2. Инженерный мониторинг и организация системы контроля состояния гидротехнических сооружений и окружающей среды. Эксплуатационная обстановка

Комплексный экологический и инженерный мониторинг гидротехнических сооружений и окружающей среды — это организация системы наблюдений за состоянием узлов и отдельных объектов, окружающей природной среды для оценки их фактического технологического состояния, уровня водности и загрязнения источников и предупреждения о создающихся критиче­ских ситуациях, опасных для здоровья людей и конструктивной устойчивости сооружений. Различают мониторинг локальный, системный и фоновый – соответственно, для отслеживания технологических процессов на отдельных сооружениях, для анализа технического состояния водохозяйственной системы в целом, для формирования банка данных по всем компонентам водохозяйственного комплекса, включая природную составляющую.

Система комплексного мониторинга преду­сматривает:

• выделение объекта наблюдения;

• обследование выделенного объекта наблюдения;

• составление для объекта наблюдения информационной модели;

• планирование измерений;

• оценку состояния объекта наблюдения и идентификацию его информационной модели;

• прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;

• представление_информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя.

Основные цели комплексного экологического мониторинга состоят в том, чтобы на основании полученной информации:

1) оценить показатели состояния и функциональной целост­ности элементов и узлов системы, среды формирования водных ресурсов, почвенно-мелиоративной обстановки;

2) выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить коррек­тирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели не достигаются (т. е. провести ди­агностику состояния водохозяйственной системы и среды формирования водных ресурсов);

3) создать предпосылки для определения мер по исправле­нию возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб, т. е. обеспечить заблаговременное преду­преждение негативных ситуаций.

За организацию инженерного мониторинга и надзора за состоянием гидротехнических сооружений, сданных в эксплуатацию, ответственность несет служба эксплуатации гидроузла, которая обеспечивает наблюдение, сбор, контроль, обработку, обобщение, накопление, хранение и распространение информации, а также ведение банков данных и передачу данных мониторинга на региональный (бассейновый) уровень.

Инженерный мониторинг осуществляют пу­тем систематического осмотра, обработки результатов измерений контрольно-измерительной аппаратурой, создания специальных комиссий для обследования и опре­деления объема необходимых ремонтных работ и реконструк­ции сооружений или их элементов.

Служба эксплуатации системы обрабатывает данные измерений, систематизирует их и проводит прогнозные расчеты и оценки. На основании анализа на­блюдений, обследований и выводов о работе сооружений еже­годно разрабатывает планы мероприятий по улучшению их функционирования, проведению ремонтно-восстановительных работ и, если необходимо, реконструкции. Материалы и результаты мониторинга предоставляются в соответствующее региональное производственное управление или вышестоящая организация в установленном по­рядке.

Системы контроля и надзора за гидротехническими соору­жениями различаются в зависимости от структуры службы экс­плуатации. Гидротехнические соо­ружения 1, II и III классов капитальности, как правило, осна­щаются контрольно-измерительной аппаратурой для проведения натурных наблюдений (СНиП 2.06.01—86). Для сооружений IV класса наблюдения с примене­нием контрольно-измерительной аппаратуры могут быть организованы при соответствующем обо­сновании.

Первоначально система контроля разрабатывается в проекте эксплуатации. Этапы проектирования включают: разработку проекта и мероприятий по устранению аварийных ситуаций, по ремонту и реконструкции гидротехнических сооружений; разработку про­екта установки дополнительной контрольно-измерительной аппаратуры или ее восстановления (ес­ли в этом возникла необходимость); разработку проекта разме­щения и установки контрольно-измерительной аппаратуры (если ранее она не была предусмотре­на), а также программы наблюдения; участие в необходимых случаях в анализе результатов наблюдений и обследований состояния сооружении.

При решении задач создания всеобъемлющих систем инженерного мониторинга ВХК привлекаются научно-исследовательские организации. Они осуществляют: оказание методической и технической помо­щи службам эксплуатации в части организации и проведения наблюдений и обследования состояния сооружений; оказание технической помощи службам эксплуатации и проектным орга­низациям с целью принятия мер по устранению сложных дефек­тов, повреждений и ликвидации аварийного состояния гидротех­нических сооружений или их элементов. Кроме того, проводится: составление рекоменда­ций для службы эксплуатации по проведению контроля, надзо­ра, обследованию сооружений и анализу результатов наблюде­ний; проверка соответствия результатов наблюдений проектным данным; выполнение для крупных гидротехнических сооружений (I, II и III классов капитальности) систематических наблюдений; прогнозирование и анализ результатов исследований в целях своевременного выявления ава­рийных ситуаций; разработка регламентов, типовых инструкций и правил по эксплуатации гидротехнических сооружений.

Систематические наблюдения на сооружениях должны вестись в от­ношении следующих факторов:

• положения горизонтов воды верхнего и нижнего бьефов у со­оружения, а также в нескольких пунктах водохранилища и нижнего бьефа, канала и пр.;

• расходов воды через водопропускные устройства сооружения: поверка кривой расхода в нижнем бьефе в связи с процессами ретро-грессии, т. е. постепенного понижения русла;

• размывов в нижнем и верхнем бьефах у сооружения (дна бере­гов);

• разрушения одежд и креплений, истирания покрытий и поверх­ностей сооружений;

• отложения наносов, заиления, зарастания дна и берегов водо­хранилищ и каналов;

• фильтрации через сооружение и в основании его (фильтрацион-ное давление, расходы фильтрации и пр.);

• появления трещин в бетонных частях и фильтрации воды через них;

• суффозии в земляных частях сооружений и их основаниях;

• выщелачивания бетона или скальных оснований;

• осадок и других деформаций сооружений и их частей;

• деформаций склонов и берегов в районе сооружения (оползней и пр.);

• температурного режима бетонных сооружений.

В дополнение к систематическим наблюдениям производятся пери­одические осмотры сооружений с фиксацией состояния внеш­них их поверхностей: разрушения их, истирания, появления трещин и т. п.

Такие осмотры особенно необходимы в речных сооружениях перед весенним ледоходом и паводком и после прохода льда и спада павод­ка; первые необходимы для подготовки к пропуску льда и паводка че­рез сооружения, вторые — для учета повреждений, нанесенных прошедшим ледоходом и паводком, и установления необходимых ремонтных мероприятий.

Способы производства таких наблюдений и исследований излагаются в соответствующих нормативных документах. Наблюдения проводятся специализированными подразделениями в рамках структуры эксплуатационного управления.

Регулярные наблюдения и исследования по изучению факторов окружающей среды, в которых находятся объекты и сооружения, проводятся по следующим направлениям: климатические условия региона ( температура и влажность воздуха, количество осадков, испарение и т.д.), гидрологические условия формирования поверхностного стока и расходов водного потока по створам, гидрогеологические условия территории( глубина залегания и минерализация грунтовых вод, их распространение, условия питания, дебиты скважин и т.д.), особенности почв и их распространение.

Для выполнения поставленных задач необходимо проводить следующие систематические наблюдения и накапливать многолет­ние данные:

• по уровням грунтовых вод и верховодки, их водно-солевым режимам;

• по уровням расходам воды в водоприемниках и каналах;

• по дренажному стоку на мелиорированных землях;

• по количеству воды, поданной на систему;

• по влажности почвы и ее водно-физическим свойствам в пахотном и подпахотном слоях, их изменению;

• по метеорологическим элементам (осадки, испарение, темпера­тура почвы, глубина промерзания и оттаивания почвы, высота снежного покрова и др.);

• по состоянию отдельных элементов водохозяйственных систем (водоприемников, каналов, дренажных линий, гидротехнических сооружений);

• по использованию мелиорированных земель и урожаю основ­ных сельскохозяйственных культур.

Все вышеизложенные наблюдения в целом являются неслож­ными и при наличии соответствующей аппаратуры, инструментов и оборудования могут осуществляться силами эксплуатирующей организации.

Измерение параметров производится контрольно-измерительной аппаратурой, которая должна отвечать предъявленным уровням точности и проходить систематические поверки, юстировки и тарировки согласно паспорту завода-изготовителя.

Средства водоучета должны быть серийными, прошедшими метрологическую аттестацию. Для проведения градуирования и метрологической аттестации средств водоучета на каналах или трубопроводах оборудуют измерительные участки (постоянные или временные) с образцовыми средствами измерений.

Для контроля за мелиоративным состоянием земель предусматривают сеть режимных скважин, почвенно-солевые или водно-балансовые стационары, лаборатории производственных исследований.

Режимные скважины располагают преимущественно по ство­рам. Плотность расположения скважин на орошаемых землях зависит от степени естественной дренированности орошаемой территории, а на осушаемых землях - от типа водного питания.

Почвенно-солевые стационары создают на орошаемых землях из расчета один стационар на 150...200 тыс. га. Их размещают в основных гидромодульных районах на типовых севооборотах.

Водно-балансовые стационары на осушаемых землях имеют один стационар на 150...300 тыс.га. Их размещают на землях осушительных систем, типичных для обслуживаемого массива по типу водного питания, гидрологическим и почвенным условиям, конструкции регулирующей сети, сельскохозяйственному ис­пользованию земель.

Лабораторию производственных исследований оснащают прибо­рами и оборудованием для определения влажности и химическо­го состава почвы, химического анализа воды.

На магистральных, распределительных, сбросных, ограждающих каналах, коллекторах, дамбах, дорогах устанавливают кило­метровые столбы и пикетные знаки через 200 м. На облицованных каналах столбы и знаки не устанавливают, а необходимые данные пишут прямо на облицовке.

Отдельный вид измерительного обустройства водохозяйственных систем, имеющих в своем составе разветвленную сеть каналов большой протяженностиназывается эксплуатационной обстановкой. Это сеть установленных и размеченных с помощью геодезических приборов реперов и пикетов с помощью которых можно контролировать водораспределение на всем протяжении канала.

В головах оросительных и в устьях осушительных каналов (на их бровках), на пересечениях и ответвлениях дорог, на сооруже­ниях устанавливают указательные знаки. На закрытых трубопроводах и коллекторах указательные знаки обычно устанавливают на ближайшей границе поля.

Предупредительные знаки указывают запрещение, разрешение или ограничение пользования каналами или сооружениями, и располагают их вдоль дорог, на их пересечениях и ответвлениях около мостов и труб-переездов, вблизи населенных пунктов и полевых станов. Форма и размеры дорожных знаков и указателей на эксплуа­тационных дорогах вдоль магистральных каналов должны соот­ветствовать ГОСТу.

На крупных гидротехнических сооружениях с пропускной способностью более 10 м/с, вдоль магистральных и распредели­тельных каналов (трубопроводов), сбросных каналов и коллекторов, ограждающих каналов, дамб и дорог устанавливают постоянные геодезические реперы так, чтобы длина привязок не превышала 2 км.

Комплексный инженерный мониторинг имеет мозаичное построение, которое позволяет из разноплановых и фрагментарных массивов данных с помощью оптимизационных методик получить интегрированную информацию об истинном состоянии системы, характере происходящих в каждый момент времени производственных процессах. Кроме того, посредством использования банка данных многолетних наблюдений можно выполнить прогнозные расчеты с достаточной достоверностью по различным аспектам функционирования системы. Вся проблема лишь в том, чтобы рационально организовать сбор информации по профильным направлениям, среди которых гидрометеорологические, гидрогеологические и почвенно-мелиоративные наблюдения и изыскания.

Список используемой литературы

1. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения.Ч.11- М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре.-1955г.- 448 с.

2. Полад-заде П.А. и др. Мелиорация и водное хозяйство. Т.4. Сооружения: Справочник – М.Агропромиздат,1987.-464с.

3. Кавешников Н.Т. Эксплуатация и ремонт гидротехнических сооружений.-М.: Агропромиздат , 1989.-272 с.

4. Муравей Л.А. и др. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие для вузов.-М.:ЮНИТИ-ДАНА,2000 г.-447 с.

5. Натальчук М.Ф., Ольгаренко В.И., Сурин В.А. Эксплуатация гидромелиоративных систем: Учебники и учебные пособия для вузов.- М.:Колос, 1995.-320 с.

6. Шаров И.А. Эксплуатация гидрмелиоративных систем. М.:колос,1967.-384 с.

7. Федеральный закон от 21.07.97 N 117-ФЗ “О безопасности гидротехнических сооружений” (Принят Государственной Думой 23.06.97.)

8. Постановление Правительства РФ от 14.03-1997 г. «Об утверждении положения о ведении государственного мониторинга водных объектов»

9. СНиП 2.06.03—86 «Эксплуатация гидромелиоративных систем и сооружений»

10. СНиП 2.06.03—86 «Эксплуатация гидромелиоративных систем и сооружений»

11. СНиП 2.04.03—86 «Канализация, наружные сети и сооружения»