Основные эксплуатационные мероприятия по акватории

 

Первое, наиболее эффективное мероприятие для поддержа­ния требуемого качества воды в водохранилище — создание та­кой проточности, чтобы вода в течение года обновлялась не ме­нее 10 раз. Однако зачастую трудно выполнить это в условиях эксплуатации водохранилища. Второе мероприятие, обеспечива­ющее необходимое качество воды, — борьба с мелководьями. Известно, что мелководья глубиной до 2 м являются зоной интенсивного образования водной растительности и цветения воды. Их ликвидируют путем обвалования. Если это экономиче­ски не оправдано, то мелководья (до 15...20%) используют под нерестилища или биологические пруды. Третье мероприятие по очистке вод заключается в фильтрации воды через песчаные и гравийные пляжи в межбунных пространствах. Например, по данным Казанского отдела гидрологии водных ресурсов СевНИИГиМа, пляжный песчаный откос длиной 1 км при волне высотой 20 см фильтрует и перерабатывает 120 м³/ч воды. Чет­вертым мероприятием, наиболее перспективным для применения его в процессе эксплуатации водохранилищ, является создание одно- или двухступенчатых биологических прудов с фотосинте­зирующей аэрацией их микроводорослями и высшими водными растениями (макрофитами), а также биоплато и ботанических площадок. В этом случае поглощаются и удаляются из сточных вод неорганические соединения (азот, фосфор, калий, хлор, суль­фат, гидрокарбонат, кальций, магний, железо и многие другие соединения, включая биоцидные вещества и тяжелые металлы).

Вышеприведенные мероприятия проводит как по отдельно­сти, так и в различном их сочетании, а также в совокупности с другими дополнительными видами работ. Так, по данным Ка­занского отдела СевНИИГиМа, положительный эффект на Сурском водохранилище достигается в том случае, когда одновре­менно проводят следующие работы:

в зонах расположения устьев рек, ручьев создают биологиче­ские пруды, биоплато или ботанические, площадки путем искус­ственного заселения участков рек высшими водными растения­ми (тростник обыкновенный, рогоз узколистный, сусак зонтич­ный, ежеголовник прямой, ежеголовник простой, хвощ наплы­вающий и др.), которые способствуют перехвату и ликвидации загрязнений, поступающих в водотоки со сточными водами про­мышленных предприятий, животноводческих ферм и т. д.;

укрепляют и защищают от эрозии и разрушения берега во­дохранилищ путем засаждения их быстроразрастающимися и неприхотливыми кустарниками и деревьями (ракита, ива, ветла, чернотал, ольха и др.), которые, кроме того, задерживают смы­ваемые с полей компоненты удобрений, пестицидов, биогенных элементов и т. п.;

создают заросли (например, тростника) в прибрежной зоне водохранилища, корневища которых, расчленяясь, скрепляют почву, а стебли, сплетаясь между собой, создают живую сетку, возобновляемую ежегодно без дополнительных затрат на посад­ку. Причем высшие водные растения быстро приживаются на песчаных, глинистых, илистых грунтах и даже на щебне и гра­вии. Растения размещают на прибрежье, устьях малых рек, заводях и других хорошо прогревающихся водоемах поперечны­ми чередующимися полосами шириной по 5... 10 м и вдоль бе­реговой зоны, занимая до 40% водной поверхности. Посадку растений осуществляют кусками корневищ, дернинами. На мел­ководьях (глубина до 0,7 м) заселяют рогоз широколистный, тростник обыкновенный, осоку водную, камыш озерный и другие макрофиты. Посадку лучше проводить осенью при низких уров­нях воды в водохранилище в свободную от воды почву. За 2...3 года в благоприятных условиях макрофиты занимают значитель­ные территории прибрежной зоны.

8.3 Наблюдения на водохранилищах

В зависимости от размеров водохранилищ, конфигурации, гидрографии района, геологии, характера регулирования, клима­тических условий и режима эксплуатации гидроузла водохрани­лища на реке по-разному влияют на природные процессы в верхнем и нижнем бьефах. Водохранилища с многолетним регу­лированием существенно изменяют уровни воды в бьефах, ско­рости потока, волновой и термический режимы, испарение, ледо­вый режим, русловой процесс, гидрохимические, гидробиологи­ческие показатели и др. Малые водохранилища нарушают про­цессы, проходящие в реке в бытовых условиях, и тем самым вносят коррективы в природные процессы. Поэтому за водохра­нилищами проводят систематические наблюдения.

Расположение пунктов наблюдений намечают при разработке проекта водохранилища. Наблюдения проводят за следующим: уровнями воды в бьефах, заилением и зарастанием водохрани­лища, волнением, переформированием берегов, оползневыми яв­лениями, ледовыми режимами, температурой воды, гидрохимиче­ским режимом водохранилища, качеством воды и т. д.

Наблюдения за уровнями проводят на водомерных постах для расчета объема воды, площади затопления территории и расхода воды, проходящей через водопропускные отверстия гид­роузла или в водозаборные устройства. Водомерный пункт оборудуют соответствующими устройствами, позволяющими измерять уровни воды, и нивелирными знаками для точного определения высотного положения водомерного устройства. Мес­тоположение последнего находят исходя из следующих требова­ний: при самых низких уровнях воды в водохранилище должны обеспечиваться запас глубины не менее 0,5... 1 м и свободный водообмен с открытым водоемом; место наблюдения должно быть защищено от навалов льда, ветрового волнения и легко­доступным для осуществления замеров. Не рекомендуется разме­тать водомерные пункты поблизости от крупных водозаборов,

Рис. 7.5. Варианты замеров уровней воды на водомерных постах:

а — по двум сваям: 6 — при уровне воды, расположенном ниже нуля наблюдений: в — в условиях волнения свободной поверхности. Размеры в см

 

устьев притоков, у сильно деформированных берегов. На водо­хранилищах и в нижних бьефах, как правило, применяют рееч­ные посты, а в реках — свайные. На водомерные посты состав­ляют паспорт с приложением эскиза размещения поста в плане, поперечного профиля берега с отметками репера, головок свай или нуля реек и краткого описания. Варианты замеров уровней воды на водомерных постах приведены на рисунке 7.5. В обыч­ных условиях уровни воды измеряют с точностью до 1 см еже­дневно в 8 ч утра. В период паводка наблюдения выполняют»ieрез каждый час, а при интенсивном снижении или повышении уровня — 3 раза в сутки. По полученным данным строят график колебания уровней и определяют объем водохранилища.

С наполнением водохранилища грунтовые воды на прилегаю­щей территории поднимаются выше. В результате этого может произойти заболачивание территории, появление дополнительных озер, изменение почвенного покрова, растительности, состава грунтовых вод и т.д.

При наполнении и опорожнении водохранилища должна обес­печиваться устойчивость откосов и целостность крепления. Ско­рость наполнения водохранилища среднего объема ориентиро­вочно должна составлять [48]: для его нижних и средних слоев— 0,5... 1 м/сут, для верхних — 0,25...0,5 м/сут, для поверхностных

2...3 м — 0,05...0,1 м/сут. Скорость его сработки: для верхних уровней — 0,3 м/сут, для средних — 0,5 м/сут, для нижних — 1 м/сут. Однако эти скорости должны быть увязаны с конкрет­ными геологическими, гидрологическими, топографическими и другими условиями.

Во время эксплуатации водохранилища поток сбрасывается в нижний бьеф осветленным, поэтому происходит общий размыв русла и его понижение, что может ухудшить сопряжение бьефов на водобое и рисберме нижнего бьефа. В верхнем бьефе наносы осаждаются и заиляют водохранилище.

Наблюдения за заилением заключаются в определении тол­щины слоя отложившихся наносов путем замеров глубин по ряду створов (галсов), число которых устанавливают в каждом кон­кретном случае (ориентировочно 10...15). При длине створа не более 300 м промеры глубин осуществляют с помощью натяну­того троса диаметром 6...10 мм, имеющего через 5...10 м метки и через 50...70 м поплавки. При длине створов более 300...500 м промеры выполняют с засечкой точек промеров теодолитом, ус­тановленным на берегу. В качестве приборов применяют: при малых глубинах — шест с башмаком-поддоном, при больших (свыше 4...5 м) — лот, представляющий груз, подвешенный на размеченном тросе. На больших водохранилищах используют эхолот с самописцем.

Для определения гранулометрического состава и объемного веса наносов отбирают по 5...7 проб на каждом створе. В пер­вые два-три года эксплуатации водохранилища это делают еже­годно, а в дальнейшем — по мере надобности и в местах интен­сивного отложения наносов или деформации берегов.

Зарастание водохранилища, как и заиление, уменьшает объ­ем. Наблюдения за ним осуществляют обычно в летнее время визуально или с помощью приборов. Границы зарастания опреде­ляют с помощью дальномера теодолита по углу относительно базовой линии. Для этой цели привлекают гидротехников, топо­графов и гидробиологов (см. также 5.2).

Наблюдение за волнением проводят по рейкам, уложенным на откос под определенным углом к горизонту и снабженным шкалой измерения. В отдельных случаях на откос можно поло­жить рейку, окрашенную краской, смываемой водой. Высоту волны находят по линии смыва краски или измеряют при помо­щи волномерных вех, волномеров, волнографов (самописцев волнения).

За волнениями больших акваторий наблюдают с помощью аэрофотосъемки. В менее ответственных случаях состояние вол­нения можно оценить в баллах по визуальным наблюдениям.

Скорость ветра определяют ручным анемометром или само­писцем, а его направление — флюгером.

Наблюдения за переформированиями берегов водохранилища позволяют оценить степень заиления водохранилища, образова­ние отмелей в результате отложения продуктов размыва части берега у прибрежной зоны. При этом проводят следующее: ви­зуальные обследования побережья и сбор материалов по затоп­ляемым участкам берега; топографическую съемку береговой полосы; нивелировку поперечников и промеры глубин; геологи­ческое и гидрологическое обследование участков вероятной пе­реработки, включая отбор образцов грунта, наблюдения за раз­витием оползневых явлений. В основном наблюдают за берега­ми, примыкающими к сооружениям гидроузла, инженерной за­щитой и легкоразмываемыми участками.

В наиболее характерных зонах на расстоянии 50... 100 м друг от друга разбивают и закрепляют не менее трех поперечников, связанных теодолитным ходом и простирающихся в глубь водо­хранилища до 200 м, на которых осуществляют нивелировку IV класса с промером глубин воды. В точках, фиксируемых на поперечниках, забивают постоянные металлические штыри на расстоянии 10...20 м один от другого, которые возвышаются над поверхностью земли на 0,5 м. Наблюдения осуществляют с по­мощью геодезических приборов. Совместно с измерениями опи­сывают характер обрушения или размыва берегов (образование трещин, обвалов глыб горных пород, смещений, осыпей и т. п.) с указанием геологического и гидрологического строения участ­ков. По результатам наблюдений составляют крупномасштабные карты инженерно-геологических условий с захватом берега до 300 м и карты изобат с захватом дна прибрежной зоны водо­хранилища на 200 м от уреза воды.

Инструментальное наблюдение за переформированием бере­гов выполняют весной, после прохождения паводка, и осенью, после окончания периода дождей. Геологический анализ выпол­няют 1 раз в год, а в некоторых случаях и реже.

При наблюдениях за оползневыми явлениями проводят общий осмотр (рекогносцировки) берегов, описывают деформации, со­стояние дренажных систем и составляют заключения по харак­терным участкам ожидаемых оползней. При этом указывают расположение бровок ступеней срыва, языка оползня, крупных к средних трещин, участков застоя воды, границ поверхности скольжения и других деталей, характеризующих оползень. Фик­сируют положение предполагаемого оползня на местности и на планшете, а также через заданные периоды зарисовывают и фо­тографируют наиболее характерные места. Схема оползня и размещение створов (через 25...50 м) показаны на рисунке 7.6. Для инструментального наблюдения на оползне и за его преде­лами размещают марки, привязанные к ближайшему реперу и располагающиеся как в надводной, так и в подводной зоне. Рас­стояние между марками принимают исходя из того, что их дол­жно быть не менее 3...4. Наблюдения проводят весной, после таяния снега, и осенью, после прекращения интенсивных дож­дей. В журналах, составляемых произвольно, указывают дату наблюдения, расстояния, глубины и места измерений, продолжи­тельность наблюдения и описывают оползневые явления.

Незначительные оползни (оплывы) в надводной части за­крепляют сквозными железобетонными обрешетками, заполнен­ными грунтом и прикрепляемыми к основному массиву с помощью свай.

Рис. 7.6. Схема оползня (а) и размещение створов наблюдений (б):

1 — коренной массив; 2 и 3 — бровка и стенка срыва; 4 — трещина разрыва; 5 — ополз­невые ступени; 6 — тело оползня; 7 — ложе оползня; 8 — застой воды; 9 — трещина иыпучивания; 10 — язык оползня; 11 — деформации основания оползня; I... X — опорные знаки; /'... И' — марки на оползне

 

В ряде случаев их предупреждают путем устройства подпорных стен с контрфорсами. Глубокие и массивные оползни удерживают с помощью систем забивных или буронабивных свай диаметром 520...1080 мм.

Оползень, вызываемый выклинивающимся грунтовым пото- ком, можно предотвратить путем перехвата этого потока дрена­жем.

Ледовый режим характеризуется тремя основными периода­ми: замерзание, ледостав и вскрытие. Процесс льдообразования зачастую начинается с заберегов, превращающихся в широкий береговой припай, а затем в сплошное ледовое покрытие. С на­ступлением зимы на водохранилищах наблюдают за началом по­явления льда и установления ледостава, видами ледовых обра­зований, состоянием ледяного покрова и его деформациями, тол­щиной льда, снеговым покровом, вскрытием льда, ледоходом и т. д. В основном наблюдения ведут визуально. Для измерения толщины льда применяют стандартную ледомерную рейку, изо­браженную на рисунке 7.7. На нем же приведены варианты за­мера толщины льда, которую измеряют через каждые 5 сут (5, Ю, 15, 20, 25 числа) и в последний день месяца. Для этой цели пробуривают скважину в толще льда на расстоянии не менее 3 м от берега, а при толщине льда более 0,15 м замеры проводят также на расстоянии 20...30 м от уреза воды.

В водохранилищах толщина льда обычно на 15...20% больше, чем в реках. В восточных районах СССР толщина льда изменя­ется от 75...80 до 130... 140 см и более, в центральных районах европейской части она составляет 50...70 см. При наблюдениях за ледовым режимом в целях безопасности надо иметь в виду, что у берегов он всегда толще, чем в открытой зоне водохра­нилища. В больших водохранилищах лед тает на месте, а в

 

Рис. 7.7. Измерение толщины льда с помощью ледомерной рейки при частичном заполнении скважины водой (а) при уровне воды выше (б) и ниже (в) льда:

1 — ледомерная рейка в рабочем положении; 2 — лед

 

средних и малых при наличии больших половодий его сбрасы­вают в нижний бьеф через водосбросные отверстия.

Наблюдение за температурой воды в бьефах осуществляют 1 раз в сутки в 12 ч дня на вертикалях, удаленных от уреза воды на 3 и 20...30 м. Температуру измеряют в поверхностной зоне (0,5... 1 м от поверхности), в придонном слое и в середине в зависимости от глубины водохранилища. На большой глуби­не (25...30 м) температура воды близка к 4...6°С. Для измере­ния температуры воды используют родниковый термометр в ме­таллической, пластмассовой или деревянной оправе с точностью ±0,2°С либо электрический с точностью до ±0,5°С.

Гидрохимический режим водохранилища определяется усло­виями испарения воды, ледовыми образованиями, появлением размываемых солей в составе береговых обнажений, которые обычно увеличивают минерализацию воды, сбрасываемую в том числе и в нижний бьеф. Наблюдения за химическим составом воды подразделяются на стандартные (обязательные) и специ­альные. Стандартные проводят в постоянных пунктах наблюде­ния с целью установления уровня загрязнения сточными водами. Специальные наблюдения зачастую осуществляют при научных исследованиях по специальной программе. При стандартных наблюдениях пробы воды берут на расстоянии 20...30 м от ее уреза, в застойных зонах, в местах скопления водорослей, на откосах у уреза воды. При малых глубинах водохранилищ про­бы берут из верхнего слоя воды (до 0,5 м) ив придонной обла­сти (0,5 м от дна). В глубоких водохранилищах (более 10 м) их отбирают по трем точкам на вертикали. Отобранную воду с помощью батометров наливают в бутылки и отправляют в химическую лабораторию, где выполняют полный или сокращен­ный химический анализ. На полный анализ пробы отправляют 1 раз в квартал, а на сокращенный—ежемесячно 10 или 15 числа. Результаты химического анализа заносят в специальный журнал с указанием даты, времени отбора проб, температуры, уровней воды, створа, вертикали и т. д.

 

Раздел 9. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОУЗЛОВ В СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД, ПЕРЕДАЧА ИХ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ И ОРГАНИЗАЦИЯ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ