Проблема заносимости русла канала сорной растительностью «перекати-поле»

С.М. Койбаков, Р.А. Кульжаева

Таразский Государственный Университет им. М. Х. Дулати, Тараз

На значительных просторах Казахстанских степей широкое распространение имеет сорная растительность «перекати-поле». При созревании «перекати-поле» в конце лета и осенью срываются с корней и переносятся ветром. Благодаря шарообразной своей формы они перекатываются на большие расстояния, встречаясь на пути с водными объектами курай, полностью поглощается водным потоком. Далее курай движется вниз по течению до встречи с какими-либо препятствиями, какими могут являться насосные станции, перегораживающие и водозаборные сооружения на каналах. Огромное скопление перед такими сооружениями сорной растительности в водном потоке, собравшегося с вышележащего участка канала сбивается к сороудерживающей решетке течением (рисунок 1).

Рисунок 1- Скопление курая перед сороудерживающей решеткой насосной станции

Вследствие этого явления резко ухудшаются условия водозабора насосными агрегатами, возникает угроза их остановки. В подводящем канале уровень воды резко возрастает, вызывая аварийную ситуацию. Такое явление неоднократно наблюдалось в практике эксплуатации канала им. К.Сатпаева, предназначенного для круглогодичного водоснабжения питьевой водой ряд населенных пунктов Павлодарской и Карагандинской областей, а также предприятии Караганда-Темиртауского промышленного комплекса.

В связи с осуществлением проекта переброски воды из канала Иртыш-Караганда в верховья р. Ишим для обеспечения г. Астаны чистой водой актуальность проблемы возрастает. Нетрудно представить размер ущерба от прекращения водообеспечения вышеуказанных объектов и населения по трассе канала. Эти обстоятельства требуют разработки конструктивных решений, направленных на повышение надежности работы каналов и обеспечить гарантийное водообеспечение потребителей.

Кроме того накопления в водоеме сорной растительности "перекати-поле" и продуктов их распада, как показала практика эксплуатации канала Иртыш-Караганда, приводит к изменениям экосистемы водоема, развитию процессов эвтрофирования и ухудшения качества воды. По данным Амиргалиева НА. в результате деструкции сорной растительности "перекати-поле" в водоеме содержание биогенных элементов включает: органический углерод, азот минеральный, фосфор минеральный растворимый [1]. Поэтому на проблему заносимости русла канала сорной растительностью "перекати-поле" надо смотреть с точки зрения экологической устойчивости и качества воды водоисточника.

Работы по восстановлению качества воды согласно санитарно-гигиенических норм, требует определенных затрат. Затраты будут сведены до минимума при выполнении профилактических мероприятий, связанных с предотвращением попадания в канал "перекати-поле". При этом необходимо учесть одно обстоятельство, что надежность и эффективность водоохранных мероприятий тем выше, чем на более ранней стадии процесса они осуществлены.

Вопросы отрыва и переноса курая ветром и попадания их в канал, а также накопление их перед решетками мало изучены и практически отсутствуют такие данные. Отсутствует методика расчета количественной оценки накопления курая перед сооружением, а также прогноза возможных последствий.

Курай зарастает на некоторой более или менее обширной территории. Они имеют шарообразную форму диаметром до 1 метра и созревают к концу лета - началу осени. Так как курай обладает большой парусностью, в зависимости от степени созревания и под воздействием ветра скоростью более 5-6 м/с они отрываются от корней и переносятся по направлению ветра. Характер движения одиночного курая в воздушном потоке также сложен и совершенно беспорядочен. Между тем различные виды горизонтального перемещения курая под действием ветра можно разбить на следующие кинематические группы:

- перекатывание курая по поверхности земли с небольшими иногда отрывами от нее при скорости ветра до 10м/с;

- перепрыгивание курая под действием порывов ветра иногда с приземлением и кратковременным перекатыванием при скорости ветра более 10 м/с.

Для попадания курая в канал и дальнейшего накопления перед решетками в канале необходимо поле, заросшее кураем. При определенном снижении скорости ветра не будет ни отрыва и движения курая. Эта территория называется кураесборным бассейном, а ограничивающие его контуры непроходимыми для переносимого курая препятствиями - границами кураесборного бассейна. Размеры кураесборного бассейна определяются непосредственно по ситуации района защиты каналов от курая, направлением движения ветра, геоботаническими, геоморфологическими и др. признаками при полевом обследовании, а также при дешифрировании аэрофотоснимков.

При определении объемов переноса и попадания курая в канал необходимо выделить основные факторы.

К ним относятся:

- скорости и направления ветров, вызывающий отрыв и перенос курая;

- площадь и плотность зарастания курая;

- период созревания курая;

- относительные потери курая, задерживаемые инженерными сооружениями.

Зная основные факторы, можно найти количество курая оторванного ветром и перенесенного за пределы кураесборного бассейна площадью F за единицу времени:

шт/с; (1)

где β - коэффициент, учитывающий отрыв курая от корня в зависимости от скорости ветра (м/с), определяется по следующей зависимости

- коэффициент, учитывающий отрыв курая от корня в зависимости от периода созревания определяется по таблице 1;

плотность зарастания, шт/м²;

- коэффициент, учитывающий рельеф местности и различные препятствия на пути ветрового потока определяется по таблице 2.

При продолжительности ветра количество оторванного и унесенного ветром курая за этот период определяется:

(2)

Таблица 1.Значение в зависимости от периода созревания курая

Периоды	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь
	0,5	0,6	0,8	1	0,9	0,5

Таблица 2. Значение в зависимости от рельефа местности и различных препятствий на пути ветрового потока

Рельеф местности и наличие различных препятствий на пути ветра
Открытая равнина (степь), отсутствует многолетние растения	1
Открытая равнина (степь), имеется многолетние растения	0,9-0,7
Холмистая местность курай растет вперемешку с многолетними растениями	0,6-0,4
Вдоль каналов имеется лесополоса	0,4-0,3
Канал имеет частичную инженерную защиту	0-0,1
Канал имеет полную инженерную защиту по всей длине	0

А плотность зарастания оставшегося курая на площади (F, м²) на начало последующего ветра будет равным

шт/м²; (3)

Перепрыгивание курая под действием порывов ветра иногда с приземлением и кратковременным перекатыванием определяет решающую роль в определении количества курая попадающих в канал.

Длина отскакивания курая (L) в зависимости от скорости ветра (, м/с) будет равен

м; (4)

Из опытов полевых наблюдений длину прыжка отскакивания можно определить по следующей зависимости:

м; (5)

Полевые наблюдение за движением курая и попадания их в канал показали прямую зависимость между шириной канала и длиной прыжка отскакивания курая.

Тогда при ширине канала (В), скорости ветра и угле между направлением ветра и осью канала равным , количество попадающего в канал курая можно определить, как

, если >, то принимаем (6)

Поведение попавших в канал курая - плавников непредсказуемо и в дальнейшем определяется режимами движения воды в канале. Для практических расчетов количество курая накапливаемых перед вертикальными решетками установленными в каналах можно принят равным

шт ; (7)

где 0,8 - коэффициент учитывающий потери курая в канале.

Ликвидация последствий таких явлений, как забивка сороудерживающих решеток насосных станции на каналах сорной растительностью не простая задача. Остановка работы каналов в связи с забивкой сороудерживающих решеток насосных станций связаны с большими потерями в народном хозяйстве, в частности, сельском хозяйстве, промышленности и в питьевом водоснабжении населенных пунктов. Расчистка от такого мусора растительного характера связано с большими трудностями. Отсутствует техника, которая бы позволила извлекать затонувшую массу сорной растительности с большой глубины, причем при сложном доступе к ней. Использование высокооплачиваемых работ водолазов для очистки сороудерживающих решеток насосных станции от сорной растительности, что имеет место в практике эксплуатации канала им. К. Сатпаева, связана с большими затратами денежных средств и малоэффективна. Из этого следует, что для защиты канала от сорной растительности требуется разработать более эффективные мероприятия, направленные на предупреждение таких явлений на каналах.

Использованная литература:

1. Койбаков С.М. К вопросу надежности работы каналов в условиях переноса ветром сорной растительности. Гидрометеорология и экология, № 3-4, 2000г, с. 225-229.

2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение. 1975.-559с.

3. Койбаков С.М. Экологическая устойчивость и надежность работы крупных каналов круглогодичного действия в степной зоне. Сб. Водные ресурсы Центральной Азии, Алматы, 2002, с 425-430.