Методика расчета режима выноса взвешенных веществ по руслоотводным каналам при переносе русел рек от месторождений россыпного золота в условиях Восточного Забайкалья

собом. Основные разделы каталога приведены в табл. 2.

Выводы

В результате исследования получены следующие выводы:

1. Задача интенсификации процессов очистки производственных сточных вод в горнодобывающей промышленности решается в нескольких направлениях. Наиболее перспективным из них является создание и освоение компактного оборудования заводского изготовления, выполненное на базе модульных конструкций. Такое оборудование, максимально готовое к монтажу на месте

1. Экология и охрана природы при открытых горных работах / П.И. Томаков [и др.]. -М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1994. - 418 с.

2. Красавин, АП. Защита окружающей среды в угольной промышленности / А.П. Красавин.

- М.: Недра, 1991. - 221 с.

3. Красавин, А.П. Бугайченко В.Е. Охрана природы в угольной промышлености /А.П. Красавин, В.Е. Бугайченко. - М.: ЦНИЭИ-уголь, 1987. - С. 5 - 108.

4. Красавин, А.П. Кукушкин В.М. Охрана природы в топливно-энергетических комплексах Сибири и Казахстана /А.П. Красавин, В.М. Кукушкин. - М.: ЦНИЭИуголь, 1986. - С. 12159.

5. Горшков, В.А. Очистка и использование сточных вод предприятий угольной промыш-

применения, позволит перевести строительство водоочистных сооружений на индустриальную основу [9].

2. В результате анализа способов и методов очистки сточных вод, образующихся на месторождениях полезных ископаемых, разработан каталог инженерных средств и мероприятий по защите малых рек от загрязнения сточными водами при отработке месторождений открытым способом. Каталог может использоваться для выбора методов и средств защиты малых рек от загрязнения сточными водами при открытой отработке месторождений полезных ископаемых в Забайкальском крае.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ленности / В.А. Горшков. - М.: Недра, 1981. С. 5 - 168.

6. Коннов, В.И. Влияние деятельности человека на малые реки Восточного Забайкалья: научное издание [Текст] / В.И.Коннов. - Чита: За-бГГПУ, 2006. - 115 с.

7. Ельчанинов, Е.А. Развитие малоотходной технологии при подземной добыче угля: Обзор / Е.А.Ельчанинов, Д.Т. Горбачев, Е.В. Беляев. -М.: ЦНИЭИуголь, 1985. - С. 4 - 46.

8. Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод. Каталог. - М.: ЦНИЭИуголь, 1985. - С. 498.

9. Архипов, Н.А. Добыча угля и рациональное природопользование / Н.А. Архипов, Е.А. Ельчанинов, Д.Т. Горбачев. - М.: Недра, 1987.

- 285 с. ИДИ

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------

Коннов В.И. - кандидат технических, наук, Забайкальский институт железнодорожного транспорта, г. Чита.

Доклад рекомендован к опубликованию Забайкальским институтом железнодорожного транспорта.

УДК 622.271:628.394 В.И. Коннов

МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕЖИМА ВЫНОСА

ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ПО РУСЛООТВОДНЫМ КАНАЛАМ ПРИ ПЕРЕНОСЕ РУСЕЛ РЕК ОТ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РОССЫПНОГО ЗОЛОТА В УСЛОВИЯХ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

ри отработке россыпных месторождений золота открытым способом, расположенных в поймах и руслах малых рек, чаще всего приходится отводить водоток по руслоотводному каналу от места расположения объекта строительства . При значительных размерах канала и больших расходах воды в нем происходит интенсивный вынос взвешенных веществ в ненарушенную нижележащую часть русла реки. Это приводит к загрязнению водотока в контрольном створе реки. В качестве одного из методов исключения загрязнения водного объекта взвешенными веществами предлагается следующая методика расчета промывного режима (его поэтапная промывка). Расчетные положения методики основываются на широко известных трудах ученых, нормативной, методической и учебной литературе (С.Т. Алтунина, С.В. Басса, Н.Н. Борти-на, М.И. Будыко, А.Г. Булавко, Н.А. Воронкова, И.Ф. Горошкова, В.К. Горшкова, Е.А. Ельчанинова, И.А. Железняка,

Н.Н. Захаровской, В.А. Знаменского, А.В. Караушева, К.П. Клибашева, Е.А. Козловского, А.П. Красавина, Н.Н. Лапшева, Б.Н. Ласкорина, В. А. Меркулова, М.А. Михалева, В.Н. Новикова, А.И. Потапова, И.Д. Родзиллера, С.В. Сластунова, В.А. Фролова, И.А. Шик-ломанова и др.) [1-5]. Разработанная методика может быть использована для прогнозного укрупненного расчета выноса взвешенных веществ по руслоотводному каналу в период самоотмостки только для временных сооружений IV класса капитальности. В настоящее вре-

мя загрязнение малых рек взвешенными веществами, поступающими из руслоотводного канала при отработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, не учитывается.

Задача, решаемая предлагаемой методикой - исключение превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) взвешенных веществ в контрольном створе водотока, а также предельно допустимого сброса (ПДС) при отводе речного потока по руслоотводному каналу с учетом его смешения (разбавления) в нижележащей ненарушенной части реки в меженный период года при производстве работ непосредственно в русле реки.

Известно изобретение, предназначенное для очистки потока от взвешенных дискретных частиц в потоке и их разделения по крупности (см. А. с. № 1618824, М кл. 5Е 02В 8/02 от 07.01.91 г.). Конструкция, предложенная авторами изобретения, представляет собой серию парных перегородок, установленных в углублениях разного объема. В углублениях происходит осаждение взвешенных в потоке частиц.

Недостатком способа является то, что он не позволяет сохранить нормативное качество воды по взвешенным веществам в контрольном створе водотока. При достаточно протяженных каналах и водотоках и больших расходах воды в них концентрация взвешенных веществ, после очистки указанным способом, не будет удовлетворять нормативным требованиям. Эффективность этого способа при пропуске воды неве-

лика без одновременного использования устройств интенсификации размыва и взмучивания отложений в русле. Строительство парных перегородок и устройств интенсификации размыва в русле реки приводит к значительным материальным затратам.

Известен также способ для регулирования реки-водоприемника, который включает искусственное русло, сопряженное своими концами с естественным руслом водотока. Забор воды в искусственное русло осуществляется водорегулирующим сооружением. Паводки пропускаются по искусственному руслу, а расходы воды меженного периода - по естественному руслу реки (см. А. с. № 1604891, М кл. 5Е 02В 3/02 от 07.11.90 г.).

Недостатком этого способа является то, что сохранение меженного расхода воды не позволяет выполнять работы в русле реки . Например, отработка под-русловых запасов полезных ископаемых (золото, олово, уголь и др.), строительство мостовых пролетов, быков, трубчатых переездов. Не учитывается также качество воды в контрольном створе водотока при взмучивании воды в реке. Этот способ применим для защиты территории от затопления и подтопления паводковыми водами реки без регулирования содержания взвешенных веществ в контрольном створе реки.

Наиболее близким к предлагаемому нами способу является способ очистки, углубления и спрямления русла реки. Он используется в гидротехнике и мелиорации для промывки русел рек. В русле реки выполняются перегораживающие гидротехнические сооружения с регулируемыми водопропускными отверстиями. Выше этих сооружений устраиваются пруды или водохранилища для накопления воды. Режим способа характеризуется тем, что при макси-

мальных наполнениях прудов или водохранилищ открытие водопропускных отверстий осуществляют последовательно и с очередностью, начиная с сооружения, расположенного в низовье рек, и кончая сооружением, расположенным в верховье реки, а при малом наполнении прудов или водохранилищ

- с обратной очередностью, при этом открытие водопропускных отверстий осуществляют на величину и со скоростью, прямопропорциональными требуемой интенсивности углубления и спрямления русла (см. ЯИ № 2086729, кл. 6 Е02В 3/02). Недостатками этого способа являются те, которые были указаны для предыдущего способа.

Предлагаемый способ прост в исполнении и исключает прямоточный способ водоснабжения проектируемого объекта, запрещенный к использованию «Правилами охраны поверхностных вод» и являющийся нерациональным способом использования водных ресурсов. Затраты, необходимые для строительства сооружений, в предлагаемом способе регулирования содержания взвешенных веществ в контрольном створе реки будут минимальными по сравнению со способами, предусматривающими проектирование и строительство специальных сооружений для очистки воды от взвешенных частиц.

Сущность расчетов заключается в следующем. Предлагаемый способ позволяет выполнять любые виды работ в русле реки (строительство мостов, переездов, гидротехнических сооружений, добыча полезных ископаемых и др.) после отведения речного потока по руслоотводному каналу. Отведение речного потока в руслоотводной канал осуществляется поэтапно в подготовительный период. В этот период строительные работы в русле реки не ведутся. Цель поэтапного увеличения расхода воды от

минимального до расчетного в руслоотводном канале - регулирование величины расходов воды и содержания взвешенных веществ в подготовительный период и выдерживание тем самым нормативных требований, предъ-являемых к величинам концентраций взвешенных веществ в контрольных створах малых водотоков при отводе речного потока по руслоотводному каналу с учетом его смешения (разбавления) в нижележащей ненарушенной части реки в меженный период года.

Способ регулирования качества воды в водном объекте при строительстве гидротехнических сооружений в русле реки показан на рисунке. Он состоит из струенаправляющей дамбы (низконапорной земляной насыпной плотины) 1, приплотинного водозабора 2, руслоотводного канала 8, гидрометрических створов 3 на водотоке 10 и канале 8, сопрягающих 6 и регулирующих сооружений 4, 5 на канале.

При полном перекрытии русла реки струенаправляющей дамбой и отведении всего потока в руслоотводной канал, проложенный в неоднородных грунтах, будет происходить размыв его дна и откосов. Взвешенные наносы определенного диаметра будут выноситься потоком из канала (процесс самоотмостки) и загрязнять воды реки. Для устранения этого явления предлагается выполнять поэтапный пропуск расходов воды (от минимального до расчетного) по руслоотводному каналу с проведением контроля качества воды по взвешенным веществам в контрольном створе водотока на каждом этапе. К первому этапу промывки руслоотводного канала при-

ступают после выполнения расчета, в котором устанавливают пропускаемые расходы на каждом этапе. Эти расходы назначаются такими, чтобы в контрольном створе реки не произошло превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) взвешенных веществ. В канале выдерживается скорость потока превышающая незаиляющую. Регулирование расходов на водозаборном узле выполняется поднятием затвора на необходимую высоту, которая устанавливается по водомерной рейке. Для выполнения таких расчетов предлагается методика.

Первый этап выполняется в меженный (маловодный) теплый период года, когда проще всего осуществляется частичное перекрытие русла реки с целью создания подпора и направления части речного потока через водозаборное сооружение в руслоотводной канал. Конструкция водозаборного сооружения назначается с учетом выполнения условий наименьших затрат на его строительство и возможности регулирования и пропуска заданных расходов воды в руслоотводной канал.

Контроль качества воды производится отбором проб воды на химические анализы в контрольном створе в начале, середине и конце каждого этапа. В химической лаборатории известными способами фильтрации или центрифугирования определяется концентрация взвешенных веществ. Окончанием первого этапа будет являться момент, в котором концентрация взвешенных веществ в отобранной пробе воды будет меньше установленной для них ПДК.

Регулирование концентраций взвешенных частиц в контрольном створе водотока при отработке россыпных месторождений золота открытым способом

На каждом этапе с помощью поднятия затвора на необходимую высоту на водозаборном сооружении по руслоотводному каналу пропускается такой максимальный расход, при котором в расчетном (контрольном) створе на водотоке концентрация взвешенных веществ не превышает предельно допустимую (ПДК). На каждом последующем этапе расход воды увеличивается, изменяются гидравлические элементы потока и должно соблюдаться то же условие - не

превышение предельно допустимой концентрации взвешенных веществ в контрольном створе водотока.

На последнем этапе по каналу должен быть пропущен расчетный расход воды, который назначается в зависимости от класса сооружения и срока его службы по СНиП 2.06.01-86 «Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования». Последний этап проводится в паводок, расход которого больше на 10% расчетного. На этом этапе

завершается полное перекрытие русла реки струенаправляющей дамбой. После выполнения последнего этапа приступают к производству работ в русле реки.

Порядок расчета параметров поэтапной промывки руслоотводного канала заключается в следующем [6].

1. Определение гидравлических элементов и параметров руслоотводного канала при пропуске по нему расчетного расхода. Расчетный расход назначается в зависимости от класса сооружения и срока его службы. Гидравлический расчет выполняется по формуле равномерного движения потока (формула Шези):

0 = ,

где Ж - площадь поперечного сечения канала, м2; С - коэффициент Шези, м0 5/с; Я - гидравлический радиус, м; г -уклон дна канала;

1 С = - Иу, п

где п - коэффициент шероховатости; у = 2,5л/п - 0,13 - 0,75л/я{4п - 0,1),

М = ( В + т0 Ь) Ь.

где В - ширина канала по дну, м; т0 -заложение откосов канала; И - глубина воды в канале, м;

х = в +

+ т2

где X - смоченный периметр, м.

R = м / X.

2. Определение глубины воды в канале к, при которой по каналу будет проходить расчетный расход 0.

3. Определение фактической скорости воды в канале:

= с4к,.

4. Расчет допускаемых неразмывающей и незаиляющей скоростей Кдоп, Кнез. Допускаемая неразмывающая донная скорость для однородных по крупности несвязных грунтов находится по формуле (Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. П.Г. Киселева.

- М.: 1972):

У„= 1,25 х

,м/с

2 т

[0,44р0 п

[ Я (р 2-Р0) + 2С Н К

Допускаемая неразмывающая средняя скорость потока (Vн доП , м/с);

і , 8,8Н

ун.доП. = І ід—г-|х

2т

,м/с

П [ Я (р2-Р0) + 2С НнК ],

0,44р0

где р2 р0 - плотность материала частиц

соответственно несвязного грунта и воды, кг/м3; й - средний диаметр

частиц грунта, м; С ун - усталостная прочность на разрыв несвязного грунта, Па.

Допускаемая неразмывающая скорость водного потока для неоднородных несвязных грунтов определяется по следующим формулам: донная скорость потока

Ч,н.дон. = 1,25 х

2 т

|0,44р0 п

[ Я (р2 -р0 )^опм + 2СНнК ];

допускаемая неразмывающая средняя скорость потока

V.

8,8 Н

\

"95 У

2т

Ю,44ро п

[ Я (р2 -р0 )йо«. + 2С;ик ],

где йот. - средний диаметр частиц отмостки, вычисляемый как средневзвешенный по площади, занимаемой на дне потока частицами укрупненного слоя грунта.

Допускаемые неразмывающие скорости водного потока для связных грунтов определяются по зависимостям вида:

допускаемая неразмывающая донная скорость потока

4,^.= 1,25 х

2 т 2,6 ро п

[ д (р2-ро) +1,25 С ;К ]

I , 8,8Н ,

Ун.доп = \ Iх

2 т 2,6ро п

- QKl и в реке остается - QPl. Величина 0к1 назначается подбором таким образом, чтобы этот расход был максимальным, но при этом должно выполняться условие т^ > р1 (расчет Ш1 и р! приводится далее).

Определяются гидравлические элементы и параметры поперечного сечения руслоотводного канала и реки для расходов Qк1 и Qр1, фактические скорости Уфак и Унез для каждого расхода и сравнивни-ваются с допускаемой неразмывающей скоростью Удопнер.;

б) определяется допустимая к сбросу концентрация взвешенных веществ в воде канала для отдельных выпусков без учета некосервативности для условий Забайкалья:

т1 _ р (в,0? / + 1)Ь,

где р - допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте после сброса воды в реку по каналу; Ь -фоновое содержание взвешенных веществ в воде реки, г/м3; а1 - коэффициент смешения,

где Сн - нормативная усталостная

прочность на разрыв связного грунта, Па; й - средний размер агрегатов (отрывающихся отдельностей) грунта, приведенный к диаметру равнообъемного шара, м; т - коэффициент условий работы; К - коэффициент однородности связных грунтов.

При этом должно выполняться следующее условие:

Унез < Уфа*. < Удоп.нер. ,

Если это условие выполняется, то производятся расчеты первого этапа промывки:

а) от общего расхода воды в реке Qоб часть отводится в руслоотводной канал

в 11_

к

а1

1 + % 1 в ^*

где - коэффициент, учитывающий

гидравлические условия в реке; Ь - длина, на которую удален контрольный створ от места, где происходит слияние вод реки и руслоотводного канала, м,

(

й 1

01

где X - коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод; Ки - коэффициент извилистости реки; 0\ - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с;

й _ дц Л1/

где g - ускорение свободного падения; V - фактическая скорость воды в реке при QR\, м/с; И1 - глубина воды в реке при 0К1, м; пр - коэффициент шероховатости; С1 - коэффициент Шези для реки при 0КЬ м05/с;

в) определяется транспортирующая способность канала р1 для условий пропуска расхода :

р1 _ 700^1 / ,

при 2 мм/с < '^< 8 мм/с;

р1 _ 350У1Х/^/ЧТ^1,

при 0,4 мм/с < '^< 2 мм/с,

где Ж - гидравлическая крупность частиц среднего диаметра (мм/с); V - скорость течения воды в канале, м/с; Я1-гидравлический радиус канала, м; гн, г1 -уклон дна канала;

г) сравнение допустимой к сбросу концентрации взвешенных веществ в воде канала ш1 и транспортирующей способности канала р1 при заданных

и О* 1. Величина назначается та-

ким образом, чтобы этот расход был

1. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования [Текст]: СНиП 2.06.01-86 / Госстрой СССР. - М., ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 32 с.

2. Справочник по гидравлическим расчетам [Текст] / Под ред. П.Г. Киселева. - М.: Энергия, 1972. - Изд. 4-е. - 312 с.

3. Мелиоративные системы и сооружения: СНиП 2.06.03-85 [Текст]. / Госстрой СССР. - М., ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 199 с.

4. Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод: СНиП 2.06.14-85 [Текст]

возможно максимальным, но при этом должно выполняться условие т1 >р1 .

После проведения 1 этапа промывки увеличиваеется расход воды в руслоотводном канале и осуществляется 2 этап с повторением расчетов, указанных ранее. Количество этапов промывки будет зависеть от количества промывных расходов воды, на которые делится расчетный расход Qр.

По предложенной методике контроля и регулирования режима поступления взвешенных веществ по руслоотводному каналу в водоток в период самоотмостки получен патент на изобретение.

Вывод

Предлагаемая модель позволяет дать не только описание и оценку качественного состояния водного объекта по содержанию взвешенных веществ в контрольном створе, но и его регулирование (управление) с учетом фактического и прогнозируемого состояния, с учетом экологического резерва (экологической емкости - возможности разбавления насыщенных взвешенными веществами вод канала речными водами).

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

/ Госстрой СССР. - М., ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 37 с.

5. Алтунин С.Т. Регулирование русел [Текст]/С.Т. Алтунин. - М.: Изд. сельскохоз. литер., 1962. - 348 с.

6. Коннов В.И. Экологическая оценка и ме-

роприятия по защите от загрязнения малых рек Восточного Забайкалья: научное издание

[Текст] / В.И. Коннов. - Чита: ЧитГУ, 2006. -126 с. ШИН

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------

Коннов В.И. - кандидат технических, наук, Забайкальский институт железнодорожного транспорта, г. Чита.

Доклад рекомендован к опубликованию Забайкальским институтом железнодорожного транспорта.