СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ НАНОСОВ
METHOD OF CLEANING WATER BODIES FROM ALLUVIUMS

Изобретение относится к области гидротехнического и водохозяйственного строительства, в частности к способам очистки малых рек, прудов, каналов и других водных объектов от донных наносов.
Известен способ очистки водных объектов от наносов, включающий формирование секций, выборку донных отложений и сброс избыточной воды (Патент РФ 2219305, 2003 [1]). В способе секции формируются непосредственно в русле реки путем разгораживания участка русла реки поперечными от берега до берега временными запрудами.
Недостатки известного способа заключаются в большой материалоемкости и трудоемкости из-за необходимости применения бетонных стенок для формирования секций, а также выполнения работ по их укреплению для удерживания давления воды и герметизации с целью обеспечения изолирования секций друг от друга. Большая трудоемкость обусловлена также необходимостью устройства изолированной секции, последней по течению реки в разгороженном участке, для использования в качестве барьера для предотвращения прорыва воды сверху. Большая материалоемкость обусловлена также применением большого количества оборудования для отмывки донного материала и его транспортирования: наносов, транспортеров, желобов, аппаратов активации процессов, песколовок, гидроциклонов. Недостатками этого способа являются также большая энергоемкость, обусловленная потреблением электроэнергии для обеспечения работы названного выше оборудования. Кроме того, к недостатку способа следует отнести образование в реке большого количества взвешенных наносов из-за сильного замутнения воды вследствие того, что донные наносы из гравия и крупных кусков направляют на формирование нового дна реки, а также и песок из песколовки направляют транспортером на формирование дна.
Известен также способ очистки водных объектов от наносов, включающий формирование секций, выборку донных отложений, устройство дамб обвалования, устройство водосбросного канала, намыв наносов, сброс избыточной воды и планировку поверхности отвала (Патент РФ 2416000, 2011 [2]) - прототип. В способе секции формируются в прирусловой зоне за счет устройства дамб обвалования, намыв наносов производят в секции, а сброс избыточной воды из секций осуществляется в реку самотечным способом по водосбросному каналу.
Недостатком способа является его низкая технологичность, а именно: длительный срок выполнения работ, низкая эффективность использования техники и низкая производительность используемых технических средств. Так, планировку поверхности отвала в этом способе производят только после консолидации намытого из наносов водонасыщенного грунта. Процесс консолидации водонасыщенного грунта занимает длительный период [3, с. 388-402], который может достигать нескольких месяцев. В связи с этим, планировку поверхности грунта в намытых нечетных секциях, а также подготовку четных секций для намыва с перемещением грунта на поверхности нечетных секций можно начинать только выждав необходимый период времени. Даже для частичной консолидации грунта в нечетных секциях, обеспечивающих набор грунтом прочности, необходимой для перемещения по нему строительной техники (например, бульдозера) потребуется несколько недель. Такое вынужденное ожидание между технологическими операциями и простой строительной техники приводит к неэффективному использованию техники и снижению производительности используемых технических средств, а технологичность производства работ будет характеризоваться как низкая.
Недостатком этого способа является также значительное замутнение воды в реке и образование большого количества взвешенных наносов вследствие сброса избыточной воды с множеством частиц донных наносов из секций по водосбросному каналу непосредственно в реку. Взвешенные наносы негативно воздействуют на экологическую обстановку в реке, в том числе, оказывают вред рыбьему поголовью, снижают качество воды. Кроме того, ниже по течению реки взвешенные наносы будут выпадать в осадок и тем самым способствовать образованию донных отложений, т.е. заилению русла.
Причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается изобретением, являются: необходимость ожидания в течение длительного периода времени завершения процесса консолидации намытых наносов, что приводит к простою строительной техники, снижению технологичности работ и эффективности использования строительной техники, а также невозможность предотвращения поступления наносов вместе со сбрасываемыми излишками воды в водный объект при их намыве, что и приводит к загрязнению водного объекта.
Сущность изобретения - создание условий для сокращения срока обезвоживания водонасыщенного тела намываемых на береговом участке наносов при очистке водных объектов от донных наносов и предотвращения попадания наносов обратно в реку за счет устройства в основании секций отвалов предварительно, до начала намыва наносов, дренажных горизонтальных продольных элементов и сопряженных с ними дренажных горизонтальных поперечных элементов; устройства в теле намытых наносов после завершения намыва наносов дренажных вертикальных элементов до их сопряжения с дренажными горизонтальными продольными элементами; устройства до начала намыва наносов открытого резервуара на водосбросном канале; сброса в период намыва наносов избыточной загрязненной воды в водосборный канал, далее - в открытый резервуар, где осветляется за счет выпадения наносов в осадок, и далее - в водный объект, а по завершению намыва наносов в секции - сброса воды из водонасыщенных слоев наносов по дренажным вертикальным элементам, по дренажным горизонтальным поперечным элементам и по дренажным горизонтальным продольным элементам - в водосборный канал.
Технический результат изобретения - повышение технологичности, уменьшение срока выполнения работ по очистке водных объектов от наносов, повышение эффективности использования строительной техники и повышение производительности строительной техники за счет сокращения времени между технологическими операциями, а также уменьшение замутнения воды в реке за счет предотвращения сброса наносов из секций отвалов наносов вместе с избыточной водой в водный объект.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки водных объектов от наносов, включающем устройство в прирусловой зоне дамб обвалования, формирование секций отвалов наносов, устройство водосбросного канала, выборку донных отложений, намыв наносов, сброс избыточной воды и планировку поверхности отвала, дополнительно, до начала намыва наносов, сооружают водосборный канал и открытый резервуар между водосборным и водосбросным каналами, а также для каждой секции отвалов наносов устраивают дамбы обвалования на полную высоту только с трех сторон: две боковые дамбы обвалования и одну - со стороны водного объекта, далее в основании секции отвалов наносов устраивают дренажные горизонтальные продольные элементы и сопряженные с ними дренажные горизонтальные поперечные элементы, причем дренажные горизонтальные продольные элементы выводят в водосборный канал, затем между удаленными от водного объекта концами боковых дамб обвалования сооружают имеющую пониженную относительно других дамб обвалования высоту водосливную дамбу обвалования, примыкающую к водосборному каналу, после этого производят выборку донных отложений из водного объекта и намыв наносов в секцию отвалов наносов, при этом избыточную воду из секции отвалов наносов самотеком сбрасывают через водосливную дамбу обвалования в водосборный канал, далее самотеком - в открытый резервуар, где избыточная вода осветляется за счет выпадения наносов в осадок, и после этого уже осветленную воду также самотеком по водосбросному каналу сбрасывают в водный объект, а после завершения намыва наносов и заполнения секции отвалов наносов в теле намытых наносов устанавливают дренажные вертикальные элементы путем их погружения с помощью погружного устройства на всю глубину намытых наносов до их сопряжения с дренажными горизонтальными продольными элементами или дренажными горизонтальными поперечными элементами, при этом отвод воды из тела водонасыщенных намытых наносов производят самотеком по дренажным вертикальным элементам, дренажным горизонтальным поперечным элементам и дренажным горизонтальным продольным элементам в водосборный канал, а далее самотеком отводят в открытый резервуар и по водосбросному каналу - в водный объект, причем планировку поверхности отвала наносов в секциях отвалов наносов начинают выполнять сразу после обезвоживания намытых наносов.
Дренажные горизонтальные элементы выполняют, например, в виде дренажных канав с наполнением их щебнем, а сверху покрывают геосинтетическим водопроницаемым материалом, либо в виде дренажных труб обложенных щебнем и покрывают геосинтетическим водопроницаемым материалом. Водосливную дамбу обвалования устраивают в виде грунтового переливного водоподпорного сооружения и покрывают его геосинтетическими материалом для предотвращения размыва при переливе избыточной воды. Дренажные вертикальные элементы исполняют, например, в виде ленточных геодрен COLBONDDRAIN СХ1000.
Сущность способа очистки водных объектов от наносов поясняется схемами. На фиг. 1 изображена схема очистки водного объекта от наносов по предлагаемому способу; на фиг. 2 изображен разрез А-А фиг. 1 на период намыва наносов в секцию; на фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 1 по завершению намыва наносов в секцию.
На схемах цифрами обозначены: 1 - водный объект, 2 - земснаряд, 3 - пульпопровод, 4 - секция отвалов наносов, 5 - дамба обвалования, 6 - водосливная дамба обвалования, 7 - дренажный горизонтальный поперечный элемент, 8 - дренажный горизонтальный продольный элемент, 9 - дренажный вертикальный элемент, 10 - водосборный канал, 11 - открытый резервуар, 12 - водосбросной канал.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.
Предложенный способ очистки водных объектов от наносов включает в себя устройство в прирусловой зоне дамб обвалования 5, формирование секций отвалов наносов 4, устройство водосбросного канала 12, выборку донных отложений земснарядом 2, намыв наносов по пульпопроводу 3 в секции отвалов наносов 4, сброс избыточной воды по водосбросному каналу 12 и планировку поверхности отвала наносов в секциях отвалов наносов 4. Особенность данного способа в том, что сначала, до начала намыва наносов земснарядом 2 в секции отвалов наносов 4, сооружают водосборный канал 10 и открытый резервуар 11 между водосборным каналом 10 и водосбросным каналом 12, например, посредством строительной техники - бульдозера, экскаватора или скрепера. Также с помощью строительной техники для каждой секции отвалов наносов 4 устраивают дамбы обвалования 5 на полную высоту только с трех сторон: две боковые дамбы обвалования и дамбу обвалования со стороны водного объекта. Далее, в основании секции отвалов наносов 4 устраивают дренажные горизонтальные поперечные элементы 7 и сопряженные с ними дренажные горизонтальные продольные элементы 8. Эти дренажные горизонтальные элементы устраивают, например, в виде дренажных канав с наполнением их щебнем, сверху покрытых геосинтетическим водопроницаемым материалом, или в виде дренажных труб, обложенных щебнем и покрытых геосинтетическим водопроницаемым материалом [4]. Причем дренажные горизонтальные продольные элементы 8 выводят в водосборный канал 10, затем между удаленными от водного объекта концами боковых дамб обвалования 5 сооружают имеющую пониженную высоту водосливную дамбу обвалования 6, примыкающую к водосборному каналу 10. Водосливную дамбу обвалования 6 устраивают, например, в виде грунтового переливного водоподпорного сооружения и покрывают его геосинтетическим материалом для предотвращения размыва при переливе избыточной воды [5] или [6, рис. 5]. После этого производят выборку донных отложений земснарядом 2 из водного объекта 1 и намыв наносов по пульпопроводу 3 в секцию отвалов наносов 4, при этом избыточную воду из секции отвалов наносов 4 самотеком сбрасывают через водосливную дамбу обвалования 6 в водосборный канал 10, далее самотеком - в открытый резервуар 11, где осветляется за счет выпадения наносов в осадок, и после этого, уже осветленную воду, также самотеком по водосбросному каналу 12 сбрасывают в водный объект 1. После завершения намыва наносов земснарядом 2 и заполнения секции отвалов наносов 4 в теле намытых наносов устанавливают дренажные вертикальные элементы 9 путем их погружения с помощью погружного устройства на всю глубину намытых наносов до их сопряжения с дренажными горизонтальными продольными элементами 8 или дренажными горизонтальными поперечными элементами 7. Дренажные вертикальные элементы 9 могут быть выполнены, например, в виде ленточных геодрен COLBONDDRAIN СХ1000 [7], а в качестве погружного устройства использована, например, дренажно-устанавливающая машина [7]. При этом отвод воды из тела водонасыщенных наносов производят самотеком по дренажным вертикальным элементам 9, дренажным горизонтальным поперечным элементам 7, дренажным горизонтальным продольным элементам 8 в водосборный канал 10, а далее самотеком отводят в открытый резервуар 11 и по водосбросному каналу 12 - в водный объект, причем планировку поверхности отвала наносов в секциях отвалов наносов 4 начинают выполнять сразу после обезвоживания намытых наносов в секции отвалов наносов 4.
Таким образом, в предлагаемом способе за счет организации самотечного отвода воды из тела намытых наносов из секций отвалов наносов 4 через дренажные вертикальные элементы 9, дренажные горизонтальные продольные элементы 8 и дренажные горизонтальные поперечные элементы 7 обеспечивается очистка водного объекта от наносов и обезвоживание тела отвалов наносов в более короткие сроки за счет существенного ускорения процесса консолидации грунта. В связи с этим, значительно уменьшится срок выполнения работ из-за сокращения времени между технологическими операциями. Сократится также простой строительной техники. В свою очередь, это позволит повысить технологичность и производительность работ, а также эффективность использования строительной техники. Кроме того, организация осветления в открытом резервуаре сильно замутненной наносами воды, отводимой из секций отвалов наносов, обеспечит предотвращение поступления частиц наносов из секций отвалов наносов вместе с избыточной водой в водный объект. Это, в свою очередь, позволит исключить загрязнение реки, уменьшить негативное воздействие на реку, снизить опасность заиления ее русла.
3
3
3
3
Экономическую эффективность предложенного способа за счет только уменьшения простоя строительной техники можно оценить следующим образом. Пусть для намыва используется земснаряд марки ЗГДМ 400/40 и для планировки поверхности отвала бульдозер марки ЧЕТРА Т-9. Затраты на их эксплуатацию в ценах 2001 года составляют для бульдозера - согласно таблице 01-01-030-05 [8]=0.69 руб/м/0.00605 маш×час/м=114.05 руб/час; для земснаряда - согласно таблице 44-01-006-02 [9]=12.97 руб/м/0.128 маш×час/м=101.33 руб/час. Итого составит 215.38 руб/час=5169.12 руб/сут. Тогда при уменьшении простоя техники только на один месяц стоимость работ сократится примерно на 114 тыс.руб. в ценах 2001 года.
Список использованных источников
1. Вершинин Н.П., Вершинин И.Н. Способ очистки русел малых рек // Патент РФ 2219305, опубл. 20.12.2003.
2. Кизяев Б.М., Голубев Н.К., Басе В.Н. Способ очистки каналов и водотоков от наносов // Патент РФ 2416000, опубл. 10.04.2011.
3. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин Н.А. Гидротехнические сооружения. Часть 1. Учебник для вузов. - Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. - 576 с.
4. Проектирование, монтаж. Закрытый дренаж, установка дренажных труб, дренажные колодцы, http://cah-ld.ru/doc/67.htm. Дата обращения 20.05.2015.
5. Бальзанников М.И., Родионов М.В. Переливная грунтовая плотина // Патент РФ 2432432. Опубл. 2011. Бюл. №30.
6. Бальзанников М.И., Пиявский С.А., Родионов М.В. Совершенствование конструкций низконапорных грунтовых переливных плотин // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2012. №5. С. 52-59.
7. http://www.geovostok.ru/colbonddrain-vertikalnyj-lentochnyj-drenazh. Дата обращения 20.05.2015.
8. Федеральные единичные расценки на строительные работы ФЕР-2001. Сборник №1 - Земляные работы // Госстрой России. - Москва, 2001.
9. Федеральные единичные расценки на строительные работы ФЕР-2001. Сборник №44 - Подводно-строительные (водолазные) работы // Госстрой России. - Москва, 2001.