Методы и вероятностные модели оценки гидравлической эффективности иэксплуатационной надежности оросительных каналов

Актуальность работы. По данным мелиоративного кадастра протяженность оросительной сети составляет 315 тыс. км, в том числе магистральных и распределительных каналов в федеральной собственности — 29 тыс. км, в собственности субъектов Российской Федерации — 23 тыс. км, в муниципальной и собственности физических и юридических лиц — 135 тыс. км.

Так как срок их эксплуатации составляет от 30 до 55 лет, многие из них характеризуются ухудшением технического состояния, следовательно, и снижением гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности. Это обусловлено рядом факторов: деформацией русел каналов, их размывами и заилением, разрушением облицовок и их швов, повышенной шероховатостью их русел, зарастанием их водной растительностью, значительными потерями на фильтрацию, режимами и условиями эксплуатации. Влияние этих факторов приводит к снижению пропускной способности, иногда в несколько раз, отклонению основных параметров канала (глубины, ширины) от проектных значений, увеличению потерь на фильтрацию, значительному уменьшению их КПД, отказам в работе каналов, заключающемся в прорыве дамб, разрушении плит облицовки, затоплении и подтоплении прилегающих к каналам территорий.

Данная работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Сохранение и восстановление плодородия почв, земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов, как национального достояния России на 2006;2010 годы» по теме «Проведение научных исследований и подготовка предложений по государственной поддержке развития мелиорации земель и повышению эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений, находящихся в ведении Министерства сельского хозяйства Российской Федерации».

Цель исследований заключается в разработке методов и вероятностных моделей оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов оросительных систем, а также рекомендаций по повышению надежности их функционирования.

Для достижения поставленной цели исследований необходимо решить следующие задачи:

— установить влияние различных эксплуатационных факторов на гидравлическую эффективность и эксплуатационную надежность оросительных каналов;

— выполнить теоретические обоснования по оценке гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов;

— разработать критерии оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов;

— разработать вероятностные модели эксплуатационной надежности крупных каналов и распределительных каналов оросительных систем;

— провести натурные исследования гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов и на основе обобщения натурных данных каналов юга России получить расчетные зависимости для определения коэффициента шероховатости и гидравлических сопротивлений земляных и облицованных русел каналов при различных условиях эксплуатации;

— разработать методику оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов на оросительных системах и рекомендации по повышению надежности их функционирования.

Методы исследований. Для исследований были использованы теоретические и натурные методы.

В качестве теоретических методов применялись методы теории надежности, основанные на вероятностных подходах. Натурные исследования выполнялись с использованием методик гидравлических исследований, методов математической статистики и теории вероятности для обработки данных наблюдений.

Научную новизну работы составляют:

— критерии гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов и обоснование коэффициентов их снижения;

— вероятностные модели эксплуатационной надежности крупных каналов и распределительных каналов оросительных систем;

— методика оценки и расчетные формулы прогнозного срока службы канала;

— новые расчетные зависимости коэффициентов шероховатости и коэффициентов гидравлических сопротивлений земляных и облицованных русел каналов в различных условиях эксплуатации;

— анализ натурных данных шероховатости, гидравлических сопротивлений, выявленных нарушений и отказов в работе земляных и облицованных русел каналов Юга России.

Достоверность исследования подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными с применением современных аттестованных приборов и оборудования, обработкой полученных данных с применением ПЭВМ, сопоставлением экспериментальных результатов с данными, полученным по формулам других авторов, а также с теоретическими результатами.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

— получены численные показатели гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов Юга России;

— составлен перечень выявленных нарушений и отказов в работе каналов Юга России;

— разработаны практические рекомендации по оценке гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов;

— обобщены и предложены инженерно-технические мероприятия по повышению гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов.

Внедрение результатов. Результаты исследований внедрены ОАО «Севкавгипроводхоз» (г. Пятигорск) в проект реконструкции распределительного канала Р-16 «Право-Егорлыкской обводнительно-оросительной системы (2 очередь)» Ставропольского края, ФГУ «Управление «Ростовмелио-водхоз» при производстве эксплуатационных, ремонтно-профилактических и ремонтных мероприятий распределительного канала в земляном русле БТМК Азовской оросительной системы.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции в «Рос-НИИГТМ» «Обеспечение безопасности и надежности эксплуатации гидротехнических сооружений на мелиоративных системах» (Новочеркасск, 2006 г.), Международной (4-ой Всероссийской) конференции молодых ученых и специалистов «Новые технологии и экологическая безопасность в мелиорации» конференции в ФГНУ ВНИИ «Радуга» (Коломна, 2007 г.).

Публикации. По материалам работы опубликовано 12 печатных работ, в т. ч. 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов по главам, а также общих выводов, списка использованных научно-технических источников и приложений. Общий объем составляет 201 страница машинописного текста, включая 33 рисунка, 28 таблиц, список литературы из 167 наименований, в том числе 27 иностранных авторов.