CC BY
15
УДК 626.826
АНАЛИТИЧЕСКИЙ УПРОЩЕННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ СНИЖЕНИЯ КОЭФФИЦИЕТА ФИЛЬТРАЦИИ ТОРФА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ОСУШЕНИЯ
Analytical Simplified Method for Estimating the Reduction in the Peat Filtration Coefficient in the
Process of its Drainage
Дунаев А.И., доцент Dunaev A.I.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат. Рассматриваемая тематика исследований отражает особое условие строительства гидромелиоративных систем на торфяниках - это изменение многих параметров и водно-физических свойств торфяной залежи - из-за уплотнения и осадки торфа вследствие его осушения. В данном случае рассматриваются вопросы по оценке изменения коэффициента фильтрации - основного показателя водопроводимости торфа, широко используемого при обосновании проектных решений по обоснованию параметров осушительной сети. Целью проводимых исследований является упрощение и повышение точности существующих методов расчёта - по оценке изменяющихся водно-физических свойств торфа вследствие его осушения. Упрощение существующих методик производится посредством исключения части промежуточных расчётов (по оценке осадки поверхности торфяника) - при условии сохранения максимального охвата конкретных расчётных факторов. Излагается современное состояние и актуальность существующей проблемы, приводится суть и структура разработанной новой методики - по прогнозной оценке коэффициента фильтрации торфа, который существенно изменяется (снижается) при осушении торфяников. Рассматривается конкретный пример расчёта по использованию разработанной методики в практических расчётах - по прогнозированию величины снижения коэффициента фильтрации торфа в процессе его осушения. Приводятся итоговые результаты и основные выводы произведенных исследований.
Abstract. The research subject reflects a special condition for the construction of hydro-reclamation systems on peatlands due to compaction and precipitation of peat as a result of its drainage, it being a change in many parameters and water-physical properties of the peat deposit. In this case, the issues of assessing the change in the filtration coefficient are considered as the latter is the main indicator of the peat water content, widely used as the rationale behind the design decisions to justify the parameters of the drainage network. The objective of the research is to simplify and improve the accuracy of the existing calculation methods to assess the changing water-physical properties of peat due to its drainage. The existing methods are simplified by eliminating some of the intermediate calculations (based on the assessment of the peat bog surface precipitation), provided that the maximum coverage of specific calculation factors is maintained. The current state and relevance of the existing problem are presented, the nature and structure of the developed new methodology is given; it is based on the forecast estimation of the peat filtration coefficient, which is significantly changed (downward) during the peatlands drainage. The specific example of the calculation based on the use of the methodology developed in practice is considered for predicting the level ofpeat filtration coefficient reduction in the process of its dehumidification. The findings and the main conclusions of the research are presented.
Ключевые слова: осушаемый торфяник, водно-физические свойства торфа, осадка поверхности торфяника, плотность торфа, коэффициент фильтрации торфа.
Key words, drained peatbog, water-physical peat properties, peat surface sediment, peat density, peat filtration coefficient.
Введение. В процессе осушения торфяников происходит как снижение поверхности торфяной залежи, так и изменение многих водно-физических свойства торфа [1], в т. ч. происходит существенное снижение его коэффициента фильтрации - основного показателя во-допроводимости торфа, широко используемого при обосновании различных проектных решений по гидромелиорации торфяника. Эти изменения приводят к непригодности для использования многих данных предпроектных изысканий по торфам, что создает проблемную задачу для проектировщиков - по прогнозированию изменения многих ключевых показателей свойств и параметров торфяников. Прогнозирование и учёт этих изменений, в т.ч. и коэффициента фильтрации торфа, являются важными вопросами как при проектировании гидромелиоративных систем [2], так и в вопросах охраны природы - при оценке воздействия осушения на окружающую среду [4]; [6].
Актуальность данной проблемы дополнительно возрастает по причинам отсутствия в настоящее время единых как принципов подхода, так и расчётных методик по оценке трансформации мелиорируемых торфяников. Это подтверждается тем, что в современном состоянии выше указанные вопросы недостаточно охвачены и отражены как в нормативно-технических источниках [2], так и в других видах существующей литературы.
Существующие методы прогнозной оценки изменения коэффициента фильтрации в своей основе:
1. Используют «прямые» расчётные эмпирические формулы [6], которые имеют весьма приближенный характер - не учитывают многие конкретные условия по торфяникам, что отрицательно сказывается на точности прогнозирования.
2. Используют прогнозные показатели осадки поверхности торфяной залежи для прогнозирования изменения коэффициента фильтрации торфа [5], что вносит дополнительные погрешности в исполняемые расчёты (из-за принципа: «прогноз на основе прогнозируемых показателей»).
3. Используют методы «аналогии», т. е. проектные решения принимаются без исполнения соответствующих расчётов - посредством использования ориентировочных цифровых показателей различных практических рекомендаций [2].
Предлагаемый новый метод оценки:
1. Использует в своей основе показатель плотности торфа [4], так как он тесно взаимосвязан со многими его водно-физические свойствами (в т.ч. и с коэффициентом фильтрации) - такой подход сохраняет широкий охват учитываемых в расчётах конкретных условий по торфяникам.
2. Исключает оценку плотности торфа по расчётным показателям осадки торфяной залежи, а оценку плотности торфа производит посредством использования «прямой» расчётной формулы (1), что значительно упрощает расчётную часть методики.
Методика исследований. В основу предлагаемой методики расчёта положено «прямое» прогнозирование увеличения плотности торфа [5] - по эмпирической формуле Б.С.Маслова (1), а для вычисления прогнозируемого коэффициента фильтрации используется типичная зависимость коэффициента фильтрации от плотности торфа [3].
Математическая модель-схема проработанной методики расчёта будет иметь следующую структуру и последовательность вычислений:
1. Согласно выше указанной формуле Б.С.Маслова, средняя плотность торфа через (Т > 5 лет) после осушения будет равна:
рх = р0 -(1 + т' ■ Кр ■ Тп)г/см3, (1)
где р0 - исходная (по данным изысканий) плотность торфа, г / см3;
т - коэффициент, зависящий от плотности торфа и определяемый по специальному графику ([2] - рис. 1);
О 0,2 off Ofl OS Средняя плотность, г/с/и3
Рисунок 1 - График зависимости m1 = f (р) -- для установления коэффициента
«w»
Кр - редукционный коэффициент, зависящий от характера использования земель (например, при использовании торфяника под лугопастбищные угодья и травы - Кр=0,35); п - показатель, учитывающий климатические условия и определяемый по зависимости:
n = 0,025-11
(2)
где ^ - среднегодовая температура воздуха, оС.
2. На основе уравнения типичной зависимости [3]: ^К = К ~Р(А _ А) - получаем формулу для определения коэффициента фильтрации торфа через «Т, лет» после осушения:
— 1 n'g Ko -PiPi-Po)
K = ioig Ko
, м / сут
(3)
где К0 - исходный коэффициент фильтрации - по данным изысканий;
в - интенсивность снижения коэффициента фильтрации - в связи с увеличением плотности сложения торфа (коэффициент редукции уплотнения торфа). Согласно типичной зависимости [3]: К= ^р) - величина коэффициента редукции уплотнения торфа находится в пределах: в=0,011...0,017 и составляет в среднем: в=0,014.
Пример расчёта
Для периода основной осадки (Т=5.. .6 лет) требуется определить коэффициент фильтрации торфа - в целях обоснования проектных параметров осушительной сети.
Исходные данные к расчёту:
1. Местоположение мелиорируемого участка (низинного торфяника) - Брянская область (Брасовский район - СХП «Столбовский» [7]).
2. Проектное с/х использование земель - пашня (овощной севооборот).
3. Показатели водно-физических свойств торфа (согласно данным изысканий): коэф-
3 3
фициент фильтрации - Ко=1,70 м/сут; плотность - ро =0,24 г/см =240 кг/м .
Расчёт
Средняя плотность торфяной залежи, которую следует ожидать на конец расчётного периода (Т = 6 лет), будет равна - по формуле (1):
р = 0,240■ (1 + 0,04-1,00 -б0,841 )= 0,283г / см3 = 283кг / м3,
где т = 0,04 - коэффициент, определяемый по графику (см. рис.1) - в зависимости от исходной плотности торфа;
п - показатель степени, учитывающий климатические условия района - по формуле (2):
n = 0,025 • t2 = 0,025 • 5,82 = 0,841
(по данным ближайшей метеостанции: среднегодовая t =5,80С).
Используя показатель плотности торфа ( рх = 283кг / М ), по формуле (3) находим конечный результат - прогнозируемый коэффициент фильтрации торфа:
K = I0lg1,70-°,014<283-240) = 10-0,371 = 0,426(0,43) м / сут,
где величина коэффициента редукции уплотнения торфа принята в среднем: ß=0,014.
Результаты исследований. В результате проведения соответствующих исследовательских расчётов - по схеме разработанной методики - были получены следующие итоговые показатели:
1. Расчётная кратность снижения исходных коэффициентов фильтрации торфа находится в пределах: 1,8...3,8 раза (в среднем - в 3 раза) - в зависимости от вида торфа, способов осушения земель и проектного с/х использования земель.
2. В этих же материалах рабочих проектов ОАО «Брянскгипроводхоз» проектировщиками снижались коэффициенты фильтрации в 2,5.3,0 раза - относительно данных пред-проектных изысканий.
Анализ итогов исследований указывает на то, что показатели предлагаемой методики расчёта не имеют значительного расхождения с существующими практическими результатами.
Заключение и выводы. Результаты исследовательских расчётов указывают на снижение проектно-изыскательских коэффициентов фильтрации торфа (в процессе его осушения) в среднем - в 3 раза, что не выходит за рамки существующей мелиоративной практики в условиях Брянской области. Кроме того, здесь следует отметить, что полученные результаты данной методики также незначительно расходятся с подобными материалами и в условиях других природно-географических регионов, что подтверждается соответствующими публикациями в различных источниках последнего времени.
В конечном итоге - анализ данных результатов исследований позволяет заключить следующее:
1. Разработанная новая расчётная методика позволяет значительно упростить исполняемые расчёты при обосновании проектных решений по гидромелиорации торфяников - по сравнению с существующими аналогичными методами расчётов.
2. Практическая апробация данной методики расчёта указывает на то, что она может быть вполне приемлемой для широкого использования на практике - как при проектировании гидромелиоративных систем, так и при обосновании природоохранных мероприятий, связанных с воздействием мелиорации на окружающую среду.
Библиографический список
1. Лундин К.П. Водные свойства торфяной залежи. Мн.: Урожай, 1964. 240 с.
2. Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: справочник / под ред. Б.С. Маслова. М.: Агропромиздат, 1985. 447 с.
3. Силкин А.М. Сооружения мелиоративных систем в торфяных грунтах. М.: Агро-промиздат, 1986. 138 с.
4. Дунаев А.И. Оценка трансформации торфяной залежи при с/х использовании осушаемых торфяников // Вестник Брянской ГСХА. 2015. № 2. С. 4.
5. Дунаев А.И. Оценка изменения коэффициента фильтрации торфа при его осушении // Вестник Брянской ГСХА. 2013. № 5. С. 3.
6. Дунаев А.И. Оценка воздействия и природоохранные мероприятия при осушении с/х земель: учеб. пособие по курсовому и дипломному проектированию. Брянск: Изд-во Брянская ГСХА, 2013. 132 с.
7. Материалы РП ОАО «Брянскгипроводхоз» по гидромелиоративным системам Брянской области.
8. Опыт организации рационального использования земель сельскохозяйственного назначения в крупных агрохолдингах Брянской области / В.Е. Ториков, Е.П. Чирков, Н.А. Соколов, Е.Я. Лебедько, О.М. Михайлов, Т.В. Иванюга; под ред. Н.М. Белоуса. Брянск, 2014.
9. Мелиоративная история Брянщины. Люди и дела / В.Ф. Василенков, С.В. Василен-ков, Е.В. Байдакова, Б.Д. Муравьев, М.Ф. Ковалев, П.И. Евсеев. Брянск, 2018.
10. Дьяченко В.В., Дьяченко О.В. Эффективность использования сельскохозяйственных угодий в Брянской области // Вестник сельского развития и социальной политики. 2018. № 1 (17). С. 30-32.
11. Природообустройство Полесья / коллектив. монография. Кн. 4. Т. 1. Полесья юго-западной России / М.Н. Абадонова, Л.Н. Агищенко, Л.М. Ахромеев, Е.В. Байдакова, Н.М. Белоус, А.Д. Булохов, В.Ф. Василенков, С.В. Василенков, В.Т. Демихов, Ю.А. Клюев, Г.В. Лобанов, О.В. Мельникова, Н.Н. Панасенко, С.Н. Поцепай, И.Л. Прокофьев, Е.В. Просянни-ков, Ю.А. Семенищенков, М.В. Семышев, В Е. Ториков и др. Рязань, 2019.
12. О тенденциях повышения эффективности использования мелиорированных земель / С.А. Бельченко, В.Е. Ториков, И.Н. Белоус, В.Ю. Симонов // Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК: материалы XV междунар. науч. конф. Брянск, 2018. С. 791-799.
13. Реализация подпрограммы "Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения Брянской области на 2014-2020 гг." / С.А. Бельченко, И.Н. Белоус, О.В. Дьяченко, В.Ю. Симонов // Актуальные вопросы экономики и агробизнеса: сб. ст. IX междунар. науч.-практ. конф. Брянск, 2018. С. 52-57.
References
1. Lundin K.P. Vodnye svoystva torfyanoy zalezhi. Mn: Urozhay,1964. 240s.
2. Melioratsiya i vodnoe hozyaystvo. Osushenie: spravochnik / pod red. B.S. Maslova. M: Agropromizdat, 1985. 447s.
3. Silkin A.M. Sooruzheniya meliorativnyh sistem v torfyanyh gruntah. M.: Agropromizdat, 1986. 138s.
4. Dunaev A.I. Otsenka transformatsii torfyanoy zalezhi pri s/h ispolzovanii osushaemyh torfyanikov // Vestnik Bryanskoy GSHA. 2015. №2. S. 4.
5. Dunaev A.I. Otsenka izmeneniya koeffitsienta filtratsii torfa pri ego osushenii // Vestnik Bryanskoy GSHA. № 5. 2013. S. 4.
6. Dunaev A.I. Otsenka vozdeystviya i prirodoohrannye meropriyatiya pri osushenii s/h ze-mel: uchebnoe posobie po kursovomu i diplomnomu proektirovaniyu. Bryansk: Izd-vo Bryanskaya GSHA, 2013. 132 s.
7. Materialy RP OAO «Bryanskgiprovodhoz» po gidromeliorativnym sistemam Bryanskoy
oblasti.
8. Opyt organizacii racionalnogo ispolzovaniya zemel selskohozyajstvennogo naznacheniya v krupnyh agroholdingah Bryanskoj oblasti / V.E. Torikov, E.P. CHirkov, N.A. Sokolov, E.YA. Leb-edko, O.M. Mihajlov, T. V. Ivanyuga; pod red. N.M. Belousa. Bryansk, 2014.
9. Meliorativnaya istoriya Bryanshchiny. Lyudi i dela / V.F. Vasilenkov, S.V. Vasilenkov, E.V. Bajdakova, B.D. Muravev, M.F. Kovalev, P.I. Evseev. Bryansk, 2018.
10. Dyachenko V.V., Dyachenko O.V. Effektivnost ispolzovaniya selskohozyajstvennyh ugodij v Bryanskoj oblasti // Vestnik selskogo razvitiya i socialnojpolitiki. 2018. № 1 (17). S. 30-32.
11. Prirodoobustrojstvo Polesya / kollektiv. monografiya. Kn. 4. T. 1. Polesya yugo-zapadnoj Rossii / M.N. Abadonova, L.N. Agishchenko, L.M. Ahromeev, E.V. Bajdakova, N.M. Bel-ous, A.D. Bulohov, V.F. Vasilenkov, S.V. Vasilenkov, V.T. Demihov, YU.A. Klyuev, G.V. Lobanov, O.V. Melnikova, N.N. Panasenko, S.N. Pocepaj, I.L. Prokof'ev, E.V. Prosyannikov, YU.A. Semen-ishchenkov, M.V. Semyshev, V E. Torikov i dr. Ryazan, 2019.
12. O tendenciyah povysheniya effektivnosti ispolzovaniya meliorirovannyh zemel / S.A. Belchenko, V.E. Torikov, I.N. Belous, V.YU. Simonov // Agroekologicheskie aspekty ustojchivogo razvitiya APK: materialy XVmezhdunar. nauch. konf. Bryansk, 2018. S. 791-799.
13. Realizaciya podprogrammy "Razvitie melioracii zemel selskohozyajstvennogo naznacheniya Bryanskoj oblasti na 2014-2020 gg." / S.A. Belchenko, I.N. Belous, O.V. Dyachen-ko, V.YU. Simonov //Aktualnye voprosy ekonomiki i agrobiznesa: sb. st. IXmezhdunar. nauch.-prakt. konf. Bryansk, 2018. S. 52-57.
