CC BY
68
Гидротехническое строительство
УДК 502/504:626/627
В. И. ВОЛКОВ, Г. М. КАГАНОВ, П. В. БЕЛОУСОВ
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛОВ ЧЕХОВСКОГО РАЙОНА МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
В 2005-2009 годах в Чеховском районе Московской области были обследованы гидротехнические сооружения IV класса 84 самых больших водоемов района. Оценивали техническое состояние водопропускных сооружений и плотин, устанавливали уровень безопасности как отдельных сооружений, так и гидроузлов в целом.
Безопасность, водоем, гидроузел, гидротехнические сооружения, техническое
состояние.
In 2005-2009 hydraulic structures of IV class of 84 biggest water ponds in the region were inspected. The technical state of art of water-way structures and dams were evaluated, the safety level of both separate structures and waterworks in the whole were established.
Safety, water pond, waterworks, hydraulic structures, technical state of art.
В статье дан анализ состояния В ряде районов Московской обла-гидротехнических сооружений низко- сти насчитывается порядка 100 и бо-напорных гидроузлов Чеховского лее водоемов с низконапорными гидрорайона Московской области, на при- техническими сооружениями (ГТС) IV мере которого продемонстрирована класса. К таким районам относятся возможность методологии Московско- Домодедовский, Зарайский, Каширский, го государственного университета при- Коломенский, Подольский, Раменский, родообустройства, позволяющая при Серебряно-Прудский и Ступинский. минимальном объеме начальной Для принятия рациональных решений информации (или ее отсутствии) по- по проведению ремонтных работ на лучать сведения, достаточные для при- уровне муниципальных образований с нятия рациональных управленческих большим количеством гидроузлов, а так-решений, обеспечивающих безопас- же на уровне субъекта федерации ность гидротехнических сооружений. необходима достоверная информация по
(30)
№ 5' 2010
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВО
состоянию и уровню безопасности отдельных ГТС и гидроузлов в целом, которая позволит направить ограниченные по объему средства на ремонт самых опасных гидротехнических сооружений.
В статье приведены результаты обследований состояния ГТС 84 гидроузлов Чеховского района (в 2004 году -14; в 2005 году -5; в 2007 году -26; в 2008 году -26; в 2009 году -13), выполненных в соответствии с методикой, разработанной в ФГОУ ВПО МГУП для определения
Среди обследованных гидроузлов превалируют гидроузлы с водоемами относительно небольшой емкости (78,6 % плотин имеют объем, не превышающий 100 тыс. м3), сформированными невысокими плотинами (63,1 % плотин имеют высоту, не превышающую 5 м).
Напорный фронт обследованных гидроузлов образован в основном однородными земляными плотинами. Безопасность земляных плотин зависит от ряда факторов, среди которых для низконапорных сооружений особо значимым является превышение гребня плотины над уровнем верхнего бьефа. В Чеховском районе из 36 плотин, находящихся в потенциально опасном или аварийном техническом состоянии, 19 плотин (24,1 % от общего числа) имеют недостаточный запас гребня.
№ 5' 2010
различных показателей, включая оценку состояния и уровня безопасности ГТС в условиях отсутствия (или недостаточности) проектной документации и служб эксплуатации [1-4]. В табл. 1 приведены общие данные по водоемам Чеховского района и средние показатели по Московской области.
Большинство гидротехнических сооружений водоемов требует проведения капитального ремонта (61,1%), в том числе неотложного -19,0 % (табл. 2).
Безопасность грунтовых подпорных сооружений зависит от многих факторов: превышения гребня плотины над расчетным уровнем верхнего бьефа; устойчивости откосов и фильтрационной прочности тела плотины и основания; состояния крепления верховых откосов и покрытий гребня.
Среди 79 земляных плотин сплошное бетонное крепление верховых откосов имеют только 12 плотин (табл. 3) (в целом только 15,2 % верховых откосов плотин имеют сплошное или частичное крепление верховых откосов). Примененный в надводной части на большинстве откосов плотин посев трав (84,8 % плотин) из-за некачественного первоначального выполнения и отсутствия эксплуатации не является защитой от волновых воздействий
31
Таблица 1
Водоемы с обследованными гидротехническими сооружениями.
Общие данные
Район, область Число водоемов Общий объем, млн м3 Общая площадь, га Число водоемов на 1000 жителей Площадь водоемов, % от территории Число водоемов на 1 жителя, м2 Средняя высота плотины, м
Чеховский район 84 6,7 330,8 0,76 0,39 29,9 4,9
Московская область 1218 356,2 16233,1 0,18 0,35 22,9 5,9
Таблица 2
Распределение гидротехнических сооружений по уровню безопасности в зависимости от их технического состояния
Вид требующегося ремонта Не требуют ремонта Текущий Капитальный (плановый) Капитальный (неотложный)
Количество 0 32 36 16
% 0 38,1 42,9 19,0
Гидротехническое строительство
и не препятствует переработке откоса ветровой волной. Так, среди 36 плотин с опасным и неудовлетворительным
В табл. 4 приведены типы покрытий гребня земляных плотин Чеховского района. В основном гребни плотин, имеющие то или иное покрытие, находятся в удовлетворительном состоянии (отдельные случаи -гребни с улучшенным грунтовым покрытием). В то же время 53 плотины (67,1 %) не имеют покрытия на гребне, их эксплуатация затруднена, особенно при неблагоприятных погодных условиях.
Таблица 4
Земляные плотины. Тип покрытия гребня
Покрытие гребня плотины Число %
Асфальтовое Бетонное сплошное 11 12 13,9 15,2
Бетонное двухрядное 1 1,3
Гравийное Щебеночное Улучшенное грунтовое (втрамбованный щебень, гравий) 1 1 0 1,3 1,3 0,0
Без покрытия 53 67,1
Всего земляных плотин 79
Безопасность низконапорных гидроузлов определяется состоянием самой грунтовой плотины и во многом состоянием водосбросных сооружений. При проведении обследований и последующем анализе результатов для оценки надежности тех или иных
уровнем безопасности 33 (41,7 % от всего количества плотин) не имеют надлежащего крепления верхового откоса.
типов водосбросов авторами выполнена детальная классификация существующих водопропускных сооружений при земляных плотинах и по каждому типу сооружений установлен уровень безопасности [5] (табл. 5).
В Чеховском районе преобладают трубчатые водосбросы (67,9 %), среди которых наиболее распространенными являются нерегулируемые (71,9 %). Обобщение данных по уровню безопасности основных типов водосбросов приведено в табл. 6.
В целом водосбросы 47 плотин (56,0 %) имеют опасный и неудовлетворительный уровень безопасности. Лучшие показатели безопасности имеют открытые водосбросы (число таких водосбросов с опасным и неудовлетворительным уровнем безопасности составляет 16,6 % от общего числа сооружений этого типа). Среди трубчатых водосбросов наиболее высокий процент сооружений с опасным и неудовлетворительным уровнем безопасности (15,5 %) имеют безбашенные трубчатые водосбросы (при среднем показателе 74,3 %).
В составе обследованных гидротехнических сооружений насчитывается 28 водовыпусков, уровень безопасности которых приведен в табл. 7. В основном преобладают донные водовыпуски, не совмещенные с водосбросами (23 или
Таблица 3
Земляные плотины. Тип крепления верхового откоса
Крепление верхового откоса плотины Число креплений плотин % от всех типов креплений % от данного типа крепления
Бетонное крепление, всего 12 15,2
В том числе сборными плитами 12 100,0
Асфальтобетонное крепление 0 0,0
Крепление крупнообломочными грунтами 0 0,0
Биологическое крепление, всего 67
В том числе посев трав 67 100,0
Всего земляных плотин 79 84,8
32
№ 5' 2010
Водосбросы при земляных плотинах. Типы, количество и уровень безопасности
Таблица 5
Тип водосброса Всего, единиц % от общего количества % от типа или подтипа Уровень безопасности (процент числа сооружений данного типа )
Нормальный Пониженный Неудовлетворительный Опасный
Единица сооружения % Единица сооружения % Единица сооружения % Единица сооружения %
Открытый береговой,
всего 4 4,8 1 25,0 2 50,0 1 25,0 0 0,0
В том числе:
нерегулируемый 4 4,8 100,0 1 25,0 2 50,0 1 25,0 0 0,0
Открытый в теле
плотины, всего 4 4,8 0 0,0 1 25,0 0 0,0 3 75,0
В том числе:
нерегулируемый 4 4,8 100,0 0 0,0 1 25,0 0 0,0 3 75,0
Водосбросная
плотина, всего 6 7,1 0 0,0 2 33,3 1 16,7 3 50,0
В том числе:
водосливная 3 3,6 50,0 0 0,0 1 33,3 0 0,0 2 66,7
с затворами 2 2,4 33,3 0 0,0 0 0,0 1 50,0 1 50,0
с фермами 1 1,2 16,7 0 0,0 1 100,0 0 0,0 0 0,0
Трубчатый, всего 57 67,9 4 7,0 20 35,1 28 49,1 5 8,8
Трубчатый с
башенными
оголовками, всего 23 27,4 40,4 2 8,7 7 30,4 12 52,2 2 8,7
В том числе:
нерегулируемый,
всего 21 25,0 36,8 1 4,8 7 33,3 12 57,1 1 4,8
с переливом по всему
периметру или через
окна на отметке НПУ 18 21,4 85,7 1 5,6 6 33,3 10 55,6 1 5,6
с переливом через
фронтальную стенку 2 2,4 9,5 0 0,0 1 50,0 1 50,0 0 0,0
регулируемый
(без перелива поверх
стенок башни), всего 2 2,4 3,5 1 50,0 0 0,0 0 0,0 1 50,0
О
00 О
с открытой фрон-
тальной стенкой
(частично или пол-
ностью), перекрытой
затворами и/или
затворами,
установленными
внутри башенного
оголовка, включая
вариант размещения
рабочего затвора на
входе в отводящую
трубу 1 1,2 50,0 1 100,0
со стальным
оголовком с открытой
фронтальной стенкой
или донным отвер-
стием и затворами
внутри башни 1 1,2 50,0 0 0,0
Трубчатый
с ковшовыми
оголовками, всего 11 13,1 19,3 0 0,0
В том числе:
с переливом по всему
периметру 9 10,7 81,8 0 0,0
с переливом через
фронтальную стенку 2 2,4 18,2 0 0,0
Трубчатый безба-
шенный, всего 22 26,2 38,6 2 9Д
В том числе:
регулируемый 2 2,4 9,1 1 50,0
нерегулируемый 20 23,8 90,9 1 5,0
Трубчатый сифонный 1 1,2 0 0,0
Обводной канал 13 15,5 0 0,0
Итого 84 5 6,0
Продолжение таблицы 5
0 0,0 0 0,0 0 0,0
0 0,0 0 0,0 1 100,0
7 63,6 3 27,3 1 9,1
6 66,7 2 22,2 1 11,1
1 50,0 1 50,0 0 0,0
6 27,3 12 54,5 2 9,1
1 50,0 0 0,0 0 0,0
5 25,0 12 60,0 2 10,0
0 0,0 1 100,0 0 0,0
7 53,8 6 46,2 0 0,0
32 38,1 36 42,9 11 13,1
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВО
Таблица 6
Водосбросы при земляных плотинах. Обобщенные данные
Количество Уровень безопасности*
Тип водосброса Всего, еди- % от обще- % от Нормальный Пониженный Неудовлетворительный Опасный
ниц го числа типа Еди- % Еди- % Еди- % Еди- %
ниц ниц ниц ниц
Открытый, всего 27 32,1 1 1,2 12 14,3 8 9,5 6 7,1
В том числе:
открытый береговой 4 4,8 14,8 1 1,2 2 2,4 1 1,2 0 0,0
открытый в теле плотины 4 4,8 14,8 0 0,0 1 1,2 0 0,0 3 3,6
водосбросная плотина 6 7,1 22,2 0 0,0 2 2,4 1 1,2 3 3,6
обводной канал 13 15,5 48,1 0 0,0 7 8,3 6 7,1 0 0,0
Трубчатый, всего 57 67,9 4 4,8 20 23,8 28 33,3 5 6,0
В том числе:
с башенными оголовками 23 27,4 40,4 2 2,4 7 8,3 12 14,3 2 2,4
с ковшовыми оголовками 11 13,1 19,3 0 0,0 7 8,3 3 3,6 1 1,2
безбашенный 23 27,4 40,4 2 2,4 6 7,1 13 15,5 2 2,4
Еди-
Итого ниц 84 5 32 36 11
% 100,0 6,0 38,1 42,9 13,1
* Уровень безопасности в процентах приведен от количества всех водосбросов данного типа.
Таблица 7
Водовыпуски при земляных плотинах. Обобщенные данные
Уровень безопасности
Тип водовыпуска Всего, единиц В % от общего числа Нормальный Пониженный Неудовлетворительный Опасный
Единиц % Единиц % Единиц % Единиц %
Открытый, всего 0 0,0 0 - 0 - 0 - 0 -
В том числе:
регулируемый водозабор ГЭС 0 0 0,0 0,0 0 0 — 0 0 — 0 0 — 0 0 —
Трубчатый, всего 28 100,0 0 0,0 11 39,3 17 60,7 0 0,0
Трубчатый, совмещенный с водосбросом 5 17,9 0 0,0 1 20,0 4 80,0 0 0,0
В том числе:
совмещенный с нерегулируемым башенным водосбросом 4 14,3 0 0,0 1 25,0 3 75,0 0 0,0
совмещенный с регулируемым башенным водосбросом без перелива поверх стенок башни) Трубчатый, не совмещенный с водосбросом 1 23 3,6 82,1 0 0 0,0 0,0 0 10 0,0 43,5 1 13 100,0 56,5 0 0 0,0 0,0
В том числе:
с башенным оголовком в верхнем бьефе безбашенный 2 21 7,1 75,0 0 0 0,0 0,0 2 8 100,0 38,1 0 13 0,0 61,9 0 0 0,0 0,0
сифонный 0 0,0 0 - 0 - 0 - 0 -
Итого 28 100 0 0,0 11 39,3 17 60,7 0 0,0
82,1 %), при этом в потенциально В целом из 28 водовыпусков могут опасном и аварийном состоянии на- выполнять свои функции только ходятся 17 водовыпусков (60,7 %). 11 (39,3 %).
№ 5' 2010
Гидротехническое строительство
Выводы
Приведен значительный объем важных статистических данных по отдельным гидротехническим сооружениям низконапорных гидроузлов Чеховского района Московской области и уровню их безопасности.
На примере Чеховского района Московской области показана возможность использования методологии ФГОУ ВПО МГУП для сбора значительного объема информации (при практическом отсутствии документации и служб эксплуатации), позволяющей соответствующим органам Ростехнадзора и МЧС, а также на уровне местных органов исполнительной власти оперативно принимать необходимые решения для обеспечения безопасности гидротехнических сооружений в районе, планировать и осуществлять ремонтные работы.
Определено число гидроузлов, гидротехнические сооружения которых требуют проведения планового и неотложного капитального ремонта (42,9 и 19,0 % соответственно).
1. Каганов Г. М., Волков В. И., Секисова И. А. Анализ состояния низконапорных гидротехнических сооружений Российской Федерации на примере обследования гидроузлов Московской области // Гидротехническое строительство. - 2008. - № 8. - С. 26-37.
2. Каганов Г. М., Волков В. И. К оценке состояния низконапорных гидро-
технических сооружений при отсутствии проектной документации // Природообу-стройство. - 2008. - № 3. - С. 41-48.
3. Каганов Г. М., Волков В. И. Некоторые проблемы обеспечения безопасности гидротехнических сооружений / Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем: материалы Международной научно-практической конференции. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2006. - Ч. 1. - С. 426-434.
4. Каганов Г. М., Волков В. И., Секисова И. А. Результаты предпа-водкового обследования 2006 года гидроузлов Московской области / / Гидротехническое строительство. - 2007. -№ 4. - С. 2-9.
5. Инструкция о ведении Российского регистра гидротехнических сооружений. РД 03-307а-99 [Электронный ресурс] / Утв. МПР России 12.07.1999, приказ № 144, Минэнерго России 12.07.1997, приказ NK-3357; Минтрансом России 12.07.1999, приказ NK-141 367-ис.; Госгортехнадзором России 12.07.1999, приказ №01/229а.
Материал поступил в редакцию 02.06.10. Волков Владимир Иванович, кандидат технических наук, профессор E-mail: volcov_vi45@mail.ru
Каганов Григорий Михайлович, доктор технических наук, профессор
E-mail: kagvol@yahoo.com
Белоусов Павел Васильевич, инженер
E-mail: pavelbelousov@mail.ru
36
№ 5' 2010
