CC BY
9Геоморфология жэне w3oaeHdiK урдютер
Геоморфология и экзогенные процессы
Geomorphology and exogenous processes
УДК 551.4.08; 551.435
С. К. Вейсов1, Г. О. Хамраев2
:К.г.н., ведущий научный сотрудник (Национальный институт пустынь, растительного и животного мира Министерства сельского хозяйства и охраны окружающей среды, Ашхабад, Туркменистан) 2К.г.н., заведующий кафедрой гидрометеорологии (Туркменский государственный университет им. Магтымгулы, Ашхабад, Туркменистан)
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ПРОЦЕССОВ ВЫДУВАНИЯ В ПУСТЫНЕ КАРАКУМ
Аннотация. Определены эффективные методы защиты магистральных трубопроводов от процессов выдувания в условиях пустыни Каракум. Исследования показывают, что отложения песка на надтраншейную полосу снимают опасность раздувания ветром и оголение проложенного газопровода. При проектировании трассы трубопроводов необходимо учитывать многолетний режим ветров этой территории. При прокладке трубопроводов и газопроводов следует добиваться их максимальной заносимости в завимимости от движения барханных форм эолового рельефа. Такой принцип используется только для защиты трубопроводов от выдувания, а для других линейных объектов - автомобильных и железных дорог не применяется.
Ключевые слова: процессы дефляции, защита трубопроводов от выдувания, пустыня Каракум, движение барханных форм эолового рельефа.
Опыт строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов в пустыне Каракум требует надежных и эффективных методов их защиты от процессов выдувания [1-4]. Защищаемая полоса в условиях расчлененного с различной степенью задернованности эолового рельефа составляет ширину в 6 м. Раздуванию обычно подвергается в основном песчаная поверхность надтраншейного вала с откосами 1:4 (140) (рисунок 1).
Рисунок 1 - Устройство замка из камыша, предохраняющего надтраншейный вал от раздувания: 1 - труба; 2 - наброска из глины, 3 - ряды из камыша; 4 - посадка растений псаммофитов
Эта защита образует нераздуваемую поверхность над газопроводом и снижает скорость ветра, что способствует накоплению песка в полосе 6 м над трубой. Для примера можно рассчитать количество улавливаемого песка над газопроводом. Допустим, что скорость ветра составляет 8 м/с, а за замком из камыша - 7 м/с, тогда по формуле, предложенной А. П. Ивановым [6, 7], можно определить количество песка, отложенного в пространстве за замком:
Q = 0, 06 (У!,с - 4)3 г/м-с,
где У],0 - скорость ветра на высоте 1 м от песчаной поверхности.
1. Перенос песка ветром перед замком: Q = 0,06 (8-4) = 3,84 г/м-с.
2. Перенос песка ветром за замком: Q = 0,06 (7-4) 3 = 1,62 г/м-с.
Отложение песка составит: ДQ = Q1 - Q2 = 3,84-1,62 = 2,22 г/м-с.
Если принять перенос песка Q1 за 100% в течение 1 с через линию фронта 1 м, то отложение ДQ = 2,22 г/м-с будет составлять 57,8%. Пример показывает, что сравнительно небольшое снижение скорости ветра всего на 1 м/с приводит к значительному отложению песка в пространстве за замком.
В различных регионах Каракумов, где прокладываются газопроводы, наблюдаются сильные ветры, поэтому предпочтительней устраивать полускрытые или клеточные защиты из камыша. Многолетняя практика применения таких защит показывает их эффективность, особенно на техногенных подвижных песках, лишенных пустынной растительности. Ряды из камыша представляют собой полупроницаемую для ветра стенку, за которой скорость ветра значительно снижается. Если не закопанная часть камыша имеет высоту до 0,5 м, тогда снижение скорости ветра будет наблюдаться до 0,5-(6-8) = 3-4 м. Это означает, что опасность выдувания защищаемой поверхности газопровода значительно снизится. Кроме того, между рядами из камыша, т.е. в межклеточное пространство, лучше набросать глину для создания надтраншейной полосы нераздуваемой поверхности (рисунок 2).
Выдувание и оголение газопровода приводит к порче изоляции, коррозии металла и выпучиванию трубы. Таким образом, создается аварийная ситуация, ликвидация которой требует проведения незамедлительных закрепительных работ и больших финансовых расходов (рисунок 3).
V
Рисунок 2 -Устройство рядов из камыша: V - направление скорости ветра; 1 - труба; 2 - ряды из камыша; 3 - посадка растений псаммофитов
Рисунок 3 - Начальная стадия процесса выдувания газопровода
Для предотвращения процессов выдувания необходимо после укладки, засыпки и обваловки трубы провести комплексные пескоукрепительные работы.
Одним из широко применяемых в последнее время методов защиты трубопроводов от выдувания являются их правильное трассирование и углубление, то есть прокладка по минимальным отметкам эолового рельефа или по обволакивающему профилю [8]. Однако такие методы применяются при строительстве трубопроводов в задернованных песках. Сооружение и последующая безаварийная их эксплуатация в условиях барханного рельефа требуют специальных защитных мероприятий, как правило, на протяжении всей площади развития подвижного рельефа. По техническим условиям эксплуатации трубопроводов применение фитомелиоративных мероприятий, то есть посадка кустарников-псаммофитов над траншейной полосой, нецелесообразно, так как мощная корневая система кустарников и полукустарников разрушает изоляционный слой труб.
Наиболее надёжным методом защиты от выдувания песка здесь будет применение механических защит. Как отмечалось, их положительным свойством является накопление песка на над-траншейной полосе, что в данном случае полностью работает на решение поставленной задачи. Кроме того, следует шире применять методы с использованием вяжущих материалов и глинование поверхности песка для создания фиксирующих покрытий, что создает нераздуваемую корку над трубой [5] (рисунок 4).
Рисунок 4 - Методы защиты трубопровода от процессов выдувания жидкими фиксирующими растворами: а - с механическими защитами; б, в - закрепление только раствором мазута (50%) и отработанными маслами (50%) надтраншейного вала и валика
Проведение мероприятий по защите трубопроводов в пустыне Каракум распространяется на площадь трассы, проходящей на расчлененных барханных песках. При этом вся работа состоит из двух этапов. Первый этап - заглубление (засыпание) трубы и создание надтраншейного вала, второй - непосредственное проведение защитных мероприятий.
В первом варианте (см. рисунок 4, в), трубопровод проложен в насыпи, т.е. лежит на уровне раздуваемой песчаной поверхности. Этот вариант предусматривает использование фиксирующих растворов при расходах 3,5-4,0 л/м2 с заливкой фиксатора в канавку «замка» на глубину 15 см.
Второй вариант (см. рисунок 4, а, б) относится к случаям, когда трубопровод заглублен в песок (в соответствии с техническими условиями), но есть опасность его выдувания. Здесь тоже применимы фиксирующие растворы и расход их аналогичен с первым вариантом.
В третьем варианте защиты (рисунок 5) предусматривается применение глины, гравия или каких-либо местных материалов из коренных отложений для создания «бронирующей» поверхности над трубой. По краям «бронирующей» поверхности желательно устраивать «замок» путём
Рисунок 5 - Закрепление надтраншейной полосы глиной с одновременной посадкой растений псаммофитов по бокам закрепляемой полосы
заливки фиксирующего состава. Устройство «замка» предохранит края «бронирующей» поверхности от разрушения. Практика работы с гравием и глиной показала, что крупные частицы, особенно частицы гравия, начинают рассредоточиваться при выдувании ветром песка из-под них, то есть они скатываются в пониженные места.
Глинование осуществляется путём отсыпки сухой глины слоем не менее 5-10 см. Ширина закрепляемой полосы 2-3 м, а на особо опасных участках с подвижными песками ее можно увеличить до 4-х м. Отсыпку сухой глиной рекомендуем проводить до наступления зимне-весенних дождей. При смачивании глины атмосферными осадками образуется сток влаги и скопление её у краёв отсыпанного слоя глины. После высыхания создается глинистая корка, которая будет предохранять трубопровод от выдувания. Таким образом, создаются благоприятные условия для прорастания семян и приживаемости саженцев различных видов растений по краям глиняной корки.
Перечисленные методы защиты были применены при защите участков магистрального газопровода Средняя Азия - Центр, а также в районах газовых промыслов, где проводились полевые испытания различных вариантов предотвращения процессов выдувания и стабилизации песчаной поверхности для выбора наиболее эффективных методов. Экспериментальными работами было установлено, что оптимальная толщина защитной корочки для фиксирующих растворов более 5 мм. В этом случае поверхностная защитная корочка достаточно устойчива и, как показывает опыт, срок её существования может достигать нескольких лет. Поэтому расход фиксатора с 800 г/м2 следует увеличить до 3 л на 1 м2.
Для сыпучих материалов (глина, гравий, обломки коренных отложений) оптимальной толщиной защитной корочки является 5 см. При таком расходе защитных материалов резко повышается устойчивость покрытий к выдуванию и увеличивается их долговечность. В результате отпадает необходимость в частом восстановлении защитного покрытия. Правильное выполнение технологии работ и соблюдение сроков их проведения не удорожает, а удешевляет осуществление пескозащитных мероприятий, так как исключает частые земляные работы и дополнительный расход защитных материалов.
Таким образом, выбор методов защиты трубопроводов в пустыне напрямую зависит от специфических ландшафтных особенностей конкретного региона Каракумов: от типов эолового рельефа, их задернованности и степени подвижности и развития дефляционных процессов, специфического ветрового режима территории, особенно в летнее время, когда песчаный субстрат наиболее подвижен, и наличия защитных материалов. Правильное проектирование и прокладка трубопроводов значительно снижают общую площадь защитных покрытий и позволяют сохранить естественный облик ландшафтов, снизить объёмы планировочных работ и эффективно и длительное время эксплуатировать такие линейные инженерные объекты в пустынных условиях Туркменистана.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Бабаев А.Г. Проблемы освоения пустынь. - Ашхабад: Ылым, 1995.
[2] Бабаев А.Г. Проблемы пустынь и опустынивания. - Ашхабад: Туркменская государственная издательская служба, 2012.
[3] Вейсов С.К., Хамраев Г.О., Акыниязов А.Д. Динамика барханного рельефа Западного Туркменистана // Проблемы освоения пустынь. - 2008. - № 4.
[4] Вейсов С.К., Курбанов О.Р., Хамраев Г.О., Акыниязов А.Д. Эоловые равнинные ландшафты Каракумов // Проблемы освоения пустынь. - 2009. - № 1.
[5] Добрин А.Л., Шаврина Л.С., Вейсов С.К., Хамраев Г.О. Испытание химических методов закрепления газопроводов в пустынях // Информ. листок № 44. - Ашхабад, 1991.
[6] Иванов А.П. Формирование профилей эоловых форм рельефа песчаных пустынь. - Ашхабад: Ылым, 1989.
[7] Иванов А.П. Физические основы дефляции песков пустынь. - Ашхабад: Ылым, 1972.
[8] Чередниченко В.П., Иванов А.П. Защита трубопроводов от выдувания // Строительство трубопроводов. - 1968. -
№ 1.
REFERENCES
[1] Babaev A.G. Problems of desert development. Ashgabat: Ylym, 1995 (in Russ.).
[2] Babaev A.G. Problems of deserts and desertification. Ashgabat: Turkmen State Publishing Service, 2012 (in Russ.).
[3] Veysov S.K., Hamraev G.O., Akyniyazov A.D. Dynamics of the dune relief of Western Turkmenistan // Problems of desert development. 2008. N 4 (in Russ.).
[4] Veysov S.K., Kurbanov O.R., Hamraev G.O., Akyniyazov A.D. Eolian plain landscapes of the Karakum // Problems of desert development. 2009. N 1 (in Russ.).
[5] Dobrin A.L., Shavrina L.S., Veysov S.K., Hamraev G.O. Testing of chemical methods for fixing gas pipelines in deserts // Inform. sheet No. 44. Ashgabat, 1991 (in Russ.).
[6] Ivanov A.P. Formation of profiles of aeolian landforms in sandy deserts. Ashgabat: Ylym, 1989 (in Russ.).
[7] Ivanov A.P. Physical basis of deflation of desert sands. Ashgabat: Ylym, 1972 (in Russ.).
[8] Cherednichenko V.P., Ivanov A.P. Protecting pipelines from blowing // Construction of pipelines. 1968. N 1 (in Russ.).
С. К. Вейсов1, Г. О. Хамраев2
1Г.г.к., жетекш гылыми кызметкер (Ауыл шаруашылыгы жэне коршаган ортаны коргау министрлтнщ Шел, еамдш жэне жануарлар дуниес улттык институты, Ашхабад, ТYрiкменстан) 2Г.г.к., гидрометеорология кафедрасыныц жетекшга (Магтымгулы атындагы ТYркiмен мемлекетпк университет^ Ашхабад, ТYрiкменстан)
ЦАРАК;¥М ШбЛЩДЕП ;¥БЫРЛАРДЫ YРЛЕНУ ПРОЦЕСТЕРШЕН ЦОРГАУ ЭД1СТЕР1
Аннотация. Каракум шелi жагдайында магистральдык кубырларды Yрлену процестершен коргаудыц тиiмдi эдiстерi аныкталды. Зерттеулер керсеткендей, траншея Yстiндегi жолакка кум шепндшерш жинаудан теселген газ кубырынын желмен Yрлену каупi мен онын жаланаштануы болмайды. Жогарыда айтылган-дарды ескере отырып, кубыр трассасын жобалау кезiнде бершген аумактагы кепжылдык жел режимiн ескеру кажет. Сэйкесiнше, кубырлар мен газ кубырларын тесеу кезiнде эолдык бедердщ шагыл пiшiндерiнiн козга-лысына байланысты олардын максималды кум басуына кол жетшзу кажет. Бул кагида кубырларды Yрле-нуден коргау Yшiн гана колданылады жэне ол баска желшк нысандарга - автокелiк пен темiржол жолдарына колданылмайды.
ТYЙiн сездер: дефляция Yдерiстерi, кубырларды Yрленуден коргау, Каракум шелi, эолдык бедердiн шагыл формаларыныц козгалысы.
S. K. Veysov1, G. O. Hamrayev2
1Candidate of geographical sciences, lead research worker (National Institute of Deserts, Flora and Wildlife Ministry of Agriculture and Environmental Protection, Ashgabat, Turkmenistan) 2Candidate of geographical sciences, head of a chair of hydrometeorology (Turkmen State University named after Magtymguly, Ashgabat, Turkmenistan)
METHODS FOR PROTECTING PIPELINES FROM BLOWING PROCESSES IN THE KARAKUM DESERT
Abstract. The effective methods for protecting main pipelines from blowing out processes in the Karakum desert have been determined. Studies show that sand deposition on the above-trench strip has a positive effect, since the danger of wind blowing and exposure of the laid gas pipeline is removed. In view of the above, it is necessary to take into account, when designing the pipeline route, the long-term wind regime of this territory. Consequently, when laying pipelines and gas pipelines, it is necessary to achieve their maximum drift depending on the movement of sand dune forms of aeolian relief.
Keywords: deflation processes, protection of pipelines from blowing out, Karakum desert, movement of dune forms of aeolian relief.
