CC BY
138
Mironchenko Maxim Sergeevich - post-graduate student, Russian Research Institute of Melioration Problems, junior member of scientific staff of the department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8(8635) 26-65-00, 8-951-496-02-43.
E-mail: rosniipm@novoch.ru
УДК 626.82.004:626.8-192
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
И СООРУЖЕНИЙ
€> 2010 г. К).М. Косиченко
Рассмотрены показатели и критерии оценки технического состояния оросительных систем и их элементов и приведены их нормативные значения. Представлены основные критерии для оценки гидравлической эффективности и эксплуатационной надёжности работы оросительных систем, каналов и сооружений. Для примера приведены результаты обследований Азовской оросительной системы Ростовской области и оценки её технического состояния.
Ключевые слова: критерии, техническое состояние, эксплуатационная надёжность, оросительные системы, сооружения.
Factors and the criteria estimation of technical state of irrigation systems and their details and normative meanings are given. The main criteria for estimation hydraulic efficiency and serviceability of work of irrigation systems, canals and constructions are given. The results of observation of Azov irrigation system of Rostov region its estimations of technical state are taken for example.
Key words: criteria, technical state, serviceability, irrigation systems, constructions.
В настоящее время площадь орошения в России составляет 4,5 млн га, а срок эксплуатации оросительных систем от 40 до 60 лет. В связи с длительным сроком эксплуатации большинство оросительных систем имеет неудовлетворительное техническое состояние и характеризуется значительным снижением эксплуатационной надёжности. Основные показатели таких систем (КПД, КИВ, КЗИ, водообеспечен-ность, площадь засоленных земель, техническая оснащённость межхозяйственной и распределительной сети и др.) находятся на низком уровне и отвечают только системам 111 и IV разряда, требующим комплексной или частичной реконструкции [11-
Тол ько в ЮФО и СКФО требуется проведение капитальных работ для повышения технического уровня на площади 1146,7 тыс. га или 51,3%, в том числе комплексная реконструкция оросительных си-
стем на площади 835,8 тыс. га или 37,4%, строительство и переустройство коллекторно-дренажной сети - 415,7 тыс. га или 18,6%.
Для оценки целесообразности реконструкции оросительных систем учитывают различные критерии: технического состояния системы, эксплуатационной надёжности систем и сооружений, возможности улучшения технических качеств объекта, соответствие потребительских качеств систем современному техническому уровню И др.
К показателям технического состояния оросительных систем можно отнести следующие:
- КПД оросительной сети
Лпс^мсПхсП™;
- показатель технического состояния оросительной системы или сети
Рт — Т1/Т1нор ’
- показатель износа основных элементов оросительной системы
Ри =(Г№ПОВ).100%;
Р„2 = (ДЛУИ пр) • 100%, где Лос _ КПД оросительной сети;
Р- показатель технического состояния оросительной системы;
Ри - показатель износа основных элементов системы;
Лмс^ Лхс^ Лвхс “ КПД соответственно магистральной и межхозяйственной сети, хозяйственной и внутрихозяйственной сети;
ц - КПД оросительной системы;
Л пор - нормативный КПД оросительной системы;
И - площадь повреждений поверхности элементов системы;
^пов - общая площадь поверхности элементов системы;
АЯ - снижение обобщенной несущей способности основных элементов системы; ^пр “ проектное значение обобщенной
несущей способности.
Исходя из перечисленных выше показателей, критериями для оценки технического состояния являются условия:
- обеспечения КПД оросительной сети нормативному значению
Лос — Лнор ’
- обеспечения показателя технического состояния требуемому уровню
Рт >РТХр;
- обеспечения показателя износа элементов допустимому
Ри — Ри.ДОП 1 где Лнор — нормативное значение КПД
оросительной сети по СНиП 2.06.03.85 (табл. 1);
Р , ,р - требуемое значение показателя технического состояния оросительной системы (табл. I);
РИдоп - допускаемое значение показателя износа при нормальном и удовлетворительном состоянии (табл. 1).
К критериям оценки технического состояния сооружений и конструкций оросительных систем, согласно СНиП 33-01 -2003 [2], СНиП 2.06,06-85 [3], СНиП
2.06.08-85 [4], также относятся условия:
- при расчётах общей прочности и устойчивости
г . Я
1п
Таблица 1
Нормативные значения показателей технического состояния оросительных систем
Показатели технического состояния Нормативное значение
Коэффициент полезного действия оросительной сети (КПД) - Лос : - с каналами в земляном русле - с облицованными каналами русла - с внутрихозяйственной сетью в лотках - с внутрихозяйственной сетью в трубах Показатель технического состояния оросительной системы или сети — Рх Показатель износа основных элементов системы - Р и : - при нормальном техническом состоянии - при удовлетворительном состоянии - при недостаточном техническом состоянии - при неудовлетворительном техническом состоянии Не менее 0,80 0,85 0,85 0,90 Не менее 0,90 Не более 5% 10-20% Более 20-30% Более 30%)
где у/с ~ коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый по СНиП 33-01-2003 [2];
- для основного сочетания нагрузок и воздействия в период нормальной эксплуатации - 1,0;
- то же, для периода строительства и ремонта - 0,95;
F - расчётное значение обобщённого силового воздействия или деформации, по которому производится оценка предельного состояния, определённое с учётом коэффициента надёжности по нагрузке у f,
представленного в СНиП 33-01-2003 [2];
R - расчётное значение обобщённой несущей способности, деформации или другого параметра, устанавливаемого нормами проектирования отдельных видов гидротехнических сооружений, определённое с учётом коэффициентов надёжности по материалу ут или грунту уд и условий
работы ус;
у п - коэффициент надёжности по ответственности сооружения, принимаемый в зависимости от класса сооружений: I - 1,25; П -1,20; ПТ-1,15; IV-1,Ю.
Критерием целостности железобетонных элементов ГТС по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента для центрально растянутых элементов, согласно СНиП 2.06.08-87, служит соотношение
уIC N <усу¡y¡i R/,t serAraj, где yfc* - коэффициент сочетания нагрузок, принимаемый по СНиП 2.06.01-86;
N - продольная сила, действующая нормально к продольной оси элемента;
У с УЬ У d ~ коэффициент условий работы,
сочетания нагрузок и влияния на трещино-стойкость элемента количества арматуры; ^hf ser ~ расчётное сопротивление бетона
осевому растяжению для предельного состояния второй группы;
Ared ~ площадь приведённого сечения элемента.
К показателям герметичности конструкции оросительных систем (бетонных элементов ГТС, противофильтрационных облицовок и экранов канала и водоёмов)
следует отнести коэффициент фильтрации
[5].
Коэффициент фильтрации бетона в конструкциях ГТС, в соответствии с ГОСТ 12730.5-84, определяется по зависимости
оъ0
Ьхр
где О - количество фильтрата;
60 - толщина образца бетона;
5 - площадь поверхности бетонного элемента;
х - время фильтрации;
Р - давление воды;
г] - коэффициент, учитывающий вязкость воды (т] =1 при Т- 20 °С).
Осреднённый коэффициент фильтрации противофильтрационной облицовки (экрана) рассчитывается по формуле [6]:
тх ; _ .у. С^оол
\К + д0)г0 '
где Кобл - осреднённый коэффициент фильтрации;
Ьа - толщина облицовки (экрана);
Ъ0 - глубина воды над облицовкой (экраном);
1‘0 - площадь поверхности облицовки (экрана).
Нормативные значения коэффициентов фильтрации конструкций оросительных систем приведены в таблице 2.
Гидравлическая эффективность и эксплуатационная надёжность работы оросительной системы будет обеспечиваться при соблюдении следующих основных критериев [8]:
а) по водообеспеченности
<Р(ч) = (2вод-с1срА>01
б) по пропускной способности оросительной сети
(р{0) - Ор - Оэ > 0 (р; а^р ^ <р(£)) > 0;
в) по коэффициенту полезного действия оросительной сети
«’(';)=Лнор -Лэ 2°;
РЛнор ^01)^0;
г) по показателю технического состояния системы
</?(Рт) “ ^т.нор. — ^Т > 0 і
а^Т.НОр. — ^(^т) — 0 7
где £?вод - расход водозабора в оросительную систему для 75%-ной обеспеченности;
А - площадь системы;
#ср ~~ средний гидромодуль системы;
6э> ~ соответственно эксплуата-
ционная и расчётная пропускная способность оросительной сети;
г)э, Лиор “ эксплуатационное и нормативное значение КПД системы;
Рт, Ртнор - эксплуатационная и
нормативная вероятность безотказной работы системы;
а, (3, у, а - коэффициенты допустимого снижения нормативных показателей, принимаемые от 0,03 до 0,05.
Г идравлическая эффективность и эксплуатационная надёжность ороситель-
Таблица 2
Нормативные значения коэффициентов фильтрации в конструкциях оросительных систем
Конструкции оросительных систем Коэффициент фильтрации Алф (см/с)
Бетонные элементы ГТС марки бетона по водонепроницаемости [7] ¡¥2 7-Ю-8 - 2-Ю-7
¡V4 2*10'х - 7-10'х
¡¥Ь 6-10'у-2-10'*
Г 8 Ы0‘у-6*10‘у
IV10 6*10'|и- 110'У
1¥\2 <6*10'|1)
Противофильтрационные облицовки и экраны каналов и водоёмов по СНиП 2.06.03-85: Бетонные монолитные облицовки 0,23* 10‘6 - 0,81 • 10’6
Железобетонные сборные облицовки 0,29* 10‘6 - 0,81 * Ю’^
Сборные бетоноплёночные облицовки 0,29* 10'° - 0,35 -10"°
Монолитные бетоноплёночные облицовки 0,29*10'6 - 0,35*10'°
Бетоноплёночные облицовки повышенной надёжности с применением геомембран 0 о 1 О сс
Асфальтобетонные облицовки 0,23-10'6 -0,46-10'6
Грунтоплёночные экраны 0,29-10‘6-0,40-104’
ных каналов будет обеспечиваться при выполнении основных критериев:
а) по допускаемым скоростям
<р(и) = и-инез >0;
<р(Р) — и ~ ^нер < ^ ’
б) по пропускной способности русла
— (2пр — 0- ’ а0^2пр — 0,
в) по КПД канала
^(л)- лнор - л;
РоЛ нор — ^(л) —0, где V, итз, С/ПСр - средняя и допустимая незаиляющая и неразмывающая скорость течения;
£>, ()ир - фактическая и проектная
(расчётная) пропускная способность;
Л, Лиор - фактический и нормативный
КПД канала;
ад ,Ро^аО^О - коэффициенты допустимого снижения нормативных показателей до 0,05 [6].
Г идравлическая эффективность и эксплуатационная надёжность гидротехнических сооружений на оросительной сети будет обеспечиваться, если выполняются критерии [8]:
а) по пропускной способности
<»«?) = Спр -С?;
аоС?пр ^ <КО) ^ 0;
б) по поддержанию гидравлического перепада (для трубчатых ГТС)
Ф) = г-гр;
Ргр > (р(г) > 0;
в) по соблюдению затопленного режима сопряжения в нижнем бьефе
(К^ср ) = ^С < 0 ,
гДе £?> 0,щ - фактическая и проектная
(расчётная) пропускная способность (расход) сооружений;
7, Хр - гидравлический перепад фактический и расчётный (проектный);
Л£,йб ~~ соответственно вторая сопряжённая и бытовая глубина в нижнем бьефе.
Для оценки технического состояния, гидравлической эффективности и эксплуатационной надёжности сотрудниками отдела гидротехнических сооружений и гидравлики ФГНУ «РосНИИПМ» были проведены обследования 7 оросительных систем в ЮФО и СКФО (Ростовская область, Ставропольский край, Астраханская область) и более 40 гидротехнических сооружений на них.
Для примера в таблице 3 приведены результаты обследований и оценки технического состояния и эксплуатационной надёжности Азовской оросительной системы Ростовской области.
Азовская ОС была введена в эксплуатацию в 1953 году, имеет площадь орошения 19900 га, расход в голове магистрального канала составляет 18,0 м3/с, КПД оросительной сети - 0,53, КПД магистрального канала в земляном русле — 0,78.
Анализ оценочных критериев технического состояния и эксплуатационной надёжности показывает, что КПД оросительной сети на Азовской ОС значительно ниже норм (по СНиП 2.06.03-85). Значительно ниже также и другие показатели -показатель технического состояния, водо-обеспеченность, показатель эксплуатационной надёжности. Показатель износа основных элементов системы превышает 20%, тогда как допускаемое его значение должно быть не более 10%. Фактическое значение магистрального канала составляет 0,78, в то время как по нормам СНиП оно должно быть не менее 0,90.
Полученные оценочные критерии свидетельствуют о неудовлетворительном техническом состоянии как Азовской ОС в целом, так и основных её сооружений. В связи с этим для повышения технического уровня системы требуется и комплексная реконструкция на площадях 11400 га (57%) общей площади), включающая реконструкцию магистрального канала с устройством современных конструкций противофильтрационных облицовок,
насосных станций, перегораживающих и сопрягающих сооружений, применение измерительных комплексов и др.
Основными индикаторами повышения технического уровня системы при её реконструкции могут служить следующие показатели:
- повышение КПД сети до 0,80;
- повышение КПД магистрального канала до 0,95;
- повышение показателя технического состояния до 0,93;
- рост урожайности сельхозкультур на 30-50%.
После достижения указанных индикаторов оросительная система по уровню технического состояния будет соответствовать I—ТТ разряду по известной классификации [1], что отвечает хорошему и удовлетворительному уровню.
Таблица 3
Оценка технического состояния и эксплуатационной надёжности Азовской ОС Ростовской области
Основные показатели Сравнение оценочных критериев технического состояния и гидравлической эффективности и эксплуатационной надёжности системы Оценка технического состояния оросительной системы и комплекс мероприятий по его повышению
Гор =19900 га, Лос = бмк =18,0 м3/с, Лмк = 0,78, год ввода - 1953. 1. КПД оросительной сети Г|ос = 0,53 < г|ос = 0,80 пор 2. Показатель технического состояния Рт — 0,66 < Рт НОр 3. Показатель износа Ри > 20%(требуемый не более 10%) 4. Водообеспеченность 60% (требуемая не менее 70-90%) 5. Показатель гидравлической эффективности <Р(Я) = (?р - бэ = 20>° “ 18>° = 2,0 м3 / с > аОр - 0,05 • 20,0 -1,0 м3 /с 6. Показатель эксплуатационной надёжности ^(л) = Пнор “Лэ = 0,80 — 0,53 = 0,27 >рг|н0р = 0,05-0,80 = 0,04 7. Магистральный канал протяжённостью 92,2 км: - в земляном русле на всей длине; - КПД фактическое г|мк = 0,78 < Лмккф ^0,90; - техническое состояние - неудовлетворительное на отдельных участках 8. Индикаторы повышения технического уровня системы: - повышение КПД сети до 0,80; - повышение КПД МК до 0,95; - повышение Рт до 0,9; - рост урожайности на 30 50% Техническое состояние системы - неудовлетворительное (оценочные критерии ниже нормативных или рекомендуемых значений). Требуется комплексная реконструкция системы на площади 11400 га, включающая реконструкцию МК, НС, РЗУ, ПК и других сооружений.
Таким образом, указанные критерии их уровня и разработать соответствующие
технического состояния и эксплуатацион- мероприятия (ремонт, частичную или ком-
ной надёжности оросительных систем и плексную реконструкцию),
сооружений позволяют произвести оценку
Литература
1. Ольгаренко, В.И. Эксплуатация и мониторинг мелиоративных систем / В.И. Оль-гаренко, Г.В. Ольгаренко, В.Н. Рыбкин. - Коломна, 2006. - 391 с.
2. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. - Госстрой России, 2003, - 28 с.
3. СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные. - Госстрой СССР, 1985. -
41 с.
4. СНиП 2.06.08-85. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. - Москва: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 32 с.
5. Рубин, В.М. Бетонная облицовка каналов: приложение к журналу «Гидротехника и мелиорация» / В.М. Рубин, А.Г. Шласн. - Москва: Агропромиздат, 1987, - 184 с.
6. Щедрин, В.Н. Методика расчёта гидравлической эффективности и эксплуатационной надёжности оросительных каналов / В.Н. Щедрин, Ю.М. Косиченко, Ю.И. Иовчу. -Москва: ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2008. - 55 с.
7. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). - Москва: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 40 с.
8. Щедрин, В.Н. Эксплуатационная надёжность оросительных систем / В.Н. Щедрин, Ю.М. Косиченко, A.B. Колганов - Москва: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. - 392 с.
Сведения об авторе
Косиченко Юрий Михайлович - д-р технических наук, профессор Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации, заместитель директора по науке (г. Новочеркасск). Тел. 8(8635) 26-65-00. E-mail: rosniipm@novoch.ru
Information about the authors
Kosichenko Yurii Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, professor, Russian Research Institute of Melioration Problems, deputy manager of science (Novocherkassk).
Phone: 8(8635)26-65-00. E-mail: rosniipm@novoch.ru
УДК 631.587:633.2/ 3:631.559
ОРОШАЕМЫЕ ЗЕМЛИ - ГАРАНТ ПРОИЗВОДСТВА КАЧЕСТВЕННЫХ КОРМОВ
О 2010 г. С/I. Селицкий, О. И. Егорова, А А. Дроиь
Приведен краткий анализ природно-климатических условий Ростовской области и современного состояния сельскохозяйственного кормопроизводства.
Приведены материалы и результаты научных исследований по технологии возделывания кормовых культур на орошаемых землях, свидетельствующих о большом потенциале получения высококачественных кормов, необходимых для кормления поголовья КРС.
Ключевые слова: сельское хозяйство, животноводство, кормопроизводство, кормовые культуры, орошение, урожайность.
