Мелиорация сельскохозяйственных земель и ее виды.

 Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 «Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и энергетики                                  .

(институт)

Химическая технология и ресурсосбережение  

(кафедра)

КУРСОВАЯ РАБОТА (КУРСОВОЙ ПРОЕКТ)

по учебному курсу «Проблемы устойчивого развития»

Вариант 5

Тольятти 2020

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1 Теоретическая часть. Мелиорация сельскохозяйственных земель и ее виды   5

1.1 Мелиорация в прошлом. Ретроспективный обзор развития мелиорации. 5

1.2. Виды и методы мелиорации сельского хозяйства. 6

1.3. Тенденции развития сельскохозяйственного мелиорации. 7

2 Практическая часть. 11

2.1 Задание на курсовую работу. 11

2.2 Методика определения соответствия условий спуска сточных вод в городскую канализацию.. 12

2.3 Расчет определения соответствия условий спуска сточных вод в городскую канализацию.. 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 20

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 21

В данной курсовой работе выполнена двухуровневая работа, состоящая из теоретической и практической частей.

Теоретическая часть – анализ глобальной экологической проблемы современности.

Согласно варианту, в теоретической части рассматривается мелиорация сельскохозяйственных земель и ее виды.

Практическая часть – расчет степени очистки сточных вод предприятия от загрязнений перед спуском в городскую канализацию.

Цели курсовой работы:

- закрепить и расширить знания, полученные при изучении курса «Проблемы устойчивого развития», а также получить практические навыки регулирования антропогенной нагрузки с целью обеспечить устойчивость экосистемы;

- развить способность системно и интегрировано анализировать экологические проблемы в контексте общих проблем социального развития - анализа глобальных проблем с учетом принципов устойчивости и перехода к упорядоченной, гармоничной динамике развития общества.

Между шестым и третьим тысячелетиями до нашей эры для сельского хозяйства были разработаны основные долины и предгорья трех великих рек Африки и Азии - Нила, Евфрата и Инда [7].

Исследования русского географа и историка Л.Н. Гумилев в связи с увеличением численности населения показал, что площадь незастроенных земель, благоприятных для ведения сельского хозяйства в предгорьях, в то время сокращалась. Люди уходили и уходили далеко за пределы, в засушливые степи, или уходили на равнины, которые периодически наводнялись паводковыми водами. В засушливых зонах и в сухих жарких степях травы (семейство Graminae) не могли расти без искусственного орошения [7].

Сельское хозяйство было очень проблематичным, так как все три эти крупные реки часто ломали свои берега, периодически затопляя большие площади, и часто по несколько месяцев подряд. После затопления посевы часто затоплялись или сгорали на солнце. Следовательно, урожаи здесь были намного беднее, чем в благоприятных условиях предгорий, даже если не было обеспечено достаточного питания [7].

Много веков должно было пройти, пока жители великих речных долин не преодолели проблемы рационального управления паводковыми водами для сельского хозяйства. В зависимости от местных природных условий были приняты разные методы [7].

В долине Нила наводнения начались в июне, а вода оставалась до октября. Воды удерживались на полях земными банками (в современной терминологии это была своего рода система орошения и удержания воды). Воду собирали на насыпях и выпадали плодовитые илы, после чего вода сливалась, а оставленный ил сохранял достаточное количество влаги в течение всего периода выращивания зерновых культур. Кроме того, сам ил был идеальным удобрением. Вероятно, это был первый пример комбинированной системы управления водой и удобрениями на мелиорированных землях. Тепловой режим также улучшился, так как почва охлаждалась испарением воды [7].

Рассмотрим более подробно различные виды и методы мелиорации сельского хозяйства. В таблице 1 изложены методы и задачи регулирования, включая гидротехнические, климатические, технические культуры, эдафические, химические, сельскохозяйственные и лесные мелиорации, фитомелиоративные, рекультивацию воды, используемой для орошения.

Таблица 1 - Виды и методы мелиорации сельского хозяйства

Площадь мелиорированных земель, в частности орошаемых, составляет около 10-15% пахотных площадей Земли, но на них приходится около 30% производства (в денежном выражении). Следовательно, для обеспечения растущего населения продовольствием необходим постоянный ввод новых мелиорированных земель в дополнение к интенсификации сельского хозяйства на существующих мелиорированных землях.

По мнению экспертов ООН, для решения глобальной продовольственной проблемы площадь орошаемых земель должна увеличиваться на 0,5% ежегодно. В то же время для обеспечения стабильного ведения сельского хозяйства распределение орошаемых земель по природно-климатическим зонам должно быть более 20-25% в аридной зоне, 10-20% в сухой степи; От 5 до 10% в степи и от 1 до 5% в лесостепи [5].

В настоящее время обширные орошаемые площади расположены в Индии, Китае, Пакистане, Египте, Иране, США и России. По-видимому, недостаток доступных водных ресурсов останется основным сдерживающим фактором при расширении орошаемых земель. Это относится ко всем соответствующим странам, за исключением Бразилии и России. Несомненно, масштаб развития нового мелиорации будет зависеть от увеличения населения и глобального изменения климата, но количественное увеличение орошаемых и осушенных земель станет менее важным, чем качество мелиорации в сельском хозяйстве.

Как описано выше, в древние времена мелиоративные системы были сложными, то есть они были сконструированы таким образом, чтобы они могли контролировать не только воду, но и питательные, термические и другие факторы окружающей среды.

Современные мелиоративные системы не всегда обладают такими свойствами, потому что в основном контролируется только регулирование потока воды. Используя экологические принципы, можно полагать, что создание более совершенных мелиоративных систем позволит значительно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур (не менее 30-50%) на существующих мелиорированных землях, и это может сократить разрыв между ростом населения и созданием новых территорий, мелиорированных земель. На сегодняшний день концепция комплексного мелиоративного регулирования достаточно развита. Системы были проверены, и в будущем их площадь и значение могут только возрасти.

Мелиорация земель – это процесс улучшения земель, чтобы сделать их пригодными для более интенсивного использования. Усилия по рекультивации могут быть связаны с улучшением районов с недостаточным количеством осадков с помощью ирригации, удалением вредных компонентов из соленых или щелочных земель, обводнением и дренированием приливных болот, сглаживанием и растрескиванием участков разрезами от шахтных полос и аналогичной деятельностью.

Степень улучшения земли за счет орошения связана с засушливостью земли в ее естественном состоянии. Пустыни Ближнего Востока, аллювиальные долины Центральной Азии, Имперская долина Калифорнии и бассейн Колумбии являются примерами районов, освоенных из почти пустынной земли до высокопродуктивного интенсивного сельского хозяйства.

Однако мелиорация земель орошением не ограничивается пустынными районами. Большая часть земель, орошаемых во влажных районах по всему миру, используется для производства рисовых полей [5].

Многие ирригационные проекты потерпели неудачу из-за накопления соли в орошаемых почвах или заиления водохранилищ и оросительных каналов. Поэтому важно, чтобы условия дренажа орошаемых земель учитывались при планировании всех мелиоративных проектов, и чтобы использовалась вода, относительно свободная от растворенных солей.

Мелиорация земель путем орошения широко развивалась Советском Союзе. К концу 1950-х годов Советы сообщили, что в общей сложности около 27 миллионов акров (11 миллионов гектаров) находятся под орошением, около половины из которых находится в Среднеазиатской республике. Реки Сырдарья и Амударья были основными источниками поливной воды в этой области. Эти реки сбрасываются в Аральское море и отклонение этих рек от естественного течения вызвали экологическую катастрофу в регионе [6].

В период между 1960 и 2010 годами, когда основные источники притока воды исчезли, Аральское море сократилось до крошечной доли своего прежнего размера. Распад Советского Союза оставил ныне независимые республики Центральной Азии, граничащие с Аралом в попытках координировать ответ на кризис. Потеря четвертого по величине водоема во внутренних водах в мире привела к более экстремальным колебаниям температуры в регионе, а ураганные ветры уносили загрязненную пыль с открытого морского дна по всему региону. Население, проживающее в этом регионе, впоследствии столкнулось с целым рядом заболеваний и расстройств с заметно высокими показателями [6].

В городе К проектируется химический завод. Спуск сточных вод в количестве с этого предприятия намечается в городскую канализацию. В эту же канализацию поступают городские сточные воды города К. Смесь городских и промышленных сточных вод поступает на городские очистные сооружения, где подвергается биологической очистке. Очищенный сток сбрасывается в реку Н ниже границы города. При санитарном обследовании водоема обнаружено, что ниже намеченного спуска сточных вод на расстоянии 5 км находится населенный пункт  В, который использует воду реки Н для питьевых целей и культурно-бытовых целей.

Данные по составу сточных вод химического завода приведены в таблице 2 для различных вариантов расчета.

Данные по составу воды реки Н выше выпуска сточных вод приведены в таблице 3 для различных вариантов расчета.

Примечания:

1. Выпуск очищенных сточных вод проектируется в стрежень реки, поэтому значение коэффициента  в уравнении (8) для всех вариантов расчета принимается равным = 1,5.

2. Значение коэффициента извилистости реки  в уравнении (8) для всех вариантов расчета принимается равным  = 1,0;

Таблица 2.1 - Данные для выполнения расчетной части

Таблица 2.2 - Данные для выполнения расчетной части

Допустимая концентрация загрязняющих веществ в очищенном стоке после городских очистных сооружений, сбрасываемом в водоем, определяется условием, что концентрации загрязнений в речной воде не должны превышать их ПДК в створе, расположенном на водотоках (реках) в одном километре выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.д.), а на непроточных водоемах и водохранилищах - в одном километре в обе стороны от пункта водопользования. Решение этой задачи осуществляется по уравнению:

,                           (1)

где Спдк – ПДК загрязняющего вещества в воде водоема, в который осуществляется сброс городских очищенных сточных вод, мг/л;

Св – фактическая концентрация того же вещества в воде водного объекта до сброса в него городских очищенных сточных вод, мг/л;

n – кратность разбавления очищенных сточных вод в расчетном створе водного объекта (реки), расположенном в одном километре выше ближайшего по течению пункта хозяйственно-питьевого водопользования.

Кратность разбавления очищенных сточных вод речной водой n в расчетном створе определяется по формуле:

                                                (2)

где Qp – расход воды в реке, м³/с;

Qос – расход городских очищенных сточных вод, сбрасываемых в реку, м³/с;

– коэффициент смешения сточных вод с водой реки в расчетном створе.

Величина Qос определяется по уравнению:

,                                          (3)

где Qпсв – расход производственных сточных вод промышленного предприятия, сбрасываемых в городскую канализацию, м³/с;

Qгсв – расход городских (бытовых) сточных вод, поступающих на городские очистные сооружения, м³/с.

Величина коэффициента обеспеченности смешения для проточных (незарегулированных) водоемов определяется по методу Фролова – Родзиллера:

,                                                   (4)

Коэффициент β определяется по уравнению:

,                                      (5)

где L – расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до расчетного створа водного объекта расположенного в одном километре выше ближайшего по течению пункта хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования;

α – коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения, определяется по формуле:

,                                             (6)

где ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод в водоем; при выпуске у берега он равен 1, при выпуске в стрежень реки он равен 1,5;

φ – коэффициент извилистости реки, он равен отношению расстояния по фарватеру от места выпуска сточных вод до створа ближайшего пункта водопользования (Lф) к расстоянию до того же пункта по прямой (L):

.                                                  (7)

E – коэффициент турбулентной диффузии, который для равнинных рек определяется по формуле:

,                                             (8)

где  ucp – средняя скорость течения на участке между выпуском сточных вод и створом пункта водопользования, м/с;

Нср – средняя глубина водоема на том же участке, м.

Допустимая концентрация загрязнений в смеси бытовых и промышленных сточных вод, поступающей на городские очистные сооружения:

,                                               (9)

где А – эффективность удаления загрязнения на городских очистных сооружениях, %.

Величина расчетного показателя загрязнения смеси бытовых и производственных сточных вод Ссм, определенная расчетом, приобретает значение контрольной величины на период эксплуатации городских очистных сооружений и кладется в основу лимита – предельно допустимого для данного предприятия сброса в городскую канализацию загрязнения.

Допустимая концентрация загрязнений в промышленных сточных водах, сбрасываемых в городскую канализацию:

,                       (10)

где Сгсв – содержание загрязнений в городских сточных водах, мг/л.

Если полученное значение допустимого содержания загрязнений Сд.псв в производственном стоке меньше фактического значения Спсв, т.е. выполняется условие Сд.псв < Спдв, то условия сброса производственных сточных вод в городскую канализацию соответствуют санитарным требованиям. Если Сд.псв > Спдв, то санитарные требования к сбросу сточных вод в канализацию не выполняются и необходима их предварительная очистка.

Эффективность очистки производственных сточных вод перед сбросом в канализацию определяется по формуле:

,                                      (11)

Исходные данные для расчета согласно таблицам 2.1 и 2.2:

- расход сточных вод завода (производственных сточных вод) Qпсв = 0,44 м³/с;

- расход городских сточных вод Qгсв = 5,8 м³/с;

- расход речной воды в реке Qp = 76 м³/с;

- средняя скорость течения ucp =0,34 м/с;

- средняя глубина реки Hcp = 1,28 м/с;

- сточные воды завода содержат бутиловый спирт;

- содержание бутилового спирта в сточной воде завода Спсв = 50 мг/л;

- содержание бутилового спирта в речной воде выше места выпуска очищенных сточных вод Св = 0,01 мг/л;

- содержание бутилового спирта в городских сточных водах Сгсв = 5,0 мг/л;

- ПДК бутилового спирта в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения Спдк = 1,0 мг/л;

- эффективность очистки сточных вод от бутилового спирта на городских очистных сооружениях А = 90 %.

Определение допустимой концентрации загрязняющих веществ в очищенном стоке после городских очистных сооружений, сбрасываемом в водоем.

1. Определение коэффициента смешения γ:

1.1. Коэффициент турбулентной диффузии (уравнение 8):

.

1.2. Расход очищенных сточных вод, сбрасываемых в реку городскими очистными сооружениями (уравнение 3):

.

1.3. Коэффициент α (уравнение 6):

0,106.

где ξ =1,5 при выпуске сточных вод в стрежень реки, а φ=10.

1.4. Коэффициент β (уравнение 5):

Вычисляется значение выражения в числителе уравнения

.

Вычисляется значение коэффициента β:

где L = 4000 м – расстояние от места выпуска сточных вод до створа, расположенного на 1 км выше по течению реки границы пункта В.

1.5. Коэффициент (уравнение 4):

Определение кратности разбавления очищенных сточных вод речной водой (уравнение 2):

Допустимая концентрация примеси в очищенном стоке, сбрасываемом в реку после очистных сооружений (уравнение 1):

Допустимая концентрация загрязнений в смеси бытовых и промышленных сточных вод, поступающей на городские очистные сооружения (уравнение 9):

Допустимая концентрация загрязнений в промышленных сточных водах, сбрасываемых в городскую канализацию (уравнение 10):

Результаты расчетов допустимости сброса сточных вод промышленного предприятия в городскую канализацию оформляются в таблицу 2.3

Таблица 2.3 -  Расчет допустимости сброса сточных вод промышленного предприятия в городскую канализацию

Продолжение таблицы 2.3

2.4 Выводы по полученным результатам

Сравнение полученного значения Сд.псв с фактическим значением содержания бутилового спирта в производственных сточных водах Спсв.

Фактическое содержание бутилового спирта в производственных сточных водах завода составляет Спсв = 50 мг/л. Расчетное значение допустимого содержания бутилового спирта составляет Сд.псв = 553.269 мг/л, т.е. больше фактического значения. Следовательно, сброс сточных вод в городскую канализацию с таким содержанием бутилового спирта допустим.

В курсовой         работе рассмотрен вопрос малиорации земель и ее виды. Рассмотрена мелиорация в прошлом, ее особенности. Составлена таблица видов мелиорации и описание методов мелиорации земель.

Приведены мировые мелиорационные тенденции и представлены ключевые недостатки использования некоторых методов мелиорации земель.

Кроме того, выполнено задание по выданному варианту.

По результатам расчетов, сброс сточных вод в городскую канализацию с таким содержанием бутилового спирта допустим, поэтому не подвергается дополнительной очистке.

1. Федеральный закон от 10 января 1996 г. N 4-ФЗ "О мелиорации земель" (с изменениями и дополнениями). / Система ГАРАНТ. – URL: http://base.garant.ru/10108787/#ixzz6K2EDU7hm (дата обращения: 19.04.2020)

2. Ветошкин А. Г. Инженерная защита окружающей среды от вредных выбросов: учеб. пособие / А. Г. Ветошкин. - Москва : Вологда : Инфра-Инженерия, 2016. - 416 с. : ил. - ISBN 978-5-9729-0127-2.

3. Ветошкин А. Г. Основы инженерной защиты окружающей среды: учеб. пособие / А. Г. Ветошкин. - Москва : Инфра-Инженерия, 2016. - 455 с. : ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература). - ISBN 978-5-9729-0124-1.

4. Ветошкин А. Г. Инженерная защита атмосферы от вредных выбросов: учеб.-практ. пособие / А. Г. Ветошкин. - Москва : Вологда : Инфра-Инженерия, 2016. - 316 с. : ил. - ISBN 978-5-9729-0128-9.

5. Маслов Б.С. Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: справ. / Под ред. Б.С.Маслова. - М. : Ассоциация Экост, 2015. - 606 с. : ил. - ISBN 5-900395-30-8 : Б. ц.

6. Хомидов, Я. Я. Экологические проблемы Аральского моря: легенды и решения / Я. Я. Хомидов. — Текст : непосредственный, электронный // Молодой ученый. — 2016. — № 9 (113). — С. 450-453. — URL: https://moluch.ru/archive/113/29114/ (дата обращения: 19.04.2020).

7. Шабанов В.В. Сельскохозяйственная рекультивация: прошлое, настоящее будущее / В.В. Шабанов. – М.: Московский государственный университет инженерной экологии, 2016. - – URL: https://www.eolss.net/sample-chapters/C10/E5-09-01-05.pdf (дата обращения: 19.04.2020)