ТОРФЯНЫЕ СПЛАВИНЫ В ВОДОХРАНИЛИЩАХ-ОХЛАДИТЕЛЯХ И БОРЬБА С НИМИ
В некоторых случаях отдельные районы вновь сооружаемых водохранилищ заняты торфяниками, которые при затоплении всплывают. Всплывание торфа наблюдается также на водохранилищах-охладителях, сооруженных на месте естественных водоемов. Так, например, всплывание торфа появилось на водохранилище Курганской ТЭЦ, Литовской ГРЭС и др.
Всплывание торфа затрудняет эксплуатацию электростанций, может вызвать аварии и нанести большой ущерб.
Таблица 16
Прогноз минерализации водохранилища-охладителя с учетом сброса вода в предпаводковый период до ГМО
Процесс всплывания торфа и возникающие при этом эксплуатационные затруднения могут быть рассмотрены на примере водохранилища Курганской ТЭЦ, сооруженного на месте естественного оз.Черное-Орлово. Для увеличения емкости и площади по берегам озера в трех местах сооружены земляные дамбы. Глубина воды в естественном озере была в пределах I м, а после сооружения водохранилища-охладителя достигла 2, 5-3, 5 и с общей площадью 8, 0 км2 и объемом 24, Ох х106 м8.
Озеро Черное-Орлово в естественных условиях интенсивно зарастало тростником, а отдельные его районы были заняты торфяными залежами. После поднятия горизонта воды в 1956 г. на водохранилище появились небольшие площади торфяных островов или, как их еще называют, сплавины. В половодье 1957 г. в результате размыва ограждающей земляной дамбы произошло быстрое поднятие горизонта воды на I м и появилось много плавающих торфяных островов по всей площади водохранилища; после размерзания часть островов погрузилась под воду. Появление торфяных островов в этот период является результатом промерзания торфа на свободных от воды площадях при низком уровне водохранилища и связанного с этим уменьшения объемного веса торфа. Могло быть также смерзание ледяного покрова водохранилища с торфом, который всплыл вместе со льдом при резком поднятии горизонта воды.
В этом же году в течение всего лета и в начале осени в районе летнего сброса воды и по пути распространения циркуляционного потока всплывали новые торфяные острова. В 1959 г. площадь таких островов составляла 55 га (рис.47). Всплывание торфа продолжалось и после 1959 г., но в меньшей мере. После заполнения до НПУ торф всплывал в основном лишь летом и в начале осени. Появление торфяных сплавин летом в районе циркуляционного потока вызывается большей частью интенсивными микробиологическими процессами при повышенных температурах, в результате чего накапливается большое количество газов в торфяной массе. Это уменьшает объемный вес торфа и способствует его всплыванию.
Таким образом, всплывание торфа является результатом физических и биологических процессов.
Затопленный слой торфа всплывает в том случае, если усилия всплывания превосходят силу сцепления с нижележащей частью торфяной залежи или минеральным дном болота. В связи с этим большое значение имеет объемный вес торфа и его сопротивление отрыву. Объемный вес торфа связан с его свойствами: ботаническим составом, зольностью, степенью разложения, влажностью. Так, при замерзании торфа объемный вес уменьшается; летом, при интенсивных процессах в среде с повышенными температурами, идет накопление большого количества легких газов, что обуславливает уменьшение объемного веса торфа. Силы сцепления, противодействующие всплыванию, колеблются в широких пределах. Так, удельное сопротивление торфа быстрому отрыву колеблется т 28 до 550 г/см .
Вновь появляющиеся сплавины представляют собой бурую массу без растительного покрова толщиной от 0, 3 до 3 м; на водохранилище Курганской ТЗЦ толщина их достигала I м. Через некоторое время сплавины покрываются растениями, которые играют роль паруса, но дрейфуют по водохранилищу лишь те сплавины, которые полностью оторвались от торфяной залежи или от минерального дна. На водохранилищах часто образуются в чаше вспучины или вздутия, которые своими краями или одним краем прикреплены к торфянику. Такие сплавины не дрейфуют.
Появление сплавин на водохранилище Курганской ТЗЦ в районе сброса воды и по пути распространения циркуляционного потока привело к значительному сокращению его полезной площади, что вызвало убыток, связанный с пережогом топлива, равный 17, 2 тыс. руб. лишь за три летних месяца,
Кроме того, часто сплавины течением воды и ветром относятся к водозабору (рис.48), что вызывает аварии на станции из-за сокращения подачи воды насосами, а также засорения торфом подводящего канала и циркуляционной системы в целом. Тая, в 1961 г. на водохранилище Курганской ТЗЦ глубина воды перед водоприемником в результате отложений торфа оказалась меньшей, чем первоначальная, на 2 м и составляла 4 м.
И, наконец, гниение растительных остатков в малоразложившемся слое торфа приводит к обогащению воды сероводородом. Проведенные нами в 1959-1960 гг. посезонные гидрохимические анализы воды Курганского водохранилища показали, что в районах торфяных сплавин содержался сероводород в количествах 0, 9-2, ь мг/л и в остальных районах водохранилища, в том числе ив районе водозабора, 0, 17- 0, 87 мг/л. Следует отметить, что после поднятия горизонта воды в водохранилище и появления, сплавин в массовом количестве содержание сероводорода, очевидно, было гораздо большим (в это время со стороны озера распространялся запах сероводорода), но определения количества его не производилось.
Содержание сероводорода 0, 9-2, 8 мг/л зафиксировано после трех лет эксплуатации водохранилища, когда физико-химические качества воды частично стабилизировались, наиболее интенсивные процессы гниения поверхностного малоразложившегося торфа сплавин прошли и количество сероводорода в воде уменьшилось по сравнению с первоначальным.
Но и при этом количестве сероводорода происходит коррозия оборудования, омываемого циркуляционной водой, в результате чего после первых трех лет эксплуатации Курганской ТЭЦ на конденсаторе 25-КУС-б турбогенератора № I вышли из строя 20% трубок (сплав Л68), а после четырех лет на том же конденсаторе были заменены все трубки.
Рис.48. Дрейф сплавины
Из этого следует, что при наличии во вновь сооружаемом водохранилище малоразложившегося торфа необходимо разрабатывать мероприятия, предупреждающие всплывание торфа, или предусматривать активные меры по борьбе со сплавинами. Еще при изыскательских работах должна быть исследована площадь торфяных болот и составлен прогноз возможных всплываний поверхностного малоразложившегося слоя.
Исследования торфяников должны включать в себя характеристику ботанического состава торфа, его объемного веса, сопротивления на отрыв, степень разложения, влажности и ряда других данных и факторов, способствующих всплыванию торфа.
На основании данных полевых и лабораторных исследований определяются площади возможных всплываний торфа после заполнения водохранилища и разрабатываются мероприятия, предупреждающие всплывание, или меры по борьбе со всплывшим торгом.
Предупредительные мероприятия против всплывания сводятся к, пригрузке торфа, закреплению, разработке его или выжиганию.
Пригрузку торфа можно осуществлять сплошным слоем песка.
При этом потребуется большой объем пригрузки. Если усилие всплывания торфа составляет 6 г/см2, то необходимо как минимум насыпать слой песка в 10 см с объемным весом его 1, 6, т.е. на I га необходимо израсходовать I тыс. м3 песка.
Закрепление торфа осуществляется забивкой свай диаметром 20 см в шахматном порядке на расстоянии 20 м одна от другой. Для восприятия усилия всплывающего торфа в верху сваи крепится крестовина 2-2, 5 м и подбирается соответствующая ее длина. Вместо свай можно размещать в таком же порядке кучи песка. При этом весовое количество его должно соответствовать усилию всплывания торфа.
При выжигании верхнего малоразложившегося слоя торфа необходимо предварительно произвести трудоемкие мелиоративные работы, либо проводить выжигание в засушливые годы. Разработка торфа требует длительного времени.
Методы борьбы со всплывшим торфом сводятся к расчленению и удалению сплавин в заранее предусмотренный и подготовленный район водохранилища.
Расчленение сплавин осуществляют с помощью гидромонитора, специальными приспособлениями для механического резания, взрывным способом.
Применение гидромонитора основано на использовании живой силы водяной струи, вылетающей с большой скоростью из брандспойта, что дает эффект при разработке сплавин толщиной до 1, 0-м. Разработка мощных сплавин с помощью гидромонитора затруднительна, так как при этом живая сила струи почти полностью гасится водяной подушкой (сплавины, находясь на плаву, на 90-95% погружены в воду).
По опытным данным, практический интерес представляет гидромониторная установка со свободным напором в 12-15ат и диаметром выходного отверстия брандспойта 35 мм. при толщине сплавин 0, 7- 0, 8 м скорость резания их таким гидромонитором составляет примерно I м/сек.
Гидромонитор (рис.49) размещается на катере. Вес гидромонитора около 350 кг. Производительность насоса 50 м3/ч при рабочем напоре 15ат. Насос работает от двигателя ЗИЛ-5 мощностью 72 л.с.
Рис.49. Гидромониторная установка:
1 - центробежный насос ТМК; 2 - двигатель ЗИЛ (72 л.с.); 3 - всасывающий трубопровод диаметром 100 мм; 4 - напорный трубопровод диаметром 100 мм; 5 - брандспойт "Гидроторфа"
Расчленение сплавин резанием возможно с помощью механического дискового ножа, наклонного скользящего ножа и обыкновенного троса.
Дисковый нож изготовляется из листовой стали толщиной 3-4 мм при диаметре диска 1, 5-1, 8 м (рис.50). По своим очертаниям, он состоит из восьми секторов, расположенных уступами. Нож вращается на горизонтальной оси так, что его режущая крышка движется в направлении, противоположном силе тяжести, действующей на сплавину.
Рис.50. Дисковый нож (судно на чертеже не показано):
1 - ведомый шкив; 2 - контур судна; 3 - режущий нож; 4 - корпус рабочей части;5 сплавина; 6 - цепи Галля; 7 - станина из брусьев; 8 - электромотор; 9 - подшипники; 10 - опорный столик
Поднятие сплавины ограничивается столиком, в цель которого проходит вращающийся диск ножа. Скорость вращения ножа 250-300 об/мин. В качестве двигателя используется малогабаритный мотоциклетный мотор мощностью 4-6 л.с.
Наклонный скользящий нож (рис.51) для резания сплавин представляет собой снаряд, состоящий из рамы, снабженной скользящими лыжами-поплавками, и наклонного ножа, закрепленного на раме под заданным углом. Угол наклонного ножа может изменяться в пределах 20-25° и подбирается при работе в зависимости от структуры сплавины.
Рис.51. Наклонный скользящий нож
Разрез сплавины наклонным скользящим ножом выполняется с помощью троса и лебедки, протаскивающих нож через сплавину. Наклонный нож устанавливается у края сплавины, трос от него забрасывается в направлении резания и выбирается лебедкой, установленной на катере, заякоренном у противоположной кромки сплавины.
Взрывной способ расчленения целесообразно применять при толщине сплавин более 1, 5 м и независимо от структуры сплавины и наличия в них древесных остатков. Метод расчленения сплавин взрывным способом сводится к следующему.
На сплавине намечаются линии расчленения, начиная от одной из кромок. Картам следует придавать вытянутую прямоугольную форму. Размеры их должны согласовываться с тяговым усилием катера для последующей отбуксировки карт.
По намеченным линиям закладывается серия взрывных зарядов на глубину, равную 2/3 толщины сплавины. После закладки заряда шпуры засыпаются торфом. Расстояние между зарядами должно составлять 2-5 м в зависимости от структуры сплавины. Вес заряда аммонала 1, 5 кг. При закладке зарядов впереди идут два рабочих и подготавливают шурфы, забивая в сплавину на требуемую глубину шест:, толщиной 6-8 см, который затем удаляется. Вслед за этими рабочими идут рабочие-взрывники, закладывающие в подготовленные шурфы заряды; к зарядам прикрепляют, провода для взрыва и забивают шпуры торфом. Одновременно можно закладывать до 100 скважин с зарядами. Для взрыва лучше применять электрический способ - с помощью машины ПМ-1 или аккумулятора.
Расчленение сплавин взрывами производят с разъездного катера небольшого размера. Особо следует соблюдать правила безопасности работы со взрывчатыми веществами. Учитывая, что в условиях водохранилищ в большинстве случаев укрытий не имеется, необходимо, чтобы катер с людьми, выполняющими взрывные работы, отходил при производстве взрыва на вполне безопасное расстояние.
Расчлененные сплавины немедленно удаляются в определенный район водохранилища буксировкой, которая осуществляется закреплением за сплавину тягового троса одной или несколькими многолапыми кошками. Для закрепления можно забивать в сплавину сваи и охватывать их поперечным креплением, к которому кренится тяговый трос, либо сооружать специальный оплотник.
Буксировку сплавин необходимо производить в районы водохранилища; не участвующий в зоне циркуляции, для этого можно использовать заливы или отгородить участок водохранилища свайной решеткой. По завершении работ вход в залив или в отгороженный участок закрывается запонью. Сплавин» можно также зачаливать тросом на мелководье или каждую в отдельности закреплять сваями.
Сплавины из заливов или закрепленные у берега можно удалять специально оборудованной скреперной установкой. Произведенные расчеты показали, что самой экономичной является разработка торфа экскаватором, затем следуют разработка фрезерная, пригрузка торфа минеральным слоем, укрепление сваями, и, наконец, самый дорогой метод - удаление сплавин в водохранилищах-охладителях.
Однако ввиду того, что торфоразработка очень продолжительна по времени, а другие методы трудоемки и также продолжительны, часто приходится отдавать предпочтение дорогому, но самому быстрому удалению уже всплывших сплавин в определенный участок водохранилища, Экономические затраты на удаление сплавин резко уменьшайся, если в процессе строительства гидротехнических сооружений провести предварительные работы: подготовить участок для стягивания сплавин, спланировать отведенный участок берега, подготовить плавсредства, механизмы, оборудование и материалы, необходимые для производства таких работ.
Рис.41. Режим вращения насоса ОП2-110 для зон прямого и обратного токов воды при угле установки лопастей рабочего колеса + 2° (для летнего периода)
