автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Повышение эксплуатационной надежности каналов и оросительных систем

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ИЗЫСКАНИЯМ, ИССЛЕДОВАНИЯМ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ И МЕЛИОРАТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ „СОВИНТЕРВОД"

И 0 0 л

,¡^¡1 - и На правах рукописи

БАХТИН АЛЕКСАНДР ЕФИМОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ КАНАЛОВ И ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.23.07 - Гидротехническое и мелиоративное

строительство

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой спепени кандидата технических наук в форме научндго доклада

МОСКВА 1993

Работа выполнена в НО "Соввнтервод"

г

Научный руководитель:

доктор техн.наук, с.н.с. Т.А.Алиев Официальные оппоненты:

Доктор техн.наук, проф. Д.В.Штв/янлихт

Кандидат техн.наук А.И.СвеГалов

Ведущая оргалмзация: В/О "Совзводпроект"

Заяата диссертации сестоктея ££/1<>ъ£/1<А> 1993 1

в часов на заседании Специализированного Совета Д 09$ ¿43.01

при Цронзводетвениоы объединения по изысканиям, иссяедеванхям, проектирование к строительству водохозяйственных к мелиоративных объектов "Совинтервод" по адресу: 129344, Москва, ул.&шсейская, дои 2.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке ПО "Совинтервод".

Автореферат разослан " /У». мдд1/и<1 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 095.03.01, ^ ¿р кандидат техн.наук, с.н.с. , . -,' В.С.Заднепрянец

С

Т.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Согласно определениям, проводины* в литературе, под эксплуатационной надежностью объекта понимается его свойство безотказно работать в течение определенного времени в заданных условиях при совладении установленных нормами мер обслуживания и текущего ремонта.

Наиболее частыми причинами отказов земляных каналов является размыв, заиление, просадки, зарастание и оплывание откосов, особенно на внутрихозяйственной сети. Облицованные каналы часто выходят из строя вследствие деформаций и износа облицовочных покрытий. Причинами отказов оросительных систем нередко бывает низкое качество труб, задвижек, перекрытий, вентилей, насосного оборудования, дождевальных установок.

Проблема повышения эксплуатационной надежности каналов и оросительных систем приобретает все более возрастающее значение в современных условиях. Недостаточная надежность комплексов гидротехнических и мелиоративных Ыоружений проявляется в вынужденных перерывах подачи воды потребителям, задержках проведения сельскохозяйственных работ, затратах на текущие ремонты и т.д. Следствием недостаточной эксплуатационной надежности каналов и оросительных систем являются значительные затраты средств и времени, поэтому повышение эксплуатационной надежности водохозяйственных и мелиоративных объектов является важной государственной задачей. И хотя этим вопросам всегда уделялось определенное внимание с момента развития мелиорации в странах СНГ, проблема не утрачивает своей актуальности по сей день.

Основная задача использования показателей надежности состоит в выявлении путей повышения работоспособности объектов в частности, каналов и оросительных систем. В этом смысле анализ данных

об их функционировании и систематизация информации о физике отказов элементов сооружений и еистем позволяют обоснованно направлять техническую политику в области их содержания, эксплуатации и реконструкции.

Весьма существенным является то, что повышение эксплуатационной надежности каналов и оросительных систем способствует сохранении экологического равновесия, в связи с чем проблема обеспечения надежности водохозяйственных и мелиоративных комплексов в оли-жайшей и отдаленной перспективе будет прироретать еще Оолыцую актуальность, новые направления и содержание.

Целью диссертации является разработка методов оценки и рекомендаций по повышению эксплуатационной надежности каналов и оросительных систем. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

- обобщение опыта применения различных технических решений противофильтрационных и берегоукрепительных защит каналов;

- выполнение натурных исследований для выявления причин неработоспособного состояния каналов и разработка методических рекомендаций по оценке эксплуатационно-технического состояния облицовок и сооружений на каналах;

- разработка методического подхода к оптимизации оросительных сетей;

- разработка методов оценки эксплуатационной надежности облицованных и земляных каналов и систем каналов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- на основании анализа результатов натурных исследований противофильтрационных облицовок оросительных каналов выявлены причины деформаций противофильтрационных покрытий и разработана классификация повреждений каналов с различными параметрами и типами швов, проложенных в различных гидрогеологических условиях;

- разработаны методические рекомендации по комплексной оценке

3.

эксплуатационно-техничеекого состояния каналов я сооружений на них;

- разработан новый подход к реяению задачи оптимизации оросительных сетей;

- на основе использования методов теорий случайных процессов и теории надежности разработал единый подход расчета надежности облицованных и земляных каналов на этапах проектирования и эксплуатации.

На задиту выносятся:

- результаты натурных исследований на каналах с облицовками разной конструкции и различный» параметрами и типами швов, проложенных в различных грунтовых условиях;

- результаты исследований по оптимизации оросительных сетей;

- методы оценки надежности каналов на этапах проектирования

и эксплуатации и рекомендации пв оценке эксплуатационно-технического состояния облицовок и сооружений на каналах.

Практическая, значимость. .Результаты исследований могут быть использованы при проектировании, строительстве и эксплуатации каналов и мелиоративных систем.

Реализация результатов исследований, результаты диссертации использованы различными проектными оргал»а*цляш при научном обосновании и разработке:

проектных решений по сооружении и эксплуатации Каракумского канала, Главного коллектора в Ираке;

ТЭО строительства магистральных коллекторов для отвода дренажных и сбросных вод в бассейне Ацударьи.

Апробация работы. Матер1алы диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве" (Новочеркасск, 1989); на I и П съездах гидроэкологов СССР (Москва, 1990, 1991); на Ш Всесоюзной конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей" (Москва, 1989).

2. ПРИЧИНЫ ДйЮРЫАЦИЙ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

2.1. Причины деформаций противофильтрационных покрытий оросительных каналов

Исследованиями противофильтрационных защит каналов и гидротехнических сооружений занимались Р.А.Агеев, В.И.Демидов, Р.А.Алавердян, В.С.Алтунин, В.А.Белов, А.Й.Белышев, Б.А.Бородин, В.Г.Ганчиков, А.Р.Гелнетадзе, В^ЦЛ'леоов, P.M.Горбачев, Н.А.Ев-стратомов^И.Ы.Еявин, Г.А.Золотарев, Ю.Ы.Коеиченко, А.А.Миронов, Ц.Е.Мирцхулава, В.И.Недрига, В.й.Иетроченко, А.И.Хармн и многие другие исследователи.

Известны работы зарубежных авторов: Х.Абаджиева и-А.Ыулеш-кова, Ч.Стаффа, М.Хшси и Б.Д*онса, Ч.Дедрика, Р.Чака, т.Куакен-буша. Следует отметить, что, несмотря на достигнутые успехи, методы оценки вксплуатационной надежности противофильтрационных * и берегоукрепительных защит каналов и сооружений еще далеки от совершенства.

Для выявления физики повреждений противофильтрационных покрытий оросительных каналов были систематизированы и проанализированы данные многолетних натурных исследований, выполненных в различных организациях (Волгогипроводхоз, Московский- гидромелиоративный институт, Новочеркаеский гидромелиоративный институт, ПО "Совинтервод" и др.).

Наиболее частыми причинами повреждений противофильтрационных облицовок являются следующие /I/.

I. Морозное пучение грунтов ложа каналов (рис.2.1). Деформациям тахого рода подверкены облицовки любой конструкции: железобетонные плиты НПК, монолитный бетон, асфальтобетонное покрытие.

Рис. 2.1. Схема деформаций ялементов облиттовки от морозного пучения подстилающих грунтов на участке магистрального канала от ПК9Б+00 до ПК115+00 Заволжской ОС: I - магистральный канал Заволжской ОС; 2 - Верхне-Кисловский канал; 3 - резерв

Морозное пучение грунтов с повышенным содержанием пылеваТых частиц начинается йри определенной максимальной влажности, в качестве которой большинство исследователей принимают влажность нижнего предела пластичности (Л.В.Чистотников, В.П.Невечеря, 1975). Повышенная влажность грунтов под облицовкой часто вызвана подъемом уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации канала высокими капиллярными свойствами грунтов. Характерная особенность морозного цучения грунтов - его неравномерность (Н.Я.Хархута, Ю.Ы.Васильев, 1975), обусловливающая неравномерный подъем облицовки и образованна в ней трещин.

2. Набухание грунтов при подъеме уровня грунтовых вод, а также вследствие фильтрации через швы низкого качества и темпе-ратурно-усадочные трещины. Деформации, возникающие при атом в облицовках (монолитный бетон, комбинированная облицовка с применением полимерных пленок), могут быть вееьма значительными вплоть до полного разрушения оолицовки.

3. Повреждение полиэтиленовой плоски при монтажных работах. Небольшие повреждения полиэтиленового экрана не очень сильно ухудшает противофильтрационные свойства облицовки и не вызывает ее больших деформаций. 11ри значительных повреждениях' полиэтиленовой пленки происходит переувлажнение подстилающих грунтов, что при наличии просадочных, набухаищях или подверженных морозному пучению грунтов ».лет привести к значительным деформациям и даже к разрушению облицовки.

4. Отсутствие надежных мероприятий по отводу паводкового и ливневого стока. Отсутствие таких мероприятий обусловливает подмыв и деформации облицовки, а часто и ее разрушение.

5. Неполное уплотнение грунта в зоне сопряжения бетонного заплечика с облицовкой откосов (железобетонные плиты по полиэтиленовой пленке). Этим объясняется проникновение паводковых и

атмосферных вод между плитами и полиэтиленовым экраном. Но мере заполнения Пустот в подплитном пространстве возникает гидростатическое давление, в результате которого происходит разрушение ивов и выцор плит или даже их сбрасывание с откосов канала. При наличии же переменных циклических температур, вода, попавшая в пространство между плитами и облицовкой, замерзает, что еще более усугубляет процессы деформации облицовки.

6. Неполное уплотнение насыпных грунтов при их проеадоадоети. Это может.привести к деформациям облицовки в случаях переувлажнения грунтов. Так, величина деформации в бетонной облицовке из-за просадки насыпных лессовидных суглинков, связанная с их чрезмерной увлажненностью (были занижены отметки выходных оголовков ливнепропуеков), достигала 0,2-0,5 м.

Недостаточное уплотнение подстилающего грунта (железобетонные плиты по полиэтиленовой плегие) при прохождении канала в насыпи, в сочетании с переувлажнением грунтов вследствие нарушения целостности полиэтиленового экрана, привело к просадке грунта на 0,5 м, что вызвало значительные деформации облицовки (сползание плит с откосов канала!.

7. Отсутствие продольных швов на иткосе (монолитный бетон). При значительной длине откоса приводит к образование продольных трещин с шириной раскрытия 2-3 мм.

8. Превышение допустимого расстояния между поперечными тем-пературно-усадочными швами (монолитный бетон)*. Это приводит к образованию новых поперечных трещин температурно-усадочногр характера. Натурные исследования показали, что процесс усадки и образования температурно-усадочных деформаций протекает сравнитель-чо долго. Так, на каналах Голодной и Карвинской степей усадка 5етона происходит на протяжении примерно 1,Ь-2 лет (АЛ'.Алимов, 1967).

ь.

У. Смерзание нижней поверхности тонкой' асфальтобетонной оо-лицовки с подстилавшими грунтами ложа каналов во время отрицательных температур. Это обуславливает образование поперечных трещин с шириной раскрытия 10-20мм на расстоянии 7-12 ы в тяжелосуглинистых грунтах и" 14-19 м - в суглинистых грунтах.

10. Нарушение технологии протравливания подстилающих грунтов гербицидами приводит к повреждение облицовки влаголюбивой растительностью. Недостаточное уплотнение асфальтобетона и подстилающих грунтов обуславливает высокую пористость асфальтобетона и настолько низкую прочность, что его можно разрулить руками.

2.2. Причины повреждения берегоукрепительных

покрытий каналов (на примере Волго-Донского канала)

На протяжении ЪЬ км Волго-Донского канала (комплексного назначения) выполнено крепление откосов для предотвращения размыва от судовых и ветровых волн. На Волго-Донском канале (ВДСК) применены почти все виды берегоукрепительных защитных покрытий.

Более 90/6 общей площади креплений ВДСК выполнено в виде каменной мостовой толщиной 30см, уложенной на слой обратного фильтра толщиной 35 см, 6-8% занимает крепление слабоармированными бетонными плитами, на площади около 0,5^ применена асфальтобетонное покрытие. Результаты натурных исследований по изучению многолетнего опыта эксплуатации берегоукрепительной защиты ВДСК (канал эксплуатируется с 1962 г.) приведены в таблице 2.1. Анализ данных этой таблицы позволяет сделать вывод, что причинами деформаций берегоукрепительных защитных покрытий сооружений, кроме причин деформаций, характерных для противофильтрационных покрытий, являются следующие (некоторые из них относятся только к судоходному каналу):

таблица 2.1

ШУРНЫЕ ИССЭДОВАНИЯ БЕРЫ-0УКРЕ1ИТЕШШХ ЗАЩИТ КАНАЛОВ

Название (тип обкапала,мес-1 лицовки то и время ! проведения I иселедова- ! нШ I

! 1 ! ! )

^нты {Влаж-

!Вла*- (Положе-(Характер ноеть (ноеть (нив (повреждения {грунта !преде-(уровня (оолицовки ¡под об-(ла (грунто-(

------- (пластич!вых вoд^

1 % ! м ( ' пер. !

•лицов-(кой

I ( ! 1

•нижне-.в I ро {ст-ва

|аерхне|в (Г0

пе од 01

(ледов.

1

причина (Кон-!Сост о IСост оя!ГлубинаIПока-поврежде-(сгрук!яние (ние !промер-!эатель ния обли-!ция (швов (обли- (зания (кон-(цовкиЧна от-( (косах ( I см ! ( ( ( ( I I I ( ( (1(1 ! I _ ! (___

цовки (или ее отвутст-вие)

(швов

(

I

(сиетен-(ции

I ( 1

I *

I (2 (314(516! 7 ( 8(9(10 111 (12 (13

Канал »II

(ВДСК), 11ШЮ-11К>0+00 19Ь0-1УИ2гг. (межнавигационный период)

Каменное мощение

Волго-Донской судоходный канал (ЕДОК)

Мравый откое-'нарушено каменное мощение в нижней части крепления

Левый откос -наруяено крепление в зоне упора, ко в меньшей степени, чем на правом откосе

Неудов-летво-рнтель-ное

«о

продолжение таблицы а.I

1

!

* 3 _ !_4 t _Of . Ь_ I 7_ | О I У ! Ю ! Л I 1Н 1 13

канал »117

Каменное мощение е обрат-

-llKÍlO+0 1УЬ0-1982гг.

(Вдию, '

11KÜU+00-

Х.Наруиение нижней части каменного мощения й.^азруие-ние крепления в зоне переменного уровня и средней части каменного крепления

Подмыв

опертого

зуба

крепления с выносом подготовки обратного

фильтра и размыва грунтового ложа канала

Сильно разрушена

панал 1Ш7 Каменное Средние мощение суглинки (Яэ-зисм)

(.ЦЦОк), лшхй-UU--11KD7+70 I98u-I9ü2rr.

с линзами тяжелых глин, имевшие в зоне водо-насьпцения низкие механические свойетва (при замачивании и промерза-нии-пучи-ниетые). Подстилающие пески (1-22м). Водоупор-неогеновые

Минерализация грунтовых вод до оро-вения 1-3г/л, в период исследований -о-азг/л.

9-12

0,3-1,5 Кривая депрессии

грунтовых вод выклини вается

1.1Ъэруие-ние крепления с выносом обратного фильтра и размывом грунтового ложа канала.

2.Значительные деформа«-ции закрепленных откосов, приводящие к разрушение одежды канала

I.Вследствие высокого залегания уровня грунтовых вод при изменении эксплуатационного горизонта воды во время навигации и опорожнения канала на зимний период -выклинивание грунтово-

Маееовые

разрушения

облицовки

Продолжение таблицы 2.1.

. 3

! 4 ! 5 ! 6 !

7 . !

8 ! 9'! 10 \ II I

12 ! 13

сеше глины (21-25м)

на откос на отм.эк-сплуа-тацион-ного уреза воды

го фильтрационного потока на откосы 2.Морозное пучение во донаеыщен-ных грунтов в зоне их промерзания

Канал »117 Сборные Средние еу-(ВДСК), железо- глинки по ЙК58+20- бетон- СНиП П-15-74 -ПК60+75 ные пли среднепучи-1982-1905г ты ниетые грун-4,5x2,0 тн (еодвржа-х0,15м ние пылева-с отк- тых частиц рытыми от 19,4 до ■вами 42,9%) по трех слойноцу обратному Змльт ру (35ем, песок -10см,каменная кроака-10см,щебень -15 см)

16.9--24,1 (в 3-х метровом верхнем

слое)14,4--16.4

26-31,4

'В пери- Деформа- Предотвра- Откры од нави- ции эле- щенив де- тые гации ментов формаций «вы

облицовки морозного и,л-1,Ьм то пучения

- 1-ОММ грунтов

способст-

в зимний период

1-2,5м

вовадо наличие обратного фильтра под защитным креплением, выполняющего роль противо-пучвнис-той "шубы"

Удовлет- В дам-воритель- бах ное канала 0,49 41-103, (в 3-х при метро-снеж- вом верх ном нем покрове слое) от 0 до 10см 0-15 см ниже песчано щебеноч ной под готовки

Продолжение таблицы 2.1

1

t

3

± _4_ _Lú_il Ai. Jf_ _!__8 _ 1 J. _I0 i _ 1 V¿_ i J3_

Канал »117

1ШШ+7Й I98I-I988r (зимний период)

Монолитный бетон толщиной 20 см без

специальной подготовки

Подстилающие грунты основания-средние суглинки (пылеватых) частиц 20,725,8%) с прослойками легких (пы-леватых частиц 21,2-24%) и тяжелых (пылеватых . частиц 27,4-37,8%)суг- . линков

-33,1

17.7- В период Деформа-

-24,6 13,4- навига- ции вле--17.0 ции ментов од о 1-2м, в облицов-- * " зимний ки до

период- 198 мм и Т,?-2,5м образова ние продольных трещин с вириной раскрытия 3-15 мм длиной Ь-50м .

Морозное Про-пучение смолен грунтов ные и отсут- доски ствие противо-пучинис-той подготовки

Значительные деформации от морозного пучения подстилающих груйтов

0.49 (в 3-х метровом верхнем слое)

Канал >111 Асфаль-(ВДСК)

покрытие

Пол- 1.Избыточ-ностью ное давле-разру- ние грунто-нена вых вод

при инфильтрации в опорожненный канал 2.Некачественное выполнение обратного

f1льтpa .Механические повреждения от навала судов

Полное- -тью разрушено и заменено каменным мощением на слое обратного фильтра

- подмыв опорного зуба крепления (каменное мощение с обратным фильтром) с выносом подготовки обратного фильтра и размывом грунтового ложа канала (воздействие двигателей судов); разрушения, вызванные этой причинойг были устранены в результате отсыпки каменного банкета в зоне упора подводного неукрепленного откоса;

- воздействие ветровых и судовых волн в зоне переменного эксплуатационного уровня воды;

- ледовые нагрузки в зоне переменного эксплуатационного уровня воды (разрушение покрытий всех видов);

- избыточное давление грунтовых вод при выклинивании грунтового фильтрационного потока на откосы при высоком уровне грунтовых вод в зимний период при опорожненном канале, а также при изменении эксплуатационного уровня воды (эти причины приводят к разрушении крепления с выносом обратного фильтра и размывом грунтового ложа каналф

- морозное пучение водонасшценных грунтов в зоне промерзания при отсутствии противопучинистой "шубы". Этим объясняются значительные разрушения всех видов облицовок. Роль "шубы" хорошо выполнят1 обратные фильтры, рассчитанные по методике А.Г.Алимова;

- низкое качество выполнения обратного фильтра, что приводит к разрушению защитных покрытий всех видов;

- неорганизованный сток воды при опорожненном канале, вызывающий разрушение покрытий всех видов;

- оползневые деформации прилегающих склонов выемки при наличии грунтов с низкими механическими свойствами при водонасыщении (хвалынские глины, суглинки со слабой водоотдачей).

Все это позволяет сделать вывод, что, так же как и в случаях ч с противофильтрационными облицовками, повреждение берегоукрепительных защитных покрытий происходит в результате несоблюдения правил (чаще всего нескольких) проектирования, строительства и эксплуатации берегоукрепительных защитных покрытий в конкретных условиях.

3. РАСЧЕТ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ ОБЖЦОВОК-

Фильтра^ионный расход через облицовку определяют по формуле:

/2Г Ч'^'с .

где У ¿л - фильтрационный расход через облицовку на площади ; Ч^ч, - единичный расход через отдельные нарушения и дефекты облицовки! /7 - число нарушений и дефектов облицовки.

Для расчета водопроницаемости противофильтрационных облицовок используют универсальную характеристику водопроницаемости -условный осредненный коэффициент фильтрации облицовки , при-

веденный к однородному по проницаемости материалу:

ХмА - [ОМЛ <■£) Н, ,

где ¿С - толщина облицовки, /)ч - глубинаводы над облицовкой, - площадь облицовки.

Ь^шничные расходы через отдельные нарушения и дефекты противофильтрационных облицовок при напорном режиме фильтрации определяются следующим образом:

по формулам Г.М.Ломизе - для трещины в бетонной облицовке с гладкими и шероховатыми стенками;

по формуле В.П.Недриги - для щелей в пленочном экране с защитным слоем грунта;

по формуле Ю.Ы.Косиченко и В.А.Бородина - для отверстий в пленочном элементе грунтопленочных экранов и бетонопленочных облицовок.

В случае свободной фильтрации из щели пленочного экрана с защитным покрытием из грунта или бетона с учетом напорно-безна-порного режима и капиллярного растекания потока в однородное проницаемое основание рекомендуется использовать формулы Ю.Ы.Ко-сиченко.

4. МЕгОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЛИЦОВОК (ЭтСО) И СООРУЖЕНИЙ НА КАНАЛАХ

Методические- рекомендации включают общие положения, состав работ по оценке ЭТСО и сооружений на каналах и краткие характеристики измерительных средств контроля ЭТСО и сооружений на каналах (Т.А.Алиев, Л.Н.Картведиивили, А.Е.Вахтин. Прикладные исследования гидротехнических сооружений. - М.: ЦБНтИ концерна "Водстрой", 1992,- 2Ь8с.).

Ь. МЕТОДИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ВОПРОСЫ ОПТИМИЗАЦИИ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СЕгШ

По А.Н.Костикову всякую гидромелиоративную систему можно представить как гидротехнический .передаточный механизм, задача которого состоит в том, чтобы (в- случае орошения) передавать воду в определенное время и в определенных количествах от источника ороие-ния на орошаемое поле и распределять эту воду по полю, создавая на нем нужную для растений влажность почвы.

Основные составные части оросительной системы: источник орошения, головной водозабор, магистральный оросительный канал, состоящий из холостой части - от головного сооружения до начала разветвления распределителей и рабочей части, от которой отходят распределители; оросительная сеть каналов, разводящих воду по площади и передающих её орошаемым полям; арматура или искусственные сооружения на каналах; сбросная сеть.

Здесь анализируется, в основном, работа ороситеясных сетей, входящая в состав оросительной системы (имеются в виду открытые оросительные систеш).

К большим недостаткам существующих оросительных сетей относятся значительные потери воды в них. Эти потери бывают трех видов: I) фильтрационные; 2) технологические, вызванные несовершенством методов управления оросительными системами, низким техническим уровнем средств регулирования; 3) потери на испарение (они невелики: 2-3% в Европейской части).

Фильтрационные потери могут быть существенно снижены за счет применения еоответствущих облицовочных материалов при устройстве ложа канала.

Вопросы сокращения технологических потерь решается путем внедрения средств автоматизации на оросительных сетях. Однако, к настоящему времени ожидаемый эффект от внедрения автоматизированных систем управления на оросительных сетях не получен. Это объясняется, во всей видимости, преобладанием принципа планового водо-раснределеняя, который не позволяет оперативно учитывать меняющиеся потребности хозяйств в воде с учетом конкретных условий и заранее допускающим подачу излишков воды в хозяйства в пределах 10% от необходимых объемов, не считая излишков из-за несовершенства режимов регулирования и средств их реализации, а также ошибками в определении потребности в воде при заблаговременном планировании. По некоторым оценкам в целом из-за названных причин перерасход воды может составить около 20%.

Для рационального использования воды задача управления оросительной сетью должна решаться путем реализации принципа выбора гибкого закона управления на основе запросов водопотребителей с использованием обратной связи "орошаемое поле - головной водозабор". 11ри этом качество работы оросительной сети может оцениваться, например, с помощью показателя

где фр - фактический, - запрашиваемый хозяйством расход воды.

При водораспределении "по запросу" хозяйство-потребитель, может в любое время запросить ограниченные объемы воды, причем размеры этих ограничений устанавливаются при проектировании оросительной сети,-а удовлетворение запроеов происходит в зависимости от состояния водоисточника и запросов других хозяйств-потребителей (при необходимости водораспределение "по плану" можно рассматривать кал частный случай водораспределения "по требованию", если считать, что количество воды, которое надо подавать в соответствии с планом, запрашивается хозяйством).

Для моделирования запросов водопотребителей представляется возможным использовать метод статистических испытаний (метод Монте-Карло), считая поток требований на воду вероятностным марковским процессом, при этом следует либо нр. основании аналогичной информации о запрашиваемых объемах воды на других оросительных системах построить функцию распределения вероятностей или выбрать "теоретическую", подходящую для описания имеющихся данных, либо сделать предложение о каком-то распределении вероятностей этих данных.

На этапе проектирования большое значение имеет выбор расчетных режимов орошения (т.е.совокупностей числа, сроков и норм поливов).

В качестве расчетной рекомендуют принимать биологически оптимальную оросительную норму, позволяющую получить максимальный урожай (здесь следует отметить, что, как указывается в литературе, при снижении биологически оптимальной оросительной нормы в среднем примерно в 2 раза (так называемая эффективная оросительная норма) урожай уменьшается только на 10%. Под оптимальным ре-

жийом орошения понимается такой, который дает при данной оросительной норме максимально возможный урожай.

В процессе эксплуатации при дефиците воды оросительные нормы приходится уменьшать. Например, если требуется распределить объем воды IV таким образом, чтобы подучить максимальный чистый доход (или максимальный его прирост) () после орошения площади !'с , где п - количество культур, /-¿' - площадь, отведенная под I -» культуру, в том числе и неорошаемая (при этом должны быть определены оптимальные размеры орошаемых площадей по каждой культуре и объемы выделяемой для орошения этих площадей воды). Задача может быть решена методом динамического программирования, при этом так называемое функциональное уравнение имеет вид

Ь) (а- ■Ь -<¡.¡1

где XI - объем воды, отведенный для и -ой культуры (текущее значение); - орошаемая часть площади, отведенной под с -и культуру (текущее значение); - имеющееся количество воды для -ой культуры на каждом этапе расчета; i¿ - имеющаяся площадь на каждом этапе расчета:^1'"6 ,

Ш?!. _ чистый доход, который может быть получен от ороше-

ния площади водой в количестве .

Умножая поливную норку для данной культуры на площадь, занятую этой культурой и деля результат на длительность полива, получают поливной расход. Используя вычисленные поливные расходы по всем культурам и всем поливам, строят неукомплектованный график поливов всей орошаемой площади, поливы по котороцу требуют большой пропускной способности сооружений. Путем комплектования графика поливов добиваются сокращения необходимой пропускной способности (и, соответственно, удешевления сооружений).

Таким образом, расчетные расходы каналов оросительной сети следует определять, по-прекнецу используя графики поливов, определяемых на основе Оптимальных или эффективных оросительных норм. Задача же управления оросительной сетью должна решаться на основе обратной связи "орошаемое пола - головной водозабор", учитывающей запросы водопотребителей.

6. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ 1ИДРОГКХ1МЧЙЗКИХ СООРУЖЫШ (TiC) И КАНАЛОВ

6.1. Общие положения

Постановка задачи. Вопрос об оценке надежности функционирования комплексов РГС и каналов в конечном счете сводится к оценке того; произойдет или нет отказ в пределах заданной наработки. Цусть - интервал времени от момента включения в работу объекта до его отказа; ~t. - заданное время рабе Тогда вероятность безотказной работы макет быть определена как

P(t) ВеР (Ï7t) (6Л)

Отсюда следует, что P(i ) имеет следующие свойства:

■о¿,pftjif , Р(о) ,/ , р ; а

Вероятность отказа определяется как

Oit) ---f-Ptt) (6.2)

В отличие от технических .устройств, для которых проводятся специальные испытания на надежность, элементы ГГС или каналов не могут быть подвергнуты таким испытаниям и основным для них оста' ется расчетный метод.

Надежность элементов ГГС и каналов определяется тремя этапами цикла: проектирование, строительство, эксплуатация.

К основным задачам проектирования относится построение такой конструктивной схемы комплексов ГТС и каналов, при которой их основные элементы находились бы в установленных пределах, гарантирующих выполнение функции водообеспечения потребителей.

Этап строительства является связующим звеном между проектированием и эксплуатацией. Как правило, вследствие воздействия различных субъективных и объективных факторов уровень надежности по сравнению с проектным снижается.

Достигнутый уровень надежности практически выявляется на

на этапе эксплуатации.

Ниже рассмотрен подход автора к определению уровня надежности объектов ГГС и каналов на этапах проектирования и эксплуатации.

6.2. Определение Указателей надежности земляных и облицованных каналов на этапе проектирования

Функцией канала являетея обеспечение обслуживаемого объекта водой в заданных количества«. Работоспособность характеризуется областью предельных состояний, выход за границу котории ( У^Уа,) квалифицируется как отказ. Под подразумеваются параметры канала:^ - транспортирующая способность потока; Йу> - неразмывающая (допускаемая) скорость для грунтов русла или покрытий;- безразмерная ширина канала;^ А««* ~ безразмерная глубина; $ - уклон; к <Ал - коэффициент фильтрации;

П - комплексный показатель повреждаемости облицовки, зависящий от величины нагрузок, старения, механических повреждений и т.д.

В области предельных состояний общее критериальное условие можно привести к виду £ -1 , где ] - функции всех факто-

ров, участвующих в описании рассматриваемого процесса или явления (Т.А.Сырицын, 1981; В.В.Болотин, 1982).

В этом критериальном уеловии все случайные величины далее принимаются распределенными по нормальному закону согласно теореме Ляпунова.

Условия работоспособности записываются в виде функции работоспособности ) * II ■ ■■■ , где а/ - количество условий работоспособности, эс^у,, - допустимое и фактическое значение показателя, соответственно. Но изложенной схеме расчета для комплексов 110 к каналов можно составлять вольное количество условий работоспособности. Например, основное условие работоспособности для облицованного к земляного канала - обее-

печение критериальных условий, котори можно записать в виде

ИЛИ , 7 Г гиси

Л од у Кал. <ми, У^ (к) : КсСл. ¿¿п. -Ла& у О.

Необходимый (обеспечивающий заданную вероятность безотказной работы мелиоративных систем или каналов) коэффициент работоспособного состояния каналов для нормальной подачи воды с учетом сохранения экологического равновесия экосистемы определяется по формуле: ут .- X /¿¿) * ^/¿ф^Пт,)^ Ч+Т,

, у/// - У!А и*):л ¡¿^ч- лтС

В общем случае, когда требуется учитывать влияние различных факторов на надежность функционирования всей системы имеет место ^ условий работоспособности , вероятность того,

что все условия будут выполняться, т.е. не произойдет отказа, определяется по уравнению Р\'Ы>01 7 О У^' ?О ) -

г ^Л^-гг,, < /■•• £ ^ - ^

где /) -/'{/^ ^ ИI - определитель матриц коэффициентов корреляции между условиями работоспособности элементов мелиоративных систем и каналов; СIу - алгебраическое дополнение элемента у в определителе 11

.Значительно лроще вероятность выполнения совокупности условий работоспособности определятьупо зависимости

Р (X 70, К УС,... , К ПР^ (К/>0) + +ГР ( К ?0)тм -ПРс ( К 7

ГДв у^

как указывает Т.А.Сырицын.

Коэффициент корреляции между зависимыми условиями.работоспособности определяется по формуле:

где , ^ -- ЩГ^Р ;

Ъ - Ц 7/ / % = Щ17^? ,

Рр^ - коэффициент корреляции между величинами * и ^ .

Приведенные расчетные формулы позволяют на этапе проектирования оценить вероятность безотказной работы мелиоративных систем и каналов по совокупности условий их работы.

б.З. Эксплуатационные показатели надежности линейных участков канала

Эксплуатационные показатели надежности канала - это численные значения показателей, найденные в реальных условиях эксплуатации.

При оценке безотказности канала его участки в совокупности принимается как система из независимых элементов, примером тахой системы может служить канал, состоящий из Л последовательно соединенных участков, разделяемых по условиям формирования русла или же его грунтовым характеристикам.

Для передачи воды необходима одновременная работа всех участков, поскольку система состоит только из основных элементов, резервные элементы отсутствуют. Согласно теории надежности е*у-чайная наработка и до отказа системы из п последовательно

соединенных невосстанавливаешх элементов определяется минималь-

Н)

пым значением случайных наработок её элементов, т.е.

Шп /¿¿¡г/».

Однако, размыв или заиление (частичный отказ) или повреждение на одном участке канала не означает отказа системы и не вызывает полного прекращения подачи воды потребителям. В данном случае увеличиваются затраты.на эксплуатацию канала.

Каждый из участков канала в зависимости от условий устойчивости русла может пребывать или в работоспособном состоянии или в состоянии отказа. Следовательно, состояние участки канала при

оценке эксплуатационной надежности можно рассматривать независимо друг от друга, т.е. деформация русла на одном участке не влияет на работоспособное состояние другого участка.

Определим работоспособное состояние канала и состояние отказа для его /? характерных участков. Предположим, что показатель надежности участка (вероятность безотказной работы за определенный период) , тогда вероятность отказа того же участка -■¡-Я'ь как события противоположного. Вероятность одновременного пребывания всех И участков канала в работоспособном состоянии равна произведению вероятностей исправного состояния всех П участков. Обозначим вероятность работоспособного состояния канала Р (^ ) за время -Ь через и вероятность отказа канала через С} .

Тогда % --П Ь =П , (б.З)

Ы 14 ^

О 7-л/ь /-д//-л;. (б-4)

При П однотипных участках Д - ц I? г/

Анализируя изменение численного значения вероятности безотказной работы канала в зависимости от числа участков, можно видеть что:

по мере увеличения числа характерных участков и длины канала надежность русла уменьшается;

надежность канала меньше надежности любого из его участков, в том числе наименее надежного. Следовательно, вероятность отказа канала больше вероятности отказа любого его участка, в том числе самого ненадежного.

Динамика снижения надежности канала при увеличении числа участков с надежностью ¡{¡, =0.36 можно охарактеризовать следующими данными.

1.................0.96 0.05

2 .................0.90 0.10

3 .................0.86 0.14

4.................0.81 0.19

5 ...................0.77 ' 0.23

6 .............0.74 0.26

Рассмотрим определение надежности канала длиной ^ и представим его состоящим из характерных участков длиной £ . При уменьшении длины участка снижается вероятность его отказа, и следовательно, возрастает его надежность Яи . Вместе с тем при увеличении числа элементарных участков возрастает вероятность отказа канала и соответственно снижается надежность. Пусть число элементарных участков /7 и длина каждого из них С- связаны постоянным отношением , где £ - - <Сг, ^ - общая длина канала.

Для экспоненциального распределения времени до частичного отказа вероятность безотказней работы участка будет

Вероятность безотказной работы канала %

но П -- , следовательно ^ ^

п

где А- г £

Формулы (б.Ъ и 6.6) будем использовать для нахождения значений эксплуатационных показателей надежности линейных участков канала.

Средняя наработка до о-гказа вычисляется по формуле

(6.7)

о

Для системы из последовательно соединенных и невосстанав-ливаемых взаимно независимых элементов, у каждого из которых

распределение наработки до отказа является экспоненциальным, средняя наработка до отказа определяется по зависимости

7Г.ЛГ~ • (6-8)

С появлением постепенных отказов (размыв или заиление участков канала) P(i). уменьшается, аХИ) возрастает. Для периода нормальной эксплуатации канала можно допустить, чтоjlfeJ - fc//yL) а показатели безотказной работы можно вычислить по формулам:

Р№ --1 > (6.9)

Q(t):-i-C~U, (6Л0)

Up X - (б.Ш

Нижние доверительную грап«цу для показателей надежности систем, состоящих из элементов с экспоненциальным распределением наработки, можно вычислить методом подстановки. Пусть последовательная система составлена из т элементов и распределение наработки элементов L -го типа экспоненциональное:/^/^1/«/'/--А £] -с неизвестным параметром интенсивности отказов jh. . Верхняя и нижняя односторонние доверительные границы для определяются по стандартным формулам

1-, , <l)MSL,Ai - *>t/ (Л& VjjJU, (6.12)

где Q: i - соответственно число отказов и суммарная наработка', полученные в ходе эксплуатации участков L -го типа, l -(■■■ л?;

% д

fy (п) - квантиль уровня f- для Х> - распределения с п степенями свободы.

Обозначим JL~ . А?у>] - вектор параметров, а

r , ji.-n) , .Я -(¿ч ... , yl,у,)- - векторы соответствующих

верхних и нижних - доверительных Границ. 1(усть Pit) -P/Ai,.,-А<п) -функция,выражающая зависимость вероятности безотказной работы системы от показателей надежности участков русла. Функция Р (Л )

обычно монотонно убывает по каждому ^Ь . 1ребуется построить доверительные границы для неизвестного значения системного показателя Р=Р(А}.

Для ряда моделей сложных систем использование в процессе вычисления величины Р - Р(Х) вместо неизвестных параметров .Дб. их

верхних доверительных границ с коэффициентом доверия у— (при

■VI

-0,77]) дает в результате нижнюю доверительную границу с тем же коэффициентом доверия. Другими словами, доверительная оценка Р вероятности безотказной работы системы с заданным коэффициентом доверия ^ может производиться при подстановке -доверительных оценок для показателей надежности элементов в функцию, выражающую зависимость вероятности безотказней работы системы от этих показателей: . Для последовательной системы нижняя у^ - доверительная граница для Р методом подстановки вычисляется по форкуле ^

(6.13)

Аналогично рассматривается случай, когда в последовательной системе может оыть несколько однотипных участков с одинаковыми показателями надежности. Пусть К С - число элементов -го типа с параметром ¿и, ■■■■ , • Тогда вероятность безотказной работы канала и её нижняя - доверительная граница определяются как ' /

р -./7■■ ^' *); (б.ш

иЧ

С~ 1 '

Для проведения статистического анализа типы русловых процессов классифицируют по их направленности и характеру (С.В.Писарев, 1985). Результаты классификаций по выделенным характерным участкам представляется в виде таблиц, которые после заполнения и будут служить объектом статистического анализа. Статистический

анализ необходим для того, чтобы выявить характерные виды русловых режимов, влияющих на работоспособность канала, и разработать рекомендации по устранению причин их возникновения (или по снижению интенсивности русловых процессов).

Рассмотрим работу Каракумского канала с позиции теории надежности. Каракумский канал интенсивно эксплуатируется с Г960г. Данные о его эксплуатационных параметрах приводятся Х.Ш.Шапиро.

В связи с, резким увеличением водозабора в весенний период на головном участке (ниже водозаборного сооружения) происходят интенсивные русловые процессы, влияющие на эксплуатацию канала. Например, по данным Среднеазиатского отделения и Самарского филиала 1*дропроехта, за 19б2-1968г.г. на первых пяти километрах ниже водозабора Каракумского канала отложилось 1,9 мян.м3 нано-еов, на следующих десяти километрах - ещё 6,1 млн.и3. Из-за заиления русла ниже водозабора снижалась пропускнаяспособность, что потребовало очистки русла средствами гидромеханизации.

Наиболее интенсивный разшв наблюдался к районе 50-го километра, так как там отсутствовало предусмотренное проемом подпорное сооружение. В связи с этим для предотвращения разрушения мостов на 40-м километре канала выполнялись руслоукрепительные работы.

Согласно данным первого районного управления Каракумского канала, наиболее интенсивные деформация на участке 0-20 км наблюдаются в среднем.4-5 раз в год. Ниже этого участка русловые процессы протекают менее интенсивно.

В качестве исходных данных для оценки эксплуатационной надежности- канала ыохет служить таблица 6.1, составленная согласно данным, приведенным Х.Ш.Шапиро и наблюдениям 'Г.А.Алиева.

таблица 6.1

Участок

О - 20 км 20 - 40 км 40 - 60 км

Тиериод эксплуатацииТчисло чаетичныхТинтенсквноеть {число календарных , отказов | дет } |

отказов

27 27 27

120 60 30

0,000514 0,000257 0,000129

На основании данных табл. 6.1 можно вычислить надежность участков канала в определенное время.

Участок 0 - 20 км : - 0,000514

р, (100) = еър (-0,000514x100) = 0,«> = 0,06

(200) = е*1> (-0,000514x200) = 0,90 <>2 = 0,10

р> (500) = еьр (-0,000614x500) = 0,77 «3 = 0,23

Р.ч (1000)= (-0,000514x1000) = 0,60 = 0,40

Л- (2000)= сьр (-0,000514x2000) = 0,36 % = 0,64

Участок 20 - 40 км : А = 0,000257

Л (100) = ех-й (-0,0002Ь7х 100) = 0,97 01 = 0,03

р* (200) = «*./> (-0,000257x200) = 0,96 °2 = 0,05

рл (500) = еьр (-0,000257x500) = 0,88 °3 = 0,12

Рч (1000)= еьр (-0,000257x1000) = 0,77 «4 = 0,23

('2000)= ьхр (-0,000257x2000) = 0,60 % = 0,40

Участок 40 - 60 км : = 0,000129

Р, (100) = еър (-0,000129x100) = 0,99 «I 3 0,01

(200) = е*./> (-0,000129x200) = 0,97 «2 = 0,03

(500) = г*.р (-0,000129x500) = 0,94 «3 3 0,06

Р* (1000)= .еьр (-0,000129x1000) = 0,88 «¡4 = 0,12

Р5 (2000)= ар (-0,000129x2000) = 0,77 % = 0,23

По подученным данным расчитывается эксплуатационная надежность канала на 2000 ч.

Рк = Р1 ' Р2 ' Р3 = °'60' °'36' '°'77 = О'17-

Из выполненного расчета видно, что из-за высокой частоты отказов, очень низка эксплуатационная надежность канала. Для по-выпенкя надежности Каракумского канала требуются следующие мероприятия.

1. Реконструкция головных водозаборных сооружений и одновременно выполнение укрепительных работ на первом участке канала.

2. Увязка гидравлических параметров канала с работой подводящих каналов-отстойников, связанная с решением задачи оптимизации по критерию минимизации совокупных народно-хозяйственных затрат 3 или максимума народнохозяйственного эффекта Э. Должно выполняться, например, следующее критериальное условие

3 Зли.» ; о*— где 3 = Кос + Эос. гн + У ; (6.16)

Кос - капитальные вложения на строительство сооружений и канала; Эос - ежегодные затраты на эксплуатацию сооружений и канала; Тн - нормативный срок окупаемости капитальных вложений; У - ущерб в сфере сельскохозяйственного производства.

При решении второй задачи в качестве средства оптимизации могут быть использованы количественные показатели по эксплуатационным затратам и мутности потока, устанавливающие связь с работой канала, главными и внутрисистемными отстииниками.

Однако, если рачь идет о прогнозе, то это означает, что по рассматриваемому объекту статистических наолюдений не проводилось. 1&ли предположить, что процесс размыва или заиления на данном участке является однородным марковским процессом, то можно использовать результаты обработки статистики рек-аналогов

(Т.А.Алиев, 1969).

Рассмотрим непрерывный стационарный случайный процесс деформации линейного участка русла как марковский процесс с кусочно-линейной аппроксимацией. Наедем вероятность того, что за интервал времени t размыв русла (увеличение его ширины) Д & находится в заданных пределах Ca.ÎJ , т.е. ищем вероятность

Р{а ?йв7ё} .

Пусть по наблюдениям на аналогичном объекте построен график (Т.А.Алиев, 1985) процесса размыва (pic. 6.1). Произведем квантование уровня случайной функции ùÔ(t), т.е. разобьем интервал Ев-Л J возможных значений Л б на. несколько уровней, например, Лул • Интенсивность пересечения уровней ¿-Г - //it-

где t (. - момент пересечения версией границы" -го уровня ( £ = О, I, 2).

6 4 t, гас

Рис. 6.1 Процесс размыва на участке связных грунтов Каракумского канала (квантование по уровням)

31.

Для вероятностей /¿/¿У размыва в пределах уровня в момент времени t составим систему уравнений марковского процесса (Т.А.Алиев, 1989):

РиО: а)- ¿ = 0,1,2;

■Р,Ц) : /-Й Рс(1) .

7 ■ с-О

С начальными условиями

Р0(0) = I; Рт(0) = Р2(0) = Р3(0) = 0.

Здесь Рд(£) - вероятность выхода величины размыва из интервала /Гл, С] за время с .

Решением системы являются функции

ЯШ^^-Г^, (6.17)

Ш"1-2. РсЩ.

с-.О

Для прогнозирования процесса размыва и заиления на данном участке может служить график вероятности состояний (рис. 6.2)

Рис. 6.2 Зависимость вероятности

состояния русла от времени

6.4. Показатель качества функционирования канала

Показателем качества функционирования канала является его пропускная способность, т.е. максимальное количество воды, которое может быть передано в единицу времени потребители.Снижение пропускной способности по сравнению с номинальной считается частичным отказой объекта.

Ранее мы рассматривали канал как систему, состоящую из независимых элементов. Поскольку участки канала гидравлически являются связанными, то представление о независимости элементов на практике оказывается неверным. Например, пусть на первом участке .русло канала заиляется наносами, и с уменьшением живого сечения канал постепенно теряет свою пропускную способность. Следовательно, последняя влияет на пропускную способность других участков. При полном отказе одного участка система "выключается". В табл. 6.2 приведены показатели надежности для режима работы, при котором при изменении пропускной способности одного участка изменяется общая пропускная способность системы. Эти результаты могут оказаться полезными при ориентировочных расчетах надежности (в табл. 6.2 обозначено ^ -.¿^ут )•

Таблица 6.2

иоказателъ['1'очное значение 'приближенное (Условия

•значение 'приближения

I

С

л.

V ¡1

К (Ь) К'« Ли .¡-Мъ+и) !,л.1 1-1-{

Модель надежности канала имеет две части:гидравлическую и теоретико-вероятностную. Первая устанавливает связь между состоянием канала и его пропускной способностью, вторая - между распределением вероятностей состояний канала и его элементов.

Состояние канала можно характеризовать состоянием всех его элементов и описывать случайным вектором £г

где - состояний ¿--го участка. Случайные величины имеют дискретное распределение и независимы в совокупности. Вероятность 0~ ( ^ ) состояния -!>' канала равна произведению вероятностей ¿'^ состояний участков с = Iп . Таким образом,-вероятностные состояния участков канала описываются методами статистического моделирования.

Пропускная способность русла для соответствующих участков характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления {-Л ) и является однозначной функцией технических состояний элементов канала. Поскольку изменение пропускной способности рассматривается нами как случайное событие, то изменение коэффициента гидравлического сопротивления также представляет собой случайное событие. Таким образом, рассматриваем пропускную способность как случайную величину О с конечным множеством значений ¿с, <Р1 ,.... . Для ее описания достаточно задать вероятности Рк того, что пропускная способность С? примет значение 0к , к=0,1,..., т . Естественно считать, чЛЖШеть канала определяется диссипацией энергии в живом сечении русла, где наименьшему сопротивлению соответствует максимум кинетической энергии потока.

Изменение пропускной способности канала в естественном состоянии связано с природными источниками воды, которые также входят в систему канала. Например, отказ водоисточника может повлечьза собой полное нарушение функций водообеспечения и представляет боле серьезную опасность, чем все возможные отказы элементов крупного

канала. Под отказом водоисточника понимается талое его состояние, при котором потребители ие обеспечивается водой в требуемом количестве. Это может произойти в результате понижения уровня води в реке-водоисточнике.

Распределение характеристик стока в гидрологии обычно аппроксимируется биномиальным законом распределения или законом трех-параметричеекого гамма-распределения. Для биномиального закона

(6.18)

где в»,« - вероятность появления некоторого события в ^ независимых опытах т раз; Р - вероятность появления события в каждом опыте.

Методы получения численных характеристик надежности природных источникев воды представляют собой сложную задачу и достаточно подробно рассмотрены в трудах ученых-гидрологм. Поэтому при решении задачи о пропускной споевбнооти канала с позиций теории надежности считаем, что надежность реки-источника известна.

Для оценки надежности функционирования канала готовится исходная информация о состоянии участков и их пропускной сяомбнос-ти согласно графику водопотребителей для периодов работы искусственного водотока с указанием фактически наблюдаемых расходов воды. Первичные статистические материалы дают возможность получить необходимые сведения о числе отказов участков канала по пропускной способности за прошедшие годы эксплуатации. Образец-оформления исходных данных о результатах эксплуатации канала за // лет его эксплуатации помещен в табл. 6.3. Для полноты информации рекомендуется учитывать сведения о потерях расхода воды на фильтрацию и испарение.

Таблица 6.3

Исходные данные для расчета надежности функционирования канала

НоцерШериод !Номианаль!Диапазон (Число отказов в диапазоне

учает! »кеплуaval ный рас- f расходов I i ~ ffmu г /I

ка 1ции кана-!ход воды t 1дхя элементов водотока

t*a> ! ! !-------------—

!чиело лет! f ! Г ! 2 ! ... ! п

1 д// ИпшцуОпш, Q„ Qa i?t,i

2 д/Д ig, Ärtf,, -¿„а** .Qxx.

" ■ #» <&», о*». я»»

Зная число отказов пропускной способности канала, по приведенной методике рассчитывают надежность функционирования канала за определенный период его работы.

ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

1. Обобщен опыт применения различных противофильтрационных

и берегоукрепительных покрытий каналов, при этом установлено, что повреждение защитных покрытий происходит, в основном, в результате несоблюдения правил проектирования, строительства и эксплуатации каналов применительно к конкретным условиям.

2. Дан краткий обзор формул для расчета фильтрационных потерь каналов с различными типами облицовок.

3. Даны методические рекомендации по оценке эксплуатационно технического состояния облицовок и сооружений на каналах.

4. К большим недостаткам существующих оросительных сетей относятся значительные потери воды в них, которые бывают трех видов:

- фильтрационные, которые могут быть существенно снижены за счет применения облицовочных материалов;

- потери на испарение (2-3^ в Европейской части);

- технологические, вызванные несовершенством методов управления оросительными системами, низким техническим уровнем средств регулирования.

Вопросы сокращения технологических потерь решается путем внедрения средств автоматизации на оросительных сетях, однако, ожидаемый эффект от этого не получен, что объясняется по всей видимости, преобладанием принципа планового водораспределения, который не позволяет оперативно учитывать меняющиеся потребности хозяйств в воде.

Ь. Предложен методический подход к решению задачи управления оросительной сетью, при котором эффективность её работы может •быть оценена с помощью показателей, учитывающих степень фактического удовлетворения запросов водопстребителей.

6. Наиболее частыми причинами отказов земляных каналов является: разшв, заиление, просадки, зарастание и оплывание откосов. Облицованные каналы выходят из строя из-за деформаций и износа облицовочных покрытий. Частые причины отказов оросительных систем - низкое качество труб, задвижек, вентилей, насосного оборудования, дождевальных установок.

7. Предложены принципы определения показателей надежности (в частности, вероятности безотказной работы) земляных и облицованных каналев на этапе проектирования.

8. Предложена методика определения эксплуатационных показателей надежности линейных учаеткав канала и дана оценка эксплуатационной надежности. Каракумского канала.

9. Даны реквмевдации по-повшенив надежности Каракумского канала, которые заялпчшотйя:

- в реконструкции головных вадозабориых сооружений и выполнении укрепительных рабет на первом участке канала;

- в увязке гидравлических параметров канала с работой подводящих каналов-отстойников.

10. Дан анализ влияния изменения пропускной способности канала на показатели его надежности.

Основные положения диссертации опубликованы в монографии

1. Прикладные исследования гидротехнических сооружений. -М.: ЦВМ концерта "Водстрой", 1992 - 258 с. (соавторы: Т.А.Алиев, Л.Н.Картвелишвили),

а также в следующих работах.

2. Уровень надежности линейных участков оросительных каналов с учетом коэффициента "Экологической чистоты" ЦБН1И Госконцерна "Водстрой", М.,1УУХ.- вып.7. С. 9-13 (соавторы: Т.А.Алиев,

B.11.Демидов, Н.Г.Зубкова).

3. К определение вероятности безотказной работы линейных участков оросительных каналов. Приволжский дом Hiil объединение "Иензаведыелиорация" //Тезисы докладов к зональному семинару 21-22 декабря 1989 г. С. 39-40 (соавторы Т.А.Алиев, Н.Г.Зубкова).

4. Стендовые испытания напорных виброгидропрессованных железобетонных труб со стальным сердечником диаметром 1400 мм. -Экспресс-информация, Мелиорация и водное хозяйство Минвсдхоз СССР. Водохозяйственное строительство сер. Ь, вып. 3, 1978.

C. З-б (соавторы В.Г.Ганчикев, В.А.Копылов).

5. A.c. № 1296668. Способ строительства сборного покрытия из гибких асфальтовых элементов. А.Е.Бахтин и соавторы.

6. A.c. * 1705482. Рыбозащитноз устройство водозаборного сооружения. А.К.Бахтин и соавторы.

7. A.c. » I6274I2. Оправка для изготовления трубчатых из-; делий из полимерных материалов. А.Е.Бахтин и соавторы.

. 8. A.c. № I64I937. Рыбозаградительное устройство водозаборного сооружения.А.Е.Вахтин и соавторы.

9. A.c. № 1723246. Рыбозащитное устройство водозаборного сооружения. А.Е.Вахтин и соавторы.

10. Удостоверение * 67 ВДНХ СССР Золотая медаль. А.К.Бахтин. Постановление № 26-н от 11.09.90 г.