УЛУЧШЕННЫЙ СПОСОБ АЭРАЦИИ ВОДОЕМОВ
IMPROVED METHOD OF AERATING WATER BODIES

Изобретение относится к способам аэрации водоемов в течение длительного морозного периода. Насыщение воды водоемов кислородом в теплый период года обеспечивается контактом с атмосферным воздухом и жизнедеятельностью водных фотосинтезирующих организмов. После ледостава и снегопадов содержание растворенного кислорода в воде неглубоких водоемов при отсутствии каких-либо иных источников поступления кислорода быстро снижается, что негативно влияет на жизнь аэробных организмов. Практически полное отсутствие кислорода в состоянии выдержать лишь небольшая часть гидробионтов. Разнообразие условий, в которых находятся водоемы (температурных, ландшафтных, удаленностью от жилья, наличия источников электроэнергии и т.п.), требует аналогичного разнообразия эффективных и экономичных способов насыщения кислородом водоемов в морозный период.
Известны способы аэрации водоемов, основанные на использовании различного типа нагнетателей воздуха в воду водоемов (Акимов В.А., Гуренко B.C., Савченко Ю.Н. Технические средства аэрации рыбоводных прудов. М.: Агропромиздат, 1990), а также способ поддержания майны в незамерзающем состоянии (патент №2292420).
Недостатком этой группы способов являются значительные затраты на энергообеспечение, а также на охрану и обслуживание устройств в течение всего морозного периода.
Известен способ насыщения водоемов кислородом путем создания условий для жизнедеятельности водорослей, выделяющих кислород при достаточной освещенности. Для этого расчищают снег на ледяном покрове на площади до 30% от общей площади водоема для доступа света. (Привезенцев Ю.А. Выращивание рыб в малых водоемах. М.: Колос, 2000, с. 103).
Недостатком способа являются высокие трудозатраты на регулярную уборку снега с поверхности льда.
Известен метод аэрации водоемов путем устройства лунок. Во льду делают проруби (сверлят лунки), а чтобы они дольше не замерзли, на них накладывается солома или тростник. Необходимо сделать столько прорубей, чтобы отношение их площади к общей площади водоема выражалось в нескольких процентах. (Пополнение кислородом воды замерзших водоемов. http://www.all-fishing.ru/index.php?name=%20pages%C2%AB&op=view&id=899. Ссылка актуальна на июнь 2015 г.).
Недостатком способа является необходимость постоянного восстановления лунок или прорубей, в том числе заткнутых соломой или камышом, или изготовления новых, т.к. при сильных морозах они быстро замерзают.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ аэрации водоемов, включающий вывешивание части ледового покрытия водоема на расстоянии 5-20 см от водной поверхности путем откачивания воды из водоема на берег или сброса части воды через водопропускное устройство, благодаря чему лед повисает на пологих берегах, островках, кустах и стволах деревьев, а между поверхностью воды и льдом образуется воздушная подушка, и устройство в нем лунок для дозированного поступления к поверхности воды атмосферного воздуха (патент №RU 2515681, прототип).
Недостатком прототипа является необходимость наличия устойчивой морозной погоды с температурами воздуха ниже минус 10°С как минимум за сутки до начала вывешивания льда, т.к. прочность льда сильно зависит от его температуры. Нижняя поверхность льда лежит на воде с нулевой температурой и значительно более высокой теплопроводностью, чем у атмосферного воздуха, который имеет контакт с верхней поверхностью льда. В результате даже при очистке вывешиваемого участка льда от снега с целью улучшения контакта морозного воздуха с поверхностью льда, при температуре воздуха минус 5°С средняя температура льда составляет минус 1-1,5°С, при температуре воздуха минус 7°С температура льда минус 2-2,5°С. При таких температурах лед непрочен. Поэтому в условиях температуры атмосферного воздуха выше минус 10°С вывешивание льда с разумным количеством опор невозможно, так как он трескается, проседает или обрушивается. Длительное ожидание необходимых погодных условий может привести к недопустимому уровню снижения концентрации растворенного кислорода и гибели гидробионтов.
Задача настоящего изобретения - улучшить аэрацию водоема и сократить время отсутствия контакта воды с атмосферой от начала ледостава до вывешивания льда и изготовления лунок, т.е. в период, когда содержание кислорода в воде резко падает, в том числе при сравнительно высокой температуре окружающего воздуха.
Поставленная задача решается тем, что в способе аэрации водоемов, включающем откачивание или сброс части воды водоема через водопропускное устройство для образования подо льдом подушки атмосферного воздуха и устройство лунок во льду, откачивание или сброс воды, в отличие от прототипа, осуществляют одновременно с принудительным нагнетанием воздуха под лед до образования подо льдом слоя воздуха толщиной 2-4 см, затем промораживают лед внешней отрицательной температурой в течение 1,5-2 часов и, продолжая нагнетать воздух, сбрасывают или откачивают воду до вывешивания льда на 5-20 см, после чего на вывешенном участке льда делают лунки.
Новым признаком является промораживание и упрочнение льда внешней отрицательной температурой, препятствующее проседанию и обрушению льда без устройства дополнительных опор.
Технический результат достигается за счет следующей причинно-следственной связи. Наличие до начала сброса воды слоя воздуха между льдом и водой, имеющей температуру около 0°С, снижает температуру льда из-за более низкой, чем у воды, теплопроводности воздуха и делает его более прочным. Устроенные в таком прочном вывешенном ледяном покрове лунки долго не замерзают, обеспечивая необходимый приток кислорода. Продолжение нагнетания холодного воздуха под лед в процессе сбрасывания или откачивания воды необходимо для повышения надежности изоляции льда от воды в процессе вывешивания льда, т.к. при сбросе воды существует возможность образования во льду каналов и микротрещин.
Поскольку вывешенный лед зачастую покрыт слоем снега, для ускорения процесса промораживания льда 20-50% площади вывешиваемого льда может быть очищено от слоя снега.
Осуществление способа иллюстрируется примерами.
Пример 1. Выполнялось вывешивание всей площади льда на биологических прудах канализационных очистных сооружений вахтового поселка в Парабельском районе Томской области. Длина прудов 70 м, ширина 13 м. По оси прудов до ледостава выставлялись опоры для льда на расстоянии 6,5 м друг от друга. Ранее установлено, что при температурах воздуха выше минус 10°С сброс воды сопровождается образованием трещин, частичным обрушением и провисами льда, что вынуждало прекращать вывешивание льда. Поздней осенью при температуре атмосферы минус 6-8°С были проведены измерения температуры льда, лежащего на воде, в его средней части по толщине. Температура льда составила минус 1,5-2°С. При этом содержание кислорода в воде - 0,0 мг/л, что требует срочной аэрации водоема. С помощью компрессора под лед был закачан воздух слоем 2-4 см. Через 2 часа температура льда в его средней части составила минус 3,5-4,5°С. Сброс воды из пруда производили, не прекращая нагнетание воздуха компрессором. Достигнутая за счет промораживания прочность льда позволила успешно, без трещин, провисов и обрушений, вывесить лед на всей площади экспериментального водоема. После вывешивания льда концентрация кислорода в воде повысилась до 1,2 мг/л. По углам прудов были высверлены лунки, в которые установлены пластмассовые трубы для дозированной аэрации подледного пространства, и через 12 часов содержание кислорода в воде составило 6,8 мг/л.
Пример 2. Экспериментальной обработке подвергалось бессточное озеро площадью 2500 кв. м, глубиной до 2.0 м, расположенное в пойме р. Томи. Предварительные опыты показали, что при температурах воздуха выше минус 10°С сброс воды сопровождается образованием трещин, обрушением и провисами льда на всей поверхности озера, в том числе на участках, которые в другие годы при температуре воздуха минус 11-17°С надежно вывешивались с целью аэрации водоема. Трещины вынуждали прекращать вывешивание льда и осуществлять подкачку воды до прежнего уровня из соседнего водоема. В третьей декаде ноября после формирования сплошного ледяного покрова толщиной от 10 до 15 см содержание кислорода в воде упало и составляло 2,6 мг/л. При температуре воздуха минус 4-7°С начато нагнетание воздуха компрессором под лед. После промораживания и достижения температуры льда в средней его части минус 3°С начато откачивание воды на рельеф при продолжении нагнетания воздуха под лед. Нагнетание воздуха препятствует разрежению, возникающему при снижении уровня воды через сливное устройство или при откачке воды на берег или в низинный участок местности. Незначительная часть ледяного покрова обрушилась на воду, остальная часть оказалась подвешенной за счет опоры на берега и стволы кустарника. В прибрежной части вывешенного льда были высверлены 6 лунок для вентиляции подледного пространства. Замеры содержания кислорода показали, что через 18 часов его концентрация на глубине 1 м составляет 8,9 мг/л.
Приведенные выше примеры - для проточного водоема (проточные биологические пруды очистных сооружений канализации) и бессточного водоема (озерцо рыборазведения) иллюстрируют следующие эффекты. В первом случае вода вытесняется воздухом из-подо льда (воздух образует тонкий пузырь) и сливается через сбросную трубу последней секции пруда. Во втором случае вода, вытесняемая нагнетаемым воздухом, постепенно выдавливается на поверхность льда на нескольких участках - через микротрещины, у берегов, около прутьев кустарника и стволов деревьев. Воздушная прослойка способствует быстрому промораживанию льда, а образующаяся наледь дополнительно упрочняет лед в местах выхода воды.
Техническим результатом является улучшение аэрации водоема в период опасности замора гидробионтов после ледостава, когда температура окружающего воздуха сравнительно высока (выше минус 10°С), что не позволяет использовать способ-прототип.