Автореферат диссертации (1141463), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Интенсивность пыления отвалов определяется скоростью ветра, продолжительностью хранения пород в отвале и зависит от высоты отвала. Например, при высоте отвала 45 м ожидаемый объем пылеобразования составляет 42 тыс. т /год, а при высоте 105 м - 65тыс. т/год. Если учесть, что радиус выпадения частиц пыли при развевании отваловветром составляет 3-4 км, то при приближении нарушенных территорий к городу взону оседания пыли попадает жилая застройка. Для Челябинской области загрязнение воздушного бассейна является одной из острейших экологических проблем.Отмечается, что радиус воздействия на природную среду самых крупных горнорудных производств достигает 30-50 км, а отрицательное воздействие горнодобывающих предприятий на компоненты природной среды нередко в 5-10 раз превышает площади прямых нарушений (рисунок 2).12Прямое воздействие:Рисунок 2 – Схема неблагоприятного воздействия карьерно-отвального комплексана окружающую средуПри освоении восстанавливаемых территорий для размещения промышленного и гражданского строительства особое внимание уделяется инженерно-геологическим условиям.
Основным фактором здесь является обеспечение стабильностии несущей способности пород. Все работы по подготовке площадки под строительство зданий и сооружений ведутся применительно к проекту застройки и планировки участка. Отечественная и зарубежная практика градостроительства имеетмножество примеров использования нарушенных территорий для размещения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений (рисунок 3, 4).Одним из самых распространенных направлений использования нарушенныхтерриторий является освоение их для различных видов рекреации. Особенно частодля размещения зон отдыха используют отработанные карьеры по добыче камня,песка, глины. Однако в последнее время все чаще под рекреационные объекты отводятся нарушенные территории, оставшиеся после добычи угля, железной руды идругих полезных ископаемых (рисунок 3).13Рисунок 3 – Использование нарушенных территорий в рекреационных целях:а) схема парка "Голбачиха" в г.
Кишеневе; б) схема парка в Кельце (Польша);в) схема планировки гидропарка в Павлограде (Украина); г) схема парка ОнтариоПлейс в Торонто (Канада)14Рисунок 4 – Проект отеля на месте бывших каменоломен в г.Шанхай, Китай.При освоении нарушенных территорий для гидротехнического строительстваобычно используются выработанное пространство карьеров (производственно-технические водоемы, водоотстойники).Одним из удобных видов освоения восстанавливаемых земель являетсяих лесохозяйственное использование.В Европе лесонасаждения на отвалах впервые начали создаваться в Рейнскомбуроугольном бассейне (ФРГ). Лесохозяйственное использование здесь до недавнего времени имело преимущественное распространение и преследовало главнымобразом озеленительные цели.Сельскохозяйственное и водохозяйственное использование нарушенных территорий осуществляется, как правило, в тех случаях, когда эти территории находятся за пределами городской черты.Рассмотренные примеры показывают многообразие видов использования восстанавливаемых территорий.
Основными особенностями территорий, определяющими возможность их преобразования, являются: степень и характер нарушенности, рельеф, возможности произрастания растительности, особенности микроклимата на территории, степень обводненности и уровень грунтовых вод.Проведенный анализ позволил установить, что при выборе видов и направлений использования нарушенных территорий недостаточно учитываются такие параметры микроклимата, как аэрационный режим.15Во второй главе «Методологические основы восстановления и использования нарушенных территорий» классифицируются нарушенные территории,исследование геометрических параметров техногенного рельефа и методика выбора направления использования карьеров.Предлагаемая классификация нарушенных территорий представляет собойморфологический ящик, в качестве характерных параметров нарушенной территории которого приняты следующие:1.
Вид полезного ископаемого (отхода) и способ добычи (производства)(8 видов);2. Форма рельефа (12 форм);3. Размеры территории (малые, средние, крупные, очень крупные);4. Пригодность грунтов в качестве оснований сооружений (благоприятный,ограниченно-благоприятный, допустимый, неблагоприятный);5. Обводненность территории (5 степеней);6. Термический режим пород (потухшие, негоревшие, горящие, негорючие);7. Характеристика грунтов для биологической рекультивации (пригодные, малопригодные, непригодные, опасные);8. Расположение нарушенной территории по отношению к городу (в зоне застройки, примыкает к застройке, в границах городской черты, вне городскойчерты);9. Природно-климатическая зона (горно-лесная, лесостепная, степная).Выбор возможного вида использования каменных карьеров весьма сложен,так как разнообразие свойств каменных карьеров (только при изменении шести параметров в морфологическом ящике заложено 1800 групп карьеров) предполагаети разнообразие видов использования.
Для каменного карьера возможно нескольковидов использования, выбрать оптимальный из которых достаточно сложно, нонеобходимо, так как это определяет объем затрат на восстановление.Описание карьеров с точки зрения инженерно-геологической характеристикии градостроительной ценности позволяет разбить процесс выбора направлений использования карьеров на два основных этапа.На первом этапе на основании сформулированных требований к каменным карьерам определяются возможные виды использования по инженерно-геологической характеристике. Требования к карьерам дифференцируют территории по степени благоприятности для рассматриваемого вида использования.
Поэтому длякаждого карьера (или группы карьеров с общими свойствами) можно выбрать видиспользования, который является преимущественным или допустимым.На втором этапе из видов использования, допустимых по инженерно-геологической характеристике, выбираются возможные по градостроительным требованиям. Первоначальный выбор вида использования на основании только инженерно-геологической характеристики несколько проще, так как вместо большогоколичества возможных групп каменных карьеров достаточно рассмотреть всего10%. По форме рельефа и размерам территории возможно 15 сочетаний. Для каждой группы карьеров определен коэффициент проветривания дна К90д .16Алгоритм выбора видов использования каменного карьера приведен на рисунке 5.Рисунок 5 – Алгоритм выбора возможных видов использования каменногокарьера17Учет аэрационного режима в этой классификации присутствует только какфактор проветриваемости карьерных выемок, тогда как для полной оценки требуется исследование закономерностей обтекания карьерных выемок и отвалов различной геометрической формы, их качественных и количественных характеристик.В третьей главе «Теоретическое и экспериментальное решения задачаэрации нарушенных территорий» излагаются теоретическое решение задачиобтекания воздушным потоком профиля техногенного рельефа и экспериментальные исследования влияния техногенного рельефа на аэрационный режим нарушенных территорий.При оценке нарушенных территорий с целью выбора направлений использования их в градостроительстве первостепенное значение имеет техногенный рельеф этих территорий.
Геометрические параметры техногенного рельефа (формыкарьерных выемок и отвалов и их размеры в плане, глубина выемок и высота отвалов, углы откосов отвалов и бортов карьерных выемок, наличие и количество террас, высота ярусов и т.д.) имеют чаще всего решающее значение при определениикомплекса мероприятий по преобразованию рельефа и инженерной подготовкитерритории.В результате анализа геометрических параметров техногенного рельефа выявлено несколько наиболее часто встречающихся форм (рисунок 6):- продолговатый в плане отвал с отношением высоты к заложению откосаh/a = 1/1,1; 1/1,7; 1/3,3;- круглый (квадратный) в плане отвал с таким же соотношением h/a;- отвал трапециевидного сечения с различными вариациями ширины и угла откоса;- карьерная выемка с различными вариантами ширины отвала и угла откоса;- сочетаниевида«карьер-отвал»сразличнымивариациямиих относительного расположения;- террасированная карьерная выемка;- террасированный отвал;- террасная застройка склонов;- частично спланированный терриконик;- круглая в плане террасированная карьерная выемка.По этим формам были изготовлены модели, которые в дальнейшем использовались при экспериментальных исследованиях процесса обтекания воздушным потоком в аэродинамической трубе.Для решения данной задачи использовался метод источников и стоков, известный в аэрогидродинамике и впервые примененный Э.И.
Реттером для решения задачи обтекания профиля промышленного здания, а затем Ф.Л.Серебровским дляжилого здания.Рассматривается обтекание профиля отвала, имеющего в сечении симметричную трапециевидную форму. Решается двухмерная задача, то есть предполагается,что длина отвала бесконечна.Поместим начало координат на ось симметрии профиля так, чтобы ось совпалас основанием отвала (рисунок 7). На расстояниях S от начала координат поместимисточник I1 и сток I2 .18Рисунок 6 – Конфигурация техногенного рельефа в плане: I- отвалы; II — карьерные выемки; III— карьерно-отвальный комплексРисунок 7 – К задаче определения методом источников и стоков скорости воздушного потока, обтекающего отвал трапециевидного сечения19Известно, что потенциал скорости φ и функция тока ψ для источникови стоков составляют:=±= ln ; = ± 22(2)где Q - мощность источника или стока, определяемая расходом жидкостив единицу времени (знак плюс - источник, минус - сток); r и α- полярные координаты.Для плоскопараллельного потока потенциал скорости и функция тока соответственно: = 0 ; = 0 (3)Наложим на плоскопараллельный поток систему из одного источникаи одного стока.
Тогда функция тока результирующего потока запишется следующим образом: = 0 +истст1 −22 2(4)или, поставив условие Qист = Qcт= Q, = 0 +( − 2 )2 1(5)Углы, входящие в уравнения (4) и (5), выразим через арктангенсы, причем примем лишь главные их значения: = , − < <2 2Тогда(− )2+−(6)(ln √( + )2 + 2 − ln √( − )2 + )2(7) = 0 +Аналогично находим = 0 +На оси ОХ, слева от источника I1 произвольно, но не в точке А, поместим точкуF. Положим, что ее абсцисса равна 2s. Тогда скорость потока в этой точке от источника I1 будет =220(8)Определим проекции скорости результирующего потока на ось ОХв произвольной точке М (см. рисунок 7). Она равна алгебраической сумме проекций скоростей 0 , 1 , 2 на эту ось: = 0 + 1 cos 1 − 2 cos 2 = 0 ++−(−)22( − ) 2 + 22 ( + ) + (9)(10)Разделив правую и левую части уравнения (10) на 0 и приняв во внимание (8),получим в относительных координатах: +−= 1+[−]00 ( + )2 + 2 ( − )2 + 2(11)Аналогичным путем находим проекцию скорости в точке на ось OY: = 1 sin 1 − 2 sin 2Так как sin 1 =1, sin 2 = =2(12),то(−)2 ( + )2 + 2 ( − )2 + 2(13)Рассматривая правую и левую части уравнения (13) на 0 и принявво внимание (8), получим в относительных координатах: 11=[−]200( + )2 + ( − ) 2 + 2(14)Потребуем, чтобы нулевая линия тока (ψ = 0) проходилачерез характерную точку профиля В (бровку отвала) и симметричную ей точку С.Подставив в уравнение (10) координаты этой точки, получим систему уравнений:0 ∙ + − =0 + − 0= − {(15)Решая систему этих уравнений, можно по заданным координатам точек A и Врассчитать положение источника и стока, а затем построить линии тока для потока,обтекающего профиль положительной формы техногенного рельефа.На рисунок 8 показан пример построения линий тока для профиля положительной формы техногенного рельефа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
