Поиск - новости науки и техники

Не дать уйти. Новые технологии водосбережения подтолкнут мелиорацию.

Вода в оросительных каналах особенно ценна. Ее подают туда, где не хватает естественных водоемов и ощущается дефицит живительной влаги. Но, как оказывается, далеко не вся она доходит до пункта назначения. Ежегодно в России около 5 миллиардов тонн воды просачиваются из каналов в землю. Такие потери недопустимы для сельского хозяйства. Решить проблему можно с помощью специальных противофильтрационных конструкций из геокомпозитов, которые не только препятствуют уходу воды, но и способны самозалечиваться. Такой удивительной темой занимается старший научный сотрудник, кандидат технических наук Олег БАЕВ из Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации. У него есть ряд запатентованных разработок, которые, как он считает, помогут вывести отрасль на лидирующие мировые позиции в области водосбережения. 

– В последние годы в нашей стране наблюдается дефицит водных ресурсов, особенно в засушливых районах: в Калмыкии, Астраханской и Волгоградской областях, в восточных районах Ростовской области, – начинает рассказ Олег. – А для получения высокого урожая сельскохозяйственных культур, как известно, необходимо орошение. Площади орошаемых земель с каждым годом увеличиваются, и, соответственно, растут потребности в воде, подаваемой на поля. Для ее транспортировки от водоисточника до потребителя используют каналы гидромелиоративных систем, по которым вода поступает не только для орошения, обводнения маловодных объектов, но и для водоснабжения некоторых засушливых районов. 
В России общая протяженность всех каналов гидромелиоративных систем, находящихся в федеральной собственности, составляет более 42 700 километров, 80-85% из которых выполнены в земляном русле без гидроизоляции. Это приводит к значительным потерям воды на фильтрацию (просачиванию жидкости через пористую среду подстилающего грунта в нижележащие горизонты), достигающим до 30-40% от всего водозабора, а это порядка 4,8 кубических километра в год, то есть 4,8 миллиарда тонн воды. 
Фильтрационные процессы в каналах приводят не только к большим потерям воды, но и к ряду других негативных явлений: созданию аварийных ситуаций, подтоплению и заболачиванию прилегающих территорий, вторичному засолению почв и, как следствие, выводу части сельскохозяйственных угодий из оборота. 
Другая немаловажная проблема связана с фильтрацией в прудах-накопителях, полигонах промышленных и бытовых отходов, выполненных без противофильтрационных устройств, где загрязненный фильтрат поступает в грунт, подземные и грунтовые воды. Фильтрат –  это неоднородная по своему составу жидкость, которая образуется в результате проникновения атмосферных осадков через толщу отходов на полигонах и концентрируется в их основании. Поэтому сегодня единственный выход из сложившейся ситуации, связанной с фильтрационными потерями, – это устройство на каналах, водоемах и накопителях надежных противофильтрационных покрытий. 
– Как получилось, что вы занялись этой темой?
– С 2013 года я работаю в Научно-исследовательском институте проблем мелиорации в городе Новочеркасске, который уже более 85 лет занимается повышением эффективности использования сельскохозяйственных земель, водных ресурсов, исследованиями фильтрации из каналов, разработкой новых конструкций противофильтрационных покрытий.
Авторский коллектив под руководством доктора технических наук, заслуженного деятеля науки и техники России Юрия Михайловича Косиченко и академика Вячеслава Николаевича Щедрина уже несколько лет проводит исследования по повышению противофильтрационной безопасности каналов, водоемов и прудов-накопителей. Сейчас в этом научном направлении работает коллектив из пяти человек. 
Еще будучи студентом Новочеркасской мелиоративной академии, я стал интересоваться проблемами фильтрации из каналов и уже тогда с профессором Александром Васильевичем Ищенко подготовил восемь заявок на изобретения и ряд научных статей. В 2015 году после досрочного окончания аспирантуры я защитил кандидатскую диссертацию в Национальном исследовательском Московском государственном строительном университете  по моему направлению исследований. С 2013 по 2016 год по государственному заданию Минсельхоза России был ответственным исполнителем по тематикам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на разработку новых противофильтрационных конструкций из геосинтетических и геокомпозитных материалов для оросительных каналов и водоемов. Затем продолжил работу по теме “Рациональное использование водных ресурсов каналов гидромелиоративных систем” – здесь поддержку мне оказывал директор института профессор Виктор Николаевич Шкура. 
В 2018 году получил грант Президента РФ. Такие гранты очень стимулируют молодых ученых. И не только в плане заработной платы. На средства гранта я веду лабораторные испытания, закупаю необходимые материалы, выезжаю в командировки на объекты и конференции.
– Как раньше решались проблемы фильтрации?
– Для борьбы с фильтрацией на каналах и накопителях отходов в прежние годы проводили различные мероприятия с использованием специальных материалов для снижения потерь на фильтрацию. Как правило, создавали глиняный экран толщиной до одного метра, применяли полиэтиленовые пленки и бетонные покрытия. Многие из таких мероприятий оказывались недостаточно эффективными, а материалы – недолговечными (например, полиэтиленовая пленка толщиной всего 0,2 миллиметра очень быстро повреждалась). На смену таким “традиционным покрытиям” в последние годы пришли современные – геосинтетики и геокомпозиты. Это двух- или многослойные материалы с повышенной прочностью и водонепроницаемостью. Такие материалы уже несколько лет широко применяют за рубежом, и они зарекомендовали себя как долговечные, простые в укладке и эксплуатации.
– То есть это что-то типа ковра, который укладывается на дне? 
– Да, покрытия укладываются на дне и откосах сооружения в виде “ковра”. Расстилают их по всей площади вручную или с помощью механизмов. Толщина противофильтрационного элемента от 0,2 мм до 1 см. Как правило, полностью устилают крупные каналы, чтобы исключить размывы дна и откосов, размывы ограждающих земляных дамб. Небольшие каналы (распределители) облицовывают на наиболее опасных участках или там, где наблюдаются большие потери воды на фильтрацию ввиду наличия сильнофильтрующих грунтов основания (например, карст, горная местность).
– Каков ваш вклад в противофильтрационное направление?
– Обобщив зарубежный и отечественный опыт, мы разрабатываем новые конструктивно-технические решения противофильтрационных покрытий из новых композитных материалов, создаем конструкции на их основе для различных условий, в том числе сложных. Новые геокомпозитные материалы и конструкции противофильтрационных покрытий мы испытываем как в лабораторных, так и в натурных условиях: для этого создаем образцы и опытные участки. Также разрабатываем новые, более совершенные конструкции покрытий с заданными свойствами. Проводим лабораторные исследования по ремонту длительно эксплуатирующихся бетонных покрытий, но уже с использованием композитных материалов. Ведем теоретическую работу и делаем расчеты по оценке надежности и вероятности появления повреждений, занимаемся компьютерным моделированием процесса фильтрации.
– Что означает  термин “геокомпозиты с заданными свойствами”?
– Это материалы, которые восстанавливают свои функции в процессе эксплуатации. Они способны регенерировать образующиеся в процессе эксплуатации сооружения повреждения (самозалечиваться), тем самым полностью исключая утечки воды на фильтрацию, даже при образовании проколов. Это особенно важно для накопителей особо опасных отходов (шламо- и шлакохранилища, золоотвалы, скотомогильники). 
Мы считаем конструкции на основе таких покрытий высоконадежными из-за практически полной водонепроницаемости и долговечности (прогнозный срок службы – 75-100 лет). В РосНИИПМ я с коллегами занимался разработкой новых противофильтрационных полимерных материалов из вторичного сырья. При их выпуске частично решается проблема утилизации отходов полимеров – они, по сути, получают “вторую жизнь”. С экономической точки зрения такие материалы дешевле, но, к сожалению, их срок службы несколько меньше, чем из первичного сырья.
– Вы имеете патенты?
– Практически все мои конструктивно-технические решения зарегистрированы и подтверждены патентами на изобретения, а разработанные методики расчета оформлены в виде программ для ЭВМ. Всего я получил более 50 патентов и свидетельств на программы для ЭВМ. За эти разработки в 2016 году я был удостоен диплома I степени правительства Ростовской области в конкурсе инноваций как лучший изобретатель Ростовской области. 
– Ваши разработки находят применение? 
– Многие уже используются на объектах природоохранного и гидромелиоративного назначения при устройстве противофильтрационных покрытий. В 2015-2018 годах при реконструкции Донского магистрального канала Ростовской области применялись конструкции с использованием геокомпозитных материалов, и эта работа продолжается до сих пор. В 2018 году мы провели натурные обследования участков канала после реконструкции и не обнаружили нарушений облицовки и подтопления приканальных территорий. 
В 2014 году при строительстве пруда – накопителя отходов в городе Тихорецк был создан противофильтрационный экран общей площадью 1,6 гектара. Многие наши конструктивно-технические решения использованы в различных проектах строительства и реконструкции, это подтверждено более чем 10 актами внедрения с расчетами экономического эффекта.
И главное, что хотелось бы отметить: мы не должны отставать в этом направлении от стран Евросоюза, где вопросам разработки новых геокомпозитных материалов и конструкций противофильтрационных покрытий на их основе, рациональному использованию водных ресурсов, исключению потерь воды на фильтрации уделяется огромное внимание. Создание геокомпозитов с заданными свойствами даст возможность не только опередить зарубежные разработки, но и создать совершенно новые технические решения, внедрение которых позволит практически полностью исключить потери воды на фильтрацию.
Беседу вела Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото предоставлено О.Баевым
На снимке: Олег Баев на участке реконструкции Донского магистрального канала

Нет комментариев