Комплексная система оценки надежности открытой оросительной сети с учетом экологических факторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.02, кандидат технических наук Челахов, Василий Царукович

• Челахов, Василий Царукович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Челахов, Василий Царукович

ВВЕДЕНИЕ

1. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ОС.

1.1. Основные направления исследований, понятия и показатели теории надежности.

1.2. Анализ факторов, влияющих на эксплуатационную надежность открытой оросительной сети.

1.3. Основные виды воздействия открытой оросительной сети на компоненты окружающей среды.

1.4. Критерии оценки эксплуатационной надежности ОС.

1.5. Существующие подходы к оценке экологической устойчивости ОС.

Выводы.

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗУЧАЕМЫЕ ОБЪЕКТЫ.

2.1 Природно-климатические условия.

2.2 Геоморфология, геология и гидрогеология.

2.3 Состояние почв сельскохозяйственных угодий.

2.4 Объекты исследований.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Разработка программы исследований.

3.2 Выбор методов исследований.

3.3 Структурная схема проведения исследований.

3.4 Описание принятой методики исследований.:.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОЦЕНКЕ НАДЕЖНОСТИ ОТКРЫТОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ С УЧЕТОМ

ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ.

4.1 Комплексная система оценки надежности открытой оросительной сети с учетом экологических факторов. t 4.2 Разработка усовершенствованной ярусной иерархической модели экологической надежности открытой оросительной сети.

4.3 Оценка эксплуатационной надежности и долговечности бетонных противофильтрационных облицовок оросительных каналов.

4.4 Особенности формирования ирригационной эрозии на водосборах Нижнего Дона.

4.5 Оценка экологической надежности открытой оросительной сети в условиях развития эрозионных процессов.

4.6 Оценка экологической надежности открытой оросительной сети по условиям подъема уровня грунтовых вод и засоления почв.

4.7 Экологическая оценка ландшафта орошаемых земель.

Выводы.

5. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ОТКРЫТОЙ

ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ.

5.1 Статистическая оценка показателей интенсивности отказов открытой оросительной сети.

5.2 Статистическая оценка показателей надежности облицовок оросительных каналов.

5.3 Оценка проницаемости тонкостенных бетонных конструкций на открытой оросительной сети.

5.4 Оптимизация интервала проведения ремонтных и восстановительных работ.

5.5 Рекомендации по контролю технического и экологического состояния открытых оросительных сетей.

Выводы.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексная система оценки надежности открытой оросительной сети с учетом экологических факторов»

Актуальность темы. Интенсивная эксплуатация открытой сети на оросительных системах без ее комплексной оценки надежности, преобладание экономических целей над экологическими, способствовала развитию деструктивных процессов на орошаемых землях Ростовской области. Произошел подъем уровня грунтовых вод на значительных площадях, подтопление и засоление земель. Только за последние годы было списано более 20 тыс. га орошаемых земель из-за потери надежности эксплуатации магистральных и распределительных каналов, прогрессирующей ирригационной эрозии, засоления и заболачивания. В процессе эксплуатации оросительной сети все ее элементы подвержены воздействию различных факторов. Влияние этих факторов проявляется в виде отклонений параметров системы от расчетных значений, изменения за время эксплуатации уровня грунтовых вод, пропускной способности, высоты командования и т.д. Эти отклонения могут быть столь значительными, что дальнейшая эксплуатация всей оросительной системы становится экологически опасной. Техническое состояние и эксплуатация оросительных систем в Ростовской области оцениваются как критические [75, 89]. Построенные 25-30 лет назад водозаборы и каналы, обслуживающие сложное мелиоративное хозяйство, требуют реконструкции [75]. Существующие методы оценки надежности временной и постоянной открытой оросительной сети основаны на детерминистическом подходе к решению проблемы и практически не учитывают воздействие экологических факторов. Отсутствие комплексной оценки надежности открытой оросительной сети с учетом прогрессирующей деградации почв отрицательно влияет на обоснованность административных решений в сфере сельскохозяйственного производства.

Комплексная оценка необходима для решения наиболее остро стоящих перед эксплуатационниками задач: разработки рациональных методов профилактических работ, изучения влияния надежности на эффективность эксплуатации, определения требований к надежности с

4 технических и экологических позиций, разработки и обоснования единичных и комплексных количественных и качественных показателей надежности и т.д. Перечисленный круг задач свидетельствует о необходимости дальнейшего всестороннего изучения факторов влияющих на надежность функционирования открытой оросительной сети. Продолжение и развитие идей в области оптимизации комплексной оценки надежности определяют теоретическую и прикладную актуальность данной работы.

Цель работы - разработка комплексной системы оценки надежности открытой оросительной сети с учетом экологических факторов.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка комплексной системы оценки надежности оросительной сети с учетом показателей технического состояния, подъема уровня грунтовых вод, засоления почв, выноса гумуса, ирригационной эрозии, видового состава ландшафта;

- изучение факторов, влияющих на надежность временной открытой оросительной сети;

- проведение статистической оценки надежности облицованных и лотковых каналов оросительных систем на водосборах Нижнего Дона;

- оптимизация интервала проведения ремонтных и восстановительных работ для предупреждения снижения надежности;

- определение экономической оценки результатов исследований и разработка рекомендаций производству.

Научная новизна заключается в следующем:

- выявлены и обоснованы экологические факторы и критерии, влияющие на надежность оросительных сетей на водосборах Нижнего Дона;

- разработана комплексная система оценки надежности оросительной сети с учетом экологических факторов: подъема уровня грунтовых вод, засоления почв, выноса гумуса из корнеобитаемого слоя, ирригационной эрозии и преобразования ландшафта орошаемых земель;

- произведена оценка экологической надежности открытой оросительной сети в условиях развития эрозионных процессов, выноса гумуса, подъема уровня грунтовых вод и засоления почв;

- разработана усовершенствованная ярусная иерархическая модель надежности элементов открытой оросительной сети с учетом экологических факторов и методика моделирования;

- получены экспериментально-статистические модели надежности функционирования открытых оросительных сетей для оптимизации решения рецептурно-технологических задач комплексной системы оценки надежности и проведения профилактических мероприятий;

- предложены научно обоснованные усовершенствованные методы '0 оценки временной открытой оросительной сети и способы повышения надежности противофильтрационных облицовок на каналах.

Объект исследовании - открытая оросительная сеть Багаевско — Садковской и Нижне - Донской оросительных систем Ростовской области.

Методы исследовании. Задачи, поставленные в диссертации, решались путем проведения комплексных полевых, лабораторных и теоретических исследований. В основу теоретических исследований легли: теория вероятностей, математическая статистика, теория оценки надежности гидромелиоративных систем и объектов, теория планирования эксперимента.

Обработка опытных данных велась статистическими методами с привлечением стандартных пакетов прикладных программ STATISTICA, EXCEL и MATHCAD.

Достоверность полученных результатов обеспечена статистическими методами оценки эксперимента, вероятностной проверкой адекватности полученных математических моделей и сопоставимостью результатов теоретических и натурных исследований.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по применению предложенных способов комплексной оценки надежности оросительных сетей, обеспечивающих возможности: применения рациональных методов профилактических работ, снижения затрат на ремонт и реконструкцию, обоснование единичных и комплексных количественных и качественных показателей надежности, сохранения посевных площадей, поддержания благоприятной экологической обстановки на орошаемых массивах расположенных в зоне действия открытой оросительной сети.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в проектную документацию ГУ «Южводпроект» (г. Ростов-на-Дону) в составе проектов реконструкции открытых оросительных сетей. Использованы ГУ «Ростовводмелиорация» (г. Ростов-на-Дону) в практике эксплуатации межхозяйственных и внутрихозяйственных оросительных систем орошаемых хозяйств Багаевского, Веселовского, Семикаракорского районов Ростовской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены па научно - практической конференции ученых ФГОУ ВПО НГМА (Новочеркасск, 2003 г.), на научно -практических семинарах ФГНУ РосНИИПМ (Новочеркасск 2003-2005 г.г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах. Общий объем публикаций составляет 1,4 печ. л. из них лично соискателя 1,1 печ. л.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 212 стр. машинописного текста, включает в себя 44 таблицы и 29 рисунков. Список используемой литературы включает 160 наименований.

Заключение диссертации по теме «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», Челахов, Василий Царукович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании экспериментально-теоретических исследований разработана комплексная система оценки надежности открытой оросительной сети с учетом экологических факторов: подъема уровня грунтовых вод, засоления почв, выноса гумуса из корнеобитаемого слоя, ирригационной эрозии и преобразования ландшафта орошаемых земель.

2. Для проведения комплексной оценки разработана усовершенствованная иерархическая модель экологической надежности открытой оросительной сети, которая заключается в разбивке открытой оросительной сети на участки, ограниченные точками водовыдела и расчете показателей экологического влияния для каждого участка.

3. Изучены факторы, влияющие на экологическую надежность открытой оросительной сети, которая при поверхностных способах полива на различных видах почв составляет Рпп = 0,14 - 0,56, при поливе дождеванием Р^ = 0,17 -0,45; Вероятность перехода орошаемых земель в стадию экологического риска для Багаевско-Садковской ОС - Рл= 0,61, для Нижне-Донской ОС - Рл= 0,34; в стадии экологического кризиса соответственно: Рл=0,19 и Рл=0,45.

4. Установлено, что надежность железобетонных плит облицовки на оросительных каналах в значительной степени обеспечивается защитными свойствами бетона по отношению к стальной арматуре. Предложенные теоретические зависимости позволяют делать прогноз долговечности службы облицовки каналов Багаевско-Садковской и Нижне-Донской ОС. Вероятность обеспечения технической надежности - 0,83 - 0,87; вероятность обеспечения экологической надежности - 0,68.

5. Определены и научно обоснованы вероятностные значения интенсивностей отказов элементов Багаевско-Садковской и Нижне - Донской оросительных систем, которые позволили заключить, что наиболее вероятный интервал интенсивности отказов, для практического его использования составит 0,25*0,9 ' , а среднее значение интенсивности отказов си • год

0.528 ' с вероятностью Р - 68,6 %. км ■ год

6. С учетом теории надежности разработан новый подход к обоснованию оптимального времени проведения предупредительных ремонтов. Установлено, что на участках оросительных каналов протяженностью 0,4 - 0,5 км, при расходе воды 0,5 - 0,7 м3/с и времени эксплуатации 6-8 лет, по предлагаемой технологии проведения обследований, научно обосновывается оптимальное время проведения предупредительных ремонтов.

7. Внедрение научно-обоснованных положений по комплексу проводимых агромероприятий, с учетом влияния экологических факторов позволяет существенно повысить экономический эффект при эксплуатации оросительных систем Ростовской области. Фактический экономический эффект за счет предотвращения деградации земель и потерь урожая составил 220458,83 руб. на весь объем внедрения с площади 3730,7 га.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Комплексную оценку надежности открытой оросительной сети следует проводить по предлагаемой методике, с учетом следующих экологических факторов: подъема уровня грунтовых вод, засоления почв, выноса гумуса из корнеобитаемого слоя, ирригационной эрозии и преобразования ландшафта орошаемых земель. Порядок организации и проведения оценки следующий:

Визуальные и инструментальные обследования для оценки технического и экологического состояния ОС должны проводится 3 раза в год:

- весной, перед заполнением ОС водой;

- летом (в период наиболее интенсивной эксплуатации);

- осенью, после удаления воды из ОС.

Внеочередные осмотры ОС проводятся после отказов экологически надежной эксплуатации ОС или отдельных ее элементов.

2. Предупредительные ремонты на участках оросительных каналов протяженностью 0,4 - 0,5 км и при расходе воды 0,5 - 0,7 м3/с следует проводить по истечении 6-8 лет от пуска в эксплуатацию после последнего капитального ремонта.

3. С целью наивысшей отдачи от комплексно проводимых агромероприятий капитальные вложения по каждому виду почвенно-восстановительных работ и группе хозяйств необходимо, соответственно, осуществлять в следующем процентном соотношении: а) на мелиоративную обработку земель 18,62; 18,13; 15,88%; б) на внесение химических мелиорантов 45,5; 43,86; 46,15 %; в) на внесение органических удобрений 35,88; 38,01; 37,97 %.

176

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Челахов, Василий Царукович, 2005 год

1. Аверьянов С.Ф. Фильтрация из каналов и ее влияние на режим грунтовых вод. М.: Изд-во АН СССР, 1956. - с. 26-40.

2. Адлер Ю.П. и др. Об одном методе информации при планировании эксперимента. // Планирование эксперимента. М.: Наука 1966.

3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В. Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий М.: Наука, 1476

4. Айдаров И.П., Голованов А.И. Мамаев М.Г. Оросительные мелиорации. 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Колос, 1982.-176с.

5. Айдаров И.П., Голованов А.С., Никольский Ю.Н. Оптимизация мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых сельскохозяйственных земель. М.: Агропромиздат.1990-58с.

6. Алексеев С.Н. Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.: Стройиздат 1976.-208с.

7. Алиев Т.А. и др. Прикладные исследования гидротехнических сооружений. -М.: ЦБНТИ «Водстрой» 1992. 258с.

8. Алиев Т.А., Картвешвили А.Н. Экологическая надежность гидромелиоративных систем. -М.: ЗАО «Мэйн», 2001 -50с.

9. Алимов А.Г. Эффективность и надежность оросительных каналов «Гидротехника» мелиорация, 1982, № 4 с.31-38.

10. Антонов Е.А. и др. Неразрушающий контроль воздухопроницаемости и пористости бетона // Реф. инф. «Промышленность сборного железобетона» -М.: ВНИИ ЭСМ,1975.-вып.7.-с. 10-11.

11. Аптиева Е.В., Иванова Н.А., Санников В.П. Обоснование водного режима корнеобитаемого слоя почвы. Меж. вуз. сб. науч. Трудов т.5. с-117-119

12. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970.-487с.

13. Батурин Г.В., Горшков Н.И. К вопросу повышения эксплуатационной надежности закрытых дренажных систем. Ташкент, 1980 - 235 с.14.