Введение к работе
Актуальность темы. 43% мелиоративных систем по России или 1,872 млн. га (из имеющихся 4,339 млн. га) в 2008 г. не поливались из-за неисправной оросительной сети. По этой же причине не поливалось 30,3 % орошаемых земель Южного федерального округа (652,3 тыс. га). 51 % площади орошаемых земель (1106,7 тыс. га) Южного федерального округа требуют проведения работ по улучшению технического состояния оросительных систем. Такая же ситуация сложилась и в ряде районов предгорной зоны. Так, например, из 250 тыс. га земель Кабардино-Балкарской Республики (КБР), отведенных в этой зоне, под овощные культуры, орошаются всего 130,7 тыс. га. Несмотря на то, что мелиоративные каналы облицованы бетоном, много воды из них теряется на фильтрацию через дно, которое подвержено интенсивному истиранию твердыми наносами, влекомыми по дну с большой скоростью. Недополив сказывается на валовой продукции урожая.
Характерными особенностями эксплуатации облицованных каналов в предгорных условиях являются: высокие значения придонных скоростей (от 3 до 4 м/с), большие продольные уклоны дна (до 0,02), критерий Fr от 1,5 до 4,5 и высокая насыщенность потока наносами с фракциями от 1 до 30 мм. Эксплуатационная надежность облицованных каналов мелиоративных систем предгорной зоны КБР, на которых выполнялись натурные исследования с 2000 по 2008 гг., ниже нормативных требований. Следствием этого является истирание твердого покрытия и недостаточная пропускная способность.
Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Сохранение и восстановление плодородии почв, земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов, как национального достояния России на 2006 -2010 годы», а также согласно межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2006 - 2010 г. и заданию 07 «Разработка научно-методической основы и технологии экологически безопасного водопользования в АПК и эффективного функционирования мелиоративных и водохозяйственных систем».
Цель работы и задачи исследований. Цель заключается в научном обосновании повышения эксплуатационной надежности облицованных каналов в условиях предгорной зоны.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Провести натурные исследования каналов предгорной зоны с установлением условий их работы и оценкой состояния эксплуатационной надежности.
-
Обобщить результаты комплексных исследований, выявить основные факторы, влияющие на работоспособность облицованных каналов в условиях предгорной зоны, произвести количественную оценку их надежности.
-
Разработать эффективные конструкции каналов полигонального сечения для предгорной зоны и способы их возведения.
-
Обосновать методы расчета исследованных конструкций с выработкой рекомендаций по повышению их эксплуатационной надежности.
Методы исследований. В исследованиях использованы теоретические и экспериментальные методы. Большая часть задач решена на основании данных натурных исследований на конкретных объектах. Остальные вопросы решены в процессе лабораторных исследований и сопоставления полученных результатов с нормативными требованиями.
Натурные исследования выполнены в соответствии с методиками, принятыми в инженерной гидрологии. Теоретические исследования с применением законов механики, методов подобия и размерностей, наименьших квадратов и теории планирования эксперимента с основами теории надежности использованы при получении расчетных эмпирических и полуэмпирических зависимостей для определения некоторых гидравлических характеристик (расходов и скоростей) и толщины слоя истирания твердого покрытия дна.
Необходимая информация была получена в результате экспериментальных исследований, проведенных в 2000 - 2008 гг. на магистральных каналах Чегемской ООС Кабардино-Балкарской Республики.
Лабораторные исследования проводились на приборах и установках, прошедших метрологическую аттестацию. На основе этих исследований получены данные о качественных и количественных характеристиках бетонных элементов разрушенных облицовок и проб наносов.
Научная новизна диссертационной работы состоит в:
результатах многолетних натурных исследований для каналов прямоугольного поперечного сечения предгорной зоны, включающих оценку технического состояния, гидравлического и наносного режимов, долговечности;
расчетных эмпирических зависимостях скорости и расхода от глубины потоков в канале, а также толщины слоя истирания наносами твердого покрытия каналов с доверительной вероятностью не ниже 0,95;
научном обосновании усовершенствованных конструкций мелиоративных каналов предгорной зоны с расходами от 2,5 до 7,0 м3/с при насыщении потока наносами с фракциями от 1 до 30 мм, и продольными уклонами дна каналов от 0,005 до 0,025;
уточнении и дополнении методики расчета по оценке уровня надежности разработанных конструкций каналов полигонального сечения для предгорной зоны.
Практическую ценность работы составляют:
научно обоснованные диагностические показатели, позволяющие оценить работоспособность, ремонтопригодность, техническое состояние каналов предгорной зоны;
конструктивные и эксплуатационные мероприятия по повышению эксплуатационной надежности облицованных каналов.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом данных, пол>гченных в результате натурных и лабораторных исследований, проводившихся в течение 2000 - 2008 гг. с использованием апробированных методик, стандартных методов математического анализа, с применением приборов и установок, прошедших в нормативные сроки метрологическую аттестацию, сопоставлением полученных результатов с данными других авторов.
Достоверность полученных результатов обеспечивается разработкой рабочих проектов в ОАО «Каббалкгипроводхоз» и НПФ «Берег»; конструктивная новизна подтверждена положительными решениями на выдачу 4-х патентов.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях КБГСХА, КБГУ, НГМА в 1995 - 2007 гг.; на Всероссийских научно-практических конференциях: «Минимизация вредного воздействия вод в период половодий и паводков, повышение эффективности ведения мониторинга водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений» (Махачкала, 2006г.) и «Паводковые потоки и водные бассейны: проблемы регулирования водотоков, безопасность и надежность ГТС, мониторинг водных объектов и защита водоохранных зон» (Нальчик, 2007г.); III международной научно-технической конференции «Наука, техника и технология XXI века (НТТ-2007)» (Приэльбрусье, 2007г.); на заседаниях кафедры строительных конструкций и сооружений КБГСХА и кафедры ГТС НГМА.
Внедрение результатов. Разработаны и предложены рекомендации по совершенствованию эксплуатационной надежности и эффективности оросительных каналов призматического профиля в условиях предгорной зоны, кото-
рые используются в разработке рабочих проектов в ОАО «Каббалкгипровод-хоз» и НПФ «Берег».
Основные результаты исследований опубликованы в 18 работах. На новые конструктивные решения и технологии получены 4 положительных решения на выдач}' патентов.
Личный вклад автора. Идея постановки проблемы, формулирование задач исследований, нахождение их теоретических и экспериментальных решений, комплексный анализ результатов всех исследований и окончательные выводы по выполненной работе при консультациях с научным руководителем.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 160 наименований (в том числе 12 иностранных авторов) и приложений. Объем диссертации 180 стр машинописного текста, в том числе 46 рисунков, 28 таблиц.
