1. Совершенные водохозяйственные системы. Эксплуатационные требования к водохозяйственным объектам и сооружениям

Среди современных требований к водохозяйственным объектам и конструкциям сооружений наиболее важными являются автоматизация систем, обеспечивающая рациональное и надежное водораспределение, ликвидацию холостых сбросов и сокращение потерь воды, точ­ность учета расхода на регулирующих сооружениях. Необходимо совершенствование конструкций сооружений, исходя из требований современных типовых мелиоративных систем, передовой техники полива и эффективных методов осушения, надежности и долговечности работы сооружений. Также очень важно шире использовать вычислительную и микропроцессорную технику для: управления работой систем и отдельных сооружений; эффективного использования поливного и гидросилового оборудования. Это позволит создать технически совершенные гидротехнические сооружения и реализовать основное назначение реконструкции - повышение эксплуатационных и технико-экономических показателей сооружений с целью увеличения водообеспеченности водохозяйственных систем, улучшения режима грунтовых вод на орошаемых или осушаемых массивах и прилегающих к ним территориях, вдоль трасс магистральных и крупных межхозяйственных каналов, улучшения экологических условий зоны влияния гидроузлов.

Водохозяйственные системы, обладающие высоким качест­вом и обеспечивающие выполнение возлагаемых на них функ­ций с заданной точностью и надежностью, называют совершенны­ми. Они имеют следующие основные признаки: разграничение функций звеньев, наличие развитых обратных связей и резервов, дискретность действий, непрерывное совершенствование систем.

При современном уровне развития водохозяйственной науки и техники имеется реальная возможность создания технически со­вершенных систем.

Основные цели создания таких систем (на примере гидромелиоративных систем): сохранение и повыше­ние плодородия почвы; увеличение продуктивности мелиорируе­мых земель; экономное использование водных, земельных, энер­гетических и трудовых ресурсов; охрана и улучшение качества водных ресурсов; сохранение и улучшение окружающей природ­ной среды.

Совершенные водохозяйственные системы должны соответ­ствовать совокупности показателей качества, которые можно вы­разить в виде эксплуатационных требований. Они зависят от природно-климатической зоны, способа орошения, типа гидро­мелиоративной системы. Эксплуатационные требования целесообразно сгруппировать по звеньям системы.

Существующие водные системы размыкают естественные круг водообращения, которые и сформировали водотоки в том виде, в котором они существуют . Необходимо замыкать круговорот воды на новых отводах в те геоморофологические условия так чтобы не влиять на водооборот в целом бассейна реки. Необходимо вводить блок - утилизация или повторное использование, не только воды, но вынесенных веществ. Экономика вопроса - эффективность должна определяться экстерналиями. Новые энергетические затраты нетрадиционные виды энергии сопутствующие технологии. В России ориентируются на разработку ГМС нового поколения более тесно увязанных с конкретными ландшафтами и природно-климатическими условиями районов, где возможно их осуществление. Создание агромелиоративных ландшафтов и экологически эффективной ГМС как их составной части требует разработки малоэнергоемких водосберегающих технологий и техники орошения, а также совершенствование процесса управления поливами с использование информационно-советующих систем на базе компьютерных технологий.

Применение однотипной техники орошения для принципиально отличающихся по почвенно-климатическим условиям районов также отрицательно сказывается на экологической обстановке и эффективного использования водных, материально-технических и энергетических ресурсов. Поэтому, необходима разработка техники орошения и технологий ее эксплуатации в наибольшей степени соответствующих природноклиматическим условиям районов при-менения, базирующихся на принципах экологической устойчивости природных объектов, с качеством искусственного дождя соответствующим качеству естественных дождей «средней» силы наиболее благоприятных для почв и растений, реализующей принципы водо-энергосбережения.как показывает анализ мировых и отечественных научно-технических материалов наиболее соответствует требованиям водосбережения адаптивности и экологической безопасности системы микроорошения (малообъемное орошение).

Основная цель совершенных систем - создание автоматизированной высокопроизводительной, комбинированной (многофункциональной) техники полива, при минимизации: затрат на использование ресурсов, зависимости от человеческого и климатического факторов, максимизации критериев эргономичности, надежности, управляемости, безопасности, эстетичности. В тактическом направлении ориентируемся на разработку малоэнергоемких, водосберегающих технологий и техники полива, систем орошения для мелкоконтурных участков.

При проектировании новых и реконструкции действующих сооружений особую важность приобретают мероприятия по охране окружающей природ­ной среды, которые должны носить комплексный характер с учетом прогно­за ее изменения в связи с созданием сооружения. Необходимо учитывать водохозяйственный прогноз изменения гидрологического, в том числе ледового и термического, режима рек в верхнем бьефе и нижнем бьефе; заиление наносами и переформирование русла и берегов рек, водохранилищ и морей; затопление и подтопление территорий и инженерную защиту расположенных на них зданий и сооружений; изменение условий судоходства, лесосплава, рыбного хозяйства, во­доснабжения и работы существующих мелиоративных систем. Работа соору­жений не должна нарушать установленного режима природопользования (сельскохозяйственные угодья, заповедники и т. п.) и условий быта и отды­ха населения.

Необходимо постоянно пополнять базу данных по назначению, условиям применения гидротехнических соору­жений, используемых в мелиорации с учетом последних достижений науки и передовой практики; совершенствовать нормативную базу и основные расчеты сооружений в практике проектирования, строительства и эксплуатации мелиора­тивных систем.

Гидротехнические сооружения — основные элементы любой водохозяйственной системы. С их помощью аккумулируется и подается вода на систему, обеспечивается ее заданный эксплуатационный режим: водораспределение, водорегулирование, отвод излишков воды, сопряжение водоводов различной конструкции и т. д. Конструктивное решение сооружений зависит от: функ­ционального назначения; геологических, гидрологических и климатических условий района строительства, схемы водораспределения; способа строительст­ва, наличия местных строительных материалов и базы стройиндустрии и др.

Классификация ВХС и гидротехнических сооружений по функ­циональному назначению, условиям работы и степени последствий при отка­зах рассмотена в предыдущих разделах. Необходимо добавить, что по основному материалу, используемому для возведения, сооружения подразделяются на грунтовые, каменные, бетонные, стальные, деревянные, из пластмассовых материалов и т. д. По способу воз­ведения они могут быть насыпными, намывными, сборными или монолитны­ми, построенными методом направленного взрыва и др. В зависимости от этих классифицирующих признаков формируются эксплуатационные требования по надежности, ремонтопригодности, долговечности и другим показателям.

Типы гидротехнических сооружений выбирают на основе сравнения тех­нико-экономических показателей разработанных вариантов с учетом всех влияющих факторов.

Общая особенность сооружений - работа в постоянном контакте с движущейся или покоящейся водой, что предопределяет механическое, физико-механическое и биологическое воздействие воды на гидросооружения. Особенности сетевых сооружений - нормированное водораспределение на водопроводящей сети согласно графикам водопользования, своевременный отвод воды на осушительной и сбросной сети, подача воды на осушительно-увлажнительных системах.

Способ водораспределения или водоотведения определяет технологические функции, конструкции, параметры и степень автоматизации сетевых гидротехнических сооружений, а автоматизация этих процессов — гидравлические условия работы сооружений, их конструктивное исполнение и оснастку элементами управления (затворами).

Каскадное регулирование расхода сооружений по уровню нижнего бьефа обеспечивает пропуск наибольших расходов при нормальных подпорных уровнях воды в бьефах, сооружение работает при повышенных напорах и сниженной пропускной способности. Регулирование водораспределения поддержанием уровня верхнего бьефа создает большую стабильность гидравлических условий работы сооружений, но лишает систему преимуществ обратной гидравлической связи, что снижает перспективы использования такого вида регулирования. Сооружения мелиоративных систем двухстороннего действия имеют наиболее сложные условия работы - они должны функционировать как при прямом, так и обратном токе воды.