Совершенствование конструкции горизонтального дренажа за счет создания водоотталкивающих поверхностей в дренажных трубах

Хохлов, Владимир Игоревич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Совершенствование конструкции горизонтального дренажа за счет создания водоотталкивающих поверхностей в дренажных трубах
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование конструкции горизонтального дренажа за счет создания водоотталкивающих поверхностей в дренажных трубах"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства» (ФГБОУ ВПО МГУП)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА ЗА СЧЕТ СОЗДАНИЯ ВОДООТТАЛКИВАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ДРЕНАЖНЫХ ТРУБАХ

Специальность: 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

На правах рукописи

Хохлов Владимир Игоревич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

005541811

Москва 2013

005541811

Работа выполнена на кафедре Организации и технологии строительства объектов природообустройства Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства» (ФГБОУ ВПО МГУП)

Научный Доктор технических наук, профессор

руководитель: Сметанин Владимир Иванович

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства», (ФГБОУ ВПО МГУП), заведующий кафедрой «Организации и технологии строительства объектов природообустройства».

Официальные Доктор технических наук, профессор

оппоненты: Касьянов Александр Евгеньевич

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства», (ФГБОУ ВПО МГУП), профессор кафедры «Мелиорация и рекультивация земель»;

Кандидат технических наук, доцент Зимин Федор Михайлович Общество с ограниченной ответственностью «Спецметропроект», заместитель начальника отдела.

Ведущая Государственное научное учреждение Всероссийский

организация: научно-исследовательский институт гидротехники и

мелиорации им. А.Н.Костякова (ГНУ ВНИИГиМ) Россельхозакадемии.

Защита состоится «24» декабря 2013 г. в 17 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства» по адресу: г. Москва, ул. Прянишникова, 19, аудитория 1/201. Тел./факс: 8 (499) 976-10-46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства».

Автореферат разослан «¿Ь> ноября 2013 г. и размещен на официальных сайтах: ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru <$//» ноября 2013 г., ФГБОУ ВПО МГУП http://www.msuee.ru <<М> ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Сурикова Т.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы, утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 14.07.2012 № 717 и проектом федеральной целевой программы «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы», предусматривается реконструкция и новое строительство оросительных и осушительных систем.

Одной из сложнейших задач в мелиорации является повышение качества и надежности строящихся и существующих гидромелиоративных систем. Известно, что из-за недостаточной надежности мелиоративных объектов тратятся значительные средства на их ремонт и обслуживание.

В данной работе рассматриваются пути повышения надежности регулирующей сети осушительных систем. Избыток влаги в почве препятствует эффективному использованию земель, что приводит к необходимости строительства дренажа, в основном закрытого горизонтального.

Работа горизонтального дренажа во многом зависит от конструкции дрен. Появление новых видов защитно-фильтрующих материалов (ЗФМ) дрен приводит к сокращению стоимости, но одновременно к возникновению большого количества проблем, которые необходимо исследовать и по возможности устранять. От конструкции дрены зависит течение минерального, химического и/или биохимического засорения (особенно заохривания).

Необходим творческий системный подход к проектированию осушительных систем с использованием достижений сопредельных наук. В настоящее время поднимаются вопросы возможного применения в мелиорации микро- и нанотехнологий и их влияния на окружающую среду. Технологии создания материалов с заданной структурой на разных масштабных уровнях рассматриваются как основа качественного скачка в 21 веке во многих областях науки, в том числе и в мелиорации земель.

Использование материалов с изменённой структурой поверхностей может повлечь изменение процессов в дренах и придренной зоне, что позволяет судить об актуальности направления диссертационного исследования.

Реализация конструкции дрены с водоотталкивающей внутренней поверхностью, предложенная автором, приведет к экономии материальных и трудовых ресурсов.

Цель исследований. Целью работы является обоснование параметров и совершенствование конструкций дренажных труб закрытого горизонтального дренажа.

Основные задачи диссертационных исследований:

- провести испытания геотекстильных фильтрующих материалов из

волокон линейного полиэтилена низкой плотности в песчаных грунтах с

целью дальнейшей их адаптации;

- выявить закономерности накопления биомассы в ЗФМ дренажных труб;

- установить параметры ЗФМ дренажных труб;

- разработать рекомендации по улучшению конструкций дрен. Методика исследований. Лабораторные исследования выполнялись на

современном оборудовании с применением стандартных международных методик с натурными образцами геотекстильных материалов. Исследование фильтрационных свойств ЗФМ проводилось методом физического моделирования с использованием пермеаметра, стенда, работающего по принципу прибора Дарси. Применены стандартные методы определения физико-механических процессов, происходящих в придренной зоне. Влияние свойств гидрофобных материалов было эмпирически исследовано в процессе опытов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследования дренажных труб с новыми неткаными ЗФМ из волокон линейного полиэтилена низкой плотности в песчаных грунтах;

- рекомендации, позволяющие в песчаных грунтовых условиях оценить пригодность нетканого ЗФМ дрены в зависимости от его пористости и диаметра нити волокна;

- способ определения толщины ЗФМ дрены из нетканых материалов;

- использование более тонких геосинтетиков снижает риск биохимической кольматации;

- рекомендации по применению водоотталкивающих поверхностей в дренах;

- конструкция дрены с водоотталкивающей внутренней поверхностью. Научная новизна. Проверена возможность применения в качестве ЗФМ

дренажных труб новых нетканых материалов из линейного полиэтилена низкой плотности, определено соответствие песчаным грунтовым условиям: некольматируемости, недопущения суффозии. Установлено влияние пористости, толщины материала и диаметра волокон нетканых ЗФМ на суффозионные процессы в придренной области и разработан способ определения толщины ЗФМ дренажных труб. На основе результатов исследований разработана новая конструкция дрен с водоотталкивающей внутренней поверхностью.

Практическая ценность. Способ определения толщины ЗФМ горизонтального дренажа может быть использован в проектах осушительных систем при песчаных грунтовых условиях.

Разработанная конструкция дрены с повышенной способностью к самоочищению, возможного при определенных модулях дренажного стока, основанная на эффекте гидрофобности, может быть повсеместно использована при проектировании и строительстве дренажа.

Достоверность результатов и выводов диссертации. Достоверность полученных результатов подтверждается полнотой исследуемых процессов (физических и биохимических), применением общепринятых методов исследования, использованием современного оборудования.

Апробация работы. Основные результаты данного исследования изложены в 3 печатных работах и тезисах докладов. Материалы диссертационной работы докладывались на Международно-практических конференциях: «Проблемы Развития Мелиорации и Водного Хозяйства и Пути их Решения» 2011г., «Роль мелиорации и водного хозяйства в инновационном развитии АПК» 2012г., «Мелиорация в России - традиции и современность» 2012г.

Объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, включает 100 страниц, 7 таблиц, 18 рисунков, списка литературы, насчитывающий 78 наименований и два приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, определены основные цели и задачи, показана практическая значимость и научная новизна.

В первой главе рассмотрен горизонтальный закрытый дренаж на основе экономико-экологического подхода природопользования в условиях возможной изменчивости климата с учетом исторической перспективы и известных науке предпосылок.

Глобальная демографическая ситуация, а именно увеличение численности населения планеты приводит к увеличению спроса на продукты питания, вследствие этого и на два важных ресурса: плодородные земли и воду. Необходимость сохранения имеющихся ресурсов ужесточает требования к мелиоративным системам и её элементам.

Экономико-экологический подход в природопользовании сейчас становится фундаментом нового рыночного подхода для управления мировой окружающей средой. Внедряемые технологии не должны снижать биофизических пределов биосферы. Наиболее перспективным путем развития технологий природопользования является разработка надежных саморегулирующихся систем, не требующих вмешательства человека на длительном промежутке времени.

Технологии дренирования и водоотведения важны для достижения устойчивого развития земель сельского хозяйства и получения выгод в условиях постоянного изменения гидроклиматической ситуации на территории России.

Работа по изучению действия дрены в основном заключается в исследовании процессов, возникающих в зависимости от принимающего пористого материала, образующего трубу, или расположенного вокруг трубы-каркаса.

Обмотка, защитно-фильтрующий материал (ЗФМ) - пористая структура, расположенная вокруг трубы, предназначена для обеспечения стабильного физического состояния почвы, улучшения гидравлических показателей в области действия дрены и защиты дренажных труб от засорения. Функция ЗФМ — это защита дрен от потери функциональности, при этом подразумевается фильтрация воды и некоторых частиц почвы через неё.

Достаточно сложно предугадать отличия в поведении различных видов материалов водоприемного слоя дрены, даже при всех известных его характеристиках. И только некоторые проблемы можно выявить на стадии проектирования. Если характеристики грунта не дают нам однозначного ответа, то для того чтобы выяснить пригодность определенного водоприемного слоя, можно проводить лабораторные испытания с использованием пермеаметра.

Достаточно интересным и требующим детального изучения является эффект образования естественного фильтра в зоне действия дрен.

При правильном взаимодействии частиц почвы в придренной области возможно образование естественного фильтра, который может сильно увеличить срок жизни дренажа. Исходя из принципа пространственной неоднородности физических свойств и процессов, предугадать, тем более способствовать формированию естественного фильтра по всей длине дренажной линии в естественном грунте является труднодостижимой задачей. Также сложность заключается в том, что контролировать внутрипочвенную структуру очень трудно — она незаметна на поверхности почвы.

Способность почвы пропускать воду к дренам обусловлена наличием в ней природных пустот, макропор, образовавшихся в результате действия самой дрены, а также проникновения вглубь земли корней растений (биопор), сквозь которые вода проходит относительно легко. Практическая проблема такого действия дренажа - неравномерность и невозможность точного прогноза структуры почвы в подпахотном слое.

Относительно мало внимания уделяли взаимодействию пористых сред, имеющих различные текстуры.

На основе анализа достижений в исследовании, проектирования закрытого горизонтального дренажа и смежных областей, предлагается разработка конструкции дрен из материалов обладающих водоотталкивающими свойствами.

В работе проведено исследование некоторых физических и биохимических процессов на примере материалов, обладающих эффектом гидрофобности, в сравнении с уже применяемыми на практике.

Во второй главе рассмотрены явления, возникающие в процессе эксплуатации дрен в зависимости от их конструкции и грунтовых условий, с целью выявить возможные пути повышения надежности дренажа.

Ранее считалось, что задачи ЗФМ сводятся к защите дренажа от засорения частицами грунта. Но должна учитываться более полная картина, происходящая в зоне действия дрен: ЗФМ препятствует развитию активных биохимических процессов, обеспечивает стабильность состояния скелета почвы в придренной области и защищает дренаж от засорения частицами грунта. ЗФМ также выполняет задачу улучшения движения потоков воды в придренной области и действует в качестве ограничителя, избирательно препятствующего поступлению частиц почвы и почвенных агрегатов в дренажную трубу.

Вопреки теоретическим предположениям, влияние ЗФМ на движение водного потока к дренам не так существенно. Изучение потоков воды по

направлению к дренам показало, что нет никаких явных доказательств того, что ЗФМ влияет на структуру и геометрию гидравлического потока. Гидравлические характеристики в придренной области связаны со структурными особенностями почвы, то есть с ее текстурой.

До недавних пор контактная эрозия считалась опасной для правильного функционирования дренажа. Данные Шрейдера показывают, что низкая степень контактной эрозии даже благоприятна, так как благодаря ей создается структура с макропорами вокруг дренажа. Такая структура играет важную роль в улучшении гидравлических свойств придренной области. Суффозия частиц грунта в дрену допустима и даже необходима, но они должны легко удаляться дренажным стоком.

Дрена чаще всего представляет собой круглую трубу с отверстиями для пропуска воды. Форма современной дрены круглая, такая форма обеспечивает оптимальные гидравлические характеристики и наибольшую прочность на сжатие от действия на неё грунта.

В качестве водоприемного слоя дрен широкое распространение получили нетканые полимерные геосинтетики. Основным недостатком синтетических нетканых материалов является повышенная восприимчивость к биохимической кольматации. Это вызвано тем, что аэрация биомассы потоком дренируемой воды начинается уже в нем.

Подбор идеальной водоприемной поверхности дрены, работающей во всех грунтовых условиях, практически невозможен.

В рамках данного исследования проверяется возможность использования нетканого геотекстиля, изготовленного методом пневмоэкструзии гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкой плотности, в качестве ЗФМ дренажных труб. Выбор исследуемого материала обоснован доступным методом изготовления нетканых геотекстилей из полиэтиленов низкой плотности с водоотталкивающими свойствами как всего полотна, так и отдельных его волокон.

В третьей главе доказана возможность применения геотекстиля из волокон линейного полиэтилена низкой плотности в качестве ЗФМ дрен. Проведены исследования суффозионных процессов в придренной области с применением методов компьютерной томографии. Показана возможность применения расчетной зависимости для вычисления оптимальной толщины ЗФМ.

Целью исследований ставилось изучение возможности применения волокнисто-пористых материалов, изготовленных методом пневмоэкструзии гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкой плотности, в качестве водоприемного слоя дренажных труб.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

определение коэффициента фильтрации геотекстилей, выполненных из волокнисто-пористых материалов, изготовленных методом пневмоэкструзии волокон линейного полиэтилена низкой плотности;

проверка работы геосинтетиков непосредственно в контакте с грунтом по критериям некольматируемости и недопущения интенсификации процессов суффозии в придренной области.

Образцы тестируемых полотен геосинтетиков из линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE, плотность 0.910 г/см3) изготовлены путем продавливания нагретых волокон через формующее отверстие экструдера. Для сравнения вместе с образцами геосинтетика из волокон линейного полиэтилена низкой плотности испытывали доступные коммерческие образцы Dupont Тураг SF в версиях SF27 и SF40. Метод изготовления гидрофобных полиэтиленов низкой плотности описан в главе 5 диссертации.

В процессе опытов выявлено отсутствие отличий фильтрационных характеристик у геосинтетиков из волокон линейного полиэтилена низкой плотности и из гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированных этанолом.

Из таблицы 1 видно, что все типы испытанных материалов имеют коэффициент фильтрации более 4,6x10"" м/с, что соответствует рекомендациям многих авторов (Бугай Н.Г, Виноградов И.Г. и др.).

Таблица 1 — Результаты определения коэффициента фильтрации

Материал Коэффициент фильтрации, м/с

Геосинтетик из волокон линейного полиэтилена низкой плотности, полученный при 180 С° 12,2x10^

Геосинтетик из гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкой плотности, полученный при 140 С ° 25,6x10"4

Геосинтетик из волокон линейного полиэтилена низкой плотности, полученный при 140 С° 26.4Х10"4

Dupont Тураг SF27 бДхЮ-4

Dupont Тураг SF40 6,9х104

Способность защитно-фильтрующего материала пропускать сквозь себя воду редко представляет серьезную проблему. Это объясняется тем, что ЗФМ представляет собой более проницаемую среду, чем грунт, в который производится установка дрен. Даже под давлением слоя грунта гидравлическая проводимость сжавшегося ЗФМ будет соответствовать всем параметрам по обеспечению достаточной скорости входящего потока воды. Некоторые проблемы с пропуском воды могут возникать лишь при использовании гидрофобных геотекстилей.

Сначала на поверхности гидрофобного геотекстиля должен скопиться столб воды определенной высоты, и только после этого вода начинает проникать во внутрь. Сопротивление смачиванию, присущее гидрофобным

материалам, снижается в тех случаях, когда геотекстиль вступает в контакт с влажным грунтом.

Как описано в работах Глазуновой И.В., кольматация заключается в накоплении частиц грунта размером не более 0,05 мм в толще или на поверхности геосинтетика. Суффозия заключается в выносе водой мелких минеральных частиц грунта через ЗФМ.

Большинство требований к подбору ЗФМ из нетканых волокнистых материалов основано на сравнении их фильтрационной способности и соответствия размера пор дренируемому грунту. Для прогнозирования происходящих процессов в придренной области этих требований может быть недостаточно. Структура нетканого геосинтетика имеет влияние на процессы в придренной области. Для описания структуры нетканых геосинтетиков в зарубежной практике используют параметр количества «ворот», впервые предложенный доктором J.P. Giroud в 1996 году.

Параметр количества «ворот» (number of confrontations) можно рассматривать как среднее число узких мест, которые частица грунта встретит на своем пути при прохождении через геотекстиль. Формула доктора J.P. Giround:

VI-n-tgtx

т = —(1) df

, где ш — количество «ворот»; п — пористость геотекстиля; tgtx — толщина геотекстиля, мм; df — диаметр нити волокна, мм.

Из результатов испытаний Giroud, оптимальное значение количества «ворот» находится в диапазоне от 25 до 45. Данный диапазон уже используется на практике и указывается в документации к геосинтетикам Polyfelt. При параметре количества «ворот» более 45 частицы почвы могут вызвать кольматацию геосинтетика. Количество «ворот» менее 25 может служить индикатором возможных суффозионных процессов.

Был проведен эксперимент для проверки наличия связи между параметром количества «ворот», процессами суффозии частиц грунта в придренной области и кольматажа геосинтетика.

В эксперименте материал, имитирующий дренажный фильтр, и образец грунта, имитирующий придренную грунтовую зону на контакте с геосинтетиком, находились в переувлажненном состоянии при наличии длительного фильтрационного движения воды в течение недели при температуре 22...28°С. На контакте с материалом находился реальный грунт нарушенного сложения - песчано-гравийная смесь.

После фильтрации лоток с материалом и грунтом вынимался из фильтрационного стенда и производилось обследование дренажного фильтра и имитированной придренной области с помощью компьютерной томографии. При исследовании применялось оборудование North Star Imaging Х50 Digital Х-

Ray и программное обеспечение efX-ct, предоставленное ЗАО «Сфера-7». Устанавливалась степень кольматации материалов и степень суффозионных процессов в придренной области.

По результатам эксперимента и данным, представленным в таблице 2, можно сделать вывод, что большинство материалов не будет восприимчиво к кольматации.

Таблица 2 — Количество «ворот» в исследованных геосинтетиках

Материал Пористость материала Толщина материала, мм Диаметр нити волокна, мм Количество «ворот»

Геосинтетик из волокон линейного полиэтилена низкой плотности, полученный при 180С° 0,76 3 0,08 18

0,76 6 0,08 37

Геосинтетик из волокон линейного полиэтилена низкой плотности, полученный при 140С° 0,85 3 0,08 15

0,85 6 0,08 29

Dupont Typar SF27 0,62 0,39 0,062 4

Dupont Typar SF40 0,55 0,47 0,055 6

У всех испытанных материалов наблюдалось появление локальных очагов вымыва частиц грунта. Это объясняется неоднородностью нетканых материалов - вымыв частиц грунта происходил на участках нетканого полотна, где средний диаметр пор превышает некоторое пороговое значение. При использовании более толстых фильтрующих материалов снижается вероятность вымывания частиц грунта, рисунок 1.

Б о ч> аг

s g

CQ i

<D -,

S J s

g 1 m 1

i Typar SF

Геосинтетик из линейного полиэтилена низкой плотности

8 12 16 20 24 28 36 Параметр количества «ворот»

Рисунок 1 - Количество экспериментов (проводилось 5 на каждое значение количества «ворот») в которых не наблюдалось интенсивных процессов вымыва (более 3% от общей массы грунта в приборе) частиц грунта

Параметр количества «ворот», предложенный 01гоис1 хорошо дополняет существующие требования к ЗФМ из волокнистых нетканых материалов. Для обеспечения устойчивости песчаного грунта было получено значение количества «ворот» 20, ниже которого происходили процессы интенсивного вымыва частиц грунта через геосинтетик. Тем не менее, потребуются дополнительные исследования для определения минимального порога количества «ворот» для различных грунтовых условий.

По результатам экспериментов можно отметить, что все исследованные материалы могут быть использованы в качестве фильтров, обладающих хорошими защитными свойствами. Тестируемые материалы не кольматируются сами и не допускают активных суффозионных процессов в придренной области.

На основе доказанного экспериментом влияния расчетного количества «ворот» геотекстиля на физические процессы взаимодействия частиц грунта в придренной области, предлагается использовать следующую формулу для определения толщины (или количества слоев) ЗФМ дренажных труб в зависимости от параметров геотекстиля и дренируемого грунта.

т-й{

^х = (2)

, где ш - количество «ворот»; п - пористость материала; - толщина геотекстиля, мм; - диаметр нити волокна, мм.

Значение диапазона параметра количества «ворот» зависит от грунта (в который планируется укладка дрен). Привязка разных типов геотекстилей происходит за счет учета их пористости и диаметра нити волокна.

Данный способ не противоречит большинству рекомендаций по подбору ЗФМ дрен, а дополняет их.

Предыдущие исследования параметра количества «ворот» не учитывают биохимические факторы и рост биомассы в геосинтетиках в процессе эксплуатации, что потребовало дополнительного изучения.

В четвертой главе доказано, что использование гидрофобных геосинтетиков из линейного полиэтилена низкой плотности не обеспечивает повышенную устойчивость к биохимической кольматации дрен. Показана зависимость количества накопления биомассы в зависимости от толщины геосинтетика. Структурирована информация о форме и причинах возникновения биохимической кольматации дренажных труб.

В процессе жизнедеятельности бактерий и живых организмов становится возможным интенсивное течение химических реакций, способствующих кольматации дренажных труб. Помимо непосредственного накопления биомассы, водоприемный слой дренажей засоряется продуктами химических реакций в процессе жизнедеятельности бактерий. Это отложение оксида железа (заохривание), марганца, серы и сульфида железа.

Целью проведения эксперимента являлось моделирование процесса отведения воды из почвы с помощью горизонтального дренажа. Экспериментальные условия отличались от натурных меньшей площадью водоприемной поверхности. Вода для эксперимента забиралась из реки Яхрома. Периоды работы дренажа были приближены к натурным, длительность тестирования каждого образца составляла две недели. Температура во время эксперимента колебалась в диапазоне от 15 до 24С На контакте с геосинтетиком находилась песчано-гравийная смесь.

Снимки биомассы в толще геосинтетика сделаны растровым электронным микроскопом (далее РЭМ) ШОЬ ,18М-7001Р, рисунок 2.

Биомасса представляет собой комбинацию наросших на волокна объемных образований и продольных слоев (биопленки) между волокнами.

Изображение получено перпендикулярно поверхности геотекстиля и показывает расположение биопленки в толще геотекстиля. Биопленка нарастает между волокнами преимущественно перпендикулярно течению потока жидкости и непосредственно на волокнах геотекстиля.

Даже при использовании гидрофобных полимеров в качестве сырья для производства геотекстилей, биомасса закрепляется в их толще на волокнах.

Рисунок 2 - Накопление биомассы на волокнах геосинтетика из линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного этанолом

В ходе наблюдений было замечено, что при укладке ЗФМ в несколько слоев первый (верхний) слой геотекстиля накапливает меньше биомассы, чем последующие слои, рисунок 3.

Перед экспериментом образцы геосинтетика взвешивались. Далее, после проведения эксперимента образцы доводились до сухого состояния, после также взвешивались. Разница между этими измерениями равна количеству накопления вещества в них. Объемная плотность биомассы для разных условий эксперимента показана в таблице 3 и на рисунке 3. Для взвешивания использовались лабораторные весы CAS MWP ЗООН.

Таблица 3 - Плотность биомассы накапливаемой в геотекстиле

Материал Периоды подачи воды а/б (в)*, час Накопление биомассы, гр. Объемная плотность, биомассы, г/см3

Геосинтетик из гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкой плотности, Змм Непрерывно 336 0,075 0,0032

8/40 (7) 0,105 0,0045

8/64 (5) 0,115 0,0049

Dupont Typar SF27, 8 слоев, 3,12 мм Непрерывно 336 0,115 0,0047

8ч/40 (7) 0,125 0,0051

8ч/64 (5) 0,105 0,0043

Dupont Typar SF40, 6 слоев, 2,82 мм Непрерывно 336 0,125 0,0056

8ч/40 (7) 0,13 0,0059

8ч/64 (5) 0,12 0,0054

* а/б, (в): а - продолжительность подачи воды в прибор; б - продолжительность выдерживания прибора без подачи воды в него; в - количество циклов.

Результаты эксперимента не противоречат теоретическому объяснению процессов жизнедеятельности живых организмов: более объемные геосинтетики легче аэрируются, ближайший слой геосинтетика к трубе содержит большую концентрацию кислорода.

Аэрация геосинтетика прямым образом связана с риском биохимической кольматации. В качестве источника энергии, бактерия Охра окисляет неорганическое двухвалентное железо (Ре2+), превращая его в трехвалентное железо (Ре3+), вызывая заохривание дренажа:

Ре2+ + 02 -»• Ре3+ + энергия (3)

Биохимическая кольматация геотекстиля может привести к потери его проницаемости. Тонкие геосинтетики более устойчивы к биохимической кольматации. Риск потенциального влияния зарастания геотекстиля биомассой требует дополнительной оценки.

0,0070

s 0,0060

0,0050

vo 0,0040

о о

0,0041 -—-—

I °>0030 0,00330,00330,оо^з-;"

0,0057 0'0059 0,0054............................

0,0050 І ,-л''0,004Я-0051 6,0042....-

| 0,0020 s

§ 0,0010

0,0000

в.........«••"' 0,0030

0,0025 0,0025 _

• ®-Туpar sf27 Ту par sf40

1 2 З

Толщина слоя геосинтетика, мм

•• Геосинтетик из гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкои плотности

Рисунок 3 - Зависимость объемной плотности биомассы от толщины геосинтетика

В пятой главе исследованы самоочищающие свойства водоотталкивающих поверхностей дренажны труб. Дана итоговая конструкция и метод изготовления дрены с гидрофобной внутренней поверхностью.

Были сформулированы свойства, которыми должна обладать современная осушительная сеть:

1. Содержать минимальное количество сложных в эксплуатации узлов;

2. Обладать максимальным уровнем пассивной автоматизации;

3. Обладать способностями к самоочистке и саморегуляции. Теоретически, частицы размером более 0,05мм не должны попадать в

дренажные трубы через водоприемный слой, однако на реально существующих дренажных системах это не так. Дренажные трубы в зоне умеренного климата укладывают с уклонами 1=0,002-0,01. Модуль дренажного стока редко превышает объем в 1.5 л/ста. Поэтому скорости воды в дренах часто недостаточны для выноса частиц размером более 0,1 мм.

Обзор литературных источников позволяет сделать заключение о трудности предотвращения и устранения засорения дренажа, поскольку процессы заиления и кольматации индивидуальны в каждом отдельном случае. Это подводит к необходимости поиска новых технологий повышающих устойчивость дрен к заилению.

Большинство технологий самоочищения горизонтального дренажа основано на сооружениях, которые функционируют за счет использования энергии, притекающей к системе жидкости.

В рекомендациях большинства литературных источников, как российских, так и иностранных, не указаны способы очистки дрен без применения сложных технических узлов в дренажной сети. Это свидетельствует об отсутствии широкого распространения технологий самопромывки и самоочищения дренажа.

Большую часть времени скорости потока жидкости в дренах ниже самоочищающих, что приводит к их засорению. На практике задача самопромывки решается путем достижения периодического наличия незаиляющих по скорости потоков жидкости в дренах. Как было сказано выше, в основном необходимая скорость незаиляющего потока зависит от уклона и крупности частиц, пропускаемых ЗФМ дрены. Предлагается использовать гидрофобные материалы, обладающие повышенной способностью к самоочищению, использование которых позволит снизить порог скорости незаиляющего потока жидкости в дрене.

Использование материалов с повышенной способностью к самоочищению дренажа особенно актуально. Но они не полностью и не во всех случаях отменяют необходимость проводить промывки и использовать сложные механические сооружения, обеспечивающие самостоятельную периодическую промывку дренажа.

В данной работе на водоотталкивающие (гидрофобные) свойства проверялись геотекстили из линейного полиэтилена низкой плотности и модифицированного этанолом линейного полиэтилена низкой плотности. Для полноты исследований проведены тесты на определение способности задерживать твердые частицы гофрированными поверхностями из поливинилхлорида и поливинилхлорида с напылением из модифицированного этанолом линейного полиэтилена низкой плотности.

Количественной мерой гидрофобности может служить величина угла между поверхностями капли жидкости и смачиваемого тела, называемого углом смачивания. Степень водоотталкивающих свойств зависит от поверхностной энергии и определяется углом смачивания. При угле смачивания 180 градусов жидкость на поверхности смачиваемого тела будет принимать форму идеальной сферы. Свойства гидрофобности начинают проявляться у поверхностей с углом смачивания значением от 90 градусов. Супергидрофобность проявляется у поверхностей с углом смачивания выше 150 градусов.

Следует отметить, что гидрофобность зависит как от шероховатости поверхности, так и от химического состава, который может значительно влиять на водоотталкивающие свойства. Кроме того, существуют такие факторы как температура и воздействие воды, которые могут повлиять на величину угла смачивания.

Измерения проводились при комнатной температуре и с использованием дистиллированных водных капель. На каждый исследуемый образец автоматической пипеткой помещалась капля 5 мкл. Гидрофобность была выявлена в тех случаях, где водная капля не прилипала к поверхности (т.е. скатывалась). Величина угла смачивания измерялась по увеличенным фотографиям, сделанным в плоскости поверхности тестируемого материала.

На графике показаны результаты измерения угла смачивания на различных поверхностях. Как видно из рисунка 4, при комнатной температуре угол смачивания геосинтетика из волокон линейного полиэтилена низкой плотности равен 70°. Однако в случае геосинтетика из модифицированного этанолом линейного полиэтилена низкой плотности, величина угла смачивания повысилась до 125°, результат - гидрофобность.

Проверка термальной стабильности фильтров с покрытием проводилась при разных температурах в целях изучения влияния температуры на угол смачивания. Однако, как показано на рисунке 4, при температурах в диапазоне от 2°С до 75°С значительных изменений угла смачивания выявлено не было. Это указывает на термальную стабильность линейного полиэтилена низкой плотности.

127

125

129...

...12.9.....

7 0 70 6 8 7 0

140 120 100 80 60 40 20 0

Темперутура,°С --геотекстиль из линеиного полиэтилена низкой плотности

— геотекстиль из линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного этанолом Рисунок 4 - Зависимость угла смачивания от температуры

Проверка покрытия на истирание и 48-часового воздействие воды показала устойчивость покрытия из линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного этанолом.

Определялась легкость удаления частиц почвы под воздействием. На геотекстиль помещалось фиксированное количество песка и пылеватых частиц. Через 15 минут производилась попытка устранить загрязнение. При наличии капель воды, ставя образец под углом 45° и три раза несильно стуча им о поверхность стола. Как видно из изображений на рисунке 5, поверхность из волокон модифицированного (гидрофобного) линейного полиэтилена низкой плотности показывает хорошие грязеотгалкивающие свойства. Поверхности из линейного полиэтилена низкой плотности задерживал на себе загрязняющие частицы в большей степени.

Было обнаружено, что по поверхности геотекстиля из волокон линейного полиэтилена низкой плотности капля воды растекается, тогда как в случае с модифицированным линейным полиэтиленом низкой плотности она скользит, практически не оставляя частиц пыли и других следов. На рисунке 5 видно, что угол смачивания не очень высок, но капля скользит легко благодаря низкой поверхностной энергии.

Рисунок 5 - удаление загрязнения каплями воды с геосинтетика из линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного этанолом

Учитывая выводы, полученные в главах 3 и 4 настоящей диссертации, с целью снижения необходимых незаиляющих скоростей потока жидкости, требование к уровню гидрофобности может применяться лишь к внутренней поверхности дренажных труб. Итоговая конструкция и метод изготовления дренажной трубы, показаны на рисунке 6.

Для получения полиэтиленов, обладающих свойствами гидрофобности, можно использовать следующий метод: при температуре 120°С, 1 грамм смолы полиэтилена низкой плотности растворяется в 100мл диметилбензола и добавляется 100мл этанола, после полученная смесь тщательно перемешивается. Перемешанная смесь(2) наносится на внутреннюю поверхность трубы(З) для придания ей свойств гидрофобности. Нанесение смеси производится методом безвоздушного пневматического распыления(1).

Не допускается нанесение смеси на влажную или загрязненную поверхность. Обработанная труба высушивается в течение 10 часов при температуре окружающей среды.

Рисунок 6 - Конструкция и метод изготовления дрены с напылением гидрофобного слоя на внутреннюю поверхность; 1 - распыляющее сопло малого диаметра; 2 - напыляемая смесь гидрофобного полиэтилена; 3 -дренажная труба; 4 - защитно-фильтрующий материал; 5 - перфорации; 6 -гидрофобная внутренняя поверхность дренажной трубы.

В большинство дренажных труб попадают частицы грунта. В случае использования предложенной технологии увеличивается запас по назначению уклонов дренажных линий, необходимых для самотечного выноса наносов. При использовании предложенных дрен, необходимые незаиляющие скорости потока жидкости в дренах будут обеспечиваться при меньших уклонах и при меньших модулях дренажного стока. Данное свойство приведет к экономии средств при эксплуатации и строительстве горизонтального дренажа за счет меньших длин дренажных линий и, обусловленного положением водоприемника и рельефа местности, их заглубления (меньшего объема земляных работ).

Новая конструкция дрен была разработана на основании полученных в процессе экспериментов данных о происходящих в придренной зоне процессах и течении разных типов кольматации. Предложенная технология еще не может быть использована повсеместно ввиду отсутствия многолетних статистических данных, однако она показала свою жизнеспособность, исходя из выводов первых опытов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В диссертационной работе рассмотрены вопросы совершенствования конструкции горизонтального дренажа в условиях потенциального его кольматирования. Особое внимание уделено ранее мало исследованному вопросу возможного применения водоотталкивающих поверхностей в дренах.

2. На основании проведенных исследований обоснована возможность применения защитно-фильтрующих материалов дренажных труб из линейного полиэтилена низкой плотности.

3. Уточнена методика доктора йгоис!, оценки нетканых материалов на кольматируемость, учитывающая пористость и диаметр нити волокна. Параметр количества «ворот» должен быть принят минимально возможным и уточнен для определенных грунтовых условий. Для песчаных грунтовых условий нижняя граница диапазона параметра количества «ворот» равна 20. Предложен способ для определения толщины или количества слоев нетканых защитно-фильтрующих материалов дренажных труб.

4. Систематизирована информация о форме и причинах биохимической кольматации дренажных труб. При укладке геосинтетика в несколько слоев первый (верхний) слой накапливает меньше биомассы, чем последующие слои. Более толстые геосинтетики легче аэрируются, что прямым образом связано с риском биохимической кольматации.

5. Биопленка нарастает в толще геотекстиля преимущественно перпендикулярно течению потока жидкости. На водоотталкивающих поверхностях возможен рост биомассы: бактерии могут на них закрепляться. Требование к уровню гидрофобности может применяться лишь к внутренней поверхности дренажных труб.

6. Разработана конструкция и метод изготовления дрены с водоотталкивающей внутренней поверхностью. Такая конструкция позволяет снизить порог скорости потока жидкости, необходимый для самовыноса твердых частиц грунта дренажным стоком из дрен.

Рекомендации для будущих исследований. Сложность общей картины (почвы, состава оросительной воды, действия живых организмов в конкретно взятом районе) зачастую является причиной, по которой некоторые вопросы исследования дренажа и по сей день остаются не до конца изученными. Эти вопросы лишь косвенно касаются конструкции дренажа. Скорее, они касаются типа грунта и его состояния на момент установки системы. Достоверно предугадать, как именно себя будет вести полностью смонтированная дренажная система, оказывается почти невозможно.

От конкретного защитно-фильтрующего материала дрены зависит течение химического и/или биохимического засорения (особенно заохривания). Детальные исследования взаимодействий между дреной и грунтом осложнены в первую очередь из-за того, что они требуют наличия доступа к сложному и дорогостоящему оборудованию, необходимому для изучения и определения показателей, характеризующих возникающие природные явления.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Сметанин В. И., Хохлов В. И. Исследования работы водоприемного слоя дренажных труб из волокнисто-пористых полимерных материалов // Природообустройство - научно-практический журнал / Учредители: Департамент научно-технологической политики и образования Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, ФГОУ ВПО МГУП - М., 2012. - №5. - с.17-21, ISSN 1997-6011.

2. Сметанин В. И., Хохлов В. И. Морфология биохимической кольматации дренажных труб // Мелиорация и водное хозяйство. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2013. - №2. - с. 30-32, ISSN 0235-2524.

3. Хохлов В.И. Состояние, проблемы и перспективы развития дренажных систем // Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы развития мелиорации и водного хозяйства и пути их решения». -М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2011.-ч.2. ~с. 234-242, ISBN 978-5-89231-357-5.

Подписано в печать «18» ноября 2013 г. Формат 60x84 1/16.

Тираж 100 экз. Объем 1,0 п.л. Заказ №

Отпечатано в лаборатории множительной техники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства», (ФГБОУ ВПО МГУП).

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 19.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Хохлов, Владимир Игоревич, Москва

высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

(ФГБОУ ВПО МГУП)

На правах рукописи

042014-51002

Хохлов Владимир Игоревич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА ЗА СЧЕТ СОЗДАНИЯ ВОДООТТАЛКИВАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

В ДРЕНАЖНЫХ ТРУБАХ

Специальность: 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор,

Сметанин В.И.

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДРЕНАЖА...............................................................................................................8

1.1. Экономико-экологический подход в природопользовании.....................8

1.2. Мелиоративные системы в условиях изменчивости климата................10

.1.3. Особенности строительства дренажа на сельскохозяйственных землях ..............................................................................................................................13

1.4. Исторические аспекты развития дренажа................................................19

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДРЕНАЖА.............................................................................................................27

2.1. Процессы, происходящие в придренной области....................................27

2.2. Применение волокнисто-пористых материалов для защиты закрытого горизонтального дренажа от заиления............................................................31

2.3. Стандарты для дрен и предустановленных ЗФМ из волокнистых материалов..........................................................................................................33

Глава 3. ЗАСОРЕНИЕ ДРЕНАЖА, ВЫЗВАННОЕ ФИЗИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ.....................................................................................................41

3.1. Исследования работы ЗФМ дренажных труб из волокнисто-пористых полимерных материалов....................................................................................41

3.1.1. Цели и задачи исследования геосинтетика из волокон линейного полиэтилена низкой плотности.....................................................................41

3.1.2. Методика исследования физических процессов...............................43

3.1.3. Результаты исследования физических процессов.............................46

3.1.4. Исследование суффозионных процессов...........................................48

3.2. Способ определения толщины ЗФМ дрены.............................................52

Глава 4. БИОХИМИЧЕСКОЕ ЗАСОРЕНИЕ ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ...............55

4.1. Исследование проблем биохимической кольматации дренажных труб55

4.1.1. Цели и задачи исследования биохимической кольматации.............55

4.1.2. Методика исследований биохимической кольматации....................56

4.1.3. Результаты исследований биохимической кольматации..................59

4.2. Классификация химической, биохимической и биологической кольматации дренажных труб..........................................................................63

4.3. Заохривание дренажных труб....................................................................69

Глава 5. ТЕХНОЛОГИИ САМОПРОМЫВКИ ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ............77

5.1. Исследование процесса промывки дренажных труб...............................77

5.2. Исследование водоотталкивающих свойств модифицированного этанолом линейного полиэтилена низкой плотности....................................81

5.3. Конструкция дренажных труб из гидрофобных материалов.................87

5.4. Внедрение усовершенствованной конструкции дрен с поверхностями, обладающими повышенной способностью к самоочищению при строительстве и реконструкции осушительных систем................................89

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ...............................................................................................92

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................94

Приложение 1. Результаты определения коэффициента фильтрации...........101

Приложение 2. Результаты исследований накопления биомассы в геосинтетиках......................................................................................................102

ВВЕДЕНИЕ

мелиорации микро- и нанотехнологий и их влияния на окружающую среду. Технологии создания материалов с заданной структурой на разных масштабных уровнях рассматриваются как основа качественного скачка в 21 веке во многих областях науки, в том числе и в мелиорации земель.

Основные задачи диссертационных исследований:

- провести испытания геотекстильных фильтрующих материалов из волокон линейного полиэтилена низкой плотности в песчаных грунтах с целью дальнейшей их адаптации;

- выявить закономерности накопления биомассы в ЗФМ дренажных труб;

- установить параметры ЗФМ дренажных труб;

- разработать рекомендации по улучшению конструкций дрен.

Методика исследований. Лабораторные исследования выполнялись на современном оборудовании с применением стандартных международных методик с натурными образцами геотекстильных материалов. Исследование фильтрационных' свойств ЗФМ проводилось методом физического моделирования с использованием пермеаметра, стенда, работающего по

принципу прибора Дарси. Применены стандартные методы определения физико-механических процессов, происходящих в придренной зоне. Влияние свойств гидрофобных материалов было эмпирически исследовано в процессе опытов.

Основные положения, выносимые на защиту:

: способ определения толщины ЗФМ дрены из нетканых материалов;

- использование более тонких геосинтетиков снижает риск биохимической кольматации;

- рекомендации по применению водоотталкивающих поверхностей в дренах;

- конструкция дрены с водоотталкивающей внутренней поверхностью.

Научная новизна. Проверена возможность применения в качестве ЗФМ дренажных труб новых нетканых материалов из линейного полиэтилена низкой плотности, определено соответствие песчаным грунтовым условиям: некольматируемости, недопущения суффозии. Установлено влияние пористости, толщины материала и диаметра волокон нетканых ЗФМ на суффозионные процессы в придренной области и разработан способ определения толщины ЗФМ дренажных труб. На основе результатов исследований разработана новая конструкция дрен с водоотталкивающей внутренней поверхностью.

Объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, включает 100 страниц, 6 таблиц, 18 рисунков, списка литературы, насчитывающий 78 наименований и два приложения.

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДРЕНАЖА 1.1. Экономико-экологический подход в природопользовании

Люди зависят от технологий природопользования, удовлетворяющих их основные биологические и материальные потребности. Однако, в результате растущего диссонанса между глобальным экономическим обменом и биофизическими пределами биосферы, многие экосистемные услуги снижают свои качественные показатели.

При попытке найти баланс в паре экономика-экология возникает ряд вопросов. Особое внимание к определению характера природопользования основано на том, что оно до сих пор окружено спорами.

Изначально задумываемое для отражения зависимости социума от природы, природопользование сейчас стало угловым камнем, фундаментом нового рыночного подхода для управления мировой окружающей средой.

Следующие годы будут особенно важными для заложения базы будущей политики по охране окружающей среды, основанной на принципах более глубокого познания социоэкономической роли экосистем и услуг, которые они предоставляют.

Глобальная задача - изучить теоретические разногласия и реальные проблемы по всем направлениям природопользования, связанные с принятием во внимание экосистемных услуг при принятии проектных, политических и экономических решений. Создание политики, основанной на эколого-экономическом подходе, должно базироваться на системе перерасчета с учетом изменения общей ценности природных систем в процессе их эксплуатации.

«Реальное состояние экономики и благосостояние населения необходимо оценивать по величине экологически адаптированного чистого

внутреннего продукта, который равен ВВП минус потери от снижения общей ценности природных систем и ухудшения здоровья населения в результате истощения природных ресурсов и разрушения экосистем» [1].

Глобальная демографическая ситуация, а именно увеличение численности населения планеты приводит к увеличению спроса на продукты питания, вследствие этого и на два важных ресурса: плодородные земли и воду. Необходимость сохранения имеющихся природных ресурсов ужесточает требования к мелиоративным системам и её элементам.

(Ц

5 <и

X у

О) ^

^ а

8 |

х *

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 Рисунок 1 - Оценка динамики численности мирового населения [2]

В ближайшие десятилетия мелиорация будет играть важную роль в обеспечении продовольственной безопасности и улучшении качества жизни. В то время как сохранение природных ресурсов, особенно учитывая перспективы глобального роста населения, должно стать доминирующим фактором в природопользовании. Наряду с ограничениями, вызванными лимитированностью земельных и водных ресурсов, потребуется увеличение производительности сельскохозяйственных земель за счет улучшения качественных показателей мелиоративных систем.

1.2. Мелиоративные системы в условиях изменчивости климата

Наличие полных гидроклиматических данных на объекте строительства мелиоративной системы является необходимым условием для рационального планирования, проектирования и эксплуатации.

Существующие рекомендации по проектированию актуальны лишь при сохранении стабильности гидроклиматической ситуации. Но из-за неустойчивости климата и локальных аномалий природных условий они утрачивают свою актуальность. Необходим пересмотр принципов проектирования с целью получения большей устойчивости к изменчивым условиям эксплуатации мелиоративных систем.

Глобальное изменение климата почти наверняка является результатом жизнедеятельности человечества. Множеством ученых по всему миру указывают на изменение климатической ситуации: Игорь Мохов (Россия), Лиза Александр (Австралия), Саймон Аллен (Швейцария), Франсуа-Мари Бреон (Франция), Джон Черч (Австралия), Пирс Форстер (Великобритания), Натан Джиллетт (Канада), Джонатан Грегори (Великобритания), Деннис Гартман (США), Петер Лемке (Германия), Джеральд Мил (США), Шилунский Бяо (Китай), Цинь Дахэ (Китай), Дэвид Рэндалл (США), Моника Рейне (Германия), Маиса Рохас (Чили), Дрю Шинделл (США), Томас Ф. Стокер (Швейцария), Линн Тэлли (США), Дэвид Воган (Великобритания), Шан-пинг Се (США).

Факторы влияющие на изменение климатической ситуации настолько велики [3], что положительный эффект от скорейшего перехода на экотехнологии (с целью снижения уровня выбросов парниковых газов в атмосферу) станет заметен лишь через значительный промежуток времени.

Углекислый газ, метан и оксид азота являются главными виновниками разрушения озоновой оболочки Земли. По сравнению с

«предындустриальными временами», уровень концентрации СОг увеличился на 40%; при этом немалую часть вышеупомянутого газа (около 30%) поглотил Мировой Океан, что привело к повышению уровня его кислотности. Более того, из-за постоянного поглощения водными объектами углекислого газа, с 70-х годов 19 века происходит постоянное повышение их температуры (рисунок 2, особенно верхнего слоя - от 0 до 700 метров), а следовательно и объема испарений воды в атмосферу. Высока вероятность того, что в ряде регионов России весенние паводки будут усиливаться, что говорит о важности развития технологий дренирования и водоотведения.

Г4

СО

р 3

СО

о.

<и с 2

£ 1

-1

-2

-3

Рисунок 2 -

Обоснованность проектных и технологических решений при строительстве мелиоративных систем должно опираться на долгосрочный возможный уровень продуктивности земель и исключать возможность деградации природных систем.

Большинство существующих дренажных систем было спроектировано для длительной эксплуатации (более 25 лет) на основе гидрологических данных, предполагая, что климатические условия не изменятся в будущем.

1950 1975 2000 2025 2050

График усредненных температур на поверхности океанов [4]

Но под действием глобальных процессов и парникового эффекта климатическая ситуация претерпит значительные изменения.

Повышение температуры увеличивает риск экстремальных погодных явлений и локальных климатических аномалий.

Если п - общее число элементарных событий и все они равновозможные, то вероятность события с!еу определяется по формуле:

РЦеу) = тУп,

где т1 - число исходов (функция от изменения средней температуры на поверхности океанов), благоприятствующих появлению события <3еу(климатических девиаций).

Каеу - коэффициент снижения урожайности, учитывающий неопределенность изменения климатических условий, рисунок 3.

2,5

сч

5 «

к к

<и Й* I

к 2

о И 2

К Ж за

н к

СП

о ч

к «

о а> т

о £ Й Й « Я Я 5

* 8, | с 5

н к

<и § £

5 к

•©Н Н

!ь>

СО

К 1-0 н о о я ж

1,5

•е-

СП

а> -о

О 1>

^ X

0,5

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

Рисунок 3 - Вероятностные значения коэффициента снижения урожайности, учитывающего изменение климатических условий в зависимости от проектного срока существования мелиоративной системы

Возможные последствия изменчивости климата, которые могут повлиять на принципы планирования и разработки критериев включают в себя изменение температуры, количество осадков и стока. Задача заключается в определении краткосрочных стратегий одновременно с учетом долгосрочной неопределеннос�

Информация о работе

Хохлов, Владимир Игоревич
кандидата технических наук
Москва, 2013
ВАК 06.01.02

Диссертация

Совершенствование конструкции горизонтального дренажа за счет создания водоотталкивающих поверхностей в дренажных трубах - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Совершенствование конструкции горизонтального дренажа за счет создания водоотталкивающих поверхностей в дренажных трубах - тема автореферата по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы