ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПОЛЬДЕРНЫХ СИСТЕМ, ИМЕЮЩИХ СЕТЬ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Наибольшее загрязнение почвенного покрова на территории города Омска характерно для Омского нефтеперерабатывающего завода (ОНПЗ) и завода Попова, специализирующегося на радиостроении и производстве средств связи. Для данной территории и прилегающей необходимо соблюдение зоны отчуждения, проведение мониторинга за состоянием загрязнения воздуха, водоемов и почв.

Способность почв к поглощению и переработке загрязняющих веществ, определяет их устойчивость к загрязнению. Антропогенное воздействие способно привести к значительным изменениям качества почв, поэтому необходимо проводить регулярное экологическое обследование, мониторинг и контроль, загрязненных в разной степени земель.

Литература

1. Почвоведение: Учеб.-метод. Пособие для выполнения лаб.-практ. работ / Л.П. Галеева. - Новосиб. гос. аграр. ун-т. - Новосибирск, 2006. - 67 с.

2. Управление качеством городских почв: Учебно-методическое пособие/ Яковлев А.С. и др.; под общ. ред. Шобы С.А., Яковлева А.С. - М.: МАКС Пресс, 2010. - 96 с.

3. Infosait.ru/52 ФЗ - Федеральный закон от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ.

4. http://www.rpn-omsk.ru^3-7 - Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды».

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПОЛЬДЕРНЫХ СИСТЕМ, ИМЕЮЩИХ СЕТЬ

СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Федоров Сергей Валериевич, Смирнов Александр Борисович, Ковалев Виктор Петрович

Инженеры, ООО «Бюро мелиоративных технологий», г. Калининград, Россия

THE RESEARCH WORK OF POLDER SYSTEMS WITH A NETWORK CONNECTING CHANNELS Fedorov Sergey, engineer, LLC "Bureau of reclamation technology", Kaliningrad, Russia Smirnov Alexander, engineer, LLC "Bureau of reclamation technology", Kaliningrad, Russia Kovalev Viktor, engineer, LLC "Bureau of reclamation technology", Kaliningrad, Russia

АННОТАЦИЯ

Эффективная работа польдерной системы, в сравнении с действующими системами, обеспечивается ее линеаризацией и построением топологии, наиболее полно обеспечивающей требования агрокультур к водному режиму. Использование физически обоснованного метода линеаризации работы польдерных систем позволяет осуществлять построение топологии систем, наиболее полно отвечающих требованиям сельскохозяйственного производства.

ABSTRACT

Efficient operation polder system, compared with the current system that provides its linearization and building topology that best ensures agricultures requirements to the water regime. Using a physically reasonable linearization method works polder system allows the construction of the topology of systems that best meet the requirements of agricultural production.

Ключевые слова: гидрология; модуль стока; линейная польдерная система; топология польдерных систем.

Keywords: hydrology; runoff; linear polder system; topology polder systems.

Польдерные системы, проектируемые для обеспечения сельскохозяйственного производства, должны обеспечивать, в первую очередь, требуемый для выращиваемых культур режим влажности почвы в течение вегетационного периода. Действующие польдерные системы Неманской низменности, в период их активной эксплуатации, показали высокие эксплуатационные характеристики, соответствующие требованиям сельскохозяйственного производства. В процессе проектирования действующих польдерных применено достаточно большое количество оригинальных конструктивных и проектных решений, создавших базу для системных экспериментальных исследований и дальнейшего развития теории и практики проектирования систем.

В практике расчета и проектирования польдерных систем и теоретических работах в России, Белоруссии не рассматривался вопросы проектирования польдерных систем, массив осушения которых обслуживается группой насосных станций, размещаемых на контуре массива и

имеющих сеть соединительных каналов и проектирования систем, как линейных гидрологических объектов. Польдерных системы, имеющие сеть соединительных каналов, нашли применение при освоении Неманской низменности [1, т.10,с.4;т.11,с.6; т.12,с.6;т.13,с.7; т.14,с.6;т.15, с.7;т.16,с.7].

Системные экспериментальные работы были проведены на шести индивидуальных польдерных системах Славского района Калининградской области. Всего на Неманской низменности выделялось шесть массивов осушения, четыре из которых, Юго-западный, Славский, Неман-ский, Тимирязевский массивы имели хорошо выраженную гидравлическую и естественно, гидрологическую связь, обеспечиваемую сетью соединительных каналов [1, т.10,с.4; т.11,с.6; т.12,с.6; т.13,с.7; т.14,с.6; т.15,с.7; т.16,с.7].

Анализ системных экспериментальных исследований работы польдерных систем показал наличие неравномерности осушения, обусловленного некорректным расчетом параметров систем, приведшим к несогласованной

работе составляющих систему элементов. Для польдер-ной системы № 15 эта зависимость имеет вид iугв = 6.7exp(-0.00026Lкан) [1,с.196].

Интеграл Дюамеля, используемый для расчета гидрографа стока в замыкающем створе водосбора, адаптированный для топологии польдерной системы имеет следующий вид [1,с.197]:

q' dp.c.iFdp.c.i^i ,

где

. Qdp.c.i

дренажа, м/с;

)р.с.1

dp.c.i

модуль стока, принятый для расчета ■ площадь единичной дренажной си-

Г,-

Е=8+32 exp(-F/1250),

(2)

показывает, что параметры всех элементов польдерной системы имеют "жесткую" взаимосвязь [1,с.198]. Зависимость (2) хорошо согласуется с соотношением

*пс = 7та = Ц^! Квях

пс тах тах тах, определяющим понятие характерное время польдерной системы. В этом случае расчет параметров дренажа польдерных систем должен проводиться по формулам нестационарной фильтрации:

В=4[(Ыд2+ тр Т /4ц)0,5- Lнд ],

(3)

где: Lнд-обобщенное фильтрационное сопротивление, по А. Мурашко, м; Т- проводимость водоносного комплекса, м2/сут; ^-коэффициент водоотдачи; тр-пара-метр, учитывающий гидрологические условия работы дренажа (время стабилизации), сут.

Т- ■

^^ вД.ПДЛь ik

W....,, Wmd = УЖ

W

вл.кан.к

к

стемы, м2, ' - время добегания от единичной дренажной системы к створу насосной станции, с, ik, - множество номеров дренажных систем, подсоединенных к к-му каналу, Wкан..i- объемы добегания для отдельных кана-лов,м3, W.кан.k - объемы добегания для групп каналов; м3, W.польд - объемы добегания для польдерной системы в целом, м3.

Использование интеграла Дюамеля для расчета формирования стока на массиве польдерной системы вводит понятие характерного времени польдерной системы, ^пс 7тах ^так . Характерное время польдерной системы, ^с, определяет время снижения напоров на дренаже до горизонтов его заложения, определяя этим динамику работы и параметры дренажа.

Использование для расчета зависимости (1) предполагает физическую модель, схематизацию формирования стока, использующую представление о наличии непосредственной гидравлической связи между каждой из составляющих массив осушения дренажной системы со створом насосной станции. В этом случае в параметрах каналов должны быть учтены объемы добегания стока от каждой из дренажных систем к створу станции, рассчитанные для польдерной системы по зависимости (1). Результаты численных экспериментов показали, что учет в параметрах каналов объемов добегания стока, размещенных под горизонтами заложения дренажа, позволяет получить величину уклона кривой свободной поверхности воды в канале тан = 0.000004 для канала длиной 15 000 м, что можно признать приемлемым для практики проектирования [1,с.198].

Полученная при численном моделировании зависимость между площадью осушаемого массива и расстоянием между дренами (Е) для qдр = 1 л/(с-га) и Кф=1.5 м/сут [1,с.197]:

(1)

Параметр тр в формуле (3), время стабилизации, определяется подбором, с учетом закона снижения уровней воды в каналах. Из анализа экспериментальных данных работы и численных экспериментов следует, что закон снижения уровней воды в каналах определяется параметром ^с. В этом случае имеем тр = ^с и зависимость (3) может быть переписана для польдерных систем в виде:

В=4[^нд2+ тпс Т /4^)0,5- Lнд ],

(3а)

Таким образом, расчет параметров дренажа польдерных систем должен вестись по формулам нестационарной фильтрации, в частном случае, с использованием зависимости (3а).

Варианты схематизации формирования стока с водосбора, каким является массив осушения польдерной системы, рассмотрены в [3,с.126, 4,с.33]. В частности, схематизация водосбора Dooge J. [3,с.126] предполагает его состоящим из площадных источников с линейного вида зависимостью расхода от напора и каналов, переносящих гидрограф стока в расчетный створ без изменения его характеристик. Схематизация von Asmuth J. R., et al. [4,с.33] предполагает непосредственную связь составляющих водосбор площадных источников с расчетным створом. Однако из схематизаций Dooge J. и von Asmuth J. R., et al. не следует очевидных выводов о возможности линеаризации работы польдерных систем.

Построение топологии и разработка конструкции польдерной системы основывается, в первую очередь, на закономерностях, корректно описывающих формирование процессов формирования стока на безуклонном массиве осушения. Одним из инженерных решений конструкций систем является устройство сети соединительных каналов, объединяющих отдельные массивы систем в единую гидрологическую систему [2,т.10,с.4;т.11,с.6; т.12,с.6;т.13,с.7;т.14,с.6;т.15,с.7;т.16,с.7].

Сравнение данных Юго-западного (F=4 100 га), Славского (F=9 150 га), Неманского (F=17 400 га) и Тимирязевского (F=12 160 га) массивов с рассчитанными значения производительности насосных станции для модуля дренажного стока qнс=1.0 л/с га приведены на рис. 1 [1,с.198].

Экспериментальные исследований показали, что объединение польдерных систем в один гидрологический объект, без перерасчета параметров каналов и дренажа систем на условия работы отдельных систем в едином массиве, не приводит к существенному улучшению работы объединенной польдерной системы, массив которой осушается группой насосных станций, расположенных на контуре массива. Анализ системных экспериментальных исследований и проведенные численные эксперименты показывают, что приведение параметров насосных станций к соответствию их суммарной производительности расчетным гидрологическим данным является только частью расчета параметров системы, обслуживаемой насосных станций, расположенных по контуру массива.

к

Я п Модуль стока,д,л/с га.

: 1 •

: | 3)

• 5 •

• • • •

ъ

• • «

{ТУТ) СП йн А 3

$ П) 7)2

Ъ

О 4000 8000 12000 16000 20000 Площадь осушаемого массива,Р,га.

Рис.1. Характеристики массивов Неманской низменности по отдельным станциям и массивам, объединенным

системой соединительных каналов. 1-Юго-западный массив:@-отдельные насосные станции, @1-суммарный для массива; 2-Славский массив: @-от-дельные насосные станции, @ 2-суммарный для массива; 3-Неманский массив: @ -отдельные насосные станции,@ 3-суммарный для массива; 4-Тимирязевский массив: @ -отдельные насосные станции, @ 4-суммарный для массива; 5-расчитанные значения производительности насосных станции для модуля дренажного стока qнс=1.00 л/с га- • ••.

Из анализа возможности применения характерного времени польдерной системы ^с в проектировании польдерных систем следует реализация очевидного инженерного решения о вводе расположения насосной станции внутрь контура массива осушения. В этом случае достигается, в соответствии с зависимостью (3а), увеличение расстояния между дренами. Одним из вариантов построения топологии польдерных систем является введение в контур массива осушения насосных станций, обслуживающих отдельные поля севооборотов (схема «польдер в польдере» института «Запгипроводхоз») и работающих на один магистральный канал. Схема построения топологии польдерных систем, использующая введение в контур массива осушения насосных станций, обслуживающих отдельные поля севооборотов и работающих на один магистральный канал имеет достаточно большие I

преимущества перед примененными схемами топологии (рис.2). Это определяется сильной зависимостью расстояния между дренами от площади осушаемого массива (Е=8+32 ехр(^/1250)) и стоимостью закрытого дренажа, составляющего в общей стоимости строительства системы 75-80%. Однако окончательное решение о конструк ции системы принимается на основании экономического анализа.

Очевидно, что применение схемы построения топологии польдерной системы, приведенной на рис.2 позволит обеспечить требования к водному режиму всех агрокультур севооборота без существенных потерь урожая. Это существенно повышает эксплуатационные характеристики работы польдерных систем при их сельскохозяйственном использовании.

л

£

К

ПолеН Р-КОга

I («Ш

Г+45-7-

РМЧ-

£

нр

Ор:

!

5

У

Р ИЧЙ -ч

Ь-£5

II

45? 1

0 *з

5Ю

Ф

(«СЁ

111111111 кШмоЬЫ

$

М-С'5-)-

исЭ

.нФ

ВВШ

[Цг|в 7| 1|жр0С|г? (№5-11

£

К

Г1с1пе 4..

■-И

ь

м:

ПЬ^е & ^=)5<И ц | с

I I ||:

2236

2236

2236

2236

Рис.2. Схема построения топологии польдерных систем, использующая введение в контур массива осушения насосных станций, обслуживающих отдельные поля севооборотов и работающих на один магистральный канал.

Таким образом имеем

1. Параметры составляющих польдерную систему элементов-дренажа, каналов проводящей сети и насосной станции жестко увязаны между собой и определяются характерным временем польдерной системы ^с.

2. Объединение польдерных систем в один гидрологический массив (путем создания сети соединительных каналов), обслуживаемый группой насосных станций, расположенных по контуру массива, должен сопровождаться перерасчетом параметров каналов и дренажа систем на условия работы отдельных систем в едином массиве.

3. Вариантом построения топологии, а значит и конструкции польдерных систем, имеющим определенные преимущества перед действующими системами, является использование для обслуживания полей севооборотов отдельных насосных станций, работающих на магистральный канал.

Литература

1. Кащенко Н.М., Ковалев В.П. Расчет линейных польдерных систем. // Проблемы устойчивого развития мелиорации и рационального природопользования. Материалы юбилейной международной конференции. М., 2007. С. 195-200.

2. "Сводный проект мероприятий по восстановлению осушительных систем Куришгафского бассейна". Калининградская экспедиция. Трест "Росвод-строй". МСХ РСФСР. -М.: 1946-1949 г.г. т.т.1-25.-10 000 c.

3. Dooge J. A general theory of the unithydrograpf // J. Geophys. Res., 1959. -V.64, № 2. p.124-136.

4. Von Asmuth J. R., Maas K., Bakker M., Petersen J. Modeling Time Series of Ground Water Head Fluctuations Subjected to Multiple Stresses // Ground Water, 2008. - V. 46. - p. 30-40.

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Хопунов Эдуард Афанасьевич

доктор технических наук, Консультационно-аналитический центр "Российский стандарт", г. Екатеринбург Modern trends of processing of mineral raw materials

Khopunov Edward Afanasevich, doctor of Technical Sciences, Consulting and Analytical Centre "Russian Standard" s.Ekaterinburg

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены проблемы комплексной переработки минерального сырья; предложены подходы, позволяющие снизить энергозатраты, улучшить полноту и комплексность переработки руд, приведены примеры новых устройств

ABSTRACT

The article deals with the problem of complex processing of mineral raw materials, new approaches that reduce energy consumption, improve the completeness and complexity of processing of ores, provides examples of new devices. Ключевые слова: комплексная переработка минерального сырья, технологическая минералогия. Keywords: complex processing of mineral raw materials, technological mineralogy.

Современные реалии таковы, что Россия, входящая в пятерку стран по запасам твердого минерального сырья, по уровню добычи и объемам переработки полезных ископаемых, рискует достаточно быстро потерять конкурентное преимущество, если проблемы качества сырьевых ресурсов, низкого уровня комплексной переработки и огромных энергозатрат, будут уделом академических кругов, различного рода симпозиумов, конференций и конгрессов. Пока собственники горнодобывающих предприятий не осознают всю остроту данной проблемы (грозящей им прямыми потерями в результате ухудшения качества сырья), в решениях ежегодных совещаний и конференций будут появляться одни и те же призывы, которые в разных формах повторяются уже не одно десятилетие:

• снижать энергоемкость;

• повышать полноту и комплексность извлечения;

• внедрять инновационные процессы и технологии и т.п.

Ежегодные объемы добычи и переработки твердого минерального сырья в России составляют боле 1 млрд. тонн, из них почти половине для технологического процесса необходима вода (порядка 2млрд.куб.м). Плата

за извлечение одних ресурсов - огромное потребление других, не менее дорогостоящих ресурсов - воды и электрической энергии (в среднем 30-60 кВтч на 1т перерабатываемого сырья). Причем, ни у кого, из причастных к добыче и переработке полезных ископаемых, не вызывает сомнения необходимость полноты и комплексности извлечения из недр всего добытого сырья. Идеи рационального недропользования и комплексного извлечения полезных ископаемых, выдвинутые еще в 20 веке Н. В. Мельниковым, Б. Н. Ласкориным, В.И. Ревнивцевым и другими учеными, так и не получили должного разви-тия[1,2]. Одна из причин - это сложившиеся принципы формирования месторождений "по отраслевому признаку" (руды черных, цветных, редких металлов и т.п.), по которым традиционно воспроизводятся узко профильные перерабатывающие предприятия. В реальности минерально-сырьевая база является неоднородной не только по содержанию "рудного" компонента, но и по содержанию целого набора иных компонентов, по структуре и физическим свойствам. В большинстве месторождений, классифицированных как железные, медные руды неизбежно присутствуют нерудные минералы, содержащие