Тема 6. Эксплуатация водохранилищ. Наблюдения за фильтрацией воды, состоянием земляных, каменных и бетонных сооружений.

Водохранилища обычно создаются на реках и являются многоцелевыми объектами. Главная цель их эксплуатации – регулирование уровня и стока в нижнем бъефе реки, которое позволяет (10):

• предотвращать значительное затопление земель во время паводков;

• обеспечивать водоснабжение населения, промышленных и с/х предприятий;

• поддерживать должное санитарное состояние речных вод в маловодные периоды;

• поддерживать судоходные глубины в реке в эти периоды года.

Для комплексного решения этих задач, с учетом интересов рыбного хозяйства и гидроэнергетики (если она имеется), разрабатываются и реализуются диспетчерские графики эксплуатации водохранилищ. Последние являются основой диспетчерского управления речным бассейном. Тем самым эксплуатация водохранилищ имеет решающее значение в реализации моделей эколого-экономической оптимизации использования бассейновой ПХС (природно-хозяйственные системы).

Вместе с тем, при эксплуатации водохранилищ решаются задачи слежения за состоянием гидроузла, выполнения ремонтных работ; предотвращения аварий. Слежение включает периодический осмотр плотин, дамб, затворов, шлюзов, рыбопропусков. Проверяется целостность земляного тела дамб, каменных кладок и бетонных сооружений. Деформации последних, кроме того, контролируются в автоматическом режиме с помощью тензометрических датчиков (11).

Наиболее сложной задачей является определение фильтрации воды под плотиной и в обход плотины. Для её решения, как правило, используются наблюдения за напором подземных вод на сети пъезометрических скважин и последующие расчеты скорости фильтрации. В некоторых случаях задачу можно решить, проводя замеры расхода потока воды в створе плотины (Q_n) и располагая определениями полного (речного и подземного) расхода воды в близко расположенном створе реки (Q_p). По значению этих величин можно оценивать фильтрационный расход воды (Q_ф) в створе плотины:

Q_p = Q_n + Q_ф; Q_ф = Q_p – Q_{n (2)}

Если с течением времени (в многолетнем ходе) скорость фильтрации воды или расход Q_ф снижаются, то имеется уверенность в следующем:

• фильтрационный поток воды все меньше влияет на грунты, лежащие в основании плотины и других сооружений гидроузла;

• эти грунты сохраняют несущую способность, вследствие чего сооружения не могут дать осадку и разрушиться.

Если рассматриваемые величины, наоборот, возрастают, то имеет место выщелачивание грунтов, увеличение их пористости и уменьшение их несущей способности. Возникает угроза разрушения сооружений. Для предотвращения такого хода событий применяют специальные меры, в том числе:

• создание противофильтрационных глиняных экранов в верхнем бьефе гидроузла;

• подавление фильтрации с помощью шпунтовых стенок;

• укрепление грунтов под сооружениями с помощью инъекционной их цементации.

Каждое крупное водохранилище создаёт угрозу возникновения экологической катастрофы не только по техническим причинам, но и в связи с возможностью террористических актов. В перспективе для регулирования речного стока и управления тем или иным бассейном целесообразно создавать сеть сравнительно небольших водохранилищ в верховьях реки и её притоков. Такая сеть позволит охватить управлением преобладающую часть бассейна. Не менее существенно, что многократно уменьшается вероятность крупных экологических катастроф. Пусть вероятность техногенного или террористического разрушения плотины любого водохранилища равна P_i. Располагаясь на разных притоках, водохранилища независимы друг от друга. Учитывая это, вероятность события, выражающегося в одновременном разрушении всех плотин сети из n водохранилищ, такова:

P_c = P₁*P₂*…*P_{n (3)}

При достаточно большом n (несколько десятков), значение P_c на много порядков меньше значений P_i. Это означает, что многокомпонентная система управления речным стоком будет неразрушимой, неуязвимой и безопасной.