Лекция №14 (12.12.12)

Гидротехнические методы рекультивации.

Задачи гидротехнической рекультивации.

Рекультивация водных объектов

Ошибки в установлении задач и методов их разрешения могут привести в перспективе не к улучшению, а к ухудшению состояния малых рек.

Вложенные в рекультивацию средства наиболее быстро будут окупаться при комплексном решение хозяйственных, экологических и рекреационных задач. В большинстве случаев требования этих задач не противоречат, а дополняют друг друга.

Задачи рекультивации малых и средних рек следующие:

1) Задержание стока в почвенном покрове водосборного бассейна.

Задержание стока дождевых и талых вод на с/х угодьях уменьшает годовой сток реки. При этом максимальные расходы воды в период снеготаяния и больших ливней уменьшаются мало, следовательно, длительность прохождения руслообразующего расхода воды уменьшается не существенно. В то же время задержание стока на пашне приводит к существенному увеличению выхода с/х продукции. Поэтому объемы и технология задержания стока в пределах с/х угодий агротехническими мероприятиями не должны ограничиваться.

2) Повышение водообеспеченности на приречной территории.

С наступлением межени вблизи малых и особенно пересыхающих рек обнаруживается недостаток воды для хозяйственных целей. Улучшение водообеспеченности может быть достигнуто регулированием стока воды. Аккумулирование воды при снеготаянии и ливневом стоке может осуществляться в верховых и пристеоновых прудах, в специальных верховых водохранилищах, а так же в русловой емкости. Изъятие воды для орошения может производиться лишь при обосновании излишков стока с учетом водопользования и водопотребления по всей длине реки на современном уровне развития хозяйств и предприятий и в перспективе.

3) Увеличение продуктивности поймы путем регулирования ее затопления.

Речные долины неоднократно служили руслами палеорек, которые образовались при таянии ледников, покрывавших во время эпох оледенения огромные площади планеты. Параметры эрозионных врезов характеризуется величиной именно тех послеледниковых палеопотоков.

В половодье подъем уровня воды в открытых руслах опережает подъем уровня грунтового потока в пределах поймы. Поэтому в затопленной поверхностным потоком пойме возникает фильтрационное движение воды вниз. После половодья снижение уровней в открытых руслах снова опережает снижение уровней грунтовых потока, и он перемещается по водоносным грунтам в русло; при этом вода из пойменных отложений перемещается вниз, к дренирующему водоносному слою, и отводится в коренное русло.

Опресненная снеговой водой пойма быстро осушается, верхний слой ее прогревается – создаются оптимальные условия для развития растений.

Отсутствие поверхностного затопления поймы по причине маловодья, недопустимо больших объемов аккумуляции воды в водохранилищах, обвалования ее или по другим причинам приводит к замене благоприятного промывного режима вялыми процессами водообмена грунтового и руслового потоков или к установлению восходящего фильтрационного тока.

4) Затопление поймы в режиме нерестилищ.

Нерест различных видов рыб происходит преимущественно в марте – мае. К этому времени расходы в малых реках сильно уменьшаются, и процесс затопления пойм, нерест и развитие личинок и мальков происходит под влиянием подтопления малых рек половодьем. Возможно искусственное затопление пойм в режиме нерестилищ. Режим нерестилищ не противоречит продуктивному с/х использованию пойм.

5) Создание водоемов в коренном русле в межень.

В малых и средних реках в межень часто расходы воды бывают очень малыми. Но и при малых расходах имеется возможность создать глубоководный водоем в пределах бровок пойменных берегов.

Водоем может быть использован для рекреационных целей, разведения водоплавающей птицы, организации водопоя скота, в противопожарных целях, устройства подпора для мельниц и т.д. В пределах длины водоема уровни грунтового потока на пойме будут подперты.

6) Улучшение дренажа поймы.

В половодье пойма затопляется весенними водами. После спада она в более короткий срок должна быть пригодна для использования в качестве лугов и пастбищ, для посадки овощей и других с/х нужд. |Как правило, пойма подстилается водопроницаемыми грунтами, которые могут обеспечить эффективный дренаж по всей площади ее и отток грунтовой воды в коренное русло. Необходимыми условиями дренажа являются низкие уровни воды в коренном русле и возможность высачивания грунтовых пойменных вод в него без больших дополнительных гидравлических сопротивлений. Для обеспечения этих условий необходимо предотвращать заиление русла; более того, надо стимулировать хороший промыв коренного русла в половодье.

Обмелевшее русло требует промывки или расчистки.

Рельеф поймы, созданный самим потоком, как правило, обеспечивает сток воды с поверхности. В некоторых случаях может оказаться необходимой расчистка путей поверхностного стока с поймы.

7) Обвалование отдельных участков поймы.

В естественном режиме на эрозионно-неопасных участках поймы или под защитой специальных сооружений возделывание поздних овощей возможно без обвалования. Обвалованием устраняется затопление избранных участков поймы, и становится возможным возделывание более ранних с/х культур.

Обвалование обязательно должно сопровождаться специальным комплексом мелиоративных мероприятий и сооружений. Без таких мероприятий обвалованный участок поймы через 10 – 15 лет обречен на бесплодие, т.к. при отсутствии затопления поверхностным потоком в половодье в пределах обвалованного массива развиваются неблагоприятные (а часто и необратимые) процессы засоления и заболачивания. Обычные дрены по периметру участка обвалования не способны предотвратить подъем уровня грунтовых вод, т.к. этот подъем происходит из водопроницаемой толщи по всей площади участка.

8) Кроме перечисленных, есть и другие задачи:

Ø устройство в пределах поймы дорог, мостов, подъездных дамб;

Ø улучшение санитарно-гигиенических показателей водотока;

Ø устройство рыбоходов;

Ø организация карьеров песка и гравия;

Ø создание условий забора воды насосом в межень при малых глубинах в реке;

Ø устройство на реке зон отдыха, водного и зимнего спорта;

Ø создание на отдельных участках реки зон с режимом заповедников или заказников;

Ø использование гидроэнергии.

Рекультивационные работы должны проводится на основе тщательного изучения и анализа фондовых материалов, а так же дополнительных изысканий на конкретных реках и их участках.

При этом следует выявить истинные причины нарушения оптимального естественного режима реки. Многообразие конкретных условий формирования режима рек исключает шаблонные решения, хотя сходство общих природных факторов в смежных бассейнах дает возможность применения аналоговых решений.

В качестве наиболее общих путей достижения цели рекультивационных работ является необходимость уменьшения количества наносов, выносимых с водосбора, повышения транспортирующей способности потока в коренном русле, увеличения дренирующей способности коренного русла в межень. Только комплекс рекультивационных работ может наиболее надежно и долговременно повлиять на улучшение режима рек.

Основные рекультивационные мероприятия:

1) Отчуждение прирусловой водоохранной зоны.

Чтобы реки остались вечно жизнеспособными, с ежегодно возобновляемым запасов природных ресурсов, в их бассейне необходимо создать водоохранные зоны. К ним предъявляются специальные требования, и они размещаются в различных местах водосборного бассейна (зоны водоохранных лесов, мест повышенной инфильтрации поверхностного стока, родниковые зоны, санитарные зоны в районе водозабора для водоснабжения, эрозионно-опасные участки в присклоной части и т.п.).

Отчуждение пойм в прирусловую водоохранную зону не означает изъятие их из хозяйственного или рекреационного оборота. Использование пойм в качестве нерестилищ, сенокосных угодий, пастбищ, для производства овощей на эрозионно не опасных или защищенных участках поймы, подпор уровней в русле во время покоя наносов и т.п. Хозяйственные мероприятия не оказывают вредного влияния на русловые и пойменные процессы во время половодья и поэтому являются допустимым мероприятием по хозяйственному использованию природных ресурсов реки. Наиболее важным по значению являются вопросы сохранения или улучшения режима реки, а хозяйственные стоят на втором месте.

В прирусловую водоохранную зону необходимо так же включать овраги и балки, рассекающие склоны долины.

2) Строительство наносозадерживающих прудов на верхних элементах гидрографической сети.

Нарушение эрозионной устойчивости почв распашкой крутых склонов, балок и другая недопустимая хозяйственная деятельность в пределах водосборных бассейнов приводит к существенному увеличению стока наносов.

На многих участках реки поток не может транспортировать возросшее количество наносов, коренное русло мелеет.

Мероприятия по предотвращению эрозии почв и задержанию наносов вблизи мест их образования выполняются несвоевременно, поэтому необходимо осуществлять задержание наносов на подступах к рекам в овражно-балочной сети. Для этого в оврагах и балках строятся плотины с водосбросами и фильтрующими водовыпусками.

3) Строительство регулирующих водохранилищ для руслоформирующих попусков.

Восстановление оптимального водного режима в половодье может быть осуществлено трансформированием расходов воды в верховом водохранилище. Сток в нем может накапливаться во время зимних оттепелей. В половодье из такого водохранилища делаются попуски, чтобы расход воды в реке был близок к руслоформирующему. С помощью такого водохранилища может увеличиваться длительность прохождения потока с руслообразующим расходом воды. Этим стимулируется формирование глубоких плесов и высоких перекатов. Верховые водохранилища могут быть с совмещенными функциями: для рекультивационных руслоформирующих и хозяйственных попусков.

4) Ограничение пропускной способности поймы.

Это мероприятие является главным, когда решаются вопросы увеличения транспортирующей способности потока в коренном русле, очистки и углубления в половодье плесов.

Ограничение пропускной способности поймы приводит к сосредоточению потока в половодье в пределах коренного русла, что обеспечивает наибольший промыв его с использованием естественной энергии самого потока. Удаление водопроницаемого экрана из ила с водопроницаемых грунтов русла и низкие уровни воды в межень обеспечивают хорошую дренированность поймы. Это гарантирует не засоления поймы, увеличивается приток грунтовых вод в русло.

5) Отвод части руслоообразующих наносов на пойму.

На реках встречаются отдельные участки, перегруженные руслообразующими фракциями наносов (вблизи овражных выносов, притоков и т.п.). Нормализовать русловой процесс ниже таких участков можно отведением избыточных наносов с помощью криволинейных донных порогов из русла на специально выделенные участки поймы.

6) Задержание руслообразующих наносов в наносохранилищах.

Наносохранилища устраиваются сквозными подпорными сооружениями. На это мероприятие следует идти лишь в крайних случаях, т.к. на участке наносохранилища русло и пойма выводится из с/х использования.

7) Стимулирование донной эрозии в коренном русле путем временного или регулируемого спрямления излучин.

Для ускорения промыва обмелевшего русла может быть использован эффект сосредоточения энергии потока на отдельных участках его путем временного спрямления излучин (сечение выполняется и у естественного русл). После окончания промыва русла спрямляющая прорезь перекрывается, и поток направляется по старой, блокированной прорезью излучине.

При проектировании этого мероприятия следует иметь в виду достаточно бурную деформацию русла, как на промываемом участке, так и аккумулятивную деформацию ниже прорези.

8) Защита участков берега от размыва.

Тенденция к размыву вогнутых берегов является характерной особенностью реки. Проектируемое сосредоточение расходов воды в русле может привести не столько к глубинному, столько к береговому размыву.

Отдачи размыва берегов являются поставщиками наносов, и закрепление берегов в таких случаях необходимо. Наилучший способ крепления – биологический: одерновка с подсевом трав. Где размыв берега угрожает жилым и хозяйственным постройкам необходимо применять защитные сооружения в виде инженерных конструкций, шпор, облицовок и донных наносоуправляющих порогов.

9) Промыв русла гидрорыхлителем.

В случаях, когда сосредоточение потока в коренном русле не может обеспечить необходимого промыва, рациональным является промыв русла гидрорыхлителем. Гидрорыхлитель представляет собой рабочий орган, из которого вытекают со скоростью 25 – 30 м/с 5 и более водных, направленных на дно струй с расходом 15 – 20 л/с. Гидрорыхлителем можно оборудовать земснаряд.

10) Механическая расчистка русла.

Когда русло не только заилено, но и заросло тростником или кустарником, расчистка его может быть произведена землеснарядом с механическим рыхлителем.

При механической расчистке экскаватором грунт отвозят за пределы поймы, а если оставляют на ней, то пойма неизбежно исключается из хозяйственного использования, нарушаются процессы в русле и на пойме, которая интенсивно зарастает сорняками.

11) Частичная расчистка заиленного русла.

Полное восстановление дренажной способности реки может быть произведено удалением ила из русла с сохранением предшествующего рельефа русла и дренажных грунтов. При затруднениях в организации расчистки русла, улучшение дренажной способности коренного русла может быть достигнуто частичной разработкой илистого экрана в виде траншей вдоль берегов.

12) Рекультивационные работы на прибрежных полосах.

Берега, ограничивающие пойменные массивы, разделяются на изливные и сливные. Через изливной берег в половодье происходит излив потока из коренного русла на пойму; через сливные берега происходит слив осветленной на пойме воды в русло; они низкие, часто имеются промоины (ерики).

Задачей рекультивационных работ на прибрежных полосах является стимулирование прироста изливных берегов и предупреждение повышения сливных.

Залуженные, кустарниковые полосы в пределах изливных берегов являются не только элементом рекультивационных работ, но представляют экологическую и рекреационную ценность.

13) Специальные экологические мероприятия.

Забота о поддержании благоприятного экологического равновесия – необходимая составная часть рекультивационных работ.

Каждая река является сложным, своеобразным, исторически сложившимся комплексом с характерными фито- и зообиоценозами.

Для поддержания оптимального режима рек необходимо эти биоценозы сохранить. Следует выделить и отмежевать на реке заповедные зоны, в которых всякое вмешательство в жизнь природы и присутствие людей недопустимо. По длине реки выделяют несколько таких зон с характерными сообществами растений и животных. Полезные начала из таких зон будут распространяться на другие участки реки и поймы.

Вопросы для повторения:

1. Задержание стока и повышение водообеспеченности.

2. Увеличение продуктивности поймы и затопление поймы в режиме нерестилищ.

3. Создание водоемов в коренном русле и улучшение дренажа поймы.

4. Обвалование отдельных участков поймы.

5. Дополнительные задачи гидротехнической рекультивации.

6 Охарактеризуйте методы рекультивации:

-отчуждение прирусловой водоохраной зоны и строительство наносозадерживающих прудов;

-строительство регулирующих водохранилищ и ограничение пропускной способности поймы;

-отвод части руслообразующих наносов на пойму. Стимулирование донной эрозии в коренном русле. Защита участков берега от размыва;

-промыв русла гидрорыхлителем. Механическая и частичная расчистка русла;

-рекультивационные работы на прибрежных полосах и специальные экологические мероприятия;

-задержание стока и повышение водообеспеченности;

-увеличение продуктивности поймы и затопление поймы в режиме нерестилищ;

-создание водоемов в коренном русле и улучшение дренажа поймы;

-обвалование отдельных участков поймы;

-дополнительные задачи гидротехнической рекультивации.

Дата добавления: 2014-01-20