Методы и вероятностные модели оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Иовчу, Юлия Ивановна

• Иовчу, Юлия Ивановна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иовчу, Юлия Ивановна

Введение.

1 Состояние исследований по оценке гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

1.1 Понятие гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

1.2 Эксплуатационные факторы, влияющие на работоспособность каналов

1.3 Обзор существующих работ в области гидравлической. эффективности каналов.

1.4 Критический анализ исследований коэффициентов шероховатости русел каналов.

1.5 Критический анализ исследований гидравлических сопротивлений русел каналов.

1.6 Исследования эксплуатационной надежности каналов.

1.7 Направления дальнейших исследований, обоснование цели и задач исследований.

Выводы по главе.

2 Результаты теоретических исследований по оценке гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

2.1 Критерии гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

2.2 Обоснование коэффициентов снижения гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности.

2.3 Вероятностная модель эксплуатационной надежности крупных каналов

2.4 Вероятностная модель эксплуатационной надежности распределительных каналов оросительных систем.

2.5 Оценка прогнозного срока службы канала.

Выводы по главе.

3 Результаты натурных исследований гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

3.1 Характеристика объектов исследований.

3.2 Методика натурных исследований.

3.3 Результаты натурных исследований.

3.4 Анализ выявленных нарушений и отказов в работе каналов.

3.5 Анализ натурных данных шероховатости и гидравлических сопротивлений земляных и облицованных русел каналов Юга России

Выводы по главе.

4 Расчетные зависимости для гидравлического расчета земляных и облицованных русел каналов в условиях эксплуатации.

4.1 Методика обработки натурных данных для получения расчетных зависимостей.

4.2 Новые расчетные зависимости для определения коэффициентов п и А. земляных и облицованных русел каналов.

4.3 Уточнение расчетных формул для определения коэффициента Шези по данным натурных наблюдений.

4.4 Сопоставление результатов определения коэффициентов сопротивления земляных и бетонных русел каналов с формулами других авторов

4.5 Сравнение гидравлической эффективности ряда действующих каналов по параметру ß.

Выводы по главе'.

5 Методика оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов. Оценка экономической эффективности.

5.1 Порядок оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

5.2 Расчеты по оценке гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

5.3 Примеры расчетов.

5.4 Мероприятия по повышению гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности оросительных каналов.

5.5 Оценка экономического эффекта от повышения гидравлической эффективности и эксплуатационной надежности каналов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и вероятностные модели оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной 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, 2007г.).

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.