Введение к работе
Актуальность работы. Наибольший удельный вес орошаемых земель в Российской Федерации по данным "Мелиоративного кадастра" имеется в Южном федеральном округе, и составляет 2269,5 тыс. га или 50 % от площади (4546,1 тыс. га) орошаемых земель в России.
Протяженность распределительной сети оросительных систем Южного федерального округа составляет 99,1 тыс. км, в том числе межхозяйственные каналы 26,0 тыс. км. (26,2 %) и внутрихозяйственные каналы 73,1 тыс. км. (73,8 %), в основном это длительно эксплуатирующиеся каналы в земляном русле с КПД оросительной сети от 0,47 до 0,75, что ведет к потерям оросительной воды, поднятию уровня грунтовых вод, подтоплению агроландшафтов населенных мест и территорий. На площади около 500 тыс. га (23,1 %) орошаемых земель Южного федерального округа мелиоративное состояние оценивается как неудовлетворительное, более 52 % орошаемых земель нуждаются в реконструкции. По экспертным оценкам для восстановления и поддержания оросительных систем Южного федерального округа в работоспособном состоянии необходимо ежегодно выделение не менее 2,0 млр. руб. Техническое состояние оросительных систем Южного федерального округа на данный момент времени оценивается по данным РосНИИПМ, ВНИИГиМ, НГМА и др. как неудовлетворительное и продолжающееся ухудшаться.
В Южном федеральном округе эксплуатируются около 8,2 тыс. км лотковых каналов оросительных систем, построенных в 50 - 70 годы прошлого века. По результатам визуальной инвентаризации каждый четвертый лоток требует восстановления, так как проектный срок эксплуатации составляет — 25 лет.
Несвоевременно выявленные и неустраненные дефекты и повреждения нередко перерастают в серьезные конструктивные нарушения лоткового канала и невозможности эксплуатации всей распределительной сети оросительных систем. Поэтому важно правильно и своевременно оценить состояние лоткового канала оросительной сети и предусмотреть мероприятия по ремонту их повреждений на ранней стадии развития. Существующие на сегодняшний день
4 методы определения эксплуатационной надежности подобных сооружений относятся к визуальным и используют разрушающие методы ударного воздействия, точность измерения которых недостаточна. В связи с этим возникла потребность в поиске новых современных методов определения количественных оценок надежности оросительных систем для получения возможности выполнения их заблаговременного ремонта и предотвращения дальнейшего разрушения.
В настоящее время отсутствуют методы количественной оценки технического состояния и методики инженерного мониторинга лотковых каналов оросительных систем с использованием приборов неразрушающего контроля. Проведенные исследования были направлены на разработку методики оценки технического состояния лотковых каналов оросительных систем имеющие те или иные повреждения, и степени риска аварии сооружения.
Рассматриваемая работа выполнена в рамках задания "Разработать научно-методические основы и технологии экологически безопасного водопользования в АПК и эффективного функционирования мелиоративных и водохозяйственных систем" на 2001-2005 г. г
Объектом исследований являлись оросительные системы Южного федерального округа.
Предмет исследований - методы повышения качества и надежности эксплуатации оросительных систем Южного федерального округа.
Цель и задачи исследований. Совершенствование методов оценки и прогнозирования технического состояния лотковых каналов оросительных систем Южного федерального округа и разработка методики инженерного мониторинга в целях повышения качества и надежности их эксплуатации.
Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:
- выделить характерные виды дефектов и повреждений и определить причины их возникновения, исследовать существующие методы оценки и прогнозирования технического состояния лотковых каналов оросительных систем;
- выполнить имитационное моделирование и оценить влияние
выявленных повреждений на техническое состояние лотковых каналов оросительных систем;
провести натурные исследования технического состояния лотковых каналов оросительных систем и обосновать рациональное применение приборов неразрушающего контроля;
создать программный комплекс оценки и прогнозирования технического состояния лотковых каналов оросительных систем на основе зависимостей, полученных экспериментальным путем;
разработать методику инженерного мониторинга технического состояния лотковых каналов оросительных систем, для повышения качества и надежности их эксплуатации.
Научная новизна проведенных исследований заключается в том, что впервые для оросительных систем Южного федерального округа:
выявлены и обоснованы границы и степени опасности зон разрушения лотковых каналов оросительных систем;
получены математические модели для оценки влияния установленных дефектов и повреждений на техническое состояние лотковых каналов оросительных систем;
получены зависимости, позволяющие осуществлять прогноз динамики разрушения лотковых каналов оросительных систем;
разработана методика инженерного мониторинга и прогнозирования технического состояния лотковых каналов оросительных систем в целях повышения качества и надежности их эксплуатации.
Приоритетная новизна методики защищена заявкой на изобретение «Устройство для заделки стыкового соединения лотковых каналов» № 2007103419/22(003688), по которой получено решение о выдаче патента.
Основные положения, выносимые на защиту:
- обоснование границ опасных зон разрушения лотковых каналов ороси
тельных систем при различных видах воздействий;
программный комплекс оценки и прогнозирования технического состояния лотковых каналов оросительных систем;
методика инженерного мониторинга технического состояния лотковых каналов оросительных систем для повышения надежности их эксплуатации.
Методология исследований заключается в применении комплекса натурных, лабораторных и теоретических исследований с использованием основных положений системного анализа и методов математического моделирования. Методической основой является концепция государственной политики устойчивого водопользования в РФ, на основе трудов отечественных (И.П. Айдаров, А.Н. Аскоченский, М.С. Григоров,. Н.Н. Дубенок, Б.М. Кизяев, Н.Г. Ковалев, П.И. Коваленко, А.Н. Костяков, И.П. Кружилин, Б.С. Маслов, Ц.Е. Мирц-хулава, В.И. Ольгаренко, Б.А. Шумаков, Б.Б. Шумаков, В.Н. Щедрин и др.) и зарубежных ученых по оценке современного состояния мелиоративных систем и эффективного их функционирования.
Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследований, выборе методик, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обобщении полученных результатов, выводов и предложений производству, апробировании результатов исследований в производстве.
Достоверность результатов исследований и выводов подтверждены большим объемом экспериментальных и теоретических исследований, данными математического анализа полученных результатов с высокими значениями коэффициентов корреляционных отношений, положительными результатами в ходе производственной проверки. Использованные при проведении исследований приборы неразрушающего контроля имеют сертификаты соответствия.
Практическая ценность и реализация работы. Разработаны и предложены производству методика инженерного мониторинга оценки и прогнозирования технического состояния лотковых каналов оросительных систем и программный комплекс моделирования, позволяющие оценить и прогнозировать техническое состояние лотковых каналов оросительных систем на юге России, для повышения качества и надежности их эксплуатации.
7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
доложены и одобрены на региональных научно-практических конференциях и
семинарах НГМА, КубГАУ, ЮРГТУ(НПИ) и ДонГАУ (2000-2006 г. г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 научных работах, в том числе 1 - в рекомендованном ВАК издании.
Структура и объём работы. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству, списка использованной литературы из 142 наименований, в том числе 15 иностранных авторов, содержит 9 таблиц, 71 рисунок, и 4 приложения.
