CC BY
1УДК 336.748.14 (575.14)
С. К. Вейсов1, Г. О. Хамраев2
1К.г.н., ведущий научный сотрудник (Национальный институт пустынь, растительного и животного мира Государственного комитета по охране окружающей среды и земельным ресурсам Туркменистана,
Ашхабад, Туркменистан) 2К.г.н., заведующий кафедрой гидрометеорологии (Туркменский государственный университет им. Магтымгулы, Ашхабад, Турменистан)
МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ДЕФЛЯЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ НА ИНЖЕНЕРНЫХ ОБЪЕКТАХ ТУРКМЕНИСТАНА
Аннотация. Показан многолетний опыт Национального института пустынь, растительного и животного мира Государственного комитета по охране окружающей среды и земельным ресурсам Туркменистана (НИПРЖМ) по разработке и применению различных видов материалов и методов по закреплению подвижных песков в Туркменистане. Каждый из приведенных методов прошел многолетнюю проверку в лабораторных и производственных условиях. Результаты их применения доказывают большую эффективность и экономичность использования местных материалов и методов борьбы с дефляционными процессами на различных инженерных объектах Туркменистана.
Ключевые слова: дефляционные процессы, виды защиты, закрепление песков, посев, фиксаторы.
Быстрые темпы промышленного освоения пустыни Каракум, связанные со строительством различных инженерных объектов и добычей углеводородного сырья, приводят к нарушению естественных песчаных поверхностей, а именно возникают активные дефляционные процессы, которые сопровождаются песчаными заносами и выдуванием.
Для их предотвращения необходимо проведение пескоукрепительных работ, требующих индивидуальных решений с учётом природных особенностей конкретного региона. Кроме того, следует учитывать экономическую эффективность рекомендуемых и применяемых защитных материалов, их доступность и нетоксичность к растениям и животным.
При инженерно-геоморфологическом районировании пустыни Каракум необходимо учитывать весь комплекс природных и антропогенных факторов, принимая во внимание все специфические условия применительно к конкретным песчаным массивам.
В Национальном институте пустынь, растительного и животного мира (НИПРЖМ) Государственного комитета по охране окружающей среды и земельным ресурсам Туркменистана разработана и проверена на практике методология проведения пескоукрепительных работ и накоплен многолетний опыт успешного применения различных методов защит от песчаных заносов и выдувания [1, 2, 5, 6].
Так, для использования определенного вида защит необходимо выяснить специфические природные условия будущего расположения инженерных объектов и наличие местных материалов для закрепления подвижных песков, а также особенности устройства, технологии и очередности проведения работ.
По виду применяемого материала защиты можно разделить на следующие большие группы:
защиты из местной растительности;
механические защиты (камышовые маты);
защиты из сыпучих материалов;
защиты из жидких фиксаторов и различных смесей.
Защиты из местной растительности (трав и веток кустарников и полукустарников). По способу устройства они подразделяются на устилочные, полускрытые, торчковые и скрытые. Кроме того, устилка и стоячие механические защиты бывают сплошными, рядовыми и клеточными. Расстояние между рядами и размеры клеток, как правило, не превышают 2-4 м. Для устройства клеточных механических защит часто применяют местные растения: камыш (тростник), стебли и хворост кустарников и полукустарников, а также полынь, селин и др.
Защиты из местной растительности - наиболее применяемые виды защит. Их использование имеет большую историю - начиная с защиты Закаспийской железной дороги и создания в Фарабе (1943 г.) опытной станции по внедрению новых методов по борьбе с подвижными песками.
Применение некоторых видов местной растительности для создания клеточной защиты не только не уступает камышовым матам по дефляционной устойчивости, но и обходится в несколько раз дешевле. Нормы расхода материалов также зависят от расстояния между клетками, скорости ветра и вида используемого материала, инженерно-геоморфологических условий.
Эффективнее сочетать полускрытую защиту с посевом семян или посадкой сеянцев местных видов растений. Для увеличения срока службы механических защит в первый год роста посадок необходимо периодически проводить их ремонт (через 2-3 года). В последующие годы нужно осуществлять повторную посадку растений на участках, где они не прижились, и ремонт механической защиты.
Защита из хвороста кустарниковых видов хорошо задерживает семена, которые переносятся ветром, поэтому участки защит очень быстро зарастаются. Более того, ветки черкеза, кандыма, уложенные в осенне-зимне-весенний период, могут сами укореняться.
Этот вид защит следует признать самым приемлемым, хотя устройство его требует больших затрат ручного труда. Они устанавливаются вручную и на расстояние не ближе, чем 100 м от объекта с подветренной стороны (рисунок 1).
Рисунок 1 - Закрепление подвижных песков местной растительностью
Механические защиты допускают некоторую механизацию и имеют большую историю применения. По аэродинамическим параметрам и способам установки они аналогичны затратам на защиты из трав и кустарников, однако камышовые защиты более долговечны и лучше закрепляют подвижные формы песчаного рельефа.
Закрепление эоловых форм обычно осуществляется установкой различных типов механических защит в комплексе с посевом и посадкой растений-пескоукрепителей. Механические защиты рассматриваются как временное мероприятие для стабилизации барханного рельефа на 2-3 года и защиты посевов и посадок растений-пескоукрепителей от выдувания и засыпания. Для этого обычно используются клеточные механические защиты, которые устанавливаются на эоловых формах от основания до вершин. Ширина отрабатываемой зоны составляет от 100 до 500 м с наветренной и вдвое меньше - с подветренной стороны.
Такой метод закрепления подвижных песков был существенно дополнен и усовершен-ствован учеными НИПРЖМ. Так, в частности, стабилизация барханного рельефа с наветренной стороны
достигается защитными мероприятиями в полосе шириной 100 и 150 м для инженерных сооружений, ориентированных параллельно цепям. В этих местах эффективны полосные защиты шириной 1-1,5 м, размещенные через 3 м или в виде клеток размером 3х3 м. При этом наветренные склоны барханных цепей закрепляются от понижений до вершин. Кроме того, механические защиты стали применяться комплексно с другими методами и получили название комбинированных защит. Наиболее широко использовались последние методы при защите линейных объектов, в частности, особенно интенсивно в 2002-2005 годы при защите железной дороги Ашхабад -Каракумы- Дашогуз от песчаных заносов [3].
При устройстве клеточных (или рядовых) механических защит из камыша обычно на практике используют стандартные камышовые маты размером 2x1 м толщиной в среднем 5 см. Маты разрубаются на три равные части острым топором на деревянной доске. Ширина каждой части равна 100 см, а высота - 60-65 см. В песке роется лопатой канавка глубиной 30-35 см, куда закапывается часть мата с последующей посадкой саженцев вблизи камышовой стенки или проводится посев семян пустынных растений.
При отсутствии камышовых матов можно использовать камыш в россыпи. Берется пучок камыша, кладется на канавку и резко вдавливается тупой лопатой пополам, а затем засыпается песком с последующей посадкой саженцев или посевом семян вблизи камышовой стенки.
На рисунке 2 показан общий вид клеточных механических защит из камыша. Для их устройства можно использовать и рогоз.
Практика показала, что при закреплении раздуваемых песчаных поверхностей дает хорошие результаты сочетание механических защит с приемами фитомелиорации, что может существенно снизить угрозу песчаных заносов на линейных инженерных объектах, в частности на автомобильных дорогах в местах, где выполнялись планировочные работы на больших площадях.
Рисунок 2 - Общий вид клеток из камыша (2х2 м) с посаженной растительностью
Защиты из сыпучих материалов. Здесь наиболее популярными материалами являются гравий и глина. Они отсыпаются либо сплошным слоем мощностью до 3-5 см, либо из них создаются полосы и клетки. Такие защиты в настоящее время создаются вручную, но могут быть механизированы. На подобных защитах хорошо развивается пустынная растительность. Экспериментальные работы по использованию гравия и щебенки были проведены при закреплении берегов Каракумреки в 1968-1969 годах прошлого столетия.
Для закрепления песчаной поверхности используется и глина (такырная). Внесение глины в песчаную почву обогащает ее необходимыми для нормального развития растений питательными элементами, и не загрязняет почву токсичными веществами.
При устройстве валиков из глины происходит выдувание пылеватых частиц. Чтобы этого не происходило, глину необходимо опрыскивать водой для создания нераздуваемой корочки. Между валиками в ряде случаев желательно проводить посев семян растений-пескоукрепителей или посадку саженцев черкеза, кандыма. Норма высева семян саксаула 6-8 кг, черкеза и кандыма -3-4 кг/га, норма посадки саженцев - 3,3 тыс. га. Работу с сухой глиной лучше проводить в осенне-зимний период перед выпадением основного количества атмосферных осадков или увлажнять глину путем спрыскивания ее водой из расчета 1,5-2 л/м2. После смачивания глинистая корочка предохраняет раздувание сухой глины ветром, а следовательно, и выдувание песка, что создает благоприятные условия для приживаемости растений [4].
Комплексный способ закрепления подвижных песков предусматривает применение не только супесчаного грунта, но и гравийной крошки. Её тоже отсыпают в виде валиков шириной 0,5 м и высотой 0,1 м. Рядовая защита из камыша устанавливается через 5 м с отсыпкой супеси (или гравийной крошки) с обеих сторон камышового ряда. Посадка саженцев или посев семян осуществляются с подветренной стороны рядовой защиты, т.е. в ветровой тени. В этом случае молодые растения будут находиться под защитой от сильных господствующих ветров.
Защиты из жидких фиксаторов. Этот вид покрытий легко поддаётся механизации и весьма технологичен. Однако не везде существует производственная база, дающая возможность его массового применения. Для нанесения фиксатора существует множество различных механизмов.
В прошлом столетии самым распространенным видом покрытия для фиксации подвижной песчаной поверхности являлись смеси жидких фиксаторов (90% отработки, 8% мазута и 2% битума). Смесь в разогретом виде (вначале разогревается битум, затем в расплавленный битум добавляется мазут и после полного размешивания - отработка) разбрызгивается любым насосом. Расход смеси составляет в среднем 3 л/м2 поверхности. Защищаемые участки, как правило, не требуют предварительной и тщательной планировки.
Защиты из смеси нефтяных материалов полностью приостанавливают вынос песка с защищаемого участка, но совершенно не задерживают песок, переносимый ветром в ветропесчаном потоке. Опыты с нефтяными материалами широко использовались учеными Института пустынь АН ТССР при защите линий электропередач (ЛЭП) в 1967 году. Более того, применение защит дало хорошие результаты, так как под коркой создаются благоприятные условия для развития растений-пескоукрепителей.
По технологии и структурно-физическим качествам пескозащиты из жидких фиксаторов делятся на:
1) поверхности, образованные простым поливом фиксатора;
2) поверхности, покрытые смесью жидкого фиксатора песка (способ более трудоёмкий, но экономящий дорогой фиксатор почти в два раза).
В Институте пустынь АНТ в семидесятые годы прошлого столетия был разработан способ закрепления подвижных песков глинистыми суспензиями, обработанными полимерами серии "К", ПАА и латексом. Обработка площади производилась поливом из расчёта до 4 л/м2. Полевые экспериментальные опыты в Западном Туркменистане и на Каракумреке показали, что полимеры полностью предотвращают растрескивание глинистой корки после высыхания; и корка не мешает росту молодых побегов, повышает сопротивляемость песка дефляции. Механическая прочность глинистой корки с полимером в 7-8 раз становится больше. Под коркой всегда образуется повышенное содержание влаги с благоприятным температурным режимом.
Институт пустынь АНТ начиная с 1973 г. провёл серию лабораторных и полевых экспериментальных работ по созданию ветроустойчивых корок, полученных на основе раствора битума в отработанном автоле и трансформаторном масле. Масла, прошедшие неоднократную регенерацию, становятся не пригодными к дальнейшему использованию.
Экспериментальное изучение пескозащитных свойств растворов битума в отработанном автоле и трансформаторном масле было проведено в Юго-Восточных Каракумах (соотношение 0,5:10 и 1:10). Корки, полученные на основе этих растворов, позволяли заключить, что они могут с успехом применяться при защите ЛЭП от выдувания. Само масло, не обладая смолами, не может создать корку с хорошей ветроэрозионной устойчивостью, следовательно, необходимо в них добавлять вещества, содержащие смолы и асфальтены, например битум и мазут. Наблюдаемое
смягчение колебаний температуры под образующейся коркой в полевых условиях в летнее время значительно ниже, чем под полимерами и глинистыми корками. Подобные покрытия нетоксичны к растениям.
В лабораторных условиях изучалась вязкость масла и технических лигносульфонатов в зависимости от температуры. Определялась водная и механическая прочность корок, установлена оптимальная доза расхода и концентрации масла и лигносульфонатов для закрепления подвижных песков.
Лабораторные исследования препарата «лигносульфонат» показали, что наилучшими свойствами обладает корка, полученная при обработке песка пастой «лигносульфонат» (древесная смола) в соотношении 1:2 и разбавлении её водой 1:2 и 1:3.
Экспериментальными работами на газопроводах в междуречье Теджен-Мургаб (1973— 1979 гг.) было установлено, что оптимальной толщиной защитной корочки в естественных условиях следует признать величину более 5 мм. В таком случае поверхностная защитная корочка достаточно устойчива и, как показывает опыт, срок её существования может достигать нескольких лет. Следовательно, расход фиксатора был увеличен до 3 л на 1 м, а не 800 г/м2, как раньше было принято на практике пескоукрепительных работ. При подобном расходе резко повышаются устойчивость покрытий и их долговечность. В результате отпадает необходимость в частом восстановлении защитного комплекса. Правильное выполнение всех работ и увеличение расхода фиксатора не удорожает, а удешевляет пескозащитный комплекс, так как исключает частые земляные ремонтные работы и расходы на многократные поливы.
Однако многие жидкие фиксаторы привозились из-за пределов Туркменистана и в настоящее время недоступны для широкого использования. Поэтому с середины девяностых годов до настоящего времени при закреплении подвижных песков используются только местные материалы. Так, для защиты линейных инженерных объектов - автомобильных и железных дорог широко применялись такырная глина и механические защиты. Эти методы защит широко использовались вдоль построенной железной дороги Ашхабад-Каракумы-Дашогуз и при реконструкции автомобильной дороги Туркменбаши-Фараб.
Таким образом, ученые Национального института пустынь, растительного и животного мира Государственного комитета по охране окружающей среды и земельным ресурсам Туркменистана разработали стройную систему пескоукрепительных работ в зависимости от поставленных задач и охраны природы пустыни Каракумы. Согласно научным разработкам, выполненным в НИПРЖМ, методология защитных мероприятий должна базироваться на комплексном анализе природно-климатических факторов и особенностей расположения инженерного объекта, рекомендуемые методы защит должны обязательно проверяться как в лабораторных, так и в полевых условиях.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Бабаев А.Г. Проблемы пустынь и опустынивания. - Ашхабад: Туркменская государственная издательская служба, 2012.
[2] Вейсов С.К., Курбанов О.Р., Хамраев Г.О., Акыниязов А.Д. Эоловые равнинные ландшафты Каракумов // Проблемы освоения пустынь. - 2009. - № 1.
[3] Вейсов С.К., Хамраев Г.О. Методы закрепления подвижных песков вдоль железной дороги «Ашхабад - Дашогуз» // Проблемы освоения пустынь. - 2004. - № 1.
[4] Вейсов С.К., Хамраев Г.О., Аннаева Г.О. Использование глины для закрепления подвижных песков // Проблемы освоения пустынь. - 2006. - № 2.
[5] Иванов А.П. Формирование профилей эоловых форм рельефа песчаных пустынь. - Ашхабад: Ылым, 1989.
[6] Иванов А.П. Физические основы дефляции песков пустынь. - Ашхабад: Ылым, 1972.
REFERENCES
[1] Babayev A.G. Problems of deserts and desertification. Ashhabad: Turkmen state publishing house, 2012 (in Russian).
[2] Veisov S.K., Kurbanov O.R., Hamrayev G.O., Akyniyazov A.D. Eolian plain landscapes of Karakum // Problems of deserts development. 2009. N 1 (in Russian).
[3] Veisov S.K., Hamrayev G.O., Methods of fastening of moving sands along railway "Ashhabad Dashoguz" // Problems of deserts development. 2004. N 1 (in Russian).
[4] Veisov S.K., Hamrayev G.O., Annayeva G.O. Use of clay for the fastening of moving sands // Problems of deserts development. 2006. N 2 (in Russian).
[5] Ivanov A.P. Formation of profiles of eolian forms of relief of sand deserts. Ashhabad: Ylym, 1989 (in Russian).
[6] Ivanov A.P. Phisical bases of deflation of sands of deserts. Ashhabad: Ylym, 1972 (in Russian).
С. К. Вейсов1, Г. О. Хамраев2
1Г.г.к., TYpiKMeHCTaH коршаган ортаны коргау жэне жер ресурстары ¥лттьщ комитетiнiн шел, еамдш жамылгысы жэне жануарлар элeмi ¥лттьщ институтынын жeтeкшi гылыми кызмeткepi
(Ашхабад, TYpiкмeнстaн) 2Г.г.к., Магтымгулы атындагы TYpiкмeн ^лттык унивepситeтiнiн кафедранын мeнгepушiсi
(Ашхабад, Тдакменстан)
ТУРГКМЕНСТАННЬЩ ИНЖЕНЕРЛ1К ОБЪЕКТШЕРШДЕ ДЕФЛЯЦИЯЛЬЩ УРД1СТЕРМЕН КУРЕСУ ЭД1СТЕР1
Аннотация. TYpiкмeнстaн коршаган ортаны коргау жэне жер ресурстары ¥лттъщ комитeтiнiн шел, еамдш жамылгысы жэне жануарлар элeмi ¥лттык институтынын (ШвЖЭ¥И) TYpiкмeнстaндaFы кешпeлi К¥мдарды бек1ту бойынша эpтYpлi мэлiмeттep мен эдiстepдi колдануды к¥рудын кепжылдык тэж1рибеа кеpсeтiлгeн. Op6ip кеpсeтiлгeн эдiс ендipiстiк жагдайда жэне лабораторияларда кепжылдык тексерютен ет-кiзiлгeн болатын. Оларды колданудын нэтижeсi TYpiкмeнстaннын эpтYpлi инженерл1к объeктiлepiндe дефляциялык YPДiстepмeн кYpeсудe жepгiлiктi материалдар мен эдiстepдi пайдалануда Yлкeн тшмдшкп жэне Yнeмдiлiктi кеpсeтiп отыр.
Тушн сездер: дефляциялык YPДiстep, корганыс тYpлepi, кумдарды бек1ту, eгiстiк, фиксаторлар.
S. K. Veisov1, G. O. Hamrayev2
1Candidate of geographical sciences, lead research worker of National Institute of deserts, flora and fauna of State Committee for environment protection and land resources of Turkmenistan
(Ashgabad, Turkmenistan) 2Candidate of geographical sciences, head of a chair of hydrometeorology of Turkmen State University named after Magtymguly (Ashgabad, Turkmenistan)
METHODS AGAINST DEFLATION PROCESSES ON ENGINEERING OBJECTS OF TURKMENISTAN
Abstract. The article listed a long experience of the National Institute of Deserts, Flora and fauna of the State Committee for Environmental Protection and Land Resources of Turkmenistan (NIDFF) the development and application of various types of materials and methods to consolidate the shifting sands in Turkmenistan. Each of these methods was tested in a multi-year labdoratornyh and operating conditions. The results of their applications prove more efficient and economical use of local materials and methods to combat deflationary processes on various engineering objects in Turkmenistan.
Keywords: deflation processes, types of protection, fastening of sands, sowing, holders.
