Введение к работе
Актуальность работы. По данным мелиоративного кадастра протяженность оросительной сети составляет 315 тыс. км, в том числе магистральных и распределительных каналов, находящихся 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 эксплуатации этих каналов составляет уже от 30 до 55 лет, многие из них характеризуются ухудшенным техническим состоянием, а следовательно, и сниженными гидравлической эффективностью и эксплуатационной надежностью. Это обусловлено рядом факторов: деформацией русел каналов, их размывами и заилением, разрушением облицовок и их швов, повышенной шероховатостью их русел, зарастанием дна и откосов водной растительностью, значительными потерями воды на фильтрацию, изменением режима и условий эксплуатации. Влияние этих факторов приводит к снижению пропускной способности (иногда в несколько раз) канала, отклонению основных параметров живого сечения канала (глубины, ширины) от проектных значений, увеличению потерь воды на фильтрацию, значительному уменьшению КПД каналов, отказам в их работе, заключающихся в прорывах дамб, разрушении плит одежд, 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», чем подтверждается актуальность ее тематики.
Цель исследований заключается в разработке методов и вероятностных моделей оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов оросительных систем, а также в составлении рекомендаций по повышению надежности их функционирования.
Для достижения поставленной цели исследований необходимо решить следующие задачи:
установить степень влияния различных эксплуатационных факторов (деформаций русла и облицовок, зарастания, заиления, фильтрации) на гидравлическую эффективность и эксплуатационную надежность оросительных каналов;
выполнить теоретические обоснования методов оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов;
разработать критерии оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов;
создать 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 коэффициентов 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 экспериментальные натурные методы. В качестве теоретических методов применялись методы математической статистики, теории вероятности и теории надежности. Для натурных исследований применялись гидрометрические методы определения основных гидравлических характеристик при эксплуатации каналов.
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 оросительной сети;
методика оценки и расчетные формулы прогнозного срока службы канала;
новые расчетные зависимости для определения коэффициентов шероховатости и коэффициентов гидравлических сопротивлений земляных и облицованных русел каналов в различных условиях эксплуатации;
результаты анализа натурных данных о реальных значениях коэффициентов шероховатости, гидравлических сопротивлений, о выявленных случаях нарушений и отказов в работе земляных и облицованных русел каналов Юга России.
Достоверность исследования подтверждается данными натурных экспериментальных исследований, проведенных с применением современных аттестованных приборов и оборудования, а также обработкой полученных данных с применением ПЭВМ, сопоставлением результатов, определенных по полученным формулам с результатами, получаемыми по формулам других авторов и данными натурных наблюдений.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
получены новые 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, направленные на повышение гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов.
Внедрение результатов. Результаты исследований были внедрены ОАО «Севкавгипроводхоз» (г. Пятигорск) в проект реконструкции распределительного канала Р-16 «Право-Егорлыкской обводнительно-оросительной системы (2 очередь)» Ставропольского края, ФГУ «Управление «Ростовмелиоводхоз» 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 «РосНИИПМ» «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 10 печатных работ, в т.ч. 1 статья в издании, рекомендованном ВАК России для специальностей 05.23.07 и 05.23.16.
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 страниц машинописного текста, включая 33 рисунка, 28 таблиц, список литературы из 167 наименований, в том числе 27 иностранных авторов.
