CC BY
50
УДК 631.62 DOI: 10.17213/0321-2653-2017-1-76-79
РЕАЛИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА МНОГОФАКТОРНОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ РОСТА ДЕФИЦИТА БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
IMPLEMENTATION MONITORING MULTI-FACTOR EXAMINATION IN THE CONTEXT OF THE GROWING DEFICIT OF SAFETY OF
HYDRAULIC STRUCTURES
© 2017 г. В.А. Волосухин, М.А. Бандурин
Волосухин Виктор Алексеевич - д-р техн. наук, профессор, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова ФГБОУ ВО Донской ГАУ, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: [email protected]
Бандурин Михаил Александрович - канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: [email protected]
Volosuhin Victor Alexeevich - Doctor of Technical Sciences, professor, Novocherkassk Engineering-meliorative Institute. A.K. Kortunov FSBEI HE Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russia. E-mail: [email protected]
Bandurin Michael Alexandrovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, FSBEI HE Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: [email protected]
Приводятся результаты реализации новых систем постоянного мониторинга применительно к длительно эксплуатируемым гидротехническим сооружениям. В настоящее время более 80 % гидротехнических сооружений на юге России отработали большую часть нормативного срока эксплуатации. Остаточный ресурс гидротехнических сооружений позволяет установить безопасный срок их эксплуатации без ограничений или с ограничениями, либо принять решение о ремонте или ликвидации гидротехнических сооружений и части его элементов. Показано, что существующие методики обследования гидротехнических сооружений направлены на оценку в целом пригодности несущих конструкций сооружений к дальнейшей эксплуатации. При проведении обследований появился ряд вопросов по характеру выявления повреждений и дефектов, а также по прогнозированию технического состояния на определённый период времени. Проведено многофакторное обследование гидротехнических сооружений, дана оценка фактического технического состояния, основного оборудования, определен остаточный ресурс элементов, а также установлен дефицит безопасности для оценки возможности продолжения эксплуатации сверх назначенного (или 25-летнего) срока эксплуатации. Результаты обследования являются основанием для подготовки сооружения к продлению срока эксплуатации.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, мониторинг; водопроводящие сооружения; остаточный ресурс; дефицит безопасности, параметры надёжности; технические состояние.
This article summarizes the results of the implementation of new continuous monitoring systems in relation to long-operated waterworks. Currently, more than 80 % of the waterworks in the South of Russia has fulfilled a large part of the normative life. Residual resource of hydraulic structures allows you to set a safe period of operation without restrictions or limitations, or make the decision to repair or eliminate hydraulic structures and parts of its elements. Existing methods of examination of hydraulic structures aimed at overall evaluation of the suitability of load-bearing structures for further use. When conducting surveys, a number of questions on the nature of damage and defects, as well as forecasting of the technical condition for a certain period of time. The purpose of multi-factor survey of hydraulic structures is to assess the actual technical condition of the main equipment, the determination of the residual resource items, as well as the establishment of safety defi-
ciencies for the assessment of the ability to continue operation beyond the appointment (or 25 year) lifetime. The results of multivariate surveys are the basis for the preparation of structures for life extension.
Keywords: waterworks; monitoring; water-conducting structures; the residual resource; the lack of security; reliability parameters; technical condition.
Общий объём статических водных ресурсов Российской Федерации (РФ) оценивается приблизительно в 88,9 тыс. км пресной воды, из них значительная часть сосредоточена в подземных водах, озёрах и ледниках. Среднемноголетние возобновляемые водные ресурсы по новым современным данным оцениваются в 4258,6 км /год. На наиболее освоенные районы европейской части, где сосредоточено до 80 % населения и производственного потенциала, приходится не более 10 - 15 %. По величине местных и приходящих водных ресурсов Федеральные округа (ФО) различаются во много раз, так, например, СевероКавказский и Южный ФО являются самыми низко обеспеченными. Вода в них подаётся по обводнительно-оросительным системам, а именно Кубань-Егорлыкская, Кубань-Калаусская, Донская, Кумо-Манычская, Терско-Кумская [1]. Так, например в 2013 г. забор воды в Южном ФО был равен около 12,00539 км3, из них использовано на производственные нужды - 22 %, на хозяйственно-питьевые - 10 %, на орошение -40 %, а потери воды при транспортировке составили - 28 %, это более 1/4 всего забора воды, а в Северо-Кавказском ФО забор воды - 11,37623 км3 соответственно, из них использовано на нужды производства - 27 %, на хозяйственно-питьевые - 8 %, на орошение - 34 %, а потери воды при транспортировке составили - 31 %, т. е. каждый третий литр бесценной воды не доходит до потребителя. Даже в Крыму, наименее расходующем воду (менее 100 м на одного жителя) в связи с перекрытием Украиной СевероКрымского канала (СКК), потери составили в 2014, 2015 г. более 25 % [2].
Различия по субъектам РФ в водных ресурсах ещё более велики. Наибольшие суммарные водные ресурсы имеют Красноярский край и Республика Саха (Якутия) (соответственно 930 и 959 км3/год), наименьшие - республики Крым, Калмыкия, Ингушетия, Белгородская, Курганская и Курская области: соответственно 0,83; 1,1; 1,7; 2,7; 3,5 и 3,8 км3/год. Около 15 субъектов РФ имеют водные ресурсы меньше 10 км3/год. При этом территории, расположенные в районах недостаточного увлажнения и обладающие очень ограниченными водными ресурсами, аналогично федеральным округам, имеют, как правило,
очень большую их изменчивость, как в многолетнем разрезе, так и внутри года, что накладывает весьма значительные дополнительные трудности в решении проблем водообеспечения [3].
За последние годы водные проблемы существенно обострились в связи с антропогенными изменениями речного стока и изменением собственников гидротехнических сооружений (ГТС): водохранилищ, водозаборных, водосбросных, водопропускных сооружений, которые неохотно вкладывают средства в их эксплуатацию, повышение надёжности и безопасность. В наиболее обжитых районах страны не осталось крупных рек, не нарушенных хозяйственной деятельностью, причём как на водосборах, так и в руслах самих рек.
Согласно данным Водного кадастра РФ за 2014 г. (Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество) происходит многолетнее катастрофическое снижение общих водных ресурсов на юге РФ. В целом по Южному ФО отклонение водных ресурсов от среднего многолетнего значения составило 17,2 % против 6,5 % в 2014 г.
По данным «Мелиоративного кадастра», в России эксплуатируются более 150 тыс. км ГТС, построенных в 50 - 70 годы ХХ в. По результатам визуальной инвентаризации, около 1/3 ГТС требуют восстановления, так как проектный срок их эксплуатации составлял 30 лет, и большинство сооружений уже отработали свой ресурс. Дальнейшее увеличение их возраста приводит к снижению их надёжности и безопасности, ГТС, находящиеся в эксплуатации более 25 лет, независимо от состояния должны один раз в 5 лет подвергаться комплексному анализу с оценкой их прочности, устойчивости и эксплуатационной надёжности. На основе фактических физико-механических характеристик материалов сооружений и их оснований комплексному анализу состояния сооружения подвергаются во внеочередном порядке (СП 58.13330.2012 Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003, пункт 6.5).
Целью многофакторного обследования ГТС является оценка фактического технического состояния основного оборудования, определение
остаточного ресурса его элементов, а также установление дефицитов безопасности для оценки возможности продолжения эксплуатации сверх назначенного (или 25-летнего) срока эксплуатации. Результаты многофакторного обследования являются основанием для подготовки сооружения к продлению срока эксплуатации.
Общее количество поднадзорных Ростех-надзору комплексов ГТС водохозяйственного комплекса - 28 552, из них 3 496 бесхозяйных ГТС. В ведении Минсельхоза РФ в состав мелиоративно-водохозяйственного комплекса Федеральной собственности входит более 60 тыс. различных ГТС, в том числе - более 50 тыс. км -водопроводящих и сбросных каналов и 5,3 тыс. км - трубопроводов [4, 2].
Остаточный ресурс ГТС позволяет установить безопасный срок их эксплуатации без ограничений или с ограничениями либо принять решение о ремонте или ликвидации ГТС и части его элементов [1]. Основным свойством, определяющим ресурс системы, является надёжность её элементов, т.е. надёжность и безотказность работы в течение определённого срока эксплуатации. Надёжность и безотказность работы системы в целом определяется из условия, что каждый элемент системы может находиться в одном из двух состояний - работоспособности или отказа [5].
Существующие методики обследования ГТС [5 - 9] направлены на оценку в целом пригодности несущих конструкций сооружений к дальнейшей эксплуатации.
Мониторинг проводится с учётом действующих нормативных документов по проектированию, изготовлению и специфики эксплуатации, также он выделяет основные требования к процессу проведения измерений технического состояния сооружений с применением современных приборов неразрушающего контроля, а именно разработанного программно-технического комплекса (ПТК) для проведения эксплуатационного мониторинга технического состояния ГТС, который предназначен для определения параметров различных дефектов и повреждений, а также расчёта прогнозируемого срока остаточного ресурса их элементов [10]. С его помощью можно провести оценку каждого дефекта, а также остаточного ресурса до потери несущей способности железобетонных элементов ГТС. ПТК позволяет также оценить влияние ряда факторов на надёжность сооружения, наиболее характерным из которых являются фильтрация, истирание, процессы выщелачивания и степень износа
по участкам с различными гидравлическими характеристиками [11].
Применение ПТК позволяет повысить качество проведения эксплуатационного мониторинга, а главное, значительно ускорить обследование на наличие дефектов и повреждений не-разрушающими методами контроля, обнаружить разуплотнение и просадку грунта вокруг сооружения. Это позволяет провести достоверную оценку технического состояния ГТС [7, 10].
Выводы
1. Национальный стандарт ГОСТ Р 22.1. 12-2005 позволяет сформулировать основные требования к постоянному мониторингу гидротехнических сооружений.
2. Ведение Государственного водного реестра (ГВР) осуществляется в соответствии со ст. 31 Водного кодекса РФ, постановлением Правительства РФ от 28.04.2007 г. № 253 «О порядке ведения государственного водного реестра», приказом МПР России от 16.07.2007 г. № 186 «Об утверждении Правил внесения сведений в государственный водный реестр», приказом МПР России от 29.05.2007 г. № 138 «Об утверждении формы государственного водного реестра», позволяет сформулировать основные требования к эксплуатационному мониторингу водо-проводящих сооружений.
3. Качественный мониторинг ГТС позволяет оценить изменение напряжённо-деформированного состояния во времени при различных сочетаниях нагрузок.
4. Анализ неудовлетворительного состояния отдельных ГТС юга России свидетельствует о нерешённых проблемах с их эксплуатацией, недостаточности средств, выделяемых на многофакторную оценку фактов, влияющих на их надёжность и безопасность; низкой квалификации эксплуатирующего персонала.
Литература
1. Бандурин М.А. Необходимость системы постоянного мониторинга водопроводящих сооружений для рационального водопользования на юге России // Инженерный вестн. Дона. 2016. Т. 41, № 2 (41). С. 99.
2. Дубенок Н.Н., Ляшевский В.И. Состояние и перспективы водообеспечения Республики Крым // Мелиорация и водное хозяйство. 2015. № 3. С. 8 - 11.
3. Волосухин В.А., Бандурин М.А. Особенности применения моделирования аварийных мостовых переездов через водопроводящие каналы при проведении эксплуатационного мониторинга // Изв. вузов. Техн. науки. 2012. № 5. С. 80 - 83.
4. Бандурин М.А. Проблемы определения остаточного ресурса технического состояния закрытых водосбросов низконапорных гидроузлов // Инженерный вестн. Дона. 2014. Т. 28, № 1. С. 69 - 77.
5. Бандурин М.А. Проблемы оценки остаточного ресурса длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений // Инженерный вестн. Дона. 2012. № 3. С. 29 - 34.
6. Бандурин М.А. Совершенствование методов продления жизненного цикла технического состояния длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений // Инженерный вестн. Дона. 2013. Т. 24, № 1. С. 28 - 36.
7. Волосухин В.А., Бандурин М.А. Мониторинг, диагностика и остаточный ресурс несущих конструкций сборных водоподъемных низконапорных щитовых плотин // Вестн. Донского гос. аграрного ун-та. 2015. № 4-1 (18). С. 61 - 71.
8. Волосухин В.А., Бандурин М.А. Программно-технический комплекс для проведения мониторинга и определения остаточного ресурса длительно эксплуатируемых водо-
проводящих сооружений // Вестн. Пермского национального исследовательского политехнического ун-та. Строительство и архитектура. 2013. № 1. С. 57 - 68.
9. Волосухин В.А., Бандурин М.А., Волосухин Я.В., Гороб-чук Е.Н., Воропаев В.И., Белогай С.Г. Мониторинг безопасности гидротехнических сооружений низконапорных водохранилищ и обводнительно-оросительных систем / под общей редакцией В.А. Волосухина. Новочеркасск, 2010.
10. Пат. 2368730 РФ, МПК Е02В 13/00. Способ проведения эксплуатационного мониторинга технического состояния лотковых каналов оросительных систем / М. А. Бандурин, В. А. Волосухин. № 2008100926/03; заявл. 09.01.2008; опубл. 27.09.2009, Бюл. № 27.
11. Пат. 2458204 РФ, МПК Е02В 13/00. Устройство для проведения эксплуатационного мониторинга водопро-водящих каналов / М. А. Бандурин, В. А. Волосухин, В. А. Бандурин, Я.В. Волосухин. № 2010111995/13; заявл. 29.03.2010; опубл. 10.08.2012, Бюл. № 22.
References
1. Bandurin M.A. Neobkhodimost' sistemy postoyannogo monitoringa vodoprovodyashchikh sooruzhenii dlya ratsional'nogo vodo-pol'zovaniya na yuge Rossii [Need of system of continuous monitoring of the water carrying out constructions for rational water use in the south of Russia]. Inzhenernyi vestnikDona, 2016, vol. 41, no. 2 (41), pp. 99. [In Russ.]
2. Dubenok N.N., Lyashevskii V.I. Sostoyanie i perspektivy vodoobespecheniya respubliki Krym [State and prospects of water supply of the Republic of Crimea]. Melioratsiya i vodnoe khozyaistvo, 2015, no. 3, pp. 8-11. [In Russ.]
3. Volosukhin V.A., Bandurin M.A. Osobennosti primeneniya modelirovaniya avariinykh mostovykh pereezdov cherez vodopro-vodyashchie kanaly pri provedenii ekspluatatsionnogo monitoringa [Features of application of modeling of emergency bridge moving via the water carrying out channels when carrying out operational monitoring]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Ser. Tekhn. nauki, 2012, no. 5, pp. 80-83. [In Russ.]
4. Bandurin M.A. Problemy opredeleniya ostatochnogo resursa tekhnicheskogo sostoyaniya zakrytykh vodosbrosov nizkonapornykh gidrouzlov [Problems of definition of a residual resource of technical condition of the closed spillways of low pressure waterengineering systems]. Inzhenernyi vestnik Dona, 2014, vol. 28, no. 1, pp. 69-77. [In Russ.]
5. Bandurin M.A. Problemy otsenki ostatochnogo resursa dlitel'no ekspluatiruemykh vodoprovodyashchikh sooruzhenii [Problems of assessment of a residual resource it is long the operated water carrying out constructions]. Inzhenernyi vestnik Dona, 2012, no. 3, pp. 29-34. [In Russ.]
6. Bandurin M.A. Sovershenstvovanie metodov prodleniya zhiznennogo tsikla tekhnicheskogo sostoyaniya dlitel'no ekspluatiruemykh vodoprovodyashchikh sooruzhenii [Improvement of methods of extension of life cycle of technical condition is long the operated water carrying out constructions]. Inzhenernyi vestnik Dona, 2013, vol. 24, no. 1, pp. 28-36. [In Russ.]
7. Volosukhin V.A., Bandurin M.A. Monitoring, diagnostika i ostatochnyi resurs nesushchikh konstruktsii sbornykh vodo-pod"emnykh nizkonapornykh shchitovykh plotin [Monitoring, diagnostics and residual resource of the bearing designs of combined water lifting low pressure panel board dams]. VestnikDonskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2015, no. 4-1 (18), pp. 61-71. [In Russ.]
8. Volosukhin V.A., Bandurin M.A. Programmno-tekhnicheskii kompleks dlya provedeniya monitoringa i opredeleniya ostatoch-nogo resursa dlitel'no ekspluatiruemykh vodoprovodyashchikh sooruzhenii [Software and hardware complex for carrying out monitoring and definition of a residual resource it is long the operated water carrying out constructions]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura, 2013, no. 1, pp. 57-68. [In Russ.]
9. Volosukhin V.A., Bandurin M.A., Volosukhin Ya.V., Gorobchuk E.N., Voropaev V.I., Belogai S.G. Monitoring bezopasnosti gidrotekhnicheskikh sooruzhenii nizkonapornykh vodokhranilishch i obvodnitel'no-orositel'nykh system [Monitoring of safety of hydraulic engineering constructions of low pressure reservoirs and obvodnitelno-irrigating systems]. Novocherkassk, 2010.
10. Bandurin M.A., Volosukhin V.A. Sposob provedeniya ekspluatatsionnogo monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya lotkovykh kanalov orositel'nykh sistem [Way of carrying out operational monitoring of technical condition of tray channels of irrigating systems]. Patent RF, no. 2008100926/03, 2009.
11. Bandurin M.A., Volosukhin V.A., Bandurin V.A., Volosukhin Ya.V. Ustroistvo dlya provedeniya ekspluatatsionnogo monitoringa vodoprovodyashchikh kanalov [The device for carrying out operational monitoring of the water carrying out channels]. Patent RF, no. 2010111995/13, 2012.
Поступила в редакцию 23 января 2017 г.
