация рыб против течения происходит по неподвижным ориентирам, в основном при помощи зрения, осязания и органов боковой линии. Отсутствие соответствующих условий ориентации приводит к сносу рыб течением, поэтому важно знать величины пороговой, привлекающей, сносящей и рывковой скоростей потока.

Одним из основных средств рыбозащиты для затопленных водоприемников является назначение скорости входа воды в водоприемник в 3 раза меньшей, чем скорость потока.

Скорость втекания воды в водоприемные отверстия для затопленных водоприемников следует принимать 0,1-0,3 м/с, для береговых незатопленных водозаборов Vвт = 0,2-0,6 м/с; с учетом требований рыбозащиты в водоемах со скоростями течения не менее 0,4 м/с, допустимая скорость входа 0,25 м/с; для очень тяжелых шуголедовых условий принимается 0,05 м/с.

Полностью исключается возможность попадания рыб в инфильтрационные водоприемники. Для затопленных оголовков малой производительности, оборудованных сороудерживающими решетками, в период ската рыбьей молоди предусматривают устройство специальных пазов с целью установки временных рыбозащитных сеток с малой ячеей и периодической промывкой их обратным током воды.

В иных случаях предусматривают устройство специальных сетчатых, гидравлических и электрических рыбозаградителей (рисунок 3.7) [6].

В процессе забора воды из источника водоприемные отверстия могут закупориваться наносами, шугой, внутриводным льдом, сором и обрастаниями. Предотвратить эти явления на водозаборах равнинных водоемов можно устройством перед водозабором струенаправляющих дамб или установкой щитов Потапова. На водозаборах из водоемов с большим содержанием наносов перед водоприемными окнами предусматриваются специальные промывные карманы и отверстия, каналы для удаления осевших наносов и др.

В водозаборных сооружениях, размещаемых без учета этих обстоятельств, водоприемные отверстия будут частично или полностью перекрываться отложениями, снижается пропускная способность самотечных или сифонных трубопроводов, накапливаются наносы в береговых колодцах и т.д.

Защита оголовков на водозаборах от наносов не менее сложна, чем защита от внутриводного льда. К тому же ущерб от наносов оказывается более тяжелым, ибо наносы отлагаются не только в оголовках, береговых колодцах и самотечных трубопроводах, но и в камерах реакций, в отстойниках водоочистных станций, осложняя работу головных сооружений водопроводов в целом. Надежная защита водозаборов от наносов достигается при комплексном решении задач на основе глубокого изучения особенностей поверхностного источника.

Основным средством борьбы с шугой и льдом является правильный выбор места расположения водозаборных сооружений, типа водозабора и его конструктивных элементов.

Наиболее надежным и распространенным средством защиты водозаборных сооружений от шуги является обеспечение очень малых скоростей поступления воды в водоприемники (Vвт = 0,01-0,05 м/с). При малом количестве шуги и при большой производительности водозабора достаточно надежными средствами являются: применение сороудерживающих решеток из гидрофобных материалов; применение специальных фильтрующих оголовков; применение плавучих ограждающих устройств (шугоотбойных запаней).

Водоприемники небольшой и средней производительности в водоемах с тяжелыми шуговыми условиями, с целью повышения надежности работы устраиваются в двух створах, расположенных на расстоянии, исключающих одновременный перерыв в подаче воды. При большой и средней производительности водозабора целесообразно устраивать водоприемные ковши, обеспечивающие защиту водозабора от шуги и донного льда.

Русловые водозаборы должны быть оборудованы промывными устройствами, позволяющими в любое время очистить самотечные и сифонные водоводы и решетки оголовков от шуги и отложений.

Рисунок 3.7 ? Схемы установки рыбозаградителей на водозаборах: а, б - механические; в, г - электрические; 1, 4 - самотечный или сифонный трубопровод; 2 - русловое водоприёмное устройство-оголовок; 3 - сетчатый барабан; 5 - эстакада или мостик; 6 - глухие открылки; 7 - системы электродов электрорыбозаградители

2.8Проектирование самотечных трубопроводов

После выбора места установки водоприемника в источнике и берегового сеточного колодца в профиле берега намечают трассу самотечного или сифонного трубопровода [8]. Самотечные и сифонные линии прокладывают не менее чем в две нити. Обычно их количество соответствует числу секций берегового колодца.

Самотёчные линии следует прокладывать без резких поворотов в плане и профиле и по возможности с подъёмом в сторону колодца, а сифонные линии - только с подъемом; материал труб выбирается в соответствии с [8]. С целью защиты самотечных водоводов от подмыва водным потоком и повреждений якорями судов их следует заглублять ниже дна на судоходных водоемах на 0,8-1,5 м, на несудоходных - на 0,5 м. Вводить самотечные водоводы в береговые колодцы следует через сальник, причем они должны быть заглублены на 0,5-0,7 м относительно наиболее низкого уровня воды в аванкамере.

На конце самотечных и сифонных линий внутри водоприемной камеры устанавливается арматура с дистанционным управлением (задвижка, поворотные затворы), а при обратной промывке линий от НС?I или НС?II - тарельчатые клапаны [15]. Расстояние от фланца задвижки до стены колодца принимается равным двум диаметрам водовода, но не менее 500 мм для подключения промывного водовода.

Сифонные водоводы допускается применять в водозаборах второй и третьей категории надежности подачи воды, а также в случаях, когда по геологическим и гидрогеологическим условиям прокладка самотечных водоводов затруднена и экономически невыгодна.

Диаметр самотечных и сифонных водоводов определяется в зависимости от расхода и значения допускаемых скоростей в условиях нормального режима работы. Для самотечных труб скорость VС принимается равной 0,7-1,5 м/с. Большие значения следует принимать для больших производительностей водозабора при большом содержании взвеси и малой длине самотечных линий.

Диаметр трубопровода определяется по формуле:

(3.4)

где Qp - расчетный расход для одной секции, назначается в зависимости от типа водозабора, категории надежности подачи и условий работы водозабора (нормальных или чрезвычайных), м3/с;

VС - допускаемая расчетная скорость в трубопроводе, м/с.

Скорость в самотечных трубах должна быть проверена:

а) на незаиляемость транспортируемыми по трубе мелкими наносами в количестве с, кг/м3, имеющими средневзвешенную гидравлическую крупность щ, м/с, по формуле

(3.5)

(3.6)

щ - средневзвешенная гидравлическая крупность при определенной температуре воды и диаметре частиц;

C - коэффициент Шези;

d - диаметр частиц (таблица 3.6).

Таблица 3.6 ? Средневзвешенная гидравлическая крупность в неподвижной воде однородных по крупности зерен песчаных наносов по данным В.Н. Гончарова

Диаметр частиц d, мВеличина щ, м/с, при температуре воды, Т=°С5°10°15°20°0,000010,0000440,00005120,00005880,00006630,000050,00110,001280,001470,01660,00010,004410,005120,005880,006630,00020,01540,01710,01880,02040,00040,03780,03950,04120,04290,00050,0490,05070,05240,0540,00060,06020,06190,05360,06520,00080,08260,08430,0800,8760,0010,010500,1070,1080,110,00120,1270,1290,1310,1320,0015???0,1640,002???0,190,0025???0,210,003???0,2320,004???0,2680,005???0,30,006???0,3290,007???0,3550,009???0,4030,001???0,4250,015???0,520,02???0,60,025???0,6720,03???0,736

б) на возможность транспортирования более крупных (влекомых) наносов крупностью D по формуле

(3.7)

Крупность Д самых крупных влекомых наносов, которые могут оседать в самотечных водоводах в проекте принимается 1-1,5 мм.

Значение потерь напора в самотечной линии необходимо знать для определения отметки уровня воды в приемной камере берегового сеточного колодца.

Потери напора Н, м, на участке трубопроводной сети определяются по формуле

(3.8)

где? потери напора по длине трубопровода, м;

? потери напора в местных сопротивлениях, м.

Потери напора по длине трубопровода можно найти по формуле (3.9).

,(3.9)

где ? коэффициент гидравлических потерь.

Согласно СП 40-104-2001 коэффициент гидравлических потерь с учетом гидравлического сопротивления стыковых соединений при транспортировании по трубопроводу воды с коэффициентом кинематической вязкости
N=1,3?10-6 м/с2 определяется по формуле (5.4).

(3.10)

где А1 и т - коэффициенты, принимаемые равными: А1 = 0,0146; т= 0,226.

, (3.11)

гдеvi - средняя скорость движения воды, м/с;

? коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления, принимается по справочникам по гидравлическим расчетам или паспортам заводов-изготовителей;

Учитывая большую, как правило, протяженность водопроводной сети и небольшие потери напора в местных сопротивлениях, последние допускается принимать без детального расчета в размере 5 - 10% от потерь напора на трение по длине трубопровода.

Для надежной работы водозабора с затопленным оголовком и самотечным или сифонным водоводом необходимо предусматривать их промывку. Промывка самотечных водоводов применяется для удаления наносов, выпадающих в трубопроводе. Отложение наносов происходит, если движение воды в трубе прекращено по какой-либо причине или когда расчетная незаиляющая скорость уменьшена вследствие недостаточно точного учета параметров, от которых зависит эта скорость.

Промывка самотечных водоводов может осуществляться прямым или обратным током воды. При прямой промывке одна из самотечных линий отключается, а весь расход воды отбирается через другой водовод. При этом скорость в промываемом водоводе увеличивается в 1,5-2 раза, что обеспечивает разрыхление и вынос накопившихся наносов. Поступившие в береговой колодец наносы удаляются за пределы водозабора гидроэлеваторами.

Недостатки прямой промывки в том, что ее можно производить только при достаточно высоких уровнях воды в источнике.

Наиболее распространенной является промывка обратным током воды.

Обратная промывка - одно из наиболее эффективных средств для очистки не только самотечных водоводов, но и сороудерживающих решеток и фильтрующих кассет, особенно при наличии в источнике шуги. Подача воды для обратной промывки самотечной линии и грубых решеток осуществляется по специальной промывной линии от напорных водоводов НС?I. Другой конец промывной линии присоединяется к самотечному водоводу в береговом колодце. Скорость промывки определяется по формуле (3.12):

Vпр=1,5VC, (3.12)

где VC - скорость движения воды в самотечной линии при нормальном режиме работы.

Промывка самотечных линий производится поочередно. Диаметр промывной линии назначается конструктивно из соотношения dс»1,5dпр.

Расход воды на промывку самотечных водоводов определяется по формуле

(3.13)

Продолжительность промывки определяют опытным путем до восстановления пропускной способности самотечных линий, решеток или фильтров. Предварительно продолжительность промывки принимается 15-20 мин.

Внутри колодца промывная линия устраивается либо над перегородкой, либо рядом с перегородкой (рисунок 3.8). Задвижки на промывных линиях устанавливаются на горизонтальных участках.

Рисунок 3.8 ? Схема укладки промывных линий в береговом колодце: а - над перегородкой; б - рядом с перегородкой; 1 - самотечные водоводы; 2 - всасывающие водоводы; 3 - промывная линия

2.9Расчет сеток берегового колодца

Внутри берегового колодца предусматривается поперечная железобетонная перегородка, в которой размещают сороудерживающие сетки (плоские съёмные или вращающиеся). Перегородка разделяет колодец на два отделения: водоприёмное (или аванкамеру) - перед сеткой и всасывающее - за сеткой. Сетки предназначены для грубой очистки речной воды от крупнодисперсных взвешенных веществ и предотвращения их попадания во всасывающую камеру.

Площадь сеток Wбр определяется по формуле (3.2), а коэффициент k для сеток

(3.14)

где a - размер ячейки в свету 2-5 мм;

c - диаметр проволоки 1-2 мм.

По полученной общей площади определяют число сеток (не менее двух) и размеры сеток (l и h), причем размеры принимаются стандартными [6], но предварительно они увязываются с габаритами колодца и минимальным уровнем воды в источнике.

Плоские сетки чаще принимают при производительности водозабора до 1 м3/с, вращающиеся более 1 м3/с.

Для обеспечения непрерывности работы колодца в процессе промывки плоских сеток предусматривают два ряда направляющих. Предварительно опускают второй ряд сеток, а затем поднимают на промывку первый ряд. На рисунке 3.9 показана схема установки сеток.

Рисунок 3.9 ? Схема установки плоских сеток в перегородке берегового колодца

2.10Расчет всасывающих линий

Размеры сечений всасывающего трубопровода определяют для нормального режима работы водозабора при всех работающих всасывающих линиях и рекомендуемой скорости VВС=1,2-2,0 м/с [8]. Во избежание большого заглубления оси насоса рекомендуется принимать VВС?1,2 м/с. Конец всасывающей линии для уменьшения гидравлического сопротивления и предотвращения подсоса воздуха в трубопровод оборудуется воронкой, сеткой или диафрагмой. Требования по установке всасывающей линии во всасывающей камере колодца изложены в [6].

Потери напора во всасывающей линии hВС, м, определяют по формуле

(3.15)

где V - скорость движения во всасывающем патрубке насоса, принимаемая 2,5 м/с.

2.11Подбор оборудования для удаления осадка

Для предотвращения заиливания приемной камеры берегового колодца взвешенными частицами, поступающими вместе с водой и выпадающими в осадок вследствие резкого уменьшения скорости движения воды в колодце, аванкамера колодца оборудуется илоудаляющими устройствами. Если глубина подземной части берегового колодца менее 10 м, то для удаления осадка применяют гидроэлеваторы, эжекторы, если глубина берегового колодца больше 10 м - грязевые наносы, устанавливаемые в специальных приямках. При больших расходах дополнительно устраивают взмучивающие трубопроводы. В случае применения гидроэлеватора подача воды в него осуществляется от НС?I.

По рассчитанной производительности гидроэлеватора подбирают стационарный или переносной гидроэлеватор [6]. Переносной гидроэлеватор позволяет производить удаление осадка из любой части камеры.

2.12Подбор грузоподъёмного оборудования

Для подъёма сеток, затворов, задвижек в павильоне берегового колодца устанавливают грузоподъемное оборудование. Расчет необходимого усилия для подъёма производят по формуле

(3.16)

где Gс - вес сетки с тросом, т;

Pв - давление воды на 1 м2поверхности сетки Рв = 0,16 т/м2;

f - коэффициент трения металла по смоченному металлу, равный 0,44;

k - коэффициент запаса, равный 1,5.

Для подъёма сеток чаще всего принимают кран-балки с кошками, а для подъёма арматуры и щитов - тали и лебедки.

2.13Конструирование и определение размеров берегового колодца

По данным гидрологической характеристики источника устанавливается отметка низшего уровня воды, м, в береговом колодце или приемной камере:

(3.17)

где Zгнв - отметка горизонта низших вод в источнике, м;

hс - потери напора в самотечных линиях и оголовке, или в водоприемных отверстиях, м;

h' ? - потери напора в сетках(решетках), принимаемые равными 0,1-0,15 м

Береговые колодцы размечаются вне зоны затопления на отметках, превышающих на 0,5-1 м горизонт самых высоких вод в источнике.

Колодцы водозаборов совмещенного типа состоят из трёх отделений: аванкамеры, отделения всасывающих труб и машинного зала насосной станции первого подъёма. Для водозаборов раздельного типа насосная станция находится в самостоятельном здании.

Аванкамеры разделяются стенками на секции по числу самотечных или сифонных линий, отделение всасывающих труб также разбивается перегородками на секции (не менее двух). В аванкамере размещают лестницу-стремянку и эжектор для удаления осадка.

Секции сообщаются между собой посредством окон, закрываемых затворами или съёмными щитами.

Береговые колодцы проектируют обычно из железобетона, двухсекционными, круглыми в плане, диаметром от 4 до 8 м, кратным 1 м, встречаются и прямоугольные колодцы. Форма в плане берегового колодца зависит от способа производства строительных работ. При опускном способе рекомендуется проектировать колодец круглым в плане. Размеры колодца назначают конструктивно.

При проектировании берегового водоприёмного сеточного колодца необходимо определить его минимальные размеры в плане и высоту. Из соображений надежности работы водозабора предусматривают секционирование колодца. Размеры секции водоприемной камеры обусловливаются размещением затворов на концах самотечных и сифонных труб, возможностями монтажа сеток, перепускной задвижки в перегородке, гидроэлеватора, лестницы и условий удобства их обслуживания.

Габариты всасывающей камеры зависят от конструкции всасывающей воронки, диаметра и камеры всасывающих трубопроводов.

Рекомендации по расположению всасывающих трубопроводов в береговом колодце приведены [6].

Днище колодца во всасывающем отделении устраивают наклонным в сторону приемной камеры с целью создания условий для сползания выпавшего осадка. Выпуск осадка в приемную камеру осуществляется по перепускной трубе d =100 мм, уложенной вровень с дном.

Отметка дна колодца назначается исходя из высоты рабочей части полотнища сеток, отсчитываемой от минимального уровня воды во всасывающей камере.

При этом следует иметь в виду, что минимальный уровень воды в приёмном отделении берегового колодца ниже уровня низких вод на величину потерь напора в решетке и самотечной линии.

Сетки должны быть полностью погружены в воду. При повышении этого уровня необходимо увеличить глубину колодца или ширину сетки и размер колодца в плане. На дне колодца делают приямок для осадка, глубиной 0,5-0,7 м.

Расстояние от низа самотечной трубы до днища камеры принимается не менее 0,7 м. Такое же расстояние назначают в перегородке от низа сетки до днища.

Объём воды в каждой секции колодца при низком расчетном уровне воды должен быть определен из условий запуска насоса и совместной работы самотечных и всасывающих водоводов и водоприемного сеточного колодца и не должен быть менее 30-35 кратного секундного расхода воды, забираемого из секции.

Толщина стенок берегового колодца назначается в пределах 0,6-1 м.

Для окончательного назначения размеров берегового колодца его следует начертить в масштабе с нанесением арматуры, всех трубопроводов, рекомендуемых расстояний между ними и увязать их между собой.

Водоприёмные сеточные колодцы оборудуются устройствами для замера перепада воды на решетках и водоприемных сетках.

Над береговым водоприёмным колодцем устраивают утепленный павильон, где предусматривают колонки для управления задвижками, устройства для подъёма, опускания, транспортирования и промывки сеток, а также для монтажа и демонтажа механического оборудования.

Назначение высоты павильона производят в соответствии со схемой (рисунок 3.11).

Рисунок 3.11 ? Cxeмa определения высоты павильона берегового колодца: 1 - павильон; 2 - двутавр; 3 - таль с кошкой; 4 - сетка

Водовыпускные сооружения

2.14Выбор водоисточника

Для недопущения катастрофического снижения уровня воды в озере до его полного исчезновения, ежегодно (в маловодные годы) необходимо дополнительно подавать около 20 млн. м3 воды с апреля по октябрь месяцы. Средний расход воды составит 1 м3/с. Для обеспечения такого расхода воды необходимо строительство напорного трубопровода между озером и Азовским морем или Бейсугским лиманом.

Бейсугский лиман относится к нагульным и нерестовым водоёмам. На части территории Бейсугского лимана (устье р. Бейсуг) создано нерестово-выростное хозяйство на площади 9,3 тыс. га, где занимаются воспроизводством проходных и полупроходных рыб. Водоём используется как крупное естественное нерестилище ценных промысловых видов ? судака, сазана, тарани и леща. Большое значение имеет длиннопалый кубанский рак. Согласно СНиП 2.04.02-84 не допускается размещать водоприемники в местах зимовья и нереста рыб, поэтому использовать Бейсугский лиман в качестве водоисточника не желательно.

2.15Трассировка водовода

Первоочередной задачей при проектировании водовода является трассирование, т.е. начертание линий трубопровода в плане. Трассирование производят исходя из условия обеспечения достаточной надежности при наименьшей стоимости строительства, учитывая при этом расположение источника водоснабжения и потребителей, рельеф местности, наличие естественных и искусственных препятствий для прокладки труб (река, овраги, дороги и др.).

Трассировка водоводов производится на топографических картах местности по кратчайшему расстоянию, с обходом естественных препятствий.

Предполагаемый участок прокладки водовода на карте поисково-информационного сервиса Яндекс. Карты

С помощью поисково-информационного сервиса Яндекс. Карты можно определить приближенное расположение проектируемого водовода. Длина водовода составит 1500 м (рисунок 6.1).

2.16Батиметрия Азовского моря и колебания уровня воды

В настоящее время дно Азовского моря представляет собой мелководную равнину. Дно моря очень ровное, лишь от кос простираются отмели, глубина которых не превышает 2 м (рисунок ). Карта батиметрии Азовского моря представлена в Приложении А.

Азовское море относится к бесприливным. Годовой ход и многолетние колебания уровня Азовского моря обусловлены изменением общего объема воды в море вследствие изменения соотношений между составляющими водного баланса: речным стоком, количеством атмосферных осадков, испарением и водообменом через Керченский пролив с Черным морем [10].

Батиметрия Азовского моря

В годовом ходе уровня Азовского моря можно выделить два основных периода: с положительными и отрицательными приращениями уровня моря, когда его значения соответственно выше или ниже среднего многолетнего.

Наиболее высокие уровни наблюдаются летом (минус 15,0 см) и весной (минус 17,7 см), когда их значения выше среднего (минус 25,3 см) на 10,3 и 7,6 см соответственно. Осенью в связи с изменением пресного баланса и увеличением повторяемости северовосточных ветров, способствующих стоку воды в Черное море, уровень опускается до самых низких отметок (минус 34,0 см, т.е. на 87 см ниже среднего многолетнего). Зимой уровень несколько выше, чем осенью. Однако его значение (минус 28,0 см) ниже среднего на 2,7 см. Аналогичный годовой ход имеют наибольшие и наименьшие в ряду лет месячные уровни.

Отмеченные сезонные различия в колебаниях уровня Азовского моря отражают преобладающие тенденции в его годовом ходе, от которых могут быть отклонения. В многолетнем плане среднее значение сезонного хода уровня составило 26 см с максимумом летом и минимумом осенью. Наибольшее значение колебаний уровня составило 52 см (1951 г.), наименьшее ? 13 см (1976 г.).

Подъем уровня начинается в ноябре - декабре и продолжается до мая - июня. Наиболее интенсивно уровень повышается с марта по май. В мае - июне, после окончания паводка, сток постепенно уменьшается и уровень начинает понижаться. Стояние уровня на отметках выше среднего наблюдается с марта по август, на отметках ниже среднего - с сентября по февраль. Наиболее вероятное время наступления максимумов - май и июнь, минимумов - октябрь и ноябрь.

2.17Ледовый режим Азовского моря

На Азовском море ежегодно образуются льды [10]. Раньше всего ледообразование начинается в восточной части Таганрогского залива. Ледовитость Таганрогского залива увеличивается в направлении с юго-запада на северо-восток. В открытых районах появление льда фиксируется в первой-второй декаде декабря. В суровые зимы к этому времени лед появляется и в западной части залива. В умеренные и мягкие зимы первое появление льда в его западной части отмечается в 3-й декаде декабря - 1-й декаде января. Первое замерзание наступает спустя 7-10 дней после начала ледообразования. Наиболее короток период замерзания в устьях рек. По направлению к западу продолжительность периода замерзания возрастает. В среднем западная часть залива полностью покрывается льдом к 15 января. В мягкие зимы полного замерзания здесь может и не быть.

В ледовый сезон в море распространены преимущественно дрейфующие льды. Сплошной неподвижный ледяной покров неоднократно взламывается в течение зимы. Наиболее устойчив он в устье Дона и в крайней восточной части залива, как это видно на рисунке 3.4. Припай образует полосу шириной от 1,0 мили на юго-востоке моря до 3-4 миль на севере и востоке, а в Таганрогском заливе и некоторых лиманах он более широкий. Толщина льда в заливе в умеренные и суровые зимы достигает 60-80 см, в мягкие 40-45 см, в исключительно мягкие не превышает 20-25 см. Местоположение и характер торосов непостоянны, но особенно сильное торошение происходит у отмелей и кос. Торосистость увеличивается в западной части залива, где обычно образуется пояс торосов шириной более 1 мили при высоте 1-2 м. По данным многолетних наблюдений, продолжительность ледового периода (от даты появления начальных видов льда до его полного исчезновения) в разных районах моря также сильно варьирует. Его средняя продолжительность составляет приближенно 100-125 сут. в вершине Таганрогского залива, а также в крайнем западном районе моря и 60-70 сут. в самых южных районах. По среднемноголетним данным льды занимают 29% общей площади моря.

2.18Подбор диаметра труб и гидравлический расчет общих потерь напора в трубопроводе

Гидравлический расчет сетей водоснабжения из стеклопластиковых труб следует выполнять в соответствии с требованиями СП 40-104-2001, СНиП 2.04.02, а также СП 40-102.

Расчетный расход Q=1 м3/с. Значение скорости потока v=3 м/с.

Расчетный диаметр трубы d из формулы (5.1):

Для номинальной величины диаметра трубопровода d=700 мм скорость потока v=2,6 м/с.

По формуле (3.10):

По формуле (3.9).

Пусть

Тогда потери напора Н на участке трубопроводной сети определяются по формуле (3.8):

2.19Обоснование схемы водозабора

В качестве водоисточника рассматривается Азовское море, которое характеризуется пологими песчано-ракушечными берегами и небольшой амплитудой колебаний уровней воды (0,26 м). В данных условиях и при малой производительности водозабора (1 м3/с) применим русловой водозабор с раздельным расположением насосной станции первого подъема и водоприемного колодца. Четыре затопленных оголовка соединены самотечными линиями с береговым сетчатым колодцем. Категория надежности водозабора - III.

Для обеспечения надёжной работы водозабора предусмотрим его секционирование. Число секций равно числу насосов.

2.20Гидравлический расчет сеток берегового колодца

Внутри берегового колодца предусматривается поперечная железобетонная перегородка, в которой размещают сороудерживающие сетки (плоские съёмные).

Площадь сеток Wбр определяется по формуле (3.2) при размерах ячейки в свету a=5 мм и диаметре проволоки c=2 мм.

Из формулы (3.15):

Площадь сеток Wбр по формуле (3.2)

По полученной общей площади определяют число сеток (не менее двух) и размеры сеток (l и h), причем размеры принимаются стандартными [13], но предварительно они увязываются с габаритами колодца и минимальным уровнем воды в источнике. Предварительно примем размеры сеток 1500х2000 с площадью живого сечения 2,58 м2, массой 305 кг.

2.21Гидравлический расчет всасывающих линий

Размеры сечений всасывающего трубопровода определяют для нормального режима работы водозабора, т.е. при Qн=0,33 м3/с и рекомендуемой скорости VВС=1,2 м/с.

Потери напора по длине трубопровода можно найти по формуле (5.3):

Коэффициент гидравлических потерь определяется по формуле (5.4):

Для расчета местных сопротивлений учтем наличие колена в трубопроводе с углом 90° и конфузор. По таблице Б.1 примем:

При скорости движения во всасывающем патрубке насоса V=1,2 м/с, общие потери напора во всасывающем трубопроводе равны:

2.22Определение требуемого напора на насосной станции

Примем разность геодезических отметок оси насосов и оси водовыпуска в о. Ханское (z-z0)=1 м. Требуемый напор на насосной станции можно определить по формуле (5.2):

2.23Обоснование выбранного насосного оборудования

Определив расчетные напор НА=13,97 м и подачу QА=1 м3/с, по сводным графикам полей насосов типа Д (рисунок 5.3) выбираем по напору в соответствии с графиком работы ближайший подходящий насос. Подачу воды в сеть в нашем случае будут обеспечивать три рабочих насоса и один резервный, подобран насос Д1250-14.

Характеристика насоса Д 1250-14

Насос Д 1250-14 - насос центробежный, горизонтальный, одноступенчатый с полуспиральным подводом жидкости к двустороннему рабочему колесу и приводом от электродвигателя через соединительную упругую муфту.

2.24Подбор типа водоприёмника и его гидравлический расчёт

Выбранный насос Д 1250-14 характеризуется максимальным расходом воды Q=0,42 м3/с. Т.е. имеется возможность применять как трубчатые и тарельчатые оголовки, так и железобетонные и ряжевые оголовки с боковым приемом воды. Произведем расчет железобетонного оголовка с боковым приемом воды

Размеры водоприёмных отверстий или фильтрующей поверхности оголовков назначаются по формуле (3.2) при Vвт=0,3 м/с, Qр=0,42 м3/с. Расстояние между стержнями решеток в свету а=50 мм, толщина стержней c=12 мм.

Коэффициент k, учитывающий стеснение отверстий стержнями, принимаемый по формуле (3.3):

Площадь отверстия (брутто) Wбр одной секции водоприёмника по формуле (3.2):

Размеры водоприёмных отверстий назначаются в соответствии с принятыми размерами решеток. Расчетной площади Wбр соответствует номинальный размер решеток 1500х2000 мм, площадь живого сечения решетки 2,58 м2 [13], скорость втекания воды Vвт=0,25 м/с.

Таким образом, длина одной секции водоприемного оголовка L=2 м, расстояние между водоприемными окнами, между окнами и краем оголовка принимаем конструктивно 0,5 м. В соответствии с рекомендуемыми размерами для железобетонного раструбного защищенного оголовка с боковым приемом воды примем А=16,8 м; Б=4,1 м; В=3 м; Д=2,1 м; Ног=1,8 м (рисунок).

Железобетонный раструбный защищенный оголовок с боковым приемом воды: 1 - сороудерживающая решетка; 2 - раструб; 3 - железобетонный корпус оголовка; 4 - самотечный или сифонный водовод; 5 - закрепление русла камнем; 6 - загрузка галечником, щебнем или тощим бетоном.

Необходимая наименьшая глубина водоисточника в месте расположения водоприёмника определяется из формулы (3.1):

где s=0,3 м от ложбины и расчетная высота волны в Азовском море hв=2 м.

Оголовок устанавливается на специальном основании (щебеночная подушка, ряжевая конструкция, свайный ростверк). Фундамент оголовка заглубляют на 1,0-2,5 м в дно. Вокруг оголовка русло крепится фашинами или каменной наброской.

2.25Гидравлический расчет самотечных трубопроводов

Из формулы (3.4) определяем диаметр самотечных водоводов.

Для номинального диаметра Dтр=1 м и расхода Qр=1 м3/с значение скорости VС=1,3 м/с.

Проверим скорость в самотечных трубах:

а) на незаиляемость транспортируемыми по трубе мелкими наносами в количестве с=1,02 кг/м3, имеющими средневзвешенную гидравлическую крупность щ=0,0204 м/с, диаметр частиц d=0,0002 м по формуле (3.5):

где

б) на возможность транспортирования более крупных (влекомых) наносов крупностью D по формуле (3.7):

Крупность Д самых крупных влекомых наносов, которые могут оседать в самотечных водоводах в проекте принимается 1,5 мм.

Водоприёмник должен выноситься в область наибольших глубин. Необходимая наименьшая глубина водоисточника в месте расположения водоприёмника 3,1 м. Как видно из Приложения А требуемая глубина достаточно отдалена от берега. Примем длину самотечных линий l=1000 м.

Потери напора hс, при движении воды в самотечной линии следует определять по формуле (3.8).

Потери напора по длине трубопровода можно найти по формуле (3.9).

Коэффициент гидравлических потерь определяется по формуле (3.10).

где А1 и т - коэффициенты, принимаемые равными: А1=0,0146; т=0,226.

Учитывая большую протяженность самотечной линии и небольшие потери напора в местных сопротивлениях, последние допускается принимать без детального расчета в размере 5 - 10% от потерь напора на трение по длине трубопровода.

Таким образом,

Из расчетов ясно, что потери напора в самотечном водоводе достаточно велики. Решить эту проблему, а также проблему сложности прокладки водовода такой длины позволит вынесение берегового колодца на отсыпной остров или углубление дна на участке водозабора.

Для надежной работы водозабора с затопленным оголовком и самотечным водоводом необходимо предусматривать их промывку.

Скорость обратной промывки:

Промывка самотечных линий производится поочередно. Диаметр промывной линии назначается конструктивно из соотношения

Расход воды на промывку самотечных водоводов определяется по формуле (3.11)

Продолжительность промывки определяют опытным путем до восстановления пропускной способности самотечных линий, решеток или фильтров. Предварительно продолжительность промывки принимается 15?20 мин.

2.26Подбор грузоподъемного оборудования и оборудования для удаления осадка

Для предотвращения заиливания приемной камеры берегового колодца взвешенными частицами, поступающими вместе с водой и выпадающими в осадок вследствие резкого уменьшения скорости движения воды в колодце, аванкамера колодца оборудуется илоудаляющим устройством ? гидроэлеватором, подача воды в который осуществляется от НС?I.

Для подъёма сеток, затворов, задвижек в павильоне берегового колодца устанавливают грузоподъемное оборудование. Расчет необходимого усилия для подъёма производят по формуле (3.19) при весе сетки с тросом Gс»0,4 т, давлении воды на 1 м2поверхности сетки Рв=0,16 т/м2, коэффициент трения металла по смоченному металлу f=0,44, коэффициент запаса k=1,5.

2.27Конструирование и определение размеров берегового колодца

По данным гидрологической характеристики источника устанавливается отметка низшего уровня воды в береговом колодце или приемной камере из формулы (3.17):

где Zгнв=-0,34 м.

Принимаем ширину камеры

При расположении всасывающей (вертикальной) трубы у задней стенки камеры расстояние ее входного отверстия от дна

,

а заглубление входного отверстия под минимальный уровень воды

=(1…1,5) Dвс»(1…1,5)?1=1…1,5 (м),

принимаем s=1,3 м. Глубина воды в камере у всасывающей трубы составляет

кам=h1+s=0,8+1,3=2,1 м.

Дну камеры придают уклон 0,05 в сторону передней стенки.

Находим длину камеры из условия создания в ней минимального объемакам= (15…20) Qн = (15…20) 0,42=6,3…8,4 м3.

Объем камеры

Тогда длина камеры

Конструктивно длина камеры должна быть достаточной для размещения оборудования - дискового затвора, вертикальной всасывающей трубы и обеспечения проходов шириной не менее 1 м. Береговые колодцы размещаются вне зоны затопления на отметках, превышающих на 0,5-1 м горизонт самых высоких вод в источнике.

На дне колодца делают приямок для осадка, глубиной 0,5-0,7 м.

Расстояние от низа самотечной трубы до днища камеры принимается не менее 0,7 м. Такое же расстояние назначают в перегородке от низа сетки до днища.

Толщина стенок берегового колодца назначается в пределах 0,6-1 м.

Для окончательного назначения размеров берегового колодца его следует начертить в масштабе с нанесением арматуры, всех трубопроводов, рекомендуемых расстояний между ними и увязать их между собой.

Водоприёмные сеточные колодцы оборудуются устройствами для замера перепада воды на решетках и водоприемных сетках.

Над береговым водоприёмным колодцем устраивают утепленный павильон.

Заключение

В ходе работы запроектированы элементы гидроузла, способного подавать в озеро 1 м3/с воды из Азовского моря. Расход воды определен из условия недопущения катастрофического снижения уровня воды в озере до его полного исчезновения.

В процессе работы изучен СНиП 2.04.02-84* - Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Изложено обоснование выбора водоисточника, основы выбора и проектирования систем и схем водозабора из поверхностного источника, системы водовыпуска, напорно-регулирующих устройств, насосной станции, эколого-экономические основы проектирования.

В ходе работы выбран тип водозабора - русловый и произведён гидравлический расчёт водозаборного сооружения, включающего водоприемник с затопленными оголовками и насосную станцию. Произведен подбор материала и экономически обоснованных диаметров труб водовода и его гидравлический расчет.

Определён требуемый напор на насосной станции, фактический свободный напор, подобраны насосные агрегаты.

Список использованной литературы

1)Материалы комплексного экологического обследования участков территорий с целью корректировки (уточнения, изменения) границ и площади особо охраняемых природных территорий краевого значения побережья Азовского моря Краснодарского края. ТОМ 1. Текстовые материалы. Государственный контрак №3 от 21 июня 2011 г.: Краснодар, 2011

2)Отчет по выполненным научно-исследовательским работам на тему «Изучение динамики развития малых рек и озера Ханское, разработка предложений по их сохранению». Государственный контракт №20 от 22.09.2010 года.: Краснодар, 2010

)Азовское море и его охрана // Мариуполь и его окрестности: взгляд из XXI века - Мариуполь: Рената, 2008. СС. 332

)Белюченко И.С. Экология Краснодарского края (Региональная экология) // Учебное пособие. - Краснодар: ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ», 2010. - 356 с.

)Грязелечение. Холопов А.П., Шашель В.А., Перов Ю.М. // Курортология. Изд.: Периодика Кубани, 2002 - 284 с.

)Овчаров А.С., Кордзадзе Г.А., Шереметьев В.М., Шестопалов В.Л. Спутниковая геодинамическая обсерватория «Геленджик» и оценка состояния геологической среды Краснодарского края. В сб.: Опасные геологические процессы в пределах Западного Кавказа и прилегающей акватории Черного моря. 2009.

)ГОСТ 26966-86 (СТ СЭВ 4467-84) Сооружения водозаборные, водосборные и затворы. Термины и определения.

)СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения

9)Пособие к СНиП 2.04.02-84 Пособие по проектированию сооружений для забора поверхностных вод. Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии. (ВНИИ ВОДГЕО) Госстроя СССР. Справочное пособие к СН и П Москва Стройиздат 1990

10)Косьян Р.Д., Крыленко В.В.: «Научное обеспечение сбалансированного планирования хозяйственной деятельности на уникальных морских береговых ландшафтах и предложение по его использованию на примере Азово-Черноморского побережья», отчет по НИР, выполненной по заказу Министерства экономического развития Российской Федерации (Государственный контракт №1906-17-12), том 7, Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 2013

11)СП 40-105-2001 Проектирование и монтаж подземных трубопроводов канализации из стеклопластиковых труб

)Шевелев, Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб / Ф.А. Шевелев. - M.: Стройиздат, 1984. - 120 с.

)Оборудование водопроводно-канализационных сооружений: Справочник по специальным работам / под ред. А.С. Москвитина. - М.: Стройиздат, 1979. - 430 с.

)Сироткин, В.И. Водоприемные сооружения / В.И. Сироткин. - М.: Высш. шк., 1965.

)Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий под ред. И.А. Назарова. - М.: Изд-во лит. по строительству, 1977.