автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.05, диссертация на тему:Оценка и обеспечение экологической надежности закрытых оросительных систем

КРЫМСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДООХРАННОГО ^Г о; и КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

I

су> На правах рукописи

ПАШЕНЦЕВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ЗАКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.26.05 — «Инженерная экология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Симферополь — 1997

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Крымском институте природоохранного и курортного строительства.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор БОРОВСКИЙ Борис Иосифович; доктор геолого-минералогических наук, ДУБЛЯНСКАЯ Галина Николаевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор МУКУК Кемал Веселович; кандидат технических наук, доцент КАРП И Й Георгий Иванович

Ведущая организация: проектно-изыскательский институт «Крымгипроводхоз».

Заи^гр диссертации состоится ^ иЮНД, \ дд7 г

в _часов на заседании специализированного совета

К 20.04.02 по присуждению ученых степеней при Крымском институте природоохранного ¡и курортного строительства (333000, ул. Киевская, 181, аудитория 329_).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Крымского института природоохранного и курортного строительства.

Автореферат разослан_& Л/ОЛ,_1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

СУББОТКИН Л. Д.

СЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, РАБОТЫ

Актуальность работы. Орошаемое земледелие активно влияет на ечсние важных природных процессов: формирование поверхностного подземного стоков, установление водно-воздушного режима корне-битаемого слоя и пр...ри недостаточной комплексности выполнения абот, неполном учете всех природных связей в зоне влияния ороси-ельнсй системы, недостаточном уровне технических средств ороше-ие может привести к негативным экологическим последствиям: под-оплению и заболачиванию территории, вторичному засолению и водой эрозии почв, активизации карста и других геологических процес-ов. В результате, из землепользования могут выпасть значительна площади пашни, не будут получены планируемые объемы сельско-озяйственной продукции, возрастет дефицит воды. Эти обстоятель-тва повышают ме£у ответственности мелиоративных и водохозяйст-енных организаций,'оруществлящих проектирование, строительство, ксплуатацню закрыты^: оросите^Ьф^х систем (ЗОС). - ..'••■

Характерней чертой ЗОС является 70, что ори представляет обой системы длительного действия. С ростом срока их службы озрастает вероятность выхода системы из строя. С увеличением лощади, обслуживаемой ЗОС, увеличивается ее сложность, возрас-ает интенсивность отказов и, как следствие, падает эплогичес-ая -надежность.. Повышение экологической надежности ЗОС имеет олыиое экономическое значение, так как это связчно не только с жегедным выделением больших средств на ремонт.й техническое об-, луживание ЗОС, но и со снижающейся из года в год урожайностью ельсксхозяйствснных культур.

Сегодня уже недостаточно, чтобы ЗОС имела высокую степень адежности с позиции безотказней работы технических средств, беспечивакцих подачу воды в заданные сроки на поля. Так как ЗОС вляется системой природно-технической, то требуется гарантии, 5еепечивэюи;ие предотвращение или сведение к минимуму негативно-о влияния технической составляющей на природную. В связи с этим, зучение вопроса экологической надежности ЗОС является актуальной здачей к.обеспечению которой необходимо стремиться на всех эта-эх освоения орошаемых плодадей, начиная с проектирования и закан-ииая строительством и эксплуатацией систем.

Тема диссертации отвечает направлению научно-исследователь-ких работ КИПКС, в частности, кафедр инженерной экологии,гидро- • злисрашш,ГТС. Объектом исследований экологической надежности

- н -

ЗОС выбрана территория Крыма, в связи с интенсивным развитием оро шаемого земледелия и ухудшением экологического состояния в регион

Цел р исследований является оценка и обеспечение экологической надежности ЗОС.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ отказов на ЗОС Крыма и оценка их влияния на экологическое состояние орошаемн* земель;

- выбор объектов для исследований экологической надежности

ЗОС;

- анализ существующих методов расчета надежности технических

систем; ашщшМ. ■

- сопоставь .'кие оценокунадежности ЗОС, полученных различными

методами; '

- обоснование выбора оптимального варианта ЗОС;

- оценка влияния ротации сельскохозяйственных'культур в севообороте на эколо ическую надежность ЗОС;

- экономическое обоснование мероприятий по повышении экологической надежности ЗОС. • |

Научная новизна диссертации заклю ается в разрарорке классификации отказов ЗОС По видам и причинам; обоснование утечек из ЗОС на пйдьем уровней грунтовых вод и изменение экологического состояния орошаемого участка; разработке метода радчета экологической надежности ЗОС; разработке рекомендаций ю повышенно экологической надежности ЗОС.

Основные защищаемые положения.

1. Классификация отказов ЗОС и их влияние на экологическое состояние территории.'

2. Метод оценки .экологической надежности ЗОС, основанный на определении средних оценок вероятности отказа элементов система.

3. Обеспечение экологической надежности ЗОС путем ее секционирования.

Пгактич^ская значимость работы заключается в том, что предложенный автором метод расчета экологическоГ надежности может использоваться проектными и эксплуатационными водохозяйственными организациями .|ри выборе оптимального ващанта проект руемой ЗОС; повышении экологической надежности проектируемой ЭОС путем ее се* ционирования; освоении орошаемогс участка с учьтом изменения экологической надежности ЗОС в зависимости^ от ротации сельскохозяйствен»"". куль^р; обоснова нии целесообразности проведения капитального ремонта ЗОС.

Реализация результатов исследований. Результаты проведениях исследований прошли производственную проверку и использова-гись в Крымском филиале института "Укргипроводхоз" (Крымгипро-юдхоз) при проектировании орошаемых участков' на площади 837 га. !етод нашел также применение в коммунально-бытовом хозяйстве

Симферополя (Киевский район). Он позволил обосновать прове-,ение капитального ремонта систем,, водоснабжения г. Симферополя, [о результатам исследований имеется щесть актов внедрения.

Апробация роботы.Основные результаты исследований доклады-ались на: научно-технической конференции "Строительство и проб-емы экологии" (Симферополь, 1991.); международной научно-прак-ической конференции "Гесэколо1 ..ческие и медико-экологические роблемы промышленно-городских агломсгеиий Крыма" (Симферополь, 954.); научно-технической конференции "Формировг. .ие окружаю-ей среды на урбанизированных территориях Крыма" (Симферополь, 395).

Публикация результатов исследований. По материалам иссле-о?аниЗ опубликовано 15 работ. . . -

Объем работы.-Диссертационная работа- состоит из введения, пти глав, заключения, списка использованной ли'ературы. Содер-лт 131 стр, в том числе 27 pi ;унков, 30 таблиц, 2 приложения."

СОДЕРЗАНЖ РАБОТЫ

тава I. Отказы на закрытых оросительных системах Крыма и их экологические последствия.

Развитие орошаемого земледелия сопровождается интенсивным "роительством ЗОС." В 1995 г. на их долю приходилось 58.456 об-■й протяженности оросительных систем. 3cZ последние 25 лет про-[женность ЗОС в Крыму увеличилась в 4 раза и в ближайшем буду-м достигнет 6.7 тыс.км. Поэтому, экологическое состояние оро-емых земель Крыма в значительной мере зависит от технического стояния и грамотной эксплуатации именно ЗОС. •

Вопросам безотказной работы гидромелиоративных систем и, в стности, ЗОС посвящены исследования Ц.Е. Мирцхулава, А.Е. Кос-парова, H.A. Куделя, В.А; {урина, B.C. Дикаревского, В.А. Зы-нова, А.Е. Гатуры, Г.Е. Фомина, A.A. Алдошина, В.А. Солнышко, Б.А. Мусиенко, М.Е. Чеченина, А.Г. Кулибабина, С.Г. Нусимо-ч, Н.И. Губиной, й.И. Науменко, а также крымских ученых С. 1 ГХНОьЗ • п. Н. Горснова, Б.И. Боровского. Однакп, в их ра-тах отсутствует конкретный анализ отказов. Поэтому, для оцен-

Кй экологической надежности ЗОС автором проведен анализ отказов, имевших место в 1985-1994 гг. как в целом по Крыму, так .. по управлениям оросительных систем (УОС).

На основании анализа научно-технической литературы, обобщения опыта эксплуатации ГОС Крыма и других регионов Украины предлагается классификация отказов по видам и причинам (рисЛ). К. ви-дамсказов отновятся:-отказы труб, соединений труб, трубопроводной арматуры и прочие; к причинам: коррозия, гидравлический удар, разрыв муфт йибо", разрыь му$т "СА.М", поломка задвижек, Поломка вантузов, строительный брак, механические повреждения.

Основными причинами отказов ЗОС в целом по Крыму являются (табл.1): коррозия труб (30.2&); разрыв соединительных муфт (25.1%); гидравлический удар (16.7$); механические повреждения (15.4?). Суммарно эти четыре причины ОбеСПечиЕпот 87.4$ от общего количества отказов. Отказы арматуры имей? несущественный удельный вес (5.1?), немного больше влияние строительного брака (7.5$),

Таблица I.

Причины отказов на Saкрытых оросительных системах Крыма

; * 1 »,._.-. / • »

Годы Количество отказов Рюпоеделение отказов по причинам »>

I 3 4 . 5 6

1985 621 173 1 { 233 70 97 6 42

1986 612 262 ' .72 157. 2~ 31 53

1987 482 166 128 66 77 40 6

1988 400 133 113 71 41 23 ' 19

1989 447 Ц8 146 70 54 37 22

1990 543 10р 69 116 170 49 31

1991 .347 77 106 61 33 39 31

1992 195 .56 59 16 37 27

1993 Т54 49 40 21 25 I'- -

b-J4 180 60 32 18 41 29 -

Итого 3981 1?02 998 665 612 300 .204

% 100 30.2 25.1 16." 15.4 7.5 5.1

Примечают I- коррозия труб; ¿- разрыв муфт: "Ж-бо", разрыв му$т "САН"; 3- гидравлический удар; 4- механические повреждения; 5- строительный брак; б- поломка вантузов ц задвижек; отказов не было. ,

Анализ отказов по УОСам позволил выявить те из них, где причины отказов непосредственно связанные с эксплуатацией ЗОС является преобладающими.

Виды сткпзов

Рис. I. Классификация отказов по видам и причинам.

В Ленинском райводхозе это коррозия труб (417 или 90%). _г Обстоятельствами ее возникновения являются: наличие иок в ¿>Оч г

СЬ . в почвах и грунтовых водах; низкое качество железобетонных труб и состояние их изоляции; неудовлетворитель ое качество и состояние изоляции стальных труб; периодический режим работы ЗСС. Довольно частые случаи коррозии труб отмечают т в клх. им. Суворова.Тайганское УОС, к. х. им. Горького Сакское УСС, клх."Украина" Кировское УОС, клх."Победа" Джанксйское УОС.

В Джанкойскоч УОС основная причина отказа это разрыв соединительных муфт "Жпбо" (468 или 44%). Обстоятельствами их разрыва являются: отсутствие внутренней изоляции стальных В1 авок; отсутствие изолякии болтов муфт; проведение изоляции труб с пропусками; укладка труб без зазора в стыках; без подбивки труб и пазух под муфтовыми соединениями; нессосность труб в соединении. Это подтверждается и при обследовании оросительных сетей в к.г:. им. Чкалова (Бахчисарайское УОС), свх. "Родниковый" (Сал-гирскоа УОС), клх. "Украина" (Тайганское УОС).

Ь Красногвардейском УСС основная причина отказа это гидравлический удао (134 или 63%). Обстоятельствами'гидравлического

... - * * я .

удара являются: внезапная остановка насоса или его пуск при открытом затворе; значительную колебания давления в трубопроводе 1 течение суток (С* 0 до рабочего); быстрое закрытие или открытие запорных и регулирующих устройств. Этот вид отказа отмечается в клх."Восток" Раздольненского УСС, в клх. "Путь Ленина" Джанкой-ского УОС.

Во всех УОС прослеживается общая тенденция: на фоне умень« шения количества отказов в 1985-1"194 гг. отмечено их увеличение в 1989-1990 гг., особенно резкое в 1990 г. Это объясняется превышением нормативного показателя отказов электродвигателей насосных стак"ий в це»ом ги Крыму в 1.9 раза, а по отдрльным УОС в 1.4-3.6 раза.

При опенке эколсгичес* х последствий отказов 3Л1 автором рассмотрены.два взаимосвязанных блока понятий* (/"казы и вызванные ими утечкк (технический блок); повышение уровней грунтовых вод (УхВ) и вызванные этим подтопление, засоление, активизация карста и других геологических т^оцессоь (экологический блек). Поэтому, экологические последствия лкасюв на ЗОС предлагается оценивать по вероятности отказов и ве; 1чине утечек.

Объем утечек из ЗОС Кгчма I 1285-1594 гг. составил 435.. лн.м . Отмщается четкая связь между количеством отказов и

бъслсм у^»чек, котогл я в целом для Крыма оценивается коэ$фмти~ нтом корреляции 0.66^0.23. Это привело к резкому ухудшению эко-огического состояния орошаемых земель, в том числе находящихся а закасстованннх территориях.

Сбщэе изменение экологического состояния орошаемых земель а счет прихода в Крым днепровской воды не позволяет определить оде влияния на него утечек из ЗОС. Поэтому автором выполнен раз-ельный анализ для выше отмеченных УОС. Для этого использовались: энные об атмосферных осадках по ближайшим метеостанциям (г. Джан-сй, с. Клепинино, пгт. ..Леннно); сведения' об утечках из ЗОС Джан- -омского, Красногвардейского УОСов, Ленинского райводхоза; данные режиме залегания грунтовых вод. Анализ динамики ¿ТВ производил-я по шести наибсле?з представительным (положение по отношении к X; типовой геологический разрез; наличие ряда наблюдений) сква-янам, котссые были выбраны из 162 существующих на территории хо-чйств. • ■

АналиЬировмлийь группы связей:(ход атмосферных осадков - УГВ; гказы - утгчкй;'утечки - УГЪ. По Каждой из них рассчитывались зэффициенты корреляции, значимость которых оценивалась путем равнения с ошибкой. Результаты рассчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Коэффициенты корреляции по группам связей

УОС Хозяйства Коэффициенты корреляции и их сшибка

осадки -¿ТВ отказы -утечки утечки -УГВ

^жлнкойское СйХ"ЗпрхЧНЬ',Й" глх."Россия" 0.24- 0.15 0.22- 0.12 0.83± 0.18 0.83* 0.18 0.б5± 0.24 0.6li 0.28

(рэсногвар- а/ф "Дружба и народов свх."Украина" 0.17± 0.09 0.19- 0.11 0.83± 0.17 0.03t 0.17 0.7li 0.21 0.79± 0.19

пекинский ЮЙВОДХОЗ свх."Семисот-ка" свх. "Батальное" 0.23t 0.16 0.19- 0.21 0.S2- 0.12 0.92± 0.12 0.7I± 0.21 0.72- 0.22

Анализ выявил следующее: связь между колебаниями УГВ и в ыгга да- • ix атмосферных осадков о^гнь слабая; утечки воды из ЗОС хорошо ррелируются с отказами на них; изменение УГВ уверенно коррели-■ется о утечками из ЗОС.

Таким образом, основным источником экологических последствий отказов ЗОС (подтопление, засоление, активизация карста) являются утечки воды из них.

Детально этот вопрос изучался на наиболее представительной системе, отвечающей т^бованиям нормативных документов ГОСТ 27.103-83; 20857-15.

Гла^а 2. Исследование отказов закры.ых оросительных систем в агрофирме "Дружба народов"

В качестве объекта для детального поэлементного исследования отказов выбрана ЗОС на площади 502 га в а/ф "Дружба народов' которая отвечает следующим требованиямг занимает типичное полож ние среди других-ЗОС Крыма; характеризуется хорошей гидре логичес кой и инженерно-геологической изученностью; обеспечена достаточной информацией для определ. A'.ifi климатических показателей; имеет типичную по набору элементов сеть.

Агрофирма рьсполонкиа в цент; аль::ой части равнинного Крыма, близ пгт. Красногвардейское. Неподалеку от нее проходит Красногвардейская ветвь Северо-Кркмского канала (СКК), от которой отх< дит канал РК-5, явлцюздйед источников' водоснабжения. Почвы yac" ка образовались на лесовидньгх прелювиальных отложениях. Черноземы какные карбонатные представлены следуюврши разновидностями: слабосолокцеватые глубокосреднезасоленные, среднесолонцеватые, намы".-е среднесолонцеватые, намытые слабосолоицеватые средьосо-лончаковые. Почвы ..арэктеризуются мощностью гумусового горизонт« 40-55 см.

Гидрологические и инженерно-геологические условия района хорошо изучены в связи с работами постоянно действующей гидрогеологической модели и опытного участка восполнения подзрчных вод "Видное". Агрофирма нах.дится на территории со средней каре-тотасностью, которая может возрасти при интенсивных утечках из оросительной сети. В непосредственной близости от агрофирмы находится ме.чзостанция (Красногвардейское, 3-5-км к северо-востоку), наблюдательные участки Крымской опытной сганпчи (с.Кяепини-но, 5-7 км к северо-запада) и опыт: jft участок восполненгя подземных вод (с. Янтарное, 2-4 км к югу). По всем этим объектам имеется гидрометеорологическая информация, которая v..пользовалась при анализе работы исследуемой ЗСП (рис. 2а).

ЗОС : а/ф "Дружба народов" .построена в 1991" г., в I99I-I99! годах oit прешла период приработки, : с 1993 г. вступила в перч-

н

од нормальной эксплуатации. Лгенно в это время (1993-1995 гг.) на ней автор и проводил наблюдения с полью получения информации об отказах, что соответствовало требованиям ГОСТ 27.103-83; 20857-75; 16468-70.

Исследуемая система состоит из следующих труб: железобетонные ГОСТ 125860-83; стальные д=325х4, ГОСТ 10704-76; стальные 1*325x6, ГОСТ 10704-76; асбестоцементные д=600, ГОСТ 539-80; зсбестоцементные д=300, ГОСТ 539-80. На системе имеется трубо-:говодная арматура в количестве 27 шт. Подача воды производится гремя насссами Д 500-65А и одним разменным насосом Д 320-70А насосной станции '.'492. Расчета' ч расход сети в период максималь-юго всдопотреблеьия составляет 369 л/с, что обеспечивает одноног.: нную работу семи дождевальных мащич типа "Кубань" ЛК I .кру-ового действия из девяти установленных.

Надежность ЗОС наиболее достоверно можно оценить на основе (нфсрмации об отказах в реальных условиях ее эксплуатации, Сог-1асно ГОСТ 27.;:3-83, РД 50-204-80, наблюдения За работой велись ю следующей схеме: с'тавились^псд1 наблюдения.однотипные элементы и фиксировались "все"отказы, проиг.шедшие в течение поливного 1ериода. После чего они подвергались первичной обработке с целью «явления тех отказов, которые непосредственно связаны с эксплу-тацисй ЗОС.

Исследуемая система была разбита на 50 однотипных элементов рис.2а): трубопроводов - 23 участка, в том числе железобетонных 2 (АБ, ЕД, общей пг-тяженнсстью. 0.307 км); стальных - о (БВ, л,ЗХ, ЛЯ, СГ, СП,—.¿285 км); асбестопементных - 15 (ВТ, ДЕ, ЖЗ.Г, 2, ДЛ, Ж, МК, ИО, ПР, РС, ТЦ, ОД, ЦУ, ЦФ,--7.257 км), а также рубопроводная арматура 27 шт., в том числе в^нтузов 5 шт, пре-охранительных клапанов — вантузов 4, гасителей гидравлических даров 3, задвижек 15.

В течение 1993-1995 гг. на исследуемой 303 произошло 25 от-язев, в том числе 17 по причине механически: повреждений (наезд втсгранспорта на трубопроводную арматуру), 8 ^з-за коррозии елтов соединительных муфт (табл. 3). -

После проведения первичной обработки выявлено следующее эличество отказов, непосредственно связанных с эксплуатацией X (случайные отказы): 1993 г. - 2 шт; 1994 г. -3 шт; 1995 г.-□?. Причина-разрыв соединительных муфт "Жибо" и "САМ" из-за аррозии белтов, что является следствием их некачественной изо-

- а -

ляции. На протяжении трех лет эксплуатации ЗСС количество слу чайных отказов и время их устранения увеличилось с 22^. (65 ча в 1993 г. до о5% (104 час) в 1995 г., что способствовало поступление воды в почву в объеме тыс.м . Среднегоде, ой темп, подъема УГВ по скважине #2680 (обслуживает исследуемую ЗСС) составил 0.21 м. Полученная информация об отказах на ис<. :еду-емом объекте* использовалась -в дал.лейшем при расчете фактиче. кой эколгрической надежности данной ЗОС.

/ Таблица 3.

Отказы на исследуемой закрытой оросительной системе в а/ф "Дружбя народов".

Годы работы Всего Причина отказа'' " Случ..йные

ЗОС отказов ' шт' коррозия болтов муг Т - - 1 механические повреждения отказы шт

1993 1994' 1а95 9 - 7 -9 2 з -3 7 4 6 2 2 3

Итого 25 8 . 17 8

Глава 3. Методы расчета надежности закрытых ороси'зльных

'"'систем.' ..... ' ' 1!|:|' '' .....

Исследованиям надежности различны^ ,технических систем посвящены работы ft.fi." Подпасова;*А.А. Иокийя;-П.С. Алибекова; В.А: Жила; С.С.'Затикян; А.И; Леонова; Н.^. Дубровского; Н.Д; Поволоцкого; Г;А. Ти«.яковоЙ и др. и, властности, ЗОС -Ц.Е.Нирцхулава; Н.С. Горюнова;Ч.Н. Госюнова;Б.Ч. Боровском И.И. Шумейко; В.А. Солнышкова; В.И. Ольчаренко и др. Этими исследователями"предложенряд~ методов рас-: та надежности т х-нических систем, которые автором проанализированы'с точки эр? ..ия возможности их использования для оценки экологической надежности ЗОС.

Классический метод основывается на вероятностио^Гйодхв; применяется - различных отраслях нарогюго хозяйства в случр-если иссле^овател имеет дело с системой, состоящей к; элемв! тов, различным образом связанных меаиу собой. Вероятность бе: отказной работы , (ВБР) системы Рс ("V ) в терние времени % рв! на произведению ВБР, согтавляющих ее элементов Рк 'Л ), ч.е ] общем случае: . • .

; №>ти\).....; (I)

)н показательном законе распределения ЕБР формулу (I) можно щисать в следующем ридё:

рш=пел;•> (2)

(а-Л^- интенсивность отказов V -ого элемента системы; наработка на отказ V -ого элемента системы. Количество элементов, входных ^ формулы (1,2) может быть зличным. ЕБР каждого элемента меньше/единицу. Поэтому, чем боль-рас сматривается элементов, тем'надежность меньше, и наоборот, ли изучается ограниченное число элементов . надежность выше, рмулы (1< 2) целесообразно использовать.для оценки вероятности :е.з$пйого отказа всех элемента системы*'-"; - _ .

Метод А.Н. Горюнова учитывает неравноценность элементов ЗСС мплексннм показателем, определяемым по формуле:

Вс= х*П7пш)] о)

е О,- расчетный расход (брутто) в голове системы, л/с;

цО^ - недоподзчз воды (брутто) в $ -ой аварийной ситуации,л/с;

Лу - интенсивность отказов," ^час. ,.-•;.,■* .' *

счет по формуле 3 приводит к некоторому завышении оценки надеж-

сти за счет значимости элементов тем больше, чем меньший расход

■хмит ар элвмэнту.

Структурно-функциональный метод (формула В.Б. Клейменова). о сущность заключается в том, что исследуемая система разбива-ся на отдельные структурно-функциональные элементы (СФЭ), для «сдого из которых определяется значение показателя надежности -княя граница доверительного интервала, определяемая по формуле:

г ни^ня.; граница доверительного интервала ЕБР V -ого Э; 1)

Р»- точечная несмещенная оценка ЕБР v -ого СФЭ. Элемент, характеризующийся минимальным значением указанного не показателя, лимитирует надежность системы. Метод основывает-на наличии статистических данных, при отсутствии которых фор-га ( 4) принимает вид:

Р=(Р4**; (5)

юльзуя формулы (4,5) можно получить нижнюю границу надежности. • По методу Б. П. Карука экологическая надежность системы опре-

деляется суммой двух уровней:

НмгНм+Н^ > (б)

где Н*ь - общая экологическая ьЪдежность;

Н*» - региональная экологическая надежность;

Н\и ~ экологическая надежность мелиоративной системы. Вавенство I + ( I; I; I; I: I) - характеризует полный

учет мероприятий и на региональном, и на объектном .уровнях, а равенство НэК>0б.а I ■ + ( I» I» 0) - неполный учет на объектном уровне! Такой подход к оценке экологической надежности системы отличается от классической теории надежности, где присутствуют показатели, связанные с вероятностью отказа элемента. Отсутствие определенного природоохранного мероприятия считается, как выпавший элемент системы. Однако, если из всего перечня мероприятий будет выполн и, только один, то согласно формуле ( б) экологическая надежность системы больше единицы. Если на региональном уровне такие мероприятия, не проводятся, то НдК р = 0. Р этом случае экологическая надежность системы будет определяться показателем второго-уровня, который зависит от набора (количества), "природоохранных, мероприятий,

Учитывая особенности'изложенных выше подходов, автор предложил следующий метод оценки экологической надежности ЗОС. Если рассматривать вероятность отказа.каждого элемента, как отклонение вероятности отказа системы от нуля, то регрессионное значение вероятности отказа системы определяется по формуле среднеквадратичного отклонения:

гдеЦс - вероятность отказа системы;

С^ - вероятность отказ? V -ого элемента системы. Экологическая надежность ЗСС оценивается по формуле:

Метод справедлив при следующих допущениях: все необходимые расчеты проводятся только для участков водоводов, трубопроводной арматуры; расчет проводится для периода нормальной работы; каждый элемент, и система может находиться либо в работоспособном состоянии, либо в отказовом; система .прошла период прира^ боткк, но явления износа, старения не вступили, т.е. распрере-

ление времени работы до отказа является показательным, а отказы относятся к постепенным; распределение отказов во времени -событие' случайное; в один и тот же момент времени может произойти только один отказ; отказ одного элемента не изменяет надежности других элементов; интенсивность отказов участков водоводов не зависит от расхода воды в них. Метод можно использовать как для стадии проектирования, так,и для стадии эксплуатации ЗСХ^« , ■

Для проведения расчета по предлагаемому методу необходимы следующие исходные данные: _ . •

- длина элемента, км,(для обоих стадий берется со схемы ЗОС; •

- наработка на отказ V -ого элемента ЗОС (дл • стадии проектирования используются справочные данные, а эксплуатации -данные по фактической наработке); -

- расчетная интенсивность отказов V -ого элемента ЗОС, Г/час, для стадии проектирования определяется по формуле:

>Хр=1/1., /(9)

где Т-у - наработка на отказ > -ого элемента ЗОС."

- для стадии эксплуатации - по формуле:

лде »V - общее число элементов ЗОС;

Ме»- среднее число исправно работающих элементор. ""лава 4. Оценка экологической надежности закрытых орюсительных систем. '

Оценка экологической наь .жности ЗОС осуществляется всеми, «осмотренными выше методами, включая предложенный автором. [олученные значения сравнивались с оценками фактической Унадез?-юсти, которая определялась по формуле (Антонюк, 1990 г.):

Дё — значение функции^'при доверительной вероятности |) числе степеней свободы (2М + 2) (применяется при малом коли-естве данных); .•.,•.

М- число элементов;

число эломентоз вышедших из строя.

Расчет фактической экологической надежности ЗОС производил-

ся для асбестноцементньи труб &. « 300 км, так как только на них при исследовании ЗОС в а/ф "Дружба народов" были зафиксированы отказы.

Сравнение оценок фактической экологической надежности ЗОС с расчетными приведено в таблице 4.

Таблица 4.

Сценки экологической надежности ЗОС, определеннее раз-

личными методами.

Методы оценки экологической надежности ЗОС . Сценки экологической нахекностк нпс Фактическая экологическая надежность ЗОС

• 1993 1994 1Э95

Классический В.Б. Клейменова А.Н. Горюнова Б.П. Карука Предлагаемый автором "0.00104 ■0.460 0.852 0.286 0.603 »* * .0.663 0.576 0.576

Сопоставление оценок экологичес^о|^н^е^нсст^аЗССу'*-рас- ' " считанных различными методами, с фактичёско{ГУнздежностью системы показало, что оценка, определенная методом, предложенным автором, наиболее близка к фактической. Это дает основание рекомендовать его для решения практических вопросов обеспечения экологической надежности ЗОС.

Глава 5. Обеспечение экологической надежности закрытых оросительных систем

При выборе варианта ЗОС в настоящее время основным критерием является сметная стоимость. Экологическая надежность системы во внимание не принимается (не рассчитывается). Это приводит к выбору и строительству систем низкой надежности, что вызывает негативные экологические последствия. Для обеспечения экологической надежности ЗОС на стадии проектирования целесообразно производить выбор варианта ЗОС на основании не только сметной стоимости, но и экологической надежности. Это подтверждают рассмотренные автором три варианта проектируемой ЗОС в а/ф "Дружба народов" (рис. 2). Характеристика вариантов представлена в таблице 5. Расчеты экологической надежности проводились по методу, предложенному автором.

л:

о

Ф»

—— 1 у

о»

Оь

»О «а.

7 о*

* *

Ч'

&

Ряс. 2 Закрытая"оросите лая сяст«Ыа'»а/ ф " фх*$а"нарэлбж Варианта: А - первый; Б - «торой; В - третий. Элементы ЗОС: I - насосная станция, 2 - участок вр^овода;' 3 - стальной водовод, 4 - ватуз, 5 - га сите, ь гидравлических ударов, 6 - предохранительный юга пан-ванту 3,7 - колодец-опорожнения, 8 - распредели-темный колодец, 9 - поле севооборота.

Тябл'/ца 5.

Характеристика вариантов проектируемой 3GC в а/ф "Дружба народов".

Характеристика 302 Единицы Enj чюктн ЗРС

измерения I 2 3

Протяженность труб:

асбестоцементных км 7.257 6.091 6.533

стальннх км 0.285 0.285 0.285

железобетонных км 0.307 0.307 0.307

'¿того км 7.849 6.683 7.125

Трубопроводная арматура:

вянтузы шт 5 5

предохранительные

ь лапаь-Еа нтузк шт 4 3 4

гасители гидравлических

ударов шт 3 4

задвижки шт 15 16

!!того ' шт 27 26 23

Поюзатол;. :

£>•• / пятьус'ть отгэза Л А С. • «.¿С- *î 0.410 0.246

экслсп-чпск^я надежность û.MC 0.59С 0.754

смст^пя стоимость

1334 г.) тыс. губ, 231. ~ 221.10 212.80

Сравнивая между собой 1-ый и 2-е," ва/¡тьгы SCJ, исходя из сьптной стоимости следует .ыбрать 2-ой, так как.его стоимость (221.10 тыс.руб.) ниже 1-го (231.тыс. руб.). По экологической надежности, напротив, следует выбрать 1-ый (0.590 0.646) Оптимальным вариантом проектируемой ЗСС следует считать такой вариант, который при наибольшей ЭК обладает меньшей стоимостью Этим требованиям отвечает 3-мй вариант ЗОС. Его экологическая надежность 0.754 (Б I.I7 /аза выше 1-го, в 1.27 раз выше 2-го вариантов), сметная стоимость 212.00 тыс. руб. (ниже на 18.95 тысяч рублей 1-го; на 8.80 тыс. руб. 2-го вариантов). Этого удалось достичь проведением секционирования системы (рис. 2в).

Технико-экономическое обоснование показало, что 3-ий вариант лучший среди других и по сравнительной экономической эффективности. Он обладает наименьшими затратами по сроку окупаемости (359.78 тыс. руб.), по коэффициенту сравнительной экономн-

ческой эффективности (44.97 тыс. руб.). Для сопоставления: 1-ый и 2-ой варианты ЗОС соответственно: 337.44 и 48,4.2 тыс. руб.; 361.89 и 4^,.8, тыс.руб. (цены 1984 г.).

Расчет экономической эффективности от секционирования ЗОС пска^1Л, что расчетный коэффициент экономической эффективности больше гормативного (0.15>0.12), а расчетный срок окупаемости меньше нормативного (б.7<8.3), т.е. проведенное мероприятие по повышению экологической надеякости ЗОС является экономически эффект;' вннм.

Нормативные документы устанавливают значения цопусчмого уровня надежности гидромелиоративных объектов а зависимости от площади, обслуживаемой сооружением, которая исчисляется десятками тысг"* га. Применить это к ьнутрихозяйственнсД ЗОС затруднительно, так как Согласно анализу проектов ЗОС юга Украины они обслуживают площадь до 1.5. тыс. га. Автором предложены допустимые значения экологической надс.тнссти для внутрихозяйственной "ОС (та'л. б). -

' Та'б.тага б.

Допустимые значения уровня экологической наде."кнссти внутрихозяйственной ЗОС.

Площадь, оослужпваомая З^З, га 1руппа надежности (по СИЛ 2.06.03-35) Р доп

Э - 550 4 0.700-0.800

551 -1000 3 0.801-0.900

1001 -1250 2 0.901-0.950

1251 -1500 I 0.951,-0.999

В настоящее время уделяс/ся недостаточно внимания экологической надежности - при ротации сегъскохозг.йственных культур. Ротация приводит к изменению продолжительности работы кап отдельных участков трубопроводов 30«, так и системы в целом. Это зе^ет к изменению интенсивности отказов, увеличению объемов утечек из системы, ухудшению Экологического состояния ороиаемо-

участка. Пссгсму, при разработке рекомендаций по освоению орошаемого участка, наряду с вопросами по качеству воды, технике полива, и пр., следует рассматривать вопрос влияния на )К070Г7ческую :адежнос-ь. ЗСС ротации сельхозк"льтур в севообороте. Это пезполяет выделить "слабые", с точки зрения экологи-гесной надежности, элементы ЗОС, определить годы ротации, в ко-

торые система имеет минимальную экологическую надежность. Расчеты экологической надежности проводились по методу, предложенному авторе«. Выявлено пять участков трубопроводов (рис. 2а), а также год ротации, ь который 303 подвержена Сольией в-зроятнеати отказа (табл. 7, подчеркнутс).

' Таблица 7.

Оценки экологической надел-юсти и вероятности отказа

"слабых" элементов ЗОС по годзи ротации сельскохозяйственных культур в севообороте ;

Годы ретпчии силохозкультур Оценка экологической на- Бесоятность о' ЗСС "каза элементов*^

дежности ди по '• ГШ ГС ЕГ

1' С.646 0.624 0.720 0.С04 С.642 0.55G

2 0.645 0.540 Û.727 0.668 0.7G? 0.549

3 С. 629 0.655 0.716 0.657 0.695 С.562

4 0.646• 0.657. 0.727 0.618 С. 647 0.562

Б 0.6S5 '0.3631' ' o.'&si 0.642 0.614 0.565

6 0.652 С. 633 0.684 0.612 0.574 0.562

7 0.645 С.657 0.612. G.500 0.465 0.562

а • С. 655 0.627 0.650 0.618 С. 579 С.565

9 0.668 0.617 0.664 0.674 С. 636 0.531

Примечание:*"' - участки трубопроводов (рис. С)

Зная это, уже на стадии проектирования ыодао разработать мероприятия по повшению экологической надежности 302.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании анализа отказов 303 Кркма, обебцения опыта их эксплуатации, анализа научно-технической литературы предлл-гается их классификация по видам и лр::ч'!.»ач. ¡¿¿делено четырс-Еида отказов: труб; соединений труб; трубопроводной аркатуры; прочие; восемь причин: коррозия труб; разрыв соединительных муфт "Еибо"; разрыв соединительных муфт "С"<Г; гидравлический удар; поломка задвижек; поломка вантузоь; строительный бгэк; механические повреждения.

2. Экологическое состояние орошаемого учзстка в значительной степени зависит от технического уровня ЗОС. Поэтому при оце кс экологических последствий отказов ЗСС необходимо расематр;:-îî-jTL ДНЯ блока поаятиГ:: отказы и вызванные ими утечки (техничес

кий блок); повышение уровня груктсь^х вод и связанные с ним поятоллени.1, засоление, акт;:низания кагстг. и пр. (экологический блок).

3. Дня оценки экологического состояния орошаемых г сщздей проведен анализ следующих гругп связей: осадки - УГВ; отказы -уечки; утечки - Л В. '

4. Утечки воды из 'ЗСС. з'двух наиболее продетаейтольккх УССэх Ду.знксЙском, Красногвардейском и Ленинском райводхозе Крыма хорстс корродируются с отказами на них (коэффигиент корреляции 0.82-0.9.., ошибке - 0.12-С.1Д), изменение УГБ уверенно кор-релнруется с утечками из ЗСС (коэффициент корреляции 0.61-0.79, сшибке ± 0Л9-0.2*}). •

&. Существующие метод» ракета надежности не полностью, отвечают £озраставх;ему уровню расчетных и информационных технологий. В связи с этим автчром предложен метод оценки экологической надежности ЗОС, основанный на определении средних опенок ве;-чтносп отказа элементов системы.

6. Сопоставление оценок экологической на^ежнос^и ЗСС, определенных различи ¡и методами с фактически? '^дНхнОйтьп показало, что оценка, определенная (методом, предложенным автором, наиболее близка к фактической. Этг позволяет рекомендовать его для реаения практических вопросов обеспечения экологической на-деянссщ - -

Используя предложенный автором метод, можно, определить а! надежность ЗОС в фиксированные моменты времени; провести выбор оптимального варианта ЗОС (вариант, имеющий наибольшую экологическую надежность и наименьшую сметную стоимость); выявить годы, в которые элементы ЗОС наиболее подвержены отказу; обосновать целесообразность проведения капитального ремонта ЗОС.

9- Пивысить экологическую над ^юсть ЗОС можно путем секционирования системы, то есть создания условий для подачи воды потребителю по отдельному трубопровод.

0СНСВЩ2 оЛУЫШ0ВА}1Ш2 РАБОТЫ АВТОРА ГО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Лашенц^в А.И., Боровский Б.И7, Исследование результатов анализа надежности п^и выборе оптимального варианта проектир.э-мой ЗСС// Строительство и проблемы экологии . - Симферополь, 19п2 - 0Т 96-°7,

2. Глсли'.;ев А.И. Проектирование ЗОС с учетом их надежнос-// Мелиоратор Крыма 1Г25, 1992. - С. 1-2.

- Z2 - •

3. Пашснцев А.И., Муравский В.г;. Отказк закрытых оросительных систем// Строительство и проблемы экологи;;. . - Симферополь, 1992.- С. 94-95.

4. Пашошев А. И. Применение 33!,' для расчета надежности закрытых оросительных систем/,/ Мелиоратор Крыма, ГЗЗ, 1992. -С. 1-2.

5. Пашенцев А.И. Оценка надежности закрытых орссительны систем// Мелиоратор Крымг. , .'-Ю, 1992.- С. 1-2.

,6. Пзпенцев А.И. Обобщение методов повышения надежности закрытых оросительных систем// Депон. в ШГБ Украины 30.06.93 К 1351.-Симферополь< 1993.- 16 с.

7. -Пашенцев А.И. Расчет надежности закрытых оросительны ■ систсм на персональном компьютере 1ВИ AT по формуле А.К. Горю-

нова// Депон. в ГНГБ Украины 05.07.93, )г1294. - Симферополь, 1993.-17 с.

8. Пашенцэв А.И. Методы оценки надежности закрытых сро-ситг-льных систем//Депон. в. ГКТЕ Укгакны 17.03.93, £544. - Сш ферополь, 1993. - 20 с. - - - - • ■ ' -

9. Папенцев А.И. Расчет надеяности закрытых оросительньг систем на программируемом микрокалькуляторе// Депон. в ГНГБ Украины -.05.07.93, »1293. - Симферополь, 1993. - 9 с.

10. Пашенцев А.И. Отказы закрытых оросительных систем Крдоа// Депон. ь УкрКНГЭИ 12.01. 93, )И9. - Симферополь, 1993.- 24 с.

11. Пашенцей АЛ1. Определение фактической надежности за; рытой оросительной систем»// Дапон. в ^КГБ Украины 10.01.94, £ 73. -г Симферополь, 1994. г 9 с.

12. Павенцев А.И. Анализ методов расчета надеЕНОсти проектируемой закрытой оросительной системы// Депон. в ГНГБ Украины 10.01.94, JP74. - Симферополь, 1994. - 9 с.

13. Пашенцев А.И. Повышение экологической надежности трубопроводов оросителытсс систем, расположенных вблизи населениях пунктов // Геоэкологические и медико-экологические проблемы промьпаленно-городских агломераций Крыма. - Симферополь, 1994. - C.I05-I07.

14. Паренцев А.И. Зависимость надежности проектируемой закрытой оросительной системы от чередования культур в севообороте// Депон. в ГНГБ Украины 15.07.95, И23. - Симферополь 1995. - 13 с.

- аз -

Í5. Пзпенцев А.И. Расчет экологической надежности проект 'Ируемой закрытой оросительной системы// Депон. в ГНГБ Украины ¡9.04.06, $1074 - У* 96. - СйЫферополь» 1996. - 22 с.

A-tLQJLAJLJ-Д

РосГотз лр;1се^4енз Ейвченню проблема оцхнкл та забёзпачення ?K&lorÍ4Hoí нэдЫкосп ззкритик зрошувальних систем. На падтаз! гроЕеяенлх арслдазнь а аоказаноп класиф1кацхя ехцглое j3G зз шдзмл та йрпчлнамл, з обГрунтованлм еплие ей току зросувальнох ¡ода з ЗоС на а1дн.1манвя равней грунтоЬах еод та зтнеаня !KCJiori4Hoío стэну зрошувзноГо масиьу, з розроблен-лм' :;етод ,озрах?нк7 еколоПчнох надШсст! ЗЗС, яклЯ дозеоля^ еляелтл 'слаох", з точка зору еколо£1чно11 яадйност!»-еЛеодента састем.1, ¡ розройлен.1;да захода з íi п1дващвння» 3 о6£р^нтоЕзна.м понйтгя Щтимзльного EspfáHM ЗЗС.

A P. 9 T ¡*, T, T ft rt

This woik is dedicated tó the studying at problems of a&tiaation and é&suíiag of the ecologías! féliability ot the closed iírigatiófi Byaté&B, ta thé gfoUiida df the eaíried-'ut foSSáfehéS, it wás produdéd tHs tílássificatídñ óf faults úf GlS in accordance with theií typéfl and íéasóááj the influence of irrigation water's ie&kageá oút óf the GIS upon the. lifticg af subsoil wateró' levels and Changes of the irrigated lands' eéologidal stétéj it Was worked oüt Wé -st^ad df dalculation of the OÍS ePólógióe" íéliability,

iü.3 thó^i allovrd "to ^weak1* éléiHéívfes the . system»

fror& the ecological reliability paint of view; there were

also worked-out neasur s for its rising; thp concept of an optimum variant of the CIS was grounded.