Экологическая устойчивость водосборов Башкирского Зауралья

Рис. 2. Опытные образцы МТС первой серии

полнительные механизмы и устройства, повышающие их эксплутационные качества. Действующая Федеральная система технологий и машин предусматривает наличие десяти тяговых классов от 0,2 до 8. Класс тяги создаваемого семейства машин был ограничен как 0,9, так как такое выполнение вполне способно удовлетворить большинство потенциальных потребителей.

На рис. 1 показаны компоновочные схемы одного из опытных образцов семейства МТС. Всего было построено и испытано 9 образцов различной модификации. Результаты проведенных на Кубанской МИС государственных приемочных испытаний показали, что имеются замечания к некоторым узлам и агрегатам машин. Требовали уточнения и некоторые конструктивные решения. В дальнейшем опытные образцы были доработаны и отправлены на Автополигон ФГУП «НАМИ» для ресурсных испытаний. На рис. 2 и 3 показан внешний вид опытных образцов первой и второй серии. Полученные положительные результаты позволили доработать чертежно-конструкторскую документацию. Сегодня на одном из машиностроительных заводов Новгородской обл. ведется подготовка к серийному производству.

Рис. 3. МТС — базовое шасси с навесным оборудованием и задним ВОМ

Список литературы

1. Евтюшенков, Н.Е. Перспективы транспорта для села до 2010 г. / Н.Е. Евтюшенков // Техника и оборудование для села. — 2005. — № 1. — С. 9-10; № 2. — С. 11-12.

2. Измайлов, А.Ю. Транспортные системы в сельском хозяйстве на базе контейнерных технологий / А.Ю. Измайлов // Техника и оборудование для села. — 2007. — № 3. — С. 22-24.

3. Измайлов, А.Ю. Технологии и технические решения по повышению эффективности транспортных систем АПК / А.Ю. Измайлов. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. — 200 с.

4. Измайлов, А.Ю. Использование системы смены кузовов при уборке сельскохозяйственной продукции / А.Ю. Измайлов // Техника и оборудование для села. — 2008. — № 3. — С. 25-26.

5. Ксеневич, И.П. Сельскохозяйственные тракторы нетрадиционных компоновок: справочное пособие / И.П. Ксе-невич, А.П. Парфенов, С.Е. Либцис; под ред. И.П. Ксеневи-ча. — Минск, 2003. — 210 с.

6. Концепция непрерывной информационной поддержки жизненного цикла (СЛХ5-технологии) сельскохозяйственных мобильных энергетических средств. — М.: ФГНУ «Рос-информагротех», 2004. — 144 с.

7. Дидманидзе, О.Н. Специализированный подвижной состав автомобилей агропромышленного комплекса: учебник / О.Н. Дидманидзе, Ю.К. Есеновский-Лашков, В.Л. Пильщиков. — М.: УМЦ «ТРИАДА», 2005. — 200 с.

УДК 556

А.Р. Хафизов, канд. техн. наук, доцент

Д.Н. Кутлияров, старший преподаватель

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

экологическая устойчивость водосборов башкирского зауралья

В

одосборы Башкирского Зауралья отличают- и наличием значительных техногенных воздей-

ся недостаточным и неустойчивым увлажне- ствий.

нием почв, предрасположенностью почвенного Недостаток знаний о закономерностях, опре-

покрова к эрозии, засолению и осолонцеванию деляющих взаимодействие и взаимовлияние нега-

58 -----------------------------

тивных природных и техногенных воздействий, является препятствием при определении принципов создания экологических устойчивых водосборов в условиях Башкирского Зауралья.

Главной водной артерией Башкирского Зауралья является р. Таналык. Река берет начало в западных предгорьях хребта Ирендык на Сакмаро-Та-налыкской равнине. Длина реки 225 км, протекает с севера на юг. В устье реки максимальный расход

воды 260 м3/с, минимальный 0,1 1,0 м3/с. Площадь

водосбора составляет 4160 км2. Основными притоками являются реки: Юлалы, Кузянелга, Бузав-лык, Еранагас, Ташла, Туратка и Макан-1. Густота речной сети составляет 0,24 км/км2. Зауральская равнина, простирающаяся вдоль границ Башкортостана с Челябинской и Оренбургской областями, целиком включается в степную зону. Ее естественная растительность, уничтоженная на значительных площадях распашкой, сохраняется только отдельными участками в виде ковыльно-типчаковых степных группировок. Значительную площадь занимают каменистые степи.

Водосбор р. Таналык является типичным водосбором Башкирского Зауралья. Ему присущи все природно-климатические и ландшафтные особенности водосборов данного региона. По этой причине он выбран в качестве водосбора-аналога для разработки обобщенной модели функционирования водосборов Башкирского Зауралья.

Разработанная модель состоит из трех основных и взаимосвязанных подсистем (рисунок):

• природная подсистема (неуправляемые факторы);

• антропогенная подсистема (управляемые факторы);

• управленческая подсистема.

Модель устойчивого функционирования водосбора р. Таналык позволяет решить задачи по проведению анализа состояния водосбора, прогнозных исследований, сценарных исследований, разработке ГИС.

Экологическая устойчивость водосбора оценена коэффициентом экологической устойчивости техноприродных систем на водосборах Kc [1, 2].

Расчеты показали, что коэффициент Kc для водосбора р. Таналык составляет 0,23 и по [1] оценивается как «очень низкой» степени экологической устойчивости, соответствующий неудовлетворительному экологическому состоянию.

Анализ экологического состояния водосбора показал:

• 55 % площади сельхозугодий водосбора подвержены эрозионным процессам, а 25 % являются потенциально эрозионно-опасными;

• 542,43 км2 пашни подвержены интенсивной ветровой и относительно слабой водной эрозии;

• почвы в основном представлены маломощными разновидностями малогумусных черноземов;

Структура водосбора р. Таналык

Природная подсистема

1

Биотические Абиотические

компоненты компоненты

Антропогенная подсистема

^ 3

3 ^ І *

аї § §1!

3 §

<5 * ^ «

2 В ^ § 0 І ^ г £

із 5 ?!

о 2

£

-© X

К

и ^ 3 £

£ о ч с 3 ^

Техногенная

подсистема

Я •

д

, ч Яш 8 § & V

8 £ * и«к

ія&&

Е а

пп

а л хд

О

Э &

о г-^ т о сч

Мелиоративная

подсистема

ия

^ 2 ш і 5 &

I Е

а ь

го

& * О

Управленческая подсистема

Информация ЛПР

Этапы решения задачи

Постановка задачи

з

і і

Анализ состояния водосбора Проведение прогнозных исследований Оценка риска аварий (проведение сценарных исследований) Разработка ГИС-систем

Устойчивое функционирование водосбора '

<

Оценка экологической устойчивости ВРТ

в

их ств

1 =

2 & ус а ^ я ю тки оТ

а си

Ооя

§ р

* а п о а

В

Обобщенная модель устойчивого функционирования водосбора р. Таналык

нет

да

• имеющиеся черноземные почвы чрезмерно распаханы и подвергаются интенсивной обработке, являющейся причиной иссушения степных ландшафтов;

• залесенность водосбора менее 1 %;

• основными загрязнителями являются ионы Си, Бе, 2п, Мп. Экологическое состояние реки формируется под влиянием действующих предприятий г. Баймак, ЗАО «Бурибаевский ГОК», ОАО «Хайбуллинская горная компания», ОАО «Башкирское шахтопроходческое управление», а также бывших и действующих обогатительных фабрик и рудников;

• потенциально опасными водными объектами на водосборе являются водохранилища. На водосборе эксплуатируются более 3 % всех водохранилищ Башкортостана.

Обоснование комплекса мероприятий по снижению негативных последствий антропогенной деятельности в предлагаемой модели выполняется методом прогнозирования и оценки рисков.

Прогнозирование осуществляется на основе полученной информации о закономерностях функционирования водосбора р. Таналык под воздействием физико-географических особенностей и антропогенных факторов в условиях Башкирского Зауралья. Качественный состав воды в реках и имеющихся водохранилищах формируется под влиянием процессов, происходящих на водосборе. Поэтому прогнозирование качества вод является важным элементом при анализе экологического состояния водосбора. Химический состав воды исследуемого водосбора оценен по ее минерализации и содержанию биогенных элементов, ионов ряда градиентов (НСО3, 8О4, С1, Са, Mg, Ка + К), нефтепродуктов и тяжелых металлов.

Формирование опасных и чрезвычайных ситуаций на р.Таналык в первую очередь связано с имеющимися водохранилищами. В настоящее время на территории водосбора эксплуатируются 15 водохранилищ, чрезвычайные ситуации на которых могут привести к экологической катастрофе.

Для выделения наиболее вероятных причин аварий и нарушений в водохранилищах Башкирского Зауралья рассмотрены возможные сценарии возникновения аварий:

1. Природные:

• прохождение весеннего половодья с уровнем обеспеченности менее 0,5 %. Коэффициент вариации годового стока для водосбора р. Тана-лык составляет максимальное по Башкортостану значение, равное 0,7;

• прохождение весеннего половодья с уровнем обеспеченности больше или равным 0,5 % при низкой, по сравнению с расчетной, пропускной способности водопропускных сооружений. Для условий Башкирского Зауралья причинами сни-

60

жения пропускной способности водопропускных сооружений являются заторы льда (средняя толщина льда в водохранилищах составляет 78 см) и кустарниковые засоры;

2. Антропогенные:

• принятие неправильных решений сотрудниками служб эксплуатации при эксплуатации водохранилищ (причина — низкий уровень квалификации);

• проведение террористического акта (диверсии) на гидроузле со взрывом и разрушением тела плотины;

3. Технологические:

• сброс подпирающей плотину воды в нижний бьеф при неудовлетворительном техническом состоянии водосбросных и водовыпускных сооружений. В водохранилищах Башкирского Зауралья наиболее широко применяются водосбросы сифонные бесковшового типа, открытые траншейного типа и трубчатые;

• выход фильтрационной воды на низовой откос грунтовых сооружений с выносом грунта. Повышению интенсивности фильтрационных процессов, образованию пор, пустот и промоин способствуют землеройные животные (степной сурок, степная пищуха, суслик рыжеватый), ареал обитания которых находится в Башкирском Зауралье;

• размыв верхового откоса и гребня плотины ветровой волной. При дальнейшей эксплуатации гребень полностью размывается. Ветровая волна максимальной высоты образуется в Акъяр-ском водохранилище, она составляет 2,72 м. Результатом аварий на водохранилищах

по всем рассмотренным сценариям является разрушение тела плотины и образование волны прорыва. Высота волны прорыва зависит от объема воды в водохранилище Vв и расчетного напора Н1. Чем больше Vв и Н1, тем больше волна прорыва, и следовательно, величина возможного причиненного ущерба.

Анализ результатов расчетов волны прорыва для водохранилищ водосбора р. Таналык показал, что максимальная волна прорыва может возникнуть на Таналыкском водохранилище (V = 14,2 млн м3, S = 191,5 га) и ее высота составит 9,6 м.

Использование в модели ГИС-технологий позволяет осуществить интеграцию различных информационных систем и в дальнейшем создать корпоративный информационный ресурс всех водохозяйственных и других систем в границах водосбора [3].

Разработанный блок ГИС-ВРТ моделирует территорию водосбора р. Таналык с предоставлением пространственной и атрибутивной информации: карта местности, гидрографическая сеть водосбора, техногенные объекты, водохранилища в преде-

лах этой территории и их параметры, экологическая инфраструктура водосбора.

Управление моделью осуществляется через мелиоративную подсистему. Мелиоративные мероприятия смягчают антропогенные техногенные воздействия и повышают экологическую устойчивость агроландшафтов водосбора, улучшают экологические показатели биотических и абиотических компонентов водосбора.

Задача, решаемая мелиоративной подсистемой, — создание требуемого мелиоративного режима, обеспечивающего оптимальный урожай определенных сельскохозяйственных культур при сохранении природно-ресурсного потенциала территорий. Чем эффективнее мелиорация, тем меньше негативные экологические последствия.

Мелиоративные мероприятия в первую очередь оптимизируют тепло- и влагообеспеченность, устраняют кислотность, засоленность, осолонцованность, загрязненность почв. Например, при выборе в качестве корректирующего мероприятия совершенствование технологии орошения (использование малоинтенсивного дождевания или капельного орошения) устойчивость орошаемых земель повышается по сравнению с богарой согласно формуле [1]

К = пК,

мп 1 И’ '

где Кмп — коэффициент стабильности для мелиорированной пашни; Кп — то же для богары; п — коэффициент, зависящий от изменения структуры водного баланса в результате водных мелиораций, по И.П. Айдарову

П=

(с + £)мп Уп

где (с + g)и, (с + g)мп — поверхностный сток и влагообмен между почвенными и грунтовыми водами на немелиори-рованных и мелиорированных землях, мм; Уп, Умп — урожайность сельскохозяйственных культур на немелиори-рованных и мелиорированных землях.

Для условий водосбора р. Таналык п = 1,47, т. е. коэффициент стабильности Кмп для орошае-

мой пашни на территории водосбора увеличивается в 1,47 раза, а значение Кс на 0,02 по сравнению с богарой.

Первоначально, учитывая сложные экологические условия водосбора р. Таналык, решена задача повышения коэффициента Кс хотя бы до уровня «низкой степени» экологической устойчивости, т. е. в качестве минимально допустимого критериального порога устойчивости принят Кс = 0,34.

Согласно разработанной модели, обеспечить экологическую устойчивость водосбора можно различными мероприятиями, обустраивающими его территорию. При этом, по нашему мнению, основное внимание необходимо уделять мероприятиям с природоохранной направленностью (таблица).

Проведение целенаправленной работы по выявлению и залужению малопродуктивных, деградированных распаханных земель и переводу их в пастбища, т. е. через организационно-хозяйственную мелиоративную подсистему, оказывает воздействие на техногенные подсистемы — сельское хозяйство, добывающие и перерабатывающие предприятия. Так, в результате залужения 542,43 км2 деградированной пашни и посева засухоустойчивых травосмесей коэффициент Кс увеличивается на 0,07. Рекультивация земель (физическая, химическая, биологическая) на водосборе р. Таналык устраняет засоленность, осолонцованность, загрязненность почв, повышает плодородие; восстанавливает нарушенный почвенный и растительный покров и, как результат, повышает экологическую устойчивость водосбора.

Создание по контуру населенных пунктов, промышленных площадок, карьеров буферных зон (например, посадка лесных полос шириной до 50 м), развитие биокоридоров вдоль речных долин, водотоков, водохранилищ и отстойников в виде водоохранных зон, особоохраняемых территорий, лесных полос и других насаждений повышает Кс на 0,03. В буферных зонах рекомендуется организация экстенсивной хозяйственной деятельности,

Рекомендуемые природоохранные мероприятия на водосборе р. Таналык

Корректирующая (мелиоративная) подсистема Корректируемая (техногенная) подсистема Корректирующие мероприятия Увеличение Кс на

Организационно- Сельское хозяИство, добываю- Перевод деградированных распаханных земель

хозяиственная щие и перерабатывающие пред- в пастбища, рекультивация техногенно нару-

приятия шенных земель 0,07

Лесомелиоративная Населенные пункты, добывающие и перерабатывающие предприятия, водохранилища, пруды УстроИство буферных зон и развитие биокоридоров (особоохраняемые территории, водоохранные зоны, лесополосы, кустарниковостепные массивы) 0,03

Агротехническая Сельское хозяИство Приемы противоэрозионной обработки почв, снегозадержание, регулирование снеготаяния 0,01

Гидромелиоративная Сельское хозяИство, водохранилища, пруды Совершенствование технологии орошения, строительство современных эколого-мелиора-тивных и гидротехнических сооружений 0,02

размещение сенокосов, многолетних насаждений, создание зон отдыха населенных пунктов. В экологическую структуру включаются лесные, кустарниково-степные массивы. Таким образом, через лесомелиоративную подсистему оказывается влияние на техногенные подсистемы — населенные пункты, добывающие и перерабатывающие предприятия, водохранилища, пруды.

В результате проведения предложенных организационно-хозяйственных, лесомелиоративных, агротехнических, гидромелиоративных мероприятий Кс повысится до 0,36, т. е. станет больше критериального порога (0,34).

Таким образом, внедрение рекомендуемых мероприятий на водосборе р. Таналык позволит снизить интенсивность ветровой и водной эрозии, повысить экологическую значимость сельскохозяйствен-

ных земель, увеличить урожайность на орошаемых землях, благоустроить гидрографическую сеть, промышленные территории, населенные пункты и в целом повысить экологическую устойчивость водосборов Башкирского Зауралья.

Список литературы

1. Голованов, А.И. Комплексное обустройство (мелиорация) водосборов / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В. Шабанов // Мат-лы междунар. науч.-практ. конф.: Роль природо-обустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем. — М.: МГУП, 2006. — С. 26-41.

2. Хафизов, А.Р. Обоснование необходимости обустройства водосборов Башкортостана / А.Р. Хафизов // Природо-обустройство. — 2008. — № 3. — С. 32-34.

3. Кутлияров, Д.Н. Геоинформационные системы водохранилищ Республики Башкортостан / Д.Н. Кутлияров // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. — 2008. — № 8. — С. 89-91.

УДК 631.372:574

И.А. Гайнуллин, канд. техн. наук, доцент

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

В.И. Костюченко, канд. техн. наук, доцент, зам. главного конструктора по испытаниям тракторов ООО «Челябинский тракторный завод — УралТРАК»

А.Р. Зайнуллин, инженер

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

повышение тягово-сцепных и экологических показателей гусеничного трактора

При выполнении весенне-полевых и энергоемких операций в сельском хозяйстве эффективным тяговым средством является гусеничный трактор, который по тягово-сцепным и топливно-экономическим показателям на 10.. .20 % превосходит колесный трактор аналогичного класса.

На ООО «ЧТЗ-УралТРАК» в течение ряда лет серийно выпускается трактор двойного назначения Т-170М1.03-55 класса 8, созданный на базе промышленного трактора Т-170М1.01 класса 10, активно используемый на основных операциях, связанных с обработкой почвы и посевом зерновых культур, а также на дорожно-строительных и других хозяйственных работах. Экспериментальными исследованиями воздействия движителей трактора Т-170М1.03-55 на почву установлено, что максимальные значения давлений достигают 0,245 МПа, эпюра распределения давлений по длине опорной поверхности имеет два локальных экстремума в зоне 1-го и 6-го опорных катков. Это обусловливает двойное воздействие на почву за один проход с давлением, превышающим среднее значение давления, что вызывает повышенное уплотнение поч-

вы и соответствующее снижение тягово-сцепных свойств трактора [1, 2].

Теоретическими исследованиями определено, что существенного снижения максимального давления можно достичь обеспечением равномерного распределения давления по участку контакта опорной поверхности трактора с почвой, и на основе контактной задачи теории упругости получено уравнение формы опорной поверхности гусеничного трактора с полужесткой подвеской, обеспечивающей равномерное распределение давления вдоль опорной поверхности [2, 3]:

/(х) = 0,5рерпв{хаге8Іи(х / а) + А --(В [хА / а2 + аге8Іи( х / а) ]} + С,

Р,

где р — среднее давление трактора на почву, кПа,

О / (2ЪЬ); Оэ — эксплуатационный вес трактора, Н;

длина опорной поверхности трактора, м; Ъ — ши-

и, = 2(1 - р.2,) / л£,; 2 1 2 1 11

ср

рина гусеницы, м; в = и1 + и2

и2 = 2(1 - ц2) / пЕ2; Е1 — модуль упругости почвы, Па;

— коэффициент Пуассона почвы; Е2 — модуль упругости стали звена гусеницы, Па; ц2 — коэффициент Пу-

ассона стали звена гусеницы;

(= Vа2 -

х ; а = Ь/2 —