ФИЛЬТРУЮЩИЕ РЫБОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОДОЗАБОРОВ МАЛОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 626.88

П.А. Михеев1, А.Л. Эрслер2, К.А. Самохина2, А.Д. Павлов2

1 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева,

Москва, 127550;

2 Центральное Управление по рыбохозяйственной экспертизе и нормативам по сохранению, воспроизводству водных биологических ресурсов и акклиматизации,

Москва, 125009 e-mail: pmiheev@rgau-msha.ru

ФИЛЬТРУЮЩИЕ РЫБОЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОДОЗАБОРОВ МАЛОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Рассмотрены особенности обеспечения защиты рыб на водозаборных сооружениях малой производительности, отличающихся многочисленностью и большим разнообразием гидрологических, гидравлических, технических и биологических условий использования. На примерах ряда объектов показано, что возможности использования существующих конструкций рыбозащитных устройств для данного типа водозаборов весьма ограниченны. В качестве одного из вариантов технического решения приведен анализ фильтрующих устройств с использованием в виде наполнителя пластмассовых шариков. Для промывки фильтрующих элементов рассмотрены варианты механической, гидравлической и водовоздушной очистки фильтрующего материала. Возможность оптимизации существующих конструкций рыбозащитных устройств к техническим и гидравлическим условиям водозаборов малой производительности является одним из путей защиты рыб от гибели при водозаборе.

Ключевые слова: водозаборное сооружение, фильтрующее рыбозащитное устройство, ихтиофауна, река, море.

P.A. Mikheev1, A.L. Ersler2, K.A. Samokhina2, A.D. Pavlov2

1 Russian State Agrarian University - MAA named after K.A. Timiryazev,

Moscow, 127550;

2 Central Department of Fisheries Examination and Review and Protection and Acclimatization Standards,

Moscow, 125009 e-mail: pmiheev@rgau-msha.ru

FILTERING FISH PROTECTION DEVICES FOR WATER INTAKES OF LOW PRODUCTIVITY

The features ensuring fish protection at water intake structures of low productivity which are characterized by a large number and a great variety of hydrological, hydraulic, technical and biological conditions are considered. The examples of some objects are used to show that the possibilities of using existing designs of fish protection devices for this type of water intakes are rather limited. As one of the technical solutions, the analysis of filtering devices using plastic balls in the form of filler is given. To flush the filter elements, the options for mechanical, hydraulic and water-air cleaning of the filter material are considered. The possibility of optimizing the existing designs of fish protection devices to the technical and hydraulic conditions of water intakes of low productivity is one of the ways to protect fish from death at the water intake structure.

Key words: water intake structure, filtering fish protection device, fish fauna, river, sea.

Актуальность проблемы защиты молоди рыб при водозаборе на водоприемниках с малыми расходами связана с многочисленностью объектов по всей стране и большим разнообразием условий, как гидрологических, гидравлических и технических, так и биологических. Следует отметить, что в настоящей работе за водозаборы малой производительности принимаются водозаборы с расходом от нескольких литров до нескольких десятков литров в секунду.

Достаточно отметить, что в последнее время в Росрыболовство и его территориальные управления поступает большое количество материалов по оборудованию рыбозащитными устройствами водозаборов различного назначения на хозяйственных объектах. В числе таких хозяйственных объектов можно отметить: оборудование водозаборных сооружений плавучих нефтедобывающих платформ; забор воды на противопожарные и хозяйственные нужды портовых ГТС и причалов; наполнение плавательных бассейнов санаториев и пансионатов; водообес-печение рыбхозов; полив водой сельскохозяйственных угодий; проведение гидравлических испытаний при разработке месторождений; коммунальные и хозяйственно-бытовые нужды; обустройство так называемых зимников и т. д. Все эти водозаборы могут носить как постоянный,

так и временный характер, а также предусматривать дополнительное хранение, резервирование и использование воды на промывку систем водоснабжения.

Несмотря на низкую производительность отдельно взятых водозаборов, их строится и эксплуатируется огромное количество. Например, по Южно-Уральскому региону в территориальных органах Росрыболовства только официально зарегистрировано порядка 500 подобных водозаборов.

В настоящее время проектируемые рыбозащитные устройства (далее - РЗУ) должны соответствовать требованиям законодательства о рыболовстве и сохранении водных биоресурсов, а также законодательства об охране окружающей среды.

В соответствии с частью 1 статьи 50 Федерального закона от 20.12.2004 № 166-ФЗ «О рыболовстве и сохранении водных биологических ресурсов» при внедрении новых технологических процессов и осуществлении иной деятельности должны применяться меры по сохранению водных биоресурсов и среды их обитания [1].

Также в соответствии со статьей 43 Федерального закона от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» при мелиорации земель, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию и эксплуатации мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений должны приниматься меры по охране водных объектов, животных и других организмов [2].

В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 29.05.2013 № 380 к мерам по сохранению водных биоресурсов (далее - ВБР) относится, в том числе, установка эффективных рыбозащитных устройств в целях предотвращения попадания ВБР в водозаборные сооружения [3].

В свою очередь эффективность рыбозащитной конструкции в соответствии с требованиями пункта 9.8 СП 101.13330.2012 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.06.07-87» (далее - СП 101.13330.2012, Свод правил) [4] должна составлять не менее 70% для молоди рыб размером более 12 мм.

В качестве примера рассмотрены объекты, для которых разработка технических решений рыбозащитных конструкций имеет определенную специфику и сложности.

Объект 1 - водозабор Приморского универсально-перегрузочного комплекса, расположенного в северо-восточной части Финского залива в районе южного входа в пролив Бьёркезунд.

Водозабор предназначен для проектируемой сети хозяйственно-бытового водоснабжения территории Порта. Водозаборное сооружение находится на пирсе. Вода из акватории Финского залива через насосную станцию первого подъема поступает на станцию водоподготовки технического водоснабжения, расход воды составляет 147,46 м3/час (0,041 м3/с).

Ихтиофауна в акватории у входа в Выборгский залив представлена миногой и 27 видами рыб солоноватоводного и пресноводного экологических комплексов, относящимися к 13 семействам. К проходным видам относятся сиг европейский, корюшка и минога.

Объект 2 - водозаборы судостроительного завода (ПСЗ) «Янтарь», расположенные на расстоянии около 4 км от устья р. Преголя.

Ихтиофауна реки Преголя представлена в основном карповыми видами рыб, однако на затрагиваемой строительством акватории могут встречаться ценные представители семейства лососевых, угорь, судак и речная минога.

Водопотребление предприятия на хозяйственно-питьевые и производственные нужды из реки Преголя составляет 525,5 м3/сут (0,006 м3/с). Средняя скорость течений р. Преголя в районе размещения водозаборов составляет 0,08 м/с, в некоторых случаях ввиду подпора воды со стороны Балтийского моря течение в приустьевых участках р. Преголя может замедляться и менять направление.

Объект 3 - водозабор морского терминала по перевалке сжиженных углеводородных газов (СУГ) в районе бухты Перевозной Приморского края.

Водозаборное сооружение предназначено для обеспечения противопожарного объема воды общим расходом 184 м3/ч (0,051 м3/с) из Амурского залива, бух. Перевозной. Течения в бухте вдольбереговые, знакопеременные в направлении юго-запад - северо-восток со скоростями 0,5 м/с у поверхности и придонными - 0,20-0,25 м/с.

Ихтиофауна бухты Перевозной в течение года может варьировать. Известно, что в Японском море обитает около 900 видов рыб. Из них промысловыми являются 179 видов. Бухта Перевозная характеризуется как обычным для дальневосточных морей набором промысловых рыб, в котором превалирует минтай, дальневосточные лососи, треска, камбала, навага, морские лисички, бычки-керчаки, так и достаточно экзотическими видами - японский морской конек и др. Летом в указанной акватории можно встретить таких тепловодных рыб, как скумбрия, сельдь-иваси, сайра, анчоус, сарган, полурыл [5].

Объект 4 - водозабор войсковой части в Краснодарском крае Адлерского района г. Сочи, расположенный на участке побережья Черного моря между устьем реки Псоу и Имеретинской набережной.

Насосная станция предназначена для подачи морской воды от проектируемого водозабора в накопительный резервуаре с расчетным расходом - 50 м3/ч (0,014 м3/с). Скорость транзитного прибойно-берегового, знакопеременного течения составляет 0,4-0,5 м/с.

Ихтиофауна района водозабора сопоставима с аналогичными биотопами юго-восточной части Чёрного моря. В современный период здесь могут встречаться представители более 100 видов и подвидов рыб: постоянно обитающие в Черном море - пелагические и прибрежно-донные виды рыб (черноморская хамса, шпрот, ставрида, различные виды бычков, камбала-калкан, бара-буля и др.) и мигрирующие на зимовку (азовская хамса, сарган, черноморско-азовская проходная сельдь) или для нагула (пеламида, кефалиевые рыбы, скумбрия) [6, 7].

Таким образом, по приведенным объектам можно сделать следующее заключение:

- гидравлические условия характеризуются знакопеременными течениями, отсутствием направленного перемещения водных потоков, способствующих отведению молоди рыб;

- технические условия и объемы водоотбора позволяют обеспечить инженерное решение по обеспечению защиты рыб;

- у большинства объектов водоисточником являются морские водные пространства.

Сводом правил (Изменение № 1 СП 101.13330.2012) определен перечень применяемых рыбо-

защитных устройств (п. 9.10, табл. 9.1), в соответствии с которым проведен анализ возможностей использования существующих конструкций, фильтрующих РЗУ для рассматриваемых условий.

Конструктивно фильтрующее РЗУ выполняется в виде кассеты из металлического сварного каркаса, который обтянут листом из просечно-вытяжной стали. В качестве наполнителя фильтрующей кассеты (фильтрующего материала) используются пластмассовые шарики диаметром 15-30 мм. Для промывки фильтрующих РЗУ рекомендуются варианты механической, гидравлической и водовоздушной очистки фильтрующего материала.

В варианте механической очистки наполнителя процесс обеспечивается за счет перемешивания шариков, имеющих как положительную, так и отрицательную плавучесть путем их перемещения в корпусе кассеты поступательным перемещением вверх-вниз пластины (рис. 1). Промывной объем кассеты располагается в ее верхней части для шариков с положительной плавучестью, и в нижней - для шариков с отрицательной плавучестью [8].

-2.........

1

Рис. 1. Конструкция фильтрующей кассеты с механической очисткой наполнителя: 1 - фильтрующая поверхность; 2 - каркас кассеты; 3 - промывной объем кассеты; 4 - пластина для перемещения шариков; 5 - привод перемещения

Объем фильтрующего пространства, наполненный шариками сверху, прикрывается пластиной для их перемещения, имеющей кронштейн крепления тяги для создания возвратно-поступательного перемещения пластины при механической очистке шариков. При подъеме пластины на высоту АН (рис. 1) шарики, имеющие положительную плавучесть всплывают и перемещаются вверх, при опускании пластины принудительно опускаются вниз. В процессе такого перемещения происходит их перемешивание и механическая очистка от наилка, сора и обрастания, эффект промывки увеличивается при возможности использования обратного тока воды из напорного водовода насоса.

При гидравлической очистке кассеты промывное устройство включает подводящий водовод, коллектор и систему насадок чередующейся длины [9]. Коллектор промывного устройства устанавливается в нижней части кассеты (рис. 2) при использовании шариков с отрицательной плавучестью и в верхней части - для шариков с положительной плавучестью.

Промывка осуществляется путем постоянной или импульсной подачи воды через насадки в пространство, наполненное шариками, возбуждающие насадками струи перемешивают шарики, обеспечивая их очистку от наилка и обрастания.

Большим эффектом обладает водовоздушная промывка, механизм воздействия которой заключается в том, что водовоздушная струя, сформированная в насадке [10], за счет наличия пузырьков воздуха обладает большей кинетической энергией (рис. 3).

Рис. 2. Фильтрующая кассета с гидравлической промывкой: 1 - фильтрующая поверхность; 2 - каркас кассеты; 3 - промывной объем кассеты; 4 - струеформирующие насадки; 5 - промывной коллектор; 6 - пластмассовые шарики; 7 - люк для загрузки шариков с крышкой

гг> ш

вд

!Д_

о о о : з_

о о о л о □ о □ о

Рис. 3. Фильтрующая кассета с водовоздушной промывкой: 1 - фильтрующая поверхность; 2 - каркас кассеты; 3 - промывной объем кассеты; 4 - струеформирующие насадки; 5 - промывной коллектор; 6 - воздуховод; 7 - люк для загрузки шариков с крышкой

При ударе воздушного пузырька о загрузку кассеты (шарик) происходит его разрыв, в результате резко возрастает гидродинамическая нагрузка на частицу, при этом частица отрывается от элементов заполнителя. При условии, что в течение короткого промежутка времени происходит множество таких ударов, степень очистки кассеты существенно возрастает. К достоинствам водовоздушных промывных устройств следует отнести и то, что в результате подъема воздушных пузырьков отмытые частицы обрастания и наносов перемещаются в верхние слои потока за зону влияния водозабора.

Продолжительность очистки при том или ином варианте определяется экспериментальным путем и может быть минимизирована за счет увеличения частоты проведения процесса, при этом подача воды потребителю не осуществляется.

Фильтрующие кассеты с пластмассовыми шариками по сравнению с кассетами с гравийно-галечниковым и керамзитовым наполнителями, обладают большей надежностью, меньше засоряются и кольматируют, менее подвержены обрастанию и проще в очистке и промывке.

Выводы. Для обеспечения эффективной защиты молоди рыб от попадания в водоприемники водозаборов малой производительности целесообразна разработка устройств соответствующих современным нормативным требованиям [4] и принципам рыбозащиты. Вместе с тем необходимо использовать возможности оптимизации и адаптации существующих конструкций РЗУ к техническим и гидравлическим условиям водозаборов, обеспечивающих эффективность защиты рыб в соответствии с экологическими требованиями и законодательством.

Литература

1. О рыболовстве и сохранении водных биологических ресурсов: Федер. закон Рос. Федерации от 20 декабря 2004 г. № 166-ФЗ: принят Гос. Думой Федер. Собр. Рос. Федерации 26 ноября 2004 г.: одобр. Советом Федерации Федер. Собр. Рос. Федерации 8 декабря 2004 г. // Парламентская газета. - 2004. - 23 декабря. - № 241.

2. Об охране окружающей среды: Федер. закон Рос. Федерации от 10 января 2002 № 7-ФЗ: принят Гос. Думой Федер. Собр. Рос. Федерации 20 декабря 2001 г.: одобр. Советом Федерации Федер. Собр. Рос. Федерации 26 декабря 2001 г. // Рос. газ - 2002. - 12 января.

3. Об утверждении Положения о мерах по сохранению водных биологических ресурсов и среды их обитания: Пост. Правительства Рос. Федерации от 29 апреля 2013 г. № 380.

4. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения. СП 101.13330.2012 (с изменением № 1): Актуализированная редакция СНиП 2.06.07-87.

5. Рыбы российских вод Японского моря: Аннотированный и иллюстрированный каталог / Соколовский А.С. и др.; ред. А. В. Адрианов; Российская акад. наук, Дальневосточное отд-ние, Ин-т биологии моря им. А. В. Жирмунского. - Владивосток: Дальнаука, 2007. - 199 с.

6. Куманцов М.И., Кузнецова Е.Н., Лапшин О.М. Комплексный подход к организации рыболовства на Чёрном море // Труды ВНИРО. - Т. 150. - 2013. - С. 91-99.

7. Бухмин Д.А. Ихтиофауна юго-восточной части Черного моря // Наука Юга России. -Т. 15, № 4. - 2019. - С. 88-93.

8. Михеев П.А. Рыбозащитные сооружения и устройства. - М., 2000. - 405 с.

9. Михеев П.А., Шелестова Н.А., Картузова Т.Д. Гидравлический расчет рыбозащитного сооружения Чусовского водозабора // Гидротехника, гидравлика и гидроэкология: Материалы рег. техн. конф. ФГБОУ ВПО НГМА. - Новочеркасск: Лик, 2011.

10. Шкура В.Н., Михеев П.А. Водовоздушное промывное устройство сетчатых рыбозащит-ных сооружений (РЗС) // Инф. Лист ЦНТИ. - Ростов н/Д., 1993. - № 635-93. - 4 с.