WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Формирование и экологические свойства русловых отложений в водотоках на урбанизированных территориях

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

Курочкина Валентина Александровна

ФОРМИРОВАНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУСЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В ВОДОТОКАХ  НА

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Специальность 25.00.36 – Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва

2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский государственный строительный университет»

Научный руководитель:                     доктор технических наук,

профессор

Боровков Валерий Степанович

Официальные оппоненты:                Суздалева Антонина Львовна

доктор биологических наук,

профессор, ОАО "Научно-исследовательского института энергетических сооружений", отдел экологических проблем энергетики, начальник отдела

Дмитриева Ирина Львовна

кандидат химических наук,

доцент,

ФГБОУ ВПО Московский

государственный университет природообустройства, кафедра химии, доцент

Ведущая организация:                      ГУП  «Мосводосток»

Защита состоится 27 июня 2012 г. в 14 час 00 мин. на заседании

диссертационного совета Д. 212. 138. 07   при ФГБОУ ВПО

«Московский государственный строительный университет» по адресу:

129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. №9 «Открытая сеть».

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан  «_______» ____________ 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                   Потапов Александр Дмитриевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Актуальность диссертационных исследований определяется необходимостью улучшения экологического состояния городских водных объектов, находящихся в условиях негативного воздействия комплекса антропогенных и техногенных факторов, приводящих к их прогрессирующему заилению и деградации.

Для разработки инженерных природоохранных мероприятий по реабилитации городских водных объектов необходимы научно-обоснованные методы прогнозирования процессов накопления загрязненных донных отложений, база данных по загрязненности тяжелыми металлами и токсичными веществами, анализ их миграции, из донных отложений в водную массу, обоснованные требования для удаления отложений из речных русел и водоемов.

Для оценки влияния донных отложений на общее экологическое состояние водных объектов и  прилегающих пойменных территорий и зон рекреации рассмотрена возможность оценки экологической опасности загрязненных донных отложений на основе изучения миграции тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений.

Область и объекты исследований

Область исследований – формирование и оценка загрязненности донных речных отложений на урбанизированных территориях, процессы переноса примесей из донных отложений в речную воду и миграция тяжелых металлов из загрязненных грунтов в растения.

В качестве объектов исследований миграции соединений тяжелых металлов из загрязненных грунтов в воду и растения выбраны загрязненные донные отложения водных объектов города Москвы и некоторые виды растительных культур.

Рабочая гипотеза

Улучшение экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях может быть достигнуто удалением донных отложений с учетом их загрязненности, объемов и распределения в речных руслах с предварительной оценкой их экологической опасности.

Цель и задачи исследований

Цель диссертационных исследований - изучение процессов формирования загрязненных донных отложений на урбанизированных территориях, процессы миграции химических соединений тяжелых металлов из загрязненных грунтов в воду и растения для обоснования мероприятий по улучшению экологического состояния городских водных объектов, включая их очистку.

Задачи исследований:

1. выявить источники загрязнения водных объектов на городских территориях с оценкой степени влияния каждого из источников на качество воды и состояние речного русла;

2. разработать метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий для определения объемов загрязненных отложений при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ;

3. установить характер и степень влияния факторов, влияющих на осаждение мелкодисперсных взвесей и последующее формирование слоя загрязненных отложений в речных руслах;

4. исследовать загрязненность донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов

5. исследовать миграцию тяжелых металлов из донных отложений в водную массу в статических условиях, условиях движения воды  а также при разгрузке в водный объект  грунтовых вод

6. определить степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности.

Метод исследований

Экспериментально-аналитический, с использованием апробированных подходов и зависимостей, отражающих поведение мелкодисперсных взвесей в водном потоке и описывающих диффузионные массообменные процессы между водой и донными отложениями с проверкой полученных зависимостей данными лабораторных измерений, выполненных на сертифицированном оборудовании по стандартным методикам.

Достоверность результатов исследований обусловлена соответствием представлений о гидравлических и физических факторах, определяющих массообменные процессы, результатам ранее проведенных исследований других авторов; применением апробированных методик и стандартной измерительной техники, тщательным проведением основных и контрольных опытов.

Научная новизна результатов исследований:

1. Установлены источники загрязнения водных объектов на городских территориях с оценкой степени их влияния на качество воды и состояние речного русла.

2. Разработан метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий, определены объемы загрязненных отложений при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ.

3. Установлены особенности осаждения взвесей в водном потоке, определены факторы, влияющие на формирование слоя загрязненных отложений в речных руслах.

4. Установлена высокая степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов, концентрация которых в некоторых случаях превышает в десятки и сотни раз ПДК для воды.

5. Исследованы миграция тяжелых металлов из донных отложений в водную массу в статических условиях, в условиях движения воды с различной скоростью и при разгрузке грунтовых вод в водный объект. Установлена зависимость диффузионного процесса от концентрации примесей в растворах поровых отложений, крупности частиц, гидравлических характеристик водного потока и скорости фильтрации.

6. Определена степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности.

Практическая значимость исследований заключается:

  • в научно-методическом обеспечении методов воздействия на процессы формирования загрязненных русловых отложений и их удаление для улучшения экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях;
  • оценке степени экологической опасности загрязненности речных русел, затапливаемых пойм и зон рекреации при экологическом мониторинге водных объектов;
  • усовершенствовании учебного процесса по специальности «Инженерная защита окружающей среды».

На защиту выносятся:

  • метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий;
  • зависимости, характеризующие распределение взвесей в водном потоке и осаждение их в речное русло;
  • состав и степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов;
  •  методика экспериментальных модельных исследований.
  • зависимость скорости миграции примесей из отложений от их концентрации в поровых растворах, крупности частиц, гидравлических характеристик водного потока и скорости инфильтрации;
  • коэффициенты перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений;

Апробация диссертации

Результаты исследований обсуждались на совместном заседании кафедр инженерной геологии и геоэкологии,  гидравлики, гидроэнергетики и использования водных ресурсов Московского государственного строительного университета, а также:

- на 4-й научной конференции молодых ученых, МГСУ, 2001;

-XIII Международной межвузовской научно-практической конференции «Строительство – формирование среды жизнедеятельности», апрель 2010 г.

Основные положения диссертации опубликованы в 8-и научных статьях, в том числе 7 в рецензированных изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, включающих общие выводы и рекомендации, списка литературы и приложений; работа изложена на 185 страницах машинописного текста  включая 56 рисунков  и 27 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации; сформулированы рабочая гипотеза, цель и задачи исследований; описана методика экспериментов; обоснованы достоверность и научная новизна результатов, практическая значимость выводов и рекомендаций.

В первой главе рассматриваются техногенное и антропогенное воздействие на реки как фактор, приводящий к загрязнению воды и русел рек на урбанизированных территориях [В.С. Боровков, К.М. Беркович, К.Н. Дьяконов, А.Б. Иванов, М.И. Итигилова, И.Ф. Карасев, В.В. Куприянов, Н.И.Маккавеев, И.С. Пашковский, Б.Г. Скакальский, Б.С. Устюжанин, Р.С.Чалов, Г.М. Черногаева, А. Brookes, S. Hartley]. Приводятся данные, указывающие на преобладание процессов заиления рек во многих регионах РФ, особенно Центральном и Уральском регионах, имеющих развитое промышленное производство. Поскольку твердый сток с водосборных площадей выносится в речные системы водным стоком, который в этом процессе он выполняет роль транспортного механизма. По этой причине качество поверхностных вод оказывается напрямую связано с загрязненностью речных русел.

Рассмотрены факторы, влияющие на качество речной воды, и существующий метод классификации загрязненности водных объектов на основе индекса загрязненности воды (ИЗВ), учитывающий суммарные относительные концентрации шести лимитируемых показателей вредности. С использованием ИЗВ показано, что базовые водные объекты (донные отложения которых подвергались детальному исследованию в настоящей работе) по качеству воды относятся к классу сильно загрязненных водных объектов.

По характеру влияния загрязняющих примесей воды на состояние речных русел предлагается их разделение на два больших класса: химические загрязнения, представляющие собой растворимые химические соединения, и нерастворимые формы загрязняющих веществ, присутствующих в воде в виде грубодисперсных примесей и мелкодисперсных взвесей, которые объединяют в класс так называемых «мутьевых загрязнений». Рассмотрен вклад факторов урбанизации, оказывающих влияние на загрязненность водотоков, в том числе: промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с городской территории, грунтовые, дренажные и поливомоечные воды. Показано, что основной вклад в химическое загрязнение речной воды вносят: промышленные и хозяйственные сточные воды – до 48 %; дождевые и талые воды – до 36 %. По нерастворимым («мутьевым») формам наибольший вклад в загрязнение вносит поверхностный сток с городской территории – до 80%; сравнительно малый вклад добавляет отведение условно-чистых сточных вод – около 2 %. Натурные изыскания на городских водных объектах показали, что мелкодисперсные взвеси, обладающие развитой удельной поверхностью, адсорбирующие значительное количество загрязняющих примесей, осаждающиеся в речное русло, являются основным фактором его загрязнения. По этой причине в комплексе мероприятий по экологической реабилитации городских водных объектов очистка поверхностного стока с урбанизированных территорий является одним из важнейших элементов.

Под влиянием антропогенной техногенеза нагрузки поступление в водотоки загрязнений постоянно увеличивается, что приводит к ухудшению состояния или деградации водных объектов [В.А. Алексеенко, В.С. Аржанова, А. Вельнер, Е.В. Венецианов, М.А. Глазовская, Е.П. Нахшина, О.Н. Черных, Е.П. Чернышев, А.А.Суздалева, Дж. Фортескью]. По данным различных авторов наиболее опасными загрязнителями донных отложений являются соединения тяжелых металлов [Е.П. Янин], концентрация которых в донных отложениях существенно превосходит уровень фонового загрязнения почв на водосборной территории, а также в десятки и сотни раз превышает ПДК для воды. Накопление значительного количества примесей в донных грунтах повышает градиент концентрации загрязняющих веществ, что способствует активизации процесса диффузии вредных примесей из донных отложений в речную воду, вторичному загрязнению и ухудшению качества воды. Процесс деградации водного объекта можно приостановить только целенаправленным воздействием на определяющие факторы. Для снижения степени загрязнения воды и прогнозирования ее качества необходимо учитывать гидродинамические характеристики потока, влияющие на русловые процессы. Уменьшение вторичного загрязнения и улучшение качества воды может быть достигнуто воздействием на гидравлический режим водного объекта и другими способами, снижающими темп осаждения мелкодисперсной взвеси, либо очисткой русла от загрязненных донных отложений, а также комбинацией указанных способов. Влияние на экологическое состояние водных объектов каждого из способов очистки значительно, поэтому очистка русел рек является необходимым мероприятием в составе комплекса мер по реабилитации водных объектов на урбанизированных территориях.

Во второй главе выполнены расчетно-аналитические исследования процессов формирования загрязненных донных отложений в речных руслах на урбанизированных территориях, необходимые для обоснования мероприятий и технологий и по их удалению.

Предложено условие осаждения частиц в водном потоке

                          (1)

где, ?т, ?в – плотность твердых частиц и воды; d - крупность частиц; Сп – коэффициент подъемной силы; u – скорость потока, обтекающего частицу.

Данное соотношение позволяет определить наименьшую крупность частиц взвеси, осаждающихся в водном потоке с заданной скоростью течения.

Скорость осаждения частицы в турбулентном потоке Wопределяется разностью между силой тяжести, Архимедовой силой и гидродинамической подъемной силой

                                (2)

где CD – коэффициент сопротивления

В турбулентном потоке осаждение возможно при W больше вертикальной пульсации скорости V.

На основании уравнения баланса наносов, осаждающихся в потоке (3)

                                    (3)

получено изменение концентраций взвеси в виде следующей зависимости

                                   (4)

где H- глубина потока, С-концентрация взвеси, C0 - концентрация взвеси в начальный момент, t- время.

Полученное выражение показывает, что осаждение взвесей происходит более интенсивно в прибрежных зонах с малыми глубинами потока, что подтверждается данными натурных изысканий. На узких и глубоких участках русла скорость течения повышается, процесс осаждения сменяется процессом размыва русловых грунтов, и содержание взвесей в потоке возрастает. На участках расширения русла скорости течения уменьшаются, процессы размыва сменяются процессами осаждения взвесей, что согласуется с данными наблюдений «ВодоканалНИИпроект» за прохождением половодий по реке Москве в пределах города.

При разработке инженерных мероприятий по очистке загрязненных речных русел необходимы критерии опасности донных отложений. Данные, полученные на основе анализа процессов миграции вредных веществ из донных отложений в воду и растения, могут служить показателями экологического состояния почвенно-биологических ресурсов.

Решение вопроса об очистке водоема требует сведений по объемам загрязненных донных отложений и их распределению в русле реки. Обычно эти данные могут быть получены на основе детальных русловых исследований, включающих бурение большого числа скважин с анализом проб русловых грунтов, что является сложным и дорогостоящим мероприятием. В связи с этим на предварительных этапах рассмотрения вопроса об очистке загрязненного русла реки предлагается расчетный метод определения объема загрязненных отложений и их распределения в проточных водных объектах.

Методика расчета основана на использовании среднестатистического показателя объема взвесей, поступающих в речную сеть с урбанизированных территорий в год в расчете на одного жителя. Этот показатель отражает плотность городского населения, интенсивность хозяйственно-бытовых стоков, объемов поверхностного стока, техногенную и антропогенную нагрузку на территорию и связан с количеством промышленных сточных вод. При этом объем аккумулированных отложений Vос в водотоки в пределах урбанизированной территории может быть определен по формуле

                         (5)

где N – численность жителей города; Т – период накопления загрязнений; q– среднестатистическая величина годового твердого стока равная 0,02 м3 на одного жителя в год.

Определение толщины слоя отложений и протяженности загрязненных участков русла производится согласно следующему алгоритму:

,

 

где В – ширина зон заиления в русле; L–  протяженность заиленного участка русла; V – скорость течения в межень; H– средняя глубина реки; W – скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность);   Q – расход воды в реке.

Расчетные годовые объемы аккумуляции отложений на городских участках рек РФ приведены на диаграмме (рис.1).

Рис.1. Годовые объемы аккумуляции отложений на городских участках рек РФ

Результаты расчетов, выполненных с использованием предлагаемой методики, показывают, что годовые объемы аккумуляции взвесей в речных руслах на урбанизированных территориях могут достигать в год от 10 до 50 тыс. м3, при этом протяженность загрязненных участков колеблется от 2 до 18 км. Анализ, выполненный для 54 городов РФ, позволил установить, что суммарная протяженность загрязненных участков рек составляет 375 км, объем загрязненных отложений достигает 117,6 млн. м3, а ориентировочная стоимость очистки – 140 млрд. руб.

В третьей главе приведены задачи экспериментальных исследований, план экспериментов, методика и техника измерений.

Экспериментальные исследования выполнялись по следующим направлениям:

1 количественный и качественный анализ загрязненности донных отложений водотоков на урбанизированных территориях с оценкой с уровня их экологической опасности.

2. Исследование миграции тяжелых металлов из загрязненных донных отложений в растения, которые использовались в качестве биоиндикаторов их загрязненности.

3. Выявление факторов, определяющих интенсивность и длительность процесса вторичного загрязнения речной воды вследствие диффузии примесей из донных отложений с речную воду.

В качестве исходных объектов исследования использовались загрязненные русловые отложения р. Яузы и природные незагрязненные грунты однородной консистенции (плодородные почвы), а также их смеси в весовых соотношениях от 34 % до 79 %. Таким образом, было исследовано 56 грунтов и грунтовых смесей.

Пробы грунта анализировались согласно РД 52.18.191-89.

Поскольку наиболее опасными загрязнителями являются соединения тяжелых металлов, программой экспериментальных исследований предусматривалось определение 9 элементов, в том числе: кадмий, кобальт, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, хром и цинк. Таким образом, было выполнено 1008 элементо-определений содержания тяжелых металлов в грунтах и грунтовых смесях.

В экспериментах определялись концентрации валовых и подвижных форм тяжелых металлов, отличающиеся процедурой пробоподготовки. Для определения валового содержания соединений тяжелых металлов пробоподготовка производилась с использованием микроволнового разложения с добавлением концентрированной азотной кислоты в системе «Марс Экспресс СЕМ». Подвижные формы тяжелых металлов извлекались ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН = 4,8.

Характерным загрязнением для водотоков на урбанизированных территориях являются также нефтепродукты. Для определения содержания нефтепродуктов использовался экспрессный вариант ИК-спектрометрического анализа, разработанный для бензинов и автола.

Для оценки экологической опасности загрязненных отложений изымаемых при очистке речных использовалось биотестирование. В качестве тестовых биообъектов использование злаковых культур (пшеницы, ржи, ячменя овса и проса), пасленовых (томатов), а также однолетние травянистые растения семейства тыквенных (тыкв).

Методикой предусматривалось сопоставление темпов роста растений, выращенных на смесях грунта с донными отложениями, а также оценка миграции тяжелых металлов в растения и установление характера их влияния на темп роста и жизнеспособность растений. Растения выращивались в лабораторных условиях на грунтах и грунтовых смесях с различным содержанием загрязняющих примесей, которое подвергалось контролю. Опыты по выращиванию растений производились в течение трех недель, после чего растения срезались, высушивались и озолялись. Определение тяжелых металлов в растениях производилось с использованием атомно-абсорбционного метода после кислотной экстракции их из золы в соответствии с методикой, разработанной НИИ минерального сырья.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований:

  •  по установлению загрязненности донных отложений в водотоках на урбанизированных территориях и степени их экологической опасности;
  • сопоставлению темпов роста растений, выращенных на смесях грунта с донными отложениями;
  •  выявлению миграции соединений тяжелых металлов в растения (тестовые биообъекты) из грунтовых смесей с различным процентным содержанием добавок загрязненных донных отложений;
  •  изучению диффузии примесей из загрязненных донных отложений в водные массы в статических условиях и при движении воды с различной скоростью, а также в условиях воздействия фильтрации.

В связи с отсутствием предельно допустимых концентраций (ПДК) для оценки степени загрязненности донных отложений установленные опытным путем концентрации тяжелых металлов сопоставлялись с их ПДК для почв и водных объектов культурно-бытового назначения, а так же с опытными данными по концентрации тяжелых металлов в донных отложениях, полученными другими авторами (Янин, 2006). Установлено, что содержание ТМ в донных отложениях в водотоках на территории г. Москвы в 100...1000 раз превышает ПДК для воды (рис. 2).

Рис. 2. Отношение содержания ТМ в донных отложениях к ПК примесей в воде, мг/кг

В результате было зафиксировано в среднем пятикратное превышение содержания ТМ в донных отложениях по отношению к уровню фонового загрязнения почв г. Москвы.

На основе исследования загрязненности и экологической опасности донных отложений, полученных данных по содержанию ТМ, загрязненные донные отложения базового водного объекта , которые использовались для анализов и выращивания растений, можно отнести к классу сильно загрязненных донных отложений, которые подлежат удалению, переработке и утилизации с применением специальных защитных мероприятий.

Выполненные анализы по содержанию подвижных форм соединений тяжелых металлов в загрязненных донных отложениях и грунтовых смесях показали, что их доля по отношению к валовому содержанию составляет от 10 до 20 %, и только для цинка достигает 40 %. Установлено также, что содержание подвижных форм в грунтовых смесях возрастает с увеличением доли загрязненных отложений.

В пятой главе. представлены результаты экспериментальных исследований миграции примесей в системе «грунт – вода».

Процессы деструкции примесей в донных отложениях приводят к образованию высококонцентрированных поровых растворов, которые диффундируют в речную воду и вызывают ее вторичное загрязнение. Лабораторные исследования массообменных процессов между донными отложениями и водной массой производились в статических условиях, а также в кольцевом канале при движении воды над слоем отложений с различной скоростью при числах Рейнольдса от 42240 до 85200. Толщина слоя отложений составляла 40 мм, глубина водного потока 60 мм.В качестве модельных примесей в опытах использовались растворы поваренной соли и нефтепродукты (смеси бензина и автола). Исследования миграции примесей из донных отложений в водную массу производились  также в условиях фильтрации  через грунтовый массив при различной крупности частиц грунта. Обработка результатов измерений производилась на основе закона Фика.

                                        (6)

где Спр – предельная концентрация примеси в слое грунта; С – концентрация примеси в воде; S – площадь поверхности контакта воды с донными отложениями; ? – толщина диффузионного слоя; t –время; Dм – коэффициент молекулярной диффузии примеси.

Обработка приведенных данных показала, что крупность зерен грунта, изменяющаяся в пределах от 0,63 мм до 0,07 мм, при отсутствии фильтрации не оказывает заметного влияния на процесс переноса примесей. Это объясняется молекулярным характером процесса диффузии. Было определено время установления равновесной концентрации в системе «грунт – вода», которое в статических условий эксперимента может  определяться по полученной зависимости:

                                        (7)

гдеhв–глубина водной массы; Wв, Wн  – объем жидкой фазы выше и ниже границы раздела «грунт – вода».

Исследования переноса примесей из отложений в воду в условиях ее движения показали, что он существенно интенсифицируется с увеличением скорости водного потока (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость интенсивности переноса примесей от скорости водного потока

      Была получена следующая формула для описания этой зависимости:

                               (8)

где j– удельный  секундный поток примесей  из отложений в воду; ?C – разница концентраций содержания примесей в грунте и воде;  ? – -коэффициент, характеризующий неравномерность распределения скоростей; ? – кинематическая вязкость воды;        u0  – скорость водного потока; D – коэфф диффузии.

Полученное выражение (8) может быть использовано при прогнозировании вторичного загрязнения водных потоков, движущихся с различной скоростью.

Исследования диффузии нефтепродуктов из загрязненных донных отложений в водную массу показали, что интенсивность процесса диффузии зависит от типа грунта. Так для мелкозернистых песков содержание нефтепродуктов в поверхностном слое уменьшилось на 30 % в течение 10 суток контакта «вода – грунт». Установлено, что процесс переноса примесей из слоя загрязненных отложений существенно ускоряется в условиях фильтрации (разгрузки) грунтовых вод в речное русло (рис. 4).

При этом коэффициент диффузии примеси Dф возрастает с увеличением крупности зерен грунта d и скорости инфильтрации uф

                                                                    (9)

Полученные результаты относительно влияния фильтрации грунтовых вод на перенос примесей из донных отложений в водную массу указывают на необходимость учета этого фактора при прогнозировании вторичного загрязнения речной воды.

Рис. 4. Влияние крупности частиц на процесс переноса в условиях инфильтрации

В шестой главе приведены результаты сравнительных исследований характера и темпа роста тестовых растений, которые показали, что характер и темп роста для всей группы тестируемых растений изменяется во времени практически одинаково. Для всех растений наибольший темп роста наблюдается в течение первых пяти дней вегетации (рис. 5).

Результаты опытов биотестирования показывают, что добавка загрязненных донных отложений в грунт в количестве 12...15 % по весу оказывают положительное воздействие на рост растений. С увеличением добавки свыше 20% темп роста растений уменьшается.

Рис. 5. Влияние добавок загрязненных донных отложений на рост растений

(на примере проса)

Установлено, что уровень содержания тяжелых металлов в тестовых растениях во всех случаях оказался значительно ниже ПДК, для растений. Это обстоятельство возможно связано с ограниченным сроком выращивания опытных растений, который не превышал 30 суток. Тем не менее, это обстоятельство открывает обнадеживающие перспективы использования загрязненных русловых отложений Результаты выполненных исследований и полученная база данных по миграции загрязняющих примесей из донных отложений в речную воду и в тестовые растения свидетельствуют о том, что для улучшения экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях необходимо удаление загрязненных донных отложений, которые могут быть использованы в качестве 15-20% добавок в грунты, используемые в лесном хозяйстве, с/х производстве и при ландшафтно-планировочных работах в строительстве с соблюдением нормативов экологической безопасности

В ряде случаев возможна передача загрязненной иловой компоненты удаляемых русловых отложений на городские очистные сооружения после выделения песчаных фракций, которые могут быть использованы в строительстве и городском хозяйстве.

 

Основные выводы и рекомендации

1. Удаление загрязненных русловых отложений является необходимым мероприятием для улучшения экологического состояния городских водных объектов при их экологической реконструкции.

2. Основными источниками формирования загрязненных донных отложений в водных объектах на городских территориях являются сильно загрязненный поверхностный сток, который вносит в водные объекты до 80 % общего количества мелкодисперсных взвесей, осаждающихся в речных руслах.

3. Разработана методика прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий, основанная на использовании осредненного удельного показателя твердого стока, с применением которого определены объемы загрязненных отложений, рекомендованные к удалению при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ.

4. Предложена расчетная схема осаждения частиц взвеси, на основе которой получено кретериальное условие осаждения частиц в потоке.

5. Получена зависимость, характеризующая распределение мелкодисперсной взвеси в речном потоке, указывающее на преобладание седиментационных процессов в зонах малых глубин и малых скоростей потока.

6. Установлена высокая степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов, концентрация которых в некоторых случаях в десятки и сотни раз превышает ПДК для воды.

7. Выявлена зависимость диффузионного потока примесей из донных отложений от их концентрации в поровых растворах, гранулометрического состава отложений, гидравлических характеристик водного потока и скорости фильтрации в русло грунтовых вод.

8. Определена степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности, а так же для рассмотрения вопросов, связанных с утилизацией загрязненных донных отложений при очистке водных объектов.

9. Разработаны предложения по использованию донных отложений, изымаемых при очистке рек, для ландшафтно-планировочных работ в строительстве, в лесном и с/х производствах с соблюдением нормативов экологической безопасности.

Список публикаций по результатам исследований в изданиях, рекомендованных ВАК

  • Байков В.Н., Курочкина В.А., Писарев Д.В. Речная гидравлика и свойства русловых отложений на урбанизированных территориях // Вестник МГСУ, 2011. – спецвыпуск № 2, т. 2. – С. 221-228.
  • Богомолова Т.Г., Курочкина В.А. Загрязнение речных русел на урбанизированных территориях и проблемы их очистки для улучшения экологического состояния водотока // Инженерные изыскания, 2010. – № 10. – С. 56-60.
  • Богомолова Т.Г., Курочкина В.А. Загрязнение речных русел на урбанизированных территориях и инженерные мероприятия по улучшению их экологического состояния // Вестник МГСУ, 2010. – № 4, т. 2. – С. 399-405.
  • Боровков В.С., Курочкина В.А. Роль седиментационных процессов в самоочищении водных объектов // Вестник МГСУ, 2010. – № 4, т. 2. – С. 41-45.
  • Боровков В.С., Курочкина В.А. Миграция тяжелых металлов в растения при их выращивании с использованием сточных вод и загрязненных илов в качестве удобрений //Экология урбанизированных территорий, 2011. – № 2. – С. 51-54
  • Блази С., Боровков В.С., Курочкина В.А. Комплексная экологическая безопасность водных объектов на урбанизированных территориях // Экология урбанизированных территорий, 2012. – № 2.
  • Курочкина В.А. Очистка речных русел и использование речных илов в зеленом строительстве // Вестник МГСУ, 2010. – № 4, т. 2. – С. 45-51.

А также в других изданиях:

    • Курочкина В.А. Оценка изменения качества воды и загрязненности речного русла при проектировании инженерно-экологических мероприятий на водном объекте / Научные труды XIII Международной межвузовской научно-практической конференции «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» от 14-21 апреля 2010 г. – М. : АСВ. – С. 287-292.
     
    Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.