Содержание к диссертации
Введение 4
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 10
Причины образования скоплений затонувшей древесины 10
в водных объектах
Способы поиска скоплений затонувшей древесины 18
Методы оценки скоплений затонувшей древесины 21
Технология и оборудование для очистки водных объектов
от затонувшей древесины 28
Экологическое влияние затонувшей древесины на водную среду 40
Выводы 45
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА
СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СКОПЛЕНИЙ 47
ЗАТОНУВШЕЙ ДРЕВЕСИНЫ
Основные положения, исходные предпосылки 47
Формализация параметров скоплений затонувшей древесины 52
Статистическая оценка объема и качества затонувшей древесины 54
Определение по сетке количества малых квадратов 59
Моделирование процесса оценки скоплений затонувшей древесины 62
Выводы 70
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ОЦЕНКЕ
СКОПЛЕНИЙ ЗАТОНУВШЕЙ ДРЕВЕСИНЫ 73
Программа и методы экспериментальных исследований 73
Методика физического моделирования процесса
статистической оценки скопления затонувшей древесины 74
Определение критериев подобия физической модели скопления 80
Лабораторные опыты по статистической оценке скопления
затонувшей древесины 87
Состав затонувшей древесины на слабо засоренных участках
водных объектов 93
Состав затонувшей древесины на засоренных участках
водных объектов 98
Состав затонувшей древесины на сильно засоренных участках
водных объектов 104
Выводы НО
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА
ЗАТОНУВШЕЙ ДРЕВЕСИНЫ НА ЛЕСОСПЛАВНЫХ РЕКАХ 111
РЕСПУБЛИКИ МАРИЙ ЭЛ
Программа и методика производственных экспериментов 111
Оценка состава затонувшей древесины по отчетным материалам
предприятий 113
Экспертная оценка состава затонувшей древесины
в Чебоксарском водохранилище 119
Состав затонувшей древесины на переформировочных рейдах 125
Обнаружение и точное наведение грузозахватного механизма
на затонувшую древесину 130
Оценка плотности затонувшей древесины под водой 136
Состав затонувшей древесины на рейдах отправления 139
Состав затонувшей древесины на рейдах приплава 142
Выводы 149
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕС
СОВ ПОИСКА И ПОДЪЕМА ЗАТОНУВШЕЙ ДРЕВЕСИНЫ 152
Влияние затонувшей древесины 152
на окружающую среду водных объектов
Воздействие топлякоподъемных работ на природные экосистемы 155
Расчет экономической эффективности топлякоподъемных работ 159
Достоверность теоретических и экспериментальных
закономерностей 172
Выводы 176
Основные выводы и рекомендации 179
Список использованных источников 183
Приложения 199
Введение к работе
Актуальность темы. В России к внутренним водным путям тяготеет около 14,0 млрд. м лесосырьевых ресурсов, в том числе в Северо-Двинском бассейне около 90%, Обь-Иртышском и Ангаро-Енисейском - 93%, Волжско-Камском -75%. В этих регионах водные пути являются единственно возможным способом доставки древесины потребителям, особенно с верховий лесосплавных рек. За многие годы эксплуатации лесосплавных рек в них накопилось большое количество как затонувшей, так и аварийной древесины, которую необходимо поднять и переработать в полезную древесную продукцию.
По данным ЦНИИлесосплава, только на действующих лесосплавных реках в Европейской части России объем топляков превышает 9,0 млн. м3, а скопления плавающей, аварийной и обсохшей древесины в водохранилищах составляют более 4,5 млн. м3.
Засорение лесосплавных рек затонувшей древесиной негативно сказывается на экологической обстановке речных бассейнов, ведет к нарушению водного баланса, создает аварийную ситуацию на судоходных реках и гидроэлектростанциях, образует дополнительные трудности в хозяйственной и социальной сфере деятельности человека. Наиболее сложной задачей в освоении затонувшей древесины является разработка, изготовление и монтаж специального оборудования по обнаружению мест залегания такой древесины, количественной и качественной ее оценки. Существующие способы поиска и методы оценки скоплений затонувшей древесины недостаточно эффективны, требуют больших материально-технических ресурсов, что в настоящее время достаточно проблематично.
Следовательно, задача поиска и оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах является актуальной и требует своего решения. Работа выполнялась в соответствии с заказами лесопромышленных предприятий Республики Марий Эл, Департамента природных ресурсов и экологической безопасности РМЭ, Федеральной научно-технической программой «Вузовская наука - регионам России в 1997-2000 гг.».
Цель работы. Совершенствование процессов поиска и оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах на основе разработанных технических и технологических решений.
Задачи исследований заключаются в разработке статистического метода оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах, основанного на математической идее латинского квадрата; теоретическом обосновании способа обследования акватории водного объекта с использованием латинского квадрата; экспериментальных исследованиях состава затонувшей древесины новым способом в лабораторных и производственных условиях; разработке технических решений для обнаружения и точного наведения грузозахватных механизмов на затонувшую древесину и подводной оценки её плотности; оценке экономической и экологической эффективности применения предлагаемых технических и технологических решений для поиска и оценки затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является процесс поиска и оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных реках. Предметом исследования являются параметры скоплений затонувшей древесины, усовершенствованный статистический метод количественной и качественной оценки скоплений затонувшей древесины с использованием латинского квадрата, а также технические решения для обнаружения и точного наведения грузозахватного механизма на затонувшую древесину и подводной оценки ее плотности и качества.
Методы исследований. В процессе проведения исследований были использованы теоретические и экспериментальные методы. Теоретическое обоснование основывалось на использовании методов математического и физического моделирования, теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились в производственных и лабораторных условиях на русловых моделях, с учетом положений теории и практики моделирования объектов гидромеханики. Для численной реализации математической модели и обработки экспериментальных данных использованы методы математической ста-
ти стики, теории планирования эксперимента, пакеты программ: MathCAD, Delphi, Statistica.
Научная новизна работы заключается в разработке технических и технологических решений, защищенных патентами, по совершенствованию процессов поиска, подъема и оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах:
статистический метод оценки скоплений затонувшей древесины, отличающийся тем, что акватория разбивается на 25 неповторяющихся квадратов в соответствии с математической идеей латинского квадрата;
теоретическое обоснование статистического метода оценки скоплений бревен по способу латинских квадратов, позволяющее определять количественные и качественные параметры скоплений затонувшей древесины в зависимости от заданной точности оценок;
результаты экспериментальных исследований процессов поиска и оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных реках Республики Марий Эл;
технические решения (устройство) для обнаружения и точного наведения грузозахватного механизма на затонувшую древесину, отличающееся тем, что датчик гидроэхолота установлен на криволинейной челюсти грейфера плавучего крана, с возможностью радиального обзора дна водоема на дисплее эхолота, установленного в кабине крановщика;
технические решения (устройство) для подводной оценки плотности затонувшей древесины, отличающееся тем, что устройство смонтировано на внутренней стороне грейфера, а наконечник с пружиной, соединенный герметичным кабелем со световым индикатором, размещен в кабине крановщика.
Основные положения, выносимые на защиту.
Статистический метод оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах.
Результаты экспериментальных исследований состава затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах Республики Марий Эл.
Технические решения для обнаружения и точного наведения грузозахватного механизма топлякоподъемного агрегата на затонувшую древесину.
Технические решения для подводной оценки плотности и качества затонувшей древесины.
Научная и практическая значимость. Разработаны теоретические положения и методика статистической оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах, основанные на математической идее латинского квадрата, позволяющие определять количественные и качественные характеристики топляка в зависимости от заданной точности оценки.
Рекомендованы технические и технологические решения, защищенные патентами, для обнаружения и точного наведения грузозахватного механизма на затонувшую древесину, а также подводной оценки плотности и качества топляка, позволяющие повысить эффективность топлякоподъемных работ, обеспечить экологическую безопасность водных объектов на лесосплаве.
Определен количественный и качественный состав затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах Республики Марий Эл.
Достоверность результатов исследований. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными данными, согласуются с имеющимся опытом создания устройств и способов статистической оценки скоплений затонувшей древесины. Достоверность экспериментальных исследований подтверждается показателями статистической обработки, апробацией и внедрением результатов исследований в производство.
Личное участие автора в получении результатов. Диссертация является результатом многолетних исследований, выполненных лично автором или под его руководством. При выполнении диссертационной работы соискателем проведены и разработаны: анализ причин образования скоплений затонувшей древесины на лесосплавных реках, существующих способов поиска и методов оценки скоплений, технологии и оборудования для очистки водных объектов от топляка, экологического влияния затонувшей древесины на водную среду; теоретическое обоснование метода статистической оценки скоплений затонувшей древесины
способом латинского квадрата; экспериментальные исследования количественного и качественного состава затонувшей древесины в лабораторных условиях; производственные исследования состава затонувшей древесины на лесосплавных реках Республики Марий Эл; технические и технологические решения по совершенствованию процессов поиска и оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных реках; эколого-экономическое обоснование процессов поиска и оценки скоплений затонувшей древесины на лесосплавных водных объектах.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в производство на лесопромышленных предприятиях Республики Марий Эл: ОАО «Марийский ЦБК», ГП «Марийский лесопромышленник», ОАО «Козьмодемьянская сплавная контора»; в Департаменте природных ресурсов и экологической безопасности РМЭ; ФГУ «Территориальный фонд информации по природным ресурсам и охраны окружающей среды Министерства природных ресурсов Российской Федерации по РМЭ»; в учебном процессе МарГТУ.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на ежегодных межвузовских городских научных практических конференциях (Йошкар-Ола, с 1995 по 2006 гг.); республиканской НПК "Проблемы государственного мониторинга природной среды на территории Республики Марий Эл" (Йошкар-Ола, 2003 г.); Всероссийских НПК: "Водные ресурсы, экологически ответственное природопользование, рациональное использование и охрана природных ресурсов", посвященных международному дню воды (Йошкар-Ола, с 1998 по 2006 гг.); «Химико-лесной комплекс -проблемы и решения» (Красноярск, 2002); междисциплинарных Вавиловских чтениях «Ученые на рубеже 20-21 веков» (Йошкар-Ола, с 1998 по 2002 гг.); международных НПК: «Рациональное использование лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, 1999, 2001); «Лесопромышленная логистика и информационные системы лесного комплекса» (Санкт-Петербург, 2003); «Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов» (Вологда, 2003); международном НПФ «Великие реки» (Нижний Новгород, 2002-2003 гг.); межрегиональном НПФ «Лес, экология, человек» (Казань, 2006 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации и результаты исследований опубликованы в 48 научных работах объемом 12,23 п.л., из них 37 в соавторстве (5,7 п.л.), авторский вклад составил более 50 %.
В центральной печати, рекомендуемой ВАК России, опубликовано 3 статьи (0,6 п.л.), в научных журналах - 3 (0,89 п.л.), в материалах международных и всероссийских НТК - 10 (2,57 п.л.), в материалах межрегиональных и республиканских НТК - 10 (2,81 п.л.), в трудах МарГТУ- 5 (1,35 п.л.), в других изданиях - 14 (2,68 п.л.).
Получены 3 патента Российской Федерации на изобретения (1,25 п.л.), авторский вклад - 75 %.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и 27 приложений. Текст работы изложен на 198 стр. и включает 61 рисунок, 62 таблицы, а приложения - 63 стр., 17 таблиц, 27 рисунков. Список использованных источников включает 193 наименования.
