Потока на процессы самоочищения оросительных каналов

Одной из высших ценностей каналов является пресная вода. Каждый человек расходует ее десятками литров в сутки. Большинство людей вспоминают о незаменимой ценности воды только тогда, когда сокращается ее количество или ухудшается качество. Вода необходима практически во всех видах человеческой деятельности. Одной из малоизвестных ценностей текущей воды является способность ее самоочищения. На благо людей работает природный процесс: все сложное разлагать и расщеплять на более простое. А простое – это и есть природное, безвредное, что окружало человека и животных миллионы лет.

В реках происходят очищающие процессы: механические, химические и биологические. Значительна роль в очищающих процессах чередования плесов и перекатов, которыми наделила природа российские каналы. Известно, что на плесах и перекатах различные скорости течения, и попавшие в канал загрязнения, механические примеси сортируются потоком избирательно: имеющие большую гидравлическую крупность осаждаются в ближайших плесовых лощинах, более легкие уносятся на значительные расстояния вниз (и этим достигается рассредоточение примесей), плавающие задерживаются растительностью. В половодье все инородное в русле вздымается, транспортируется вниз, в средние, большие реки и моря. В конечном счете, механические примеси выносятся либо на поймы, либо в моря. А там существуют механизмы, разрушающие их до невредных устойчивых соединений (под влиянием солнца, окисляющих веществ и различных живых организмов).

Известно, что чем выше половодье на Нижней Волге, тем чище вода у Астрахани, т.к. большие ее объемы проходят по пойме (с растущей в мае и июне травой) и очищаются. Много попадает в каналы химических и бактериологических загрязнений. Очищающий механизм канала при этом работает на разных ступенях. Первая ступень – это разбавление загрязнений. Очищающий механизм канала при этом работает на разных ступенях. Если количество и качество попавших в канал загрязнений не превышает определенных норм, а их разбавление произошло на коротком участке, то очищающий механизм не будет поломан и вода будет очищаться.

Даже и в межень течение на перекатах происходит в турбулентном режиме, при котором существует поперечный по глубине потока перенос локальных масс воды. Такой перенос обеспечивает соприкосновение с воздухом практически всех «частичек» воды и они аэрируются, следовательно и насыщаются кислородом, играющим ведущую роль в окислении и разложении сложных веществ.

Биологические загрязнения образуются в условиях, существенно отличных от речных (температура и др. условия). Попав в речку, они разбавляются; только одно это ограничивает их дальнейшее развитие по пути усложнения и увеличения массы. Резко воздействующим фактором является иная температура воды в канале, а также окислительные процессы в аэрированной воде.

Огромной очистной «фабрикой» являются биологически активные вещества, которые занимают на дне русла большие площади, а также населяющие их микро и макроорганизмы (бентос). В иле органика и живые организмы могут составлять до 20% по весу. Эта огромная масса организмов живет, размножается и снова живет благодаря энергии, которую они получают от разложения сложных веществ на простые, большей частью безвредные для человека.

Не менее значительна очищающая роль растительности, как в русле, так и на пойме. Высшие растения участвуют в процессе очищения как непосредственно (выделяя кислород, усваивая загрязняющие вещества из грунтов русла корнями), так и косвенно. Они имеют огромную площадь соприкосновения с потоком; на этой поверхности растений поселяются сотни других фито и зообиоценозов, жизнь которых и заключается в добыче энергии путем разложения более сложных веществ в простые. В последние одно-два десятилетия появился новый вид загрязнения воды в каналах – тепловое (термическое) загрязнение. Связано это с тем, что вода в каналах широко стала применяться в качестве охладителя.

Тепловое загрязнение и новые режимы, развивающиеся при эктрофикации, способствуют развитию сине-зеленых водорослей. При небольшом их количестве (до 0,1 г. сухого вещества на 1 литр воды), они как и другие внутриводные растения, устраняют вредные примеси, выделяя кислород. Но при повышении температуры они исключительно быстро размножаются и тогда при разложении огромной массы их остатков в воде резко наступает дефицит кислорода, выделяются вредные продукты распада: фенолы, скатол и др. токсичные вещества. В воде гибнет все живое, вода заполняется гнилью, цветет, теряет способность к самоочищению. Применение такой воды часто приводит к увеличению желудочно-кишечных заболеваний, к отравлению скота и птицы. Загрязняющие сточные воды делятся на 3 категории: промышленные, хозяйственно-бытовые и атмосферные (талые и ливневые).

Промышленные стоки весьма разнообразны: Весьма сильными загрязнителями являются нефтепродукты и фенолы. Борьба с загрязнением каналов промышленными стоками должна идти по пути замкнутых циклов водооборота с последующим полезным применением загрязняющих каналы веществ. Загрязняющие вещества коммунально-бытовых стоков разнообразны, что затрудняет их очистку. Среди специальных загрязнителей в этих стоках выделяются синтетические и поверхностно-активные вещества (СПАВ).

Они в водотоках и в водоемах образуют обильную и стойкую пленку, которая снижает способность воды к насыщению кислородом, парализует деятельность, разрушающую органику. Последнее ведет к утрате биологического самоочищения. При содержащихся в воде СПАВ и др. веществ 1-3 мг/л гибнут планктон и мелкие ракообразные, при 5 мг/л происходит замор рыбы, при 10-25 мг/л гибнет водная флора.

Атмосферные сточные воды – это талые и ливневые воды, стекающие по понижениям ручьями с территорий, населенных пунктов. Эти воды по загрязняющему воздействию на водоемы могут быть самыми эффективными. В каналы смываются ил, песок, нефтепродукты, скопившиеся на поверхности свинцовые, ртутные соединения, растворенные химические вещества. Один грамм нефти убивает все живое в 1 м³ воды. Содержание в воде нефтепродуктов в количестве 0,2 – 0,4 м²/л придает воде неприятный запах, не исчезающий при хлорировании и фильтрации.

Все загрязняющие вещества ухудшают физические, химические и органолептические свойства воды. Неумеренное загрязнение воды делает ее непригодной для питьевых, хозяйственных, а часто и технических нужд. Пресная вода – величайший ресурс природы утрачивает ценность или требует значительных средств на очистку. Русловой процесс до самого последнего времени рассматривался лишь с точки зрения его отрицательного влияния на инженерные сооружения, расположенные в русле и на пойме, в том числе и на состояние судового хода. При этом отрицательное влияние было связано как с процессом разлива участков русла, так и с процессами заиления.

В последние десятилетия в связи с ростом объема сточных вод, отводимых в оросительные каналы, все более актуальной становится проблема повышения их самоочистительной способности особенно в пределах урбанизированных территорий. Несмотря на повышение степени очистки сточных вод, внедрение систем замкнутого водоснабжения, использование самоочистительной способности оросительных каналов и водоемов остается актуальным в течение продолжительного времени. При рассмотрении факторов, влияющих на самоочистительную способность водотока, русловой процесс ранее не учитывался.

Считалось, что самоочищение оросительного канала происходит под действием химических и микробиологических процессов, происходящих непосредственно в самой воде. Вместе с тем, как показало осаждение взвесей антропогенного и техногенного происхождения, являющееся элементом руслового процесса, одновременно представляет собой важное звено в процессе самоочищения оросительных каналов. Действительно, мелкодисперсная взвесь в виде илистых, пылеватых и коллоидных частиц вследствие чрезвычайно развитой поверхности является активным адсорбентом, изымающим из воды многие химические соединения и органические вещества.

Именно на поверхности частиц мельчайшей взвеси осуществляется жизнедеятельность водных микроорганизмов, утилизирующих вредные примеси и органические вещества, так как доля свободноплавающих микроорганизмов невелика. В результате этих процессов масса частиц возрастает, устойчивость коллоидов нарушается, происходит коагуляция частиц, объединение их в хлопья и осаждение на дно реки; окисление загрязняющих частиц связано с потреблением растворенного в воде кислорода, поэтому интересно сопоставить этот процесс с ходом осаждения мелко-дисперсных взвесей.

Наблюдения за состоянием дна водотоков ниже центров урбанизации позволяет обнаружить характерные признаки загрязненности дна на расстоянии в 10-15 км ниже города. Это позволяет предположить, что процесс самоочищения оросительных каналов связан не с окислением имеющихся примесей, а с их сорбцией на мелкую взвесь с последующей ее седиментацией в русле канала. Потерянные водой органические и другие примеси аккумулируются в донных отложениях и продолжают окисляться, однако условия их «переработки» изменяются и будут зависеть от хода руслового процесса. Таким образом, не исключено, что наряду с процессом окисления примесей в потоке канала действует значительно более мощный механизм самоочищения, связанный с седиментацией мелкой взвеси. Следует заметить, что этот механизм обеспечивает удаление примесей из воды за несколько десятков часов, в то время как биохимическая стабилизация органических примесей идет весьма медленно и может длиться несколько лет. При выпадении взвесей на дно водотока интенсивность их окисления снижается, что связано с уменьшением интенсивности турбулентного перемешивания жидкости в непосредственной близости от дна. Растворенный в Н₂О кислород изымается рядом частиц грунта и не поступает в более глубокие слои отложений. Поэтому активный аэробный процесс окисления примесей, сменяется аэробным процессом окисления.

Таким образом, и в активной фазе русловой процесс влияет на окисление загрязненных донных отложений и качество воды в каналах, поэтому и направление воздействия на русловой процесс может оказать заметное влияние на качество воды в оросительных каналах. Сегодня стало очевидным, что рациональное, комплексное использование ресурсов малых рек, их охрана от загрязнения и истощения требуют принятия безотлагательных мер. Без разумного регулирования возрастающей хозяйственной нагрузки на оросительные каналы становится все труднее управлять рациональным использованием и охраной больших территорий, больших каналов.

Исключительную важность в наведении большого порядка при эксплуатации ресурсов оросительных каналов и прилегающих к ним территорий имело постановление Совета Министров России «Об усилении охраны рек, оросительных каналов от загрязнений, засорения и истощения и о рациональном использовании их водных ресурсов». Сдерживающим фактором резкого повышения эффективности проводимых на оросительных каналах природоохранных мероприятий является отсутствие комплекса специальных нормативно-методических документов.

Оросительные каналы относятся к числу наиболее ранимых компонентов географической оболочки, они быстрее других реагируют на хозяйственно-технические воздействия, быстрее «заболевают» и неизбежно передают свою «болезнь» другим природным компонентам, и прежде всего большим рекам. В сложившейся обстановке исключительное значение приобретают прогноз последствий любого хозяйственного вмешательства в жизнь оросительных каналов, заблаговременный учет ожидаемых изменений, создание комплекса мероприятий по противодействию нежелательным последствиям.

Внедрение в практику методических основ оценки и анализа изменения ресурсов оросительных каналов под влиянием разнообразных мероприятий будет способствовать совершенствованию водохозяйственных расчетов и прогнозов. Это лишь некоторые примеры роли и значения форм научного познания.