CC BY
182
УДК 556.5
М.В. Шмакова
Институт озероведения РАН, Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр РАН,
m-shmakova@yandex.ru
РАСЧЁТЫ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯ ПОВЫШЕННОЙ МУТНОСТИ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ ПРИ ДНОУГЛУБЛЕНИИ И ДАМПИНГЕ
При проведении в водном объекте гидротехнических работ, связанных с изъятием или отвалом донного грунта, возникают зоны повышенной мутности. Повышенная концентрация взвешенных веществ в реке или водоёме может привести к отрицательным последствиям, таким как ухудшение качества воды, нежелательным изменениям глубин, нарушением экологического режима водного объекта. Основными количественными характеристиками полей повышенной мутности, как следствия дноуглубительных работ и дампинга, являются геометрические размеры и продолжительность стояния облака повышенной мутности в водных объектах с замедленным водообменом, интенсивность распространения шлейфов повышенной мутности в акватории, концентрация взвешенных веществ на разном удалении от источника взмучивания и так далее. Определенный интерес может представлять оценка гидродинамического потенциала максимального содержания взвешенных веществ в потоке вне зоны влияния действующего источника техногенного взмучивания, то есть максимальной вместимости водным потоком взвешенных частиц или иначе транспортирующей способности потока. Особенную ценность такие построения представляют для меженного периода, характеризующегося наименьшей глубиной потока, а значит наибольшими значениями мутности. Полученное поле максимального насыщения водных масс взвешенными веществами при гипотетической инициации процессов взмучивания донного грунта позволит оценить области акватории с наиболее неблагоприятными возможными значениями мутности воды, что может стать основой для последующих рекомендаций по мероприятиям, связанным с дноуглубительными работами и дампинге. Оценка гидродинамического потенциала максимального содержания взвешенных веществ в потоке для однородной части акватории водоёма в данной работе проводится по известным формулам транспортирующей способности потока. Построение поля максимально возможных концентраций взвешенных веществ осуществляется в результате совместной реализации системы гидродинамических уравнений и формулы транспортирующей способности потока.
Ключевые слова: водный объект; мутность; дноуглубление; дампинг; моделирование.
DOI: 10.24852/2411-7374.2021.2.32.40
Введение
При проведении в водном объекте гидротехнических работ, связанных с изъятием или отвалом донного грунта, возникают зоны повышенной мутности. Повышенная концентрация взвешенных веществ в реке или водоёме может привести к отрицательным последствиям, таким как ухудшение качества воды, нежелательным изменениям глубин, нарушением экологического режима водного объекта (Методические ..., 1987). Экстремально большие значения мутности неблагоприятно влияют на жизнедеятельность гид-робионтов (Максимова, 2002; Кондратьева и др., 2012; Зиновьев, Китаев, 2015; Лепихин, Головачева, 2015). Среди прочего, например, замечено, что в зависимости от продолжительности периода повышенной мутности «могут происходить
выпадения ряда звеньев в цепях питания и взаимодействия биосистем или общая деградация экосистем» (Зиновьев, Китаев, 2015).
Помимо отмеченного комплекса негативных воздействий повышенной мутности на гидро-бионтов, отмечают также и ее положительное влияние на функционирование водной экосистемы (Лепихин, Головачева, 2015; Ботвинков и др., 2002) - увеличенная концентрация взвешенных веществ в результате процессов адсорбции снижает концентрацию загрязняющих веществ в водных массах.
Основными количественными характеристиками полей повышенной мутности, как следствия дноуглубительных работ, являются продолжительность стояния облака повышенной мутности в водных объектах с замедленным водообменом,
32
российский журннл ииой экологии
интенсивность распространения шлейфов повышенной мутности в акватории, концентрация взвешенных веществ на разном удалении от источника взмучивания и так далее. В настоящее время методы расчётов ряда характеристик повышенной мутности при дноуглубительных работах или дампинге представлены в различных нормативных документах и в печатных трудах исследователей соответствующего профиля. При этом, основное внимание в этих методах уделяется динамическим характеристикам распространения поля повышенной мутности в зависимости от производительности гидромеханического устройства, таким как интенсивность изменения шлейфа повышенной мутности и его геометрические размеры. Эти характеристики полностью сопряжены с естественной (ненарушенной) гидродинамикой водного объекта в пределах зоны влияния механизмов и вне зоны влияния, дополнительными гидродинамическими воздействиями (образование волн и областей повышенной турбулентности) непосредственно от самих механизмов, с крупностью донных отложений и вкладом в общую гранулометрию частиц соответствующей «эффективной» крупности, продолжительностью работ по изъятию и сброса грунта и объемом извлекаемого и сбрасываемого грунта. Частицами с «эффективной» крупностью полагают такие фракции, которые формируют достаточно устойчивые поля повышенной мутности с большой инерционностью осаждения. К таким частицам можно отнести взмучиваемый донный грунт с диаметром частиц не более 0.1 мм (ВРДС 12-05-03). Для учета эффективной крупности в расчёты вводится коэффициент, который показывает долю взвешенных частиц с размерами, определяющими относительно устойчивое продолжительное взвешивание (замедленное осаждение) в общем объеме частиц.
Обзор методов
В СТО ФГБУ «ГГИ» 52.08.31-2012 водные объекты по характеру распространения мутности, связанному с гидродинамическими свойствами объекта, подразделяются на большие и малые водотоки и водоёмы.
Для больших рек с существенными скоростями течения рекомендуется метод НГАВТ (Временные указания ..., 1986), разработанный на основании решения системы уравнений турбулентной диффузии С.В. Афанасьева (Ботвинков и др., 2002). При этом концентрация взвешенных веществ рассматривается как функция мор-фометрических характеристик расчётной области, средней скорости течения и гидравлической
крупности частиц, образующих взвесь. Согласно этому методу расчётное поле, находящееся в зоне влияния гидротехнических работ, представляется в виде конечных элементов с условно одинаковыми значениями глубины и скорости. Далее последовательно для этих элементов по эмпирическим формулам и графикам рассчитываются и снимаются необходимые для дальнейших вычислений величины. Концентрация взвешенных веществ в створе выброса определяется по формуле (Временные указания..., 1986)
50 =
KyQtKlPl
гр
3600 BHv'
где К - коэффициент уноса грунта, определяемый по номограмме; Qt - техническая производительность землесоса, м3/час; К1 - процентное содержание частиц грунта меньше контролирующего диаметра (за фактор, определяющий границы зоны повышенной мутности, принимается й при этом коэффициент К1 = 0.05); г гр - плотность грунта, кг/м3; В = 3Всбр - ширина взмученного потока в створе рефулирования, равная утроенной ширине сбросного устройства Всбр, м; Н - глубина в месте выброса грунта, м; V - скорость течения, м/с в месте выброса грунта.
По значению концентрации взвешенных веществ в створе выброса по эмпирическим графикам последовательно находятся значения концентраций вдоль гидродинамической оси до конечного створа (Временные указания ..., 1986).
Методика, приведенная в (Временные указания., 1986), легла в основу комплексной номограммы, построенной В.А. Баулой. Номограмма (Ботвинков и др., 2002) получена в результате аппроксимации эмпирических графических зависимостей метода (Временные указания ., 1986) аналитическими формулами и позволяет определить относительное изменение концентрации взвешенных веществ на участке Si / ^-1.
Si / Si - 1 ~ V'
0.00018^
где S - концентрация примесей в различных створах, мг/л; i - индекс створа; DLi - расстояние между расчётными створами, м; vi и Hi- скорость, м/с, и глубина, м, в i-ом створе на оси струи; га-гидравлическая крупность грунта, м/с.
Для малых водотоков СТО ФГБУ «ГГИ» 52.08.31-2012 рекомендует использовать метод расчёта распространения поля мутности, разработанный сотрудником ГГИ А.А. Костюченко.
2/2121
33
Этот метод основан на предположении о равномерном в сечении потока распространении поля повышенной мутности и дальнейшего убывания концентрации взвешенных веществ за счет их осаждения. Средняя технологическая мутность в створе перехода определяется по формуле
где АР - средняя дополнительная мутность в створе работ, г/м3; М - производительность землеройной техники, м3/с; г - процент уноса грунта; , - объемная масса грунта, т/м3; О -
г ' объемы гр г J ^ ^ г^
расход воды, м3/с.
Поступающая в поток при разработке карьера масса грунта G рассчитывается по формуле
где Ж -объем перемещаемого грунта, м3.
Разность между всей массой грунта, поступившей в поток, и массой грунта, осевшей к расчётному створу, дает массу транзитного грунта в створе GL(транзит).
Нижние по течению границы зон осаждения (расчётные зоны) определяются по формуле
где L - расстояние от створа работ, м; h -глубина, м; V - скорость, м/с; ю - гидравлическая крупность для нижней границы фракции грунта в расчётных условиях, м/с.
Тогда полная дополнительная мутность по расчётным створам при разработке карьера рассчитывается по формуле
где т - время разработки карьера; q - расход воды;102 и 3.6 - множители для согласования размерности времени в значениях производительности техники, продолжительности работ и расхода воды, и для перехода к размерности мг/л.
В (Методические., 1987) в основе расчётов распространения взвешенных наносов при производстве земляных работ в водоёмах лежит уравнение баланса наносов транзитной струи. Эти расчёты построены в предположении, что ось, по которой осуществляется воздействие механизмов
на гидравлику потока совпадает с направлением осредненного течения. Расчёт распределения взвешенных веществ вдоль оси потока осуществляется по формуле
•
(ы+Е)Вд Об
■Ах
где - общая мутность в конце расчётного участка длиной А х, мг/л; З1 - мутность, соот-ветстующая транспортирующей способности потока, мг/л; З1 -мутность в начальном створе расчётного участка, мг/л; ю - средняя гидравлическая крупность транспортируемых взвешенных частиц, м/с; Е - коэффициент, зависящий от скорости потока и от гидравлической крупности частиц; Вд - ширина загрязненной струи в начальном створе, перпендикулярном оси выброса, м; Од - расход воды в струе выброса, м3/с.
В Методических указаниях по расчёту распространения зон мутности при дноуглублении и дампинге на акваториях ВМФ (ВРДС 12-05-03 МО РФ, 2003) «при наличии данных только об обеспеченности различных скоростей течения без учета направления зоны воздействия различной обеспеченности представляются в виде концентрических окружностей с центром в точке источника распространения взвеси». Так, распределение взвешенных веществ техногенного происхождения при дноуглублении и дампинге рассчитывается по формуле
х2 + у2 + г2 4Ш
где х, у, г, ^ - пространственно-временные координаты, м и с; q - мощность источника примеси, т/с; Б - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с.
Расход G, т/с грунта, перешедшего во взвешенное состояние в результате земляных работ в акватории водного объекта согласно (ВРДС 12-0503 МО РФ, 2003) рассчитывается по формуле
6 = РкМр■
Робъемн гр Рводы 1
гр
-гр
3600'
где Р - весовое содержание в грунте (в долях единицы) частиц размером менее 0.1 мм, образующих зону повышенной мутности; ^ коэффициент перехода грунта при работе технических средств во взвешенное состояние в долях единицы; М - производительность технического сред-
34
российский журнал прииной экологии
ства по грунту,м3/ч; р воды и р гр - плотность воды и грунта, соответственно, т/м3.
Метод, разработанный в ГосНИОРХ С.Ф. Пон-кратовым (1989), основан на общих закономерностях перемещения наносов в речном потоке, сопряженных с гидравликой этого потока. Расход взвешенных наносов в створе взмучивания рассчитывается как
где Р - техническая производительнось земснаряда, м3/с; К - коэффициент производительности земснаряда (0.75); р гр - плотность грунта, т/м3; f - содержание частиц в грунте, гидравлическая крупность которых меньше W - макси-
г max
мальное значение пульсационной скорости струи, м/с; 0.1 - коэффициент потерь грунта (Типовая ..., 1980).
Причем, максимальное значение пульсаци-онной скорости приравнивается трем значениям средней пульсационной скорости:
где С и М - коэффициент Шези и функция коэффициента Шези; V - средняя скорость струи, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Расстояние, через которое частицы гидравлической крупности ю осядут на дно, рассчитывается как:
где а - коэффициент; h - средняя глубина, м.
Для оценки распространения взвешенных веществ при производстве земляных работ в водоёмах в рекомендациях Ленгипроречтранса (Методика ., 1990) принимается за основу методика расчёта дополнительной мутности при добычных работах, разработанная Ленморниипроектом. При этом дополнительная мутность Sдоп в водоёме на расстоянии L, м от источника загрязнения определяется по формуле:
где Q0 - начальное значение мощности источника, г/с; D - коэффициент диффузии, м2/с; v -скорость течения, м/с; b - расстояние от берега, м; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Приведенные выше методы распространения повышенной мутности в водных объектах можно разделить на следующие типы. К первому типу относятся методы, которые основаны на гидравли-ко-полуэмпирических зависимостях распространения мутности по оси потока. Это методы ГГИ (Методические..., 1987), НГАВТ (Временные., 1986), ВРДС 12-05-03 МО РФ. Ко второму типу относятся методы, в которых прописаны средние по масштабу потока гидравлические соотношения между переменными состояния потока (глубиной, скоростью) и гидравлической крупностью частиц. Это методы ГосНИОРХ (Понкратов, 1989), ГГИ (СТО ФГБУ «ГГИ» 52.08.31-2012).
К третьему типу методов оценки распространения поля повышенной мутности можно отнести различные реализации уравнений динамики водных масс, дополненных выражениями переноса твердого вещества. Однако, согласно (Клеванный и др., 2013), «в настоящее время отсутствуют общепринятые математические модели и рекомендации для расчётов распространения взвеси в воде и ее влияния на биоту. Исследования в данном направлении продолжаются».
При наличии цифровой и гидродинамической модели водного объекта в настоящее время для оценки распространения полей повышенной мутности прибегают именно к гидродинамическим расчётам. Численные эксперименты на гидродинамической модели позволяют дать непрерывную оценку распространения полей мутности и рассчитать последствия возможных гидротехнических мероприятий, связанных с инициацией повышенной мутности в акватории.
Методы и расчёты
Многие крупные озера и водохранилища являются источниками промышленного и питьевого водоснабжения населенных пунктов, расположенных в пределах их береговой зоны. При этом гидротехническое строительство, дноуглубительные работы с целью улучшения судоходных путей и водообмена между протоками, добыча нерудных материалов и дампинг приводят к возрастанию мутности воды в пределах гидродинамического источника взмучивания и последующего распространения шлейфов мутных вод в акватории.
В приведенном выше обзоре методов расчёта распространения повышенной мутности при проведении дноуглубительных работ рассматри-
2/2021
35
Рис. 1. Поле максимально возможной мутности (мг/л) в акватории Куйбышевского водохранилища в меженный период Fig. 1. Field of maximum possible turbidity (mg/l) in the water area of the Kuybyshev Reservoir during the inter-soil period
ваются лишь динамические характеристики поля дополнительных техногенных концентраций.
Однако определенный интерес может представлять оценка гидродинамического потенциала максимального содержания взвешенных веществ в потоке вне зоны влияния действующего источника техногенного взмучивания, то есть максимальной вместимости водным потоком взвешенных частиц или иначе транспортирующей способности потока. Особенную ценность такие построения представляют для меженного периода, характеризующегося наименьшей глубиной потока, а значит наибольшими значениями мутности. Полученное поле максимального насыщения водных масс взвешенными веществами при гипотетической инициации процессов взмучивания донного грунта позволит оценить области акватории с наиболее неблагоприятными возможными значениями мутности воды, что может стать основой для последующих рекомендаций по мероприяти-
ям, связанным с дноуглубительными работами и дампинге.
Концентрация взвешенных веществ вне зоны гидродинамического влияния работы специализированной техникой или по окончании работы таковых может быть охарактеризована как остаточная мутность. Удержание потоком остаточной мутности определяется его естественной ненарушенной действием гидротехнических механизмов гидродинамикой. Оценка поля остаточной мутности актуально для водоёмов с замедленным водообменом. Продолжительность удержания повышенных концентраций взвешенных веществ /-ой фракции потоком Т., с рассчитывается как функция гидравлической крупности /-ой фракции ю., м/с, скорости теченияv, м/с и средней глубины взвешивания /-ой фракции h , м
где V - скорость движения частицы грунта, м/с; I. - путь, который проходит частица /-ой крупности, м
Тогда
Расчёт гидродинамического потенциала потока, как отмечалось выше, однозначно сопряжен с транспортирующей способностью потока. В водоёмах с замедленным водообменом максимальная взвесенесущая нагрузка водных масс при естественном гидрологическом режиме практически не достигается. Даже в период повышенной водности (половодье или паводок) при интенсивных водно-эрозионных процессах на водосборе, мутность воды в водоёмах в несколько раз ниже максимально возможной.
Оценка гидродинамического потенциала максимального содержания взвешенных веществ в потоке для однородной части акватории водоёма может быть проведена по известным формулам транспортирующей способности потока. Построение поля максимально возможных концентраций взвешенных веществ может быть осуществлено в результате совместной реализации системы ги-
РОШИ И! ПРИШЛОЙ экологии
Рис. 2. Поле максимально возможной мутности (мг/л) в акватории оз. Неро в меженный период
при расходе р. Сара 1.7 м3/с Fig. 2. Field of maximum possible turbidity (mg/l) in the Nero Lake during the low-water period at the flow rate of the Sara river of 1.7 m3/s
дродинамических уравнений и формулы транспортирующей способности потока.
В качестве основы таких расчётов может быть принята система уравнений мелкой воды, численно реализованная в работе (Шмакова, 2018) и интегрированной в нее аналитической формулой транспортирующей способности потока (Шмакова, 2018). Эта формула имеет вид
ю3
Ргр с
Ргр Рводы ш v2h2 з
- (1 - ЯРводь/
где g - ускорение свободного падения, м/с2; I -уклон дна, б/р; f - коэффициент внутреннего трения, б/р; с - параметр сцепления частиц грунта при сдвиге, кг/(мс2); рводы и ргр - плотность воды и грунта, кг/м3.
В приведенной выше формуле транспортирующей способности потока из характеристик грунта присутствует лишь его плотность. Это объясняется тем, что данный расчёт направлен на оценку удерживаемой гидродинамическим комплексом общей массы взвешенного грунта с учетом того, что облако взвеси сформировано известным диапазоном гранулометрической кривой - песчаные, пылеватые и илистые частицы (<1 мм). В работе
Рис. 3. Поле максимально возможной мутности
(мг/л) в акватории Сестрорецкого Разлива в меженный период при расходе р. Сестра 2 м3/с Fig. 3. Field of maximum possible turbidity (mg/l) in the water area of the Sestroretsky Razliv during the low-water period at the flow rate of the Sestra River of 2 m3/s
(Клеванный и др., 2013) также сделан вывод «о допустимости выполнения расчётов с заданием одной фракции, скорость оседания которой равна средневзвешенному значению фракций, участвующих в загрязнении воды». Содержание фракций определенного размера в общем объеме подвешенного грунта может рассчитываться согласно гранулометрической кривой. Востребованность данных о гранулометрической крупности частиц возникает в расчётах времени стояния повышенной мутности в водной массе и формирования поля заиления осаждаемыми частицами.
В качестве иллюстрации поля гидродинамического потенциала максимального содержания взвешенных веществ были построены соответствующие карты для оз. Неро, Куйбышевского водохранилища и Сестрорецкого Разлива. Актуальность построения подобных карт для этих водных объектов определяется образованием полей повышенной мутности при проведении работ по очистке дна водоёмов от органического осадка. Расчеты проводились по модели гидродинамики и транспорта наносов в водоеме (оз. Неро и Се-строрецкий Разлив) (Шмакова, 2018) и гидродинамической модели «Волна» (Куйбышевское водохранилище) (Рахуба, 2017).
На рисунках 1-3 приведены карты поля максимально возможной мутности в акватории иссле-
2/2121
37
дуемых водоемов. Куйбышевское водохранилище характеризуется активной гидродинамикой, наибольшие значения мутности приходятся на области наименьших глубин в северной части водохранилища и превышают 300 г/м3. Наименьшие значения мутности приходятся на глубоководную южную часть водохранилища и его центральную часть, Приплотинный плес и составляют 50 - 200 г/м3. Замедленный водообмен, малые глубины и незначительные скорости в акваториях оз. Неро и Сестрорецкого Разлива определяют относительно равномерное распределение максимальной мутности воды. В среднем значение этой величины в исследуемых водоемах составит несколько десятков мг/л.
Заключение
Существующие методы расчёта поля повышенной мутности направлены на оценку динамических характеристик этого поля. В зависимости от поставленной задачи и от характера водного объекта для расчёта выбираются методы соответствующей гидравлической детализации.
Оценка такого статического показателя как гидродинамический потенциал максимального содержания взвешенных веществ может быть представлена расчётами транспортирующей способности водных масс в акватории.
Для озера Неро, Куйбышевского водохранилища и Сестрорецкого Разлива получены карты распространения максимальной мутности воды, построенные при гипотетической инициации процессов взмучивания донного грунта в акватории. Особенную ценность этот результат представляет для меженного периода, характеризующегося наименьшей глубиной потока, а значит наибольшими значениями мутности. Подобные планы распространения максимальной мутности позволит оценить области акватории с наиболее неблагоприятными гидродинамическими условиями, что может стать основой для последующих рекомендаций по мероприятиям, связанным с дноуглубительными работами и дампинге в водных объектах с замедленным водообменом.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИНОЗ РАН по теме №0154-20190001 «Комплексная оценка динамики экосистем Ладожского озера и водоёмов его бассейна под воздействием природных и антропогенных факторов».
Список литературы
1. Ботвинков В.М., Дегтярев В.В., Седых В.А. Гидроэкология на внутренних водных путях. Новосибирск: Сибирское соглашение, 2002. 356 с.
2. ВРДС 12-05-03 МО РФ. Методические указания по расчёту распространения зон мутности при дноуглублении и дампинге на акваториях ВМФ. М., 2003. 80 с.
3. Временные указания по оценке повышения мутности при землечерпательных работах, проводимых для обеспечения транзитного судоходства на реках и учету ее влияния на качество воды и экологию гидробионтов. М.: МРФ РСФСР, 1986. 59 с.
4. Зиновьев Е.А., Китаев А.Б. О воздействии взвешенных частиц на гидрофауну // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17, №5. С. 283-288.
5. Клеванный К.А., Смирнова Е.В., Шавыкин А.А., Ва-щенко П.С. Распространение взвеси и ее воздействие на биоту при дноуглублении в Кольском заливе (Баренцево море). 1. Исходные данные и используемые модели // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2013. №3. С. 18-24.
6. Кондратьева Т.А., Захаров С.Д., Халиуллина Л.Ю. Влияние добычи нерудных строительных материалов на экосистемы Куйбышевского водохранилища // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15, №19. С. 116-119.
7. Лепихин А.П., Головачева С.И. К проблеме регламентации отведения взвешенных веществ в естественные водотоки // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. №1. С. 4-13.
8. Максимова О.Б. Оценка влияния повышенной мутности воды, возникающей при проведении гидротехнических работ, на структурно-функциональные характеристики фитопланктона: Дис. ... канд. биол. наук. СПб, 2002. 182 с.
9. Методика расчёта дополнительной мутности и вторичного загрязнения вод при производстве дноуглубительных работ и добычи НСМ на реках и водоемах. Министерство речного флота РСФСР. Ленгипроречтранс, 1990. 18 с.
10. Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод / Под ред. А.В. Караушева. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 285 с.
11. Понкратов С.Ф. Определение зоны мутности при выемке и перемещении грунта в руслах крупных рек // Сборник научных трудов ГосНИОРХ. 1989. Вып. 296. С. 148-156.
12. Рахуба А.В. Опыт использования измерительно-вычислительной системы «Хитон Волна» в гидроэкологических исследованиях прибрежной акватории г. Тольятти // Экологические проблемы промышленных городов / Сборник 8-й Международной научно-практической конференции. Саратов, 2017. С. 484-488.
13. СТО ФГБУ «ГГИ» 52.08.31-2012. Добыча нерудных строительных материалов в водных объектах. Учет руслового процесса и рекомендации по проектированию и эксплуатации русловых карьеров. СПб: Изд-во «Глобус», 2012. 140 с.
14. Типовая технологическая схема добычи песка, гравия, песчано-гравийной смеси в руслах судоходных рек и других судоходных водоёмах. М.: МРФ РСФСР. Главное управление портов, 1980. 58 с.
15. Шмакова М.В. Расчёты твердого стока рек и заиления водохранилищ. СПб: Изд-во «ВВМ», 2018. 149 с.
References
1. Botvinkov V.M., Degtyarev V.V., Sedyh V.A. Gidroe-kologiya na vnutrennih vodnyh putyah: Uchebnik dlya vodno-transportnyh vuzov [Hydroecology on inland water ways: Textbook for water transport universities]. Novosibirsk: Siberian agreement. 2002. 356 p.
2. VRDS 12-05-03 MO RF «Metodicheskie ukazaniya po ra-schyotu rasprostraneniya zon mutnosti pri dnouglublenii i damp-
38
российский ил прнклпй экологии
ing na akvatoriyah VMF» [DMDS 12-05-03 of the Ministry of defense of the Russian Federation «Guidelines for calculating the distribution of turbidity zones during dredging and dumping in the waters of the Navy»]. Moscow, 2003. 80 p.
3. Vremennye ukazaniya po ocenke povysheniya mutnosti pri zemlecherpatel'nyh rabotah, provodimyh dlya obespecheni-ya tranzitnogo sudohodstva na rekah i uchetu ee vliyaniya na kachestvo vody i ekologiyu gidrobiontov [Temporary guidelines for assessing the increase in turbidity during dredging operations carried out to ensure transit navigation on rivers and taking into account its impact on water quality and the ecology of hydrobi-onts]. Moscow: MRF of the RSFSR, 1986. 59 p.
4. Zinov'ev E.A., Kitaev A.B. O vozdejstvii vzveshennyh chastic na gidrofaunu [On the impact of suspended particles on the hydrofauna] // Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra RAN [Proceedings of the Samara scientific center of the Russian Academy of Sciences]. 2015. Vol. 17, No 5. P. 283-288.
5. Klevany K.A., Smirnova E.V., Shavykin A.A., Vashchenko P.C. Rasprostranenie vzvesi i ee vozdejstvie na biotu pri dnouglublenii v Kol'skom zalive (Barencevo more). Iskhodnye dannye i ispol'zuemye modeli [Distribution of suspended matter and its impact on the biota during dredging in the Kola Bay (the Barents sea). 1. Source data and models used.] // Zashchita okruzhayushchej sredy v neftegazovom komplekse [Environmental protection in the oil and gas industry]. 2013. No 3. P. 18-24.
6. Kondrat'eva T.A., Zaharov S.D., Haliullina L.Yu. Vliyanie dobychi nerudnyh stroitel'nyh materialov na ekosistemy Kujbyshevskogo vodohranilishcha [Impact of mining of non-metallic building materials on the ecosystem of the Kuibyshev reservoir] // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan technological University]. 2012. Vol. 15, No 19. P. 116-119.
7. Lepihin A.P., Golovacheva S.I. K problem reglamentacii otvedeniya vzveshennyh veshchestv v estestvennye vodotoki [On the problem of regulation of the discharge of suspended substances into natural watercourses] // Vodnoe hozyajstvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie [Water management in Russia: problems, technologies, management]. 2015. No 11. P. 4-13.
8. Maksimova O.B. Ocenka vliyaniya povyshennoj mutnosti vody, voznikayushchej pri provedenii gidrotekhnicheskih rabot, na strukturno-funkcional'nye harakteristiki fitoplanktona [Assessment of the influence of increased turbidity of water that occurs during hydrotechnical works on the structural and functional characteristics of phytoplankton]. PhD (Cand. of Biology). Saint-Petersburg, 2002. 182 p.
9. Metodika raschyota dopolnitel'noj mutnosti i vtorichnogo zagryazneniya vod pri proizvodstve dnouglubitel'nyh rabot i dobychi NSM na rekah i vodoemah [Method for calculating additional turbidity and secondary water pollution during dredging operations and NSM extraction on rivers and reservoirs]. Ministry of river fleet of the RSFSR. Lengiprorechtrans, 1990. 18 p.
10. Metodicheskie osnovy ocenki i reglamentirovaniya antropogennogo vliyaniya na kachestvo poverhnostnyh vod [Methodological bases of assessment and regulation of anthropogenic impact on surface water quality] / Ed. A.V Karaushev. Leningrad: Hydrometeoizdat, 1987. 285 p.
11. Ponkratov S.F. Opredelenie zony mutnosti pri vyemke i peremeshchenii grunta v ruslah krupnyh rek [Determination of the turbidity zone during excavation and movement of soil in the beds of large rivers] // Sbornik nauchnych trudov GosNIORH [Proceedings of GosNIORH]. 1989. Iss. 296. P. 148-156.
12. Rahuba A.V. Opyt ispol'zovaniya izmeritel'no-vychislitel'noj sistemy «HitonVolna» v gidroekologicheskih issledovaniyah pribrezhnoj akvatorii g. Tol'yatti [Experience
of using the measuring and computing system «Chiton Wave» in hydroecological studies of the coastal water area of Tolyatti] // Ekologicheskie problem promyshlennyh gorodov [Environmental problems of industrial cities]. Saratov, 2017. P. 484-488.
13. STO FGBU GGI 52.08.31-2012 Dobycha nerudnyh stroitel'nyh materialov v vodnyh ob'ektah. Uchet ruslovogo processa i rekomendacii po proektirovaniyu i ekspluatacii ruslovyh kar'erov [Extraction of non-metallic construction materials in water bodies. Consideration of the riverbed process and recommendations for the design and operation of riverbed quarries]. Saint-Petersburg: Globus Publ., 2012. 140 p.
14. Tipovaya tekhnologicheskaya schema dobychi peska, graviya, peschano-gravijnoj smesi v ruslah sudohodnyh rek idrugih sudohodnyh vodoyomah [Typical technological scheme of extraction of sand, gravel, sand-gravel mixture in the beds of navigable rivers and other navigable reservoirs]. Moscow: DRF of the RSFSR, General management of ports. 1980. 58 p.
15. Shmakova M.V. Raschyoty tverdogo stoka reki zaileniya vodohranilishch[Calculations of solid river flow and reservoir siltation]. Saint-Petersburg: VVM Publ., 2018. 149 p.
Shmakova M.V. Characteristics calculation of the field turbidity in water bodies during dredging and dumping.
When conducting hydraulic engineering works in a water body related to the removal or dumping of bottom soil, there are areas of increased turbidity. An increased concentration of suspended substances in a river or reservoir can lead to negative consequences, such as deterioration of water quality, undesirable changes in depth, and violation of the ecological regime of a water body. The main quantitative characteristics of high turbidity fields are the geometric dimensions and duration of the high turbidity cloud standing in water bodies with slow water exchange, the intensity of the spread of high turbidity plumes in the water area, the concentration of suspended substances at different distances from the source of turbulence, and so on. The assessment of the hydro-dynamic potential of the maximum content of suspended substances in the stream outside the zone of influence of the active source of technogenic agitation may be of particular interest, that is, the maximum capacity of suspended particles by the water stream or otherwise the transporting capacity of the stream. Such constructions are of particular value for the low-water period. This period is characterized by the lowest flow depth, which means the highest turbidity values. The obtained field of the maximum saturation of water masses with suspended substances at the hypothetical initiation of the processes of bottom soil agitation will allow us to estimate the areas of the water with the most unfavorable possible values of water turbidity. This can be the basis for further recommendations on activities related to dredging and
2/2021
39
dumping. The estimation of the hydrodynamic potential of the maximum content of suspended substances in the stream for a homogeneous part of the water area of the reservoir is carried out according to the known formulas of the transporting capacity of the stream. The construction of the field of the maximum
possible concentrations of suspended substances is carried out as a result of the joint implementation of the system of hydrodynamic equations and the formula of the transporting capacity of the flow.
Keywords: water object; turbidity; dredging; dumping; modelling.
Раскрытие информации о конфликте интересов: Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов / Disclosure of conflict of interest information: The author claims no conflict of interest
Информация о статье / Information about the article.
Поступила в редакцию / Entered the editorial office: 15.04.2021 Одобрено рецензентами / Approved by reviewers: 29.04.2021 Принята к публикации / Accepted for publication: 15.06.2021
Сведения об авторах
Шмакова Марина Валентиновна, доктор географических наук, старший научный сотрудник, Институт озероведения РАН, Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр РАН, 196105, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, 9, E-mail: m-shmakova@yandex.ru.
Information about the authors
Marina V. Shmakova, D.Sci. in Geography, Senior Researcher, Institute of Limnology of the Russian Academy of Sciences, 9, Sevastyanova st., Saint-Petersburg, 196105, Russia, E-mail: m-shmakova@yandex.ru.
40
Российски иол ориилой экологии
