Анализ состояния гидротехнических сооружений гидроузлов Подольского района Московской области

Размещено на http://www.Allbest.ru/

ФГОУ ВПО

Московский государственный университет природообустройства

Анализ состояния гидротехнических сооружений гидроузлов Подольского района Московской области

В.И. Волков, к.т.н., профессор

Г.М. Каганов, д.т.н., профессор

И.А. Секисова, к.т.н.

г. Москва, Россия

В 2003-2008 гг. в Подольском районе Московской области были проведены обследования 85 гидроузлов IV класса, что составляет около 95% от общего числа имеющихся в районе напорных гидротехнических сооружений. При проведении обследований оценивалось техническое состояние водосбросных сооружений и плотин, а также устанавливался уровень безопасности как отдельных сооружений, так и гидроузлов в целом.

В течение ряда лет Московским государственным университетом природообустройства (МГУП) разрабатывается комплекс проблем, связанных с обеспечением безопасности низконапорных гидротехнических сооружений, специфика которых неоднократно отмечалась в работах авторов [1…6]. Существенной частью проблемы безопасности таких сооружений является ее информационное обеспечение; очень важным, при этом, является максимально возможный объем информации, который может быть получен в результате детальных обследований гидроузлов, проводимых не случайными людьми, а специалистами-гидротехниками.

Очень важной представляется возможность реального использования в дальнейшем полученной информации на различных уровнях управления: федеральном, региональном (в субъектах федерации) и муниципальном (ранее районов); наличие достоверной и удобной для использования информации позволяет более четко подойти к распределению соответствующих субсидий на ремонтные работы, выделяемых из федерального бюджета, между субъектами федерации, а также внутри субъекта (между муниципальными образованиями).

Методология обследований многочисленных низконапорных гидротехнических сооружений, разработанная МГУП, и соответствующее информационное обеспечение в значительной мере нацелены на возможность ее использования непосредственно на местах администрациями отдельных муниципальных образований, которая может быть ими оперативно получена из базы данных. В соответствии с методологией информация, которую может оперативно получить администрация любого муниципального образования, состоит из двух частей:

общие статистические данные, позволяющие администрации иметь представление о реальном состоянии и уровне безопасности находящихся на ее территории гидротехнических сооружений (в том числе по сравнению с данными по всему субъекту федерации), о возможности (или невозможности) пропуска паводков, о состоянии отдельных сооружений и их элементов и другие сведения. Эта информация позволит наметить стратегию действий, связанных с решением комплекса вопросов по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений муниципального образования;

детальное описание каждого гидроузла, перечень повреждений основных сооружений, рекомендации по повышению безопасности и др.; эти сведения позволят осуществить ранжирование гидроузлов по степени их опасности с учетом возможного прорыва напорного фронта и потенциального ущерба, разработать программу ремонтных работ, приступить к проектным работам и определению объемов необходимого финансирования. Ниже в статье в качестве примера приводятся отдельные результаты обобщения информации, собранной в процессе проведения детальных обследований гидротехнических сооружений гидроузлов Подольского района Московской области.

На всей территории Московской области насчитывается порядка 1800 водоемов с низконапорными гидротехническими сооружениями. Водоемы обследованных сотрудниками ФГОУ ВПО МГУП гидроузлов (1054 шт.) имеют общую площадь 15282,3 га и объем 341.4 млн. м³, что превышает общий полезный объем водохранилищ раздельного бьефа канала им. Москвы и сопоставимо с полезной емкостью водохранилищ Москворецкой системы. При этом протяженность береговой линии водоемов, которая может использоваться в различных целях, многократно превышает протяженность береговой линии крупных водохранилищ раздельного бьефа и Москворецкой системы. Это еще раз подчеркивает необходимость усиления внимания к состоянию и безопасности гидротехнических сооружений относительно небольших по размерам водоемов низконапорных гидроузлов IV класса.

С учетом вышеизложенного в статье рассматривается состояние гидротехнических сооружений Подольского района, который относится к районам Московской области с наиболее высокой плотностью водоемов на 1 км² территории (0,75 шт./1 км²). Подольский район расположен на юге Московской области (рис.1) и занимает территорию 1132,45 км² (вместе с городами Подольск, Климовск, Троицк, Щербинка) или 2,47% площади всей Московской области. В районе проживает 378,27 тыс. жителей (на 01.01.2008) или 5,67% населения области.

В Подольском районе насчитывается 90 водоемов с напорными гидротехническими сооружениями, из которых обследованы гидротехнические сооружения 85 водоемов (в 2003 г. - 8; в 2004 г. - 16; в 2005 г. - 4; в 2007 г. - 48; в 2008 г. - 9). Основным водотоком района является р. Пахра (правый приток Москвы-реки), общая длина которой составляет 135 км и на которой эксплуатируется 2 гидроузла, а один находится в процессе строительства. На притоках р. Пахры размещено 75 водоемов. Остальные водоемы размещены на водотоках в бассейне р. Нары (6 шт.) и р. Лопасни (2 шт.). Наиболее зарегулированным является сток р. Соловки (правом притоке р. Мочи - правом притоке р. Десны, которая является самым крупным притоком р. Пахры). Суммарная длина акватории всех водоемов на р. Соловке [6] составляет примерно 6,9 км или 79 % всей длины водотока.

В таблице 1 приведены общие данные по водоемам Подольского района и средние показатели по Московской области.

В таблице 2 представлены сравнительные данные по водоемам Подольского района и в среднем по Московской области по различным показателям: количество водоемов на 1 км² территории, количество водоемов на 1000 жителей, количество водоемов в га на 1 км² территории, количество м² водоемов на 1 жителя.

Таблица 1

Общие данные по водоемам с обследованными гидротехническими сооружениями

Рис. 1. Схема размещения обследованных гидротехнических сооружений водоемов Подольского района (картографическая основа - ЗАО "Геоцентр Консалтинг"), ? - створы плотин

Таблица 2

Сравнительные показатели по водоемам Подольского района и Московской области

Наибольшее количество водоемов Подольского района имеет рекреационное назначение (76 или 89,4%). Большинство водоемов (30 или 35,3%), ранее предназначавшихся для целей орошения, по прямому назначению не используется. Часть водоемов используется для технических нужд, водопоя скота, для организации культурного рыболовства. Ряд плотин являются частью транспортной системы района. Особо следует отметить, что все водоемы могут быть использованы в противопожарных целях, что крайне важно для Московской области, где проблема борьбы с пожарами в летнее время стала весьма актуальной.

Среди обследованных гидроузлов преобладающими являются гидроузлы с водоемами относительно небольшой емкости: 60,0% имеют объем, не превышающий 100 тыс. м³ (табл. 3). Количество обследованных гидроузлов с объемом водохранилищ более 1 млн. м³ составило 4 (4,7% от всех обследованных гидроузлов). 56,5% (48) плотин гидроузлов имеют высоту, превышающую 5 м, включая 9 (10,6%) плотину высотой более 10 м (табл. 4). Средняя высота плотин в русловой части створа составляет 5,9 м.

Таблица 3

Распределение обследованных гидротехнических сооружений в зависимости от объема создаваемого ими водохранилища

Таблица 4

Распределение обследованных гидроузлов в зависимости от высоты входящей в них плотины

В соответствии с Российским регистром ГТС безопасность сооружений классифицируется по четырем уровням: нормальный, пониженный, неудовлетворительный и опасный [7]. Практически отсутствуют гидроузлы, сооружения которых могли бы быть отнесены к нормальному уровню безопасности (1,2%). Следует отметить очень высокий процент гидротехнических сооружений с неудовлетворительным и опасным уровнем безопасности (в сумме около 78,8%).

Таблица 5

Распределение гидротехнических сооружений по уровню безопасности в соответствии с Российским регистром ГТС

В таблице 6 приведено распределение обследованных гидроузлов по степени готовности к пропуску паводка и по уровню безопасности в зависимости от года строительства и срока службы. На рисунке 2 представлено распределение гидроузлов в зависимости от их степени готовности к пропуску расчетных паводковых расходов и приведен процент основных гидротехнических сооружений (плотина, водосброс), техническое состояние которых, не обеспечивает безопасность гидроузла при пропуске паводков.

Таблица 6

Распределение гидротехнических сооружений по степени готовности к пропуску паводка и по уровню безопасности в зависимости от года строительства и срока службы

Рис. 2. Распределение гидроузлов в зависимости от их степени готовности к пропуску расчетных паводковых расходов

В таблице 7 приведено распределение обследованных гидроузлов по степени опасности для территорий нижнего бьефа в зависимости от года строительства и срока службы.

Напорный фронт гидроузлов образован в основном однородными земляными плотинами (82 или 94,3%). Количество бетонных плотин, формирующих основную часть напорного фронта, составляет 3: низкопороговые, семипролетная плотина у п. 1 Мая, двухпролетная плотина в г. Троицке на р. Десне (пролеты между железобетонными быками и береговыми устоями тела этих плотин разделены, соответственно, на 5 и 10 пролетов стальными направляющими для размещения деревянных щитов), водосливная нерегулируемая плотина на р. Моче у д. Ворсино.

Таблица 7

Распределение гидротехнических сооружений по степени опасности для территорий нижнего бьефа в зависимости от года строительства и срока службы

К гидроузлам с водосбросными и грунтовыми плотинами относятся два гидроузла на р. Пахре (в черте г. Подольска эксплуатируется низкопороговая щитовая плотина, снабженная 26-ю поворотными фермами высотой около 5 м, образующих 27 пролетов шириной 1,38 м каждый; в пансионате «Пахра» есть водоподпорная щитовая трехпролетная плотина с напором 3,4м, с шириной пролетов по 4,0 м).

Безопасность земляных плотин зависит от ряда факторов, среди которых для низконапорных сооружений особо значимым является запас гребня плотины над уровнем верхнего бьефа (табл. 8). В Подольском районе из 29-ти плотин, находящихся в потенциально опасном или аварийном техническом состоянии 19 плотин (65,5%) имеют запас гребня менее 1,5 м (табл. 9).

паводковый грунтовый подпорный безопасность гидротехнический

Таблица 8

Распределение плотин в зависимости от величины запаса гребня над отметкой НПУ

Таблица 9

Техническое состояние плотин в зависимости от величины запаса гребня над отметкой НПУ

Безопасность грунтовых подпорных сооружений, наряду с запасом гребня плотин над расчетными уровнями верхнего бьефа, устойчивостью откосов, фильтрационной прочностью тела плотины и основания, зависит от состояния крепления верховых откосов и покрытий гребня.

Среди 82-х земляных плотин сплошное бетонное крепление верховых откосов имеют только 15 плотин, частичное бетонное крепление выполнено на 2-х плотинах и крепление зоны верхового откоса только у входного оголовка водосбросов применено на 5-ти плотинах (табл. 10). То есть в целом только 24,4% верховых откосов плотин имеют сплошное или частичное крепление верховых откосов. Крепление крупнообломочными материалами и асфальтобетоном отсутствует. Примененный в надводной части на большинстве откосов плотин посев трав (75,6% плотин) из-за некачественного первоначального выполнения и отсутствия эксплуатации не является защитой от волновых воздействий и не препятствует переработке откоса ветровой волной.

Таблица 10

Типы креплений верховых откосов земляных плотин

В таблице 11 приведены типы покрытий гребня земляных плотин Подольского района. В основном, гребни плотин, снабженных тем или иным покрытием, находятся в удовлетворительном состоянии (кроме отдельных случаев гребней с улучшенным грунтовым покрытием). В то же время более 40% плотин не имеют покрытия на гребне и их эксплуатация затруднена, особенно, при неблагоприятных погодных условиях.

Таблица 11

Типы покрытий гребня земляных плотин

Безопасность низконапорных гидроузлов, наряду с состоянием самой грунтовой плотины во многом определяется состоянием водосбросных сооружений. При проведении обследований и последующем анализе результатов для оценки надежности тех или иных типов водосбросов была выполнена детальная классификация существующих водопропускных сооружений при земляных плотинах (табл. 12) и по каждому типу сооружений установлен уровень безопасности.

Таблица 12

Типы и количество водосбросов при земляных плотинах

В Подольском районе преобладают трубчатые водосбросы (79,3%), среди которых наиболее распространенными являются нерегулируемые (92,3%). Обобщение данных по уровню безопасности основных типов водосбросов приведено в табл. 13.

В целом водосбросы 60 плотин (73,2%) имеют опасный и неудовлетворительный уровень безопасности. Среди трубчатых водосбросов наиболее высокий процент сооружений с опасным и неудовлетворительным уровнем безопасности (87,5%) имеют безбашенные трубчатые водосбросы (при среднем показателе 73,8%). Лучшие показатели безопасности имеют водосбросы с ковшовыми оголовками (количество таких водосбросов с опасным и неудовлетворительным уровнем безопасности составляет 61,1%).

Таблица 13

Обобщенные данные по всем водосбросам при земляных плотинах

* Уровень безопасности в % приведен от общего количества всех водосбросов при земляных плотинах.

Выводы

1. Несмотря на отсутствие проектной документации, расчетного обоснования, служб эксплуатации для многочисленных низконапорных гидротехнических сооружений (IV класса), представляется возможным осуществить сбор значительного объема информации (порядка 50 позиций), позволяющей судить о состоянии гидротехнических сооружений и их уровне безопасности; приведенные в статье данные, относящиеся к Подольскому району, подтверждают эту возможность.

2. Вызывает большие опасения значительное количество гидротехнических сооружений, уровень безопасности которых отнесен к опасному и неудовлетворительному (27 и 51,8%, соответственно). Анализ различных аспектов безопасности гидротехнических сооружений Подольского района позволяет сделать вывод о необходимости безотлагательной разработки комплекса мероприятий, которые явились бы составной частью программы "Безопасность гидротехнических сооружений Московской области".

3. Собранный значительный объем материалов позволил впервые на уровне района детализировать различные аспекты безопасности не только гидроузлов, но и их отдельных элементов, что позволяет сделать предварительные выводы об объемах и видах ремонтных работ, необходимого финансирования и т.п.

4. На примере Подольского района Московской области показано, что разработанная в МГУП методология сбора и обработки информации, касающейся безопасности многочисленных низконапорных гидротехнических сооружений, позволяет собрать и в дальнейшем проанализировать их состояние и уровень безопасности, перейти к ранжированию гидроузлов по степени опасности при возникновении чрезвычайных ситуаций (прорыв напорного фронта) и оценке стоимости превентивных мероприятий.

Информация, собранная на основе детальных обследований по методологии МГУП, может быть использована на различных уровнях управления (федеральном, субъекта федерации, муниципальном) для оперативного принятия необходимых управленческих решений.

Особенно важно, что она может быть оперативно использована непосредственно на местах, где обычно формируются программы реального объема финансирования, необходимого для обеспечения безопасности гидротехнических сооружений.

Библиографический список

1. Каганов, Г.М. Анализ состояния низконапорных гидротехнических сооружений Российской Федерации на примере обследования гидроузлов Московской области [Текст] / Г.М. Каганов, В.И. Волков, И.А. Секисова // Гидротехническое строительство. 2008. №8. С. 26-37.

2. Каганов, Г.М. К оценке состояния низконапорных гидротехнических сооружений при отсутствии проектной документации [Текст] / Г.М. Каганов, В.И. Волков // Природообустройство. 2008. - M.: ФГОУ ВПО МГУП, 2008. №3. С. 41-48.

3. Каганов, Г.М. Некоторые проблемы обеспечения безопасности гидротехнических сооружений [Текст] / Г.М. Каганов, В.И. Волков // Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем // Материалы международной научно-практической конференции. - М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2006. Ч. 1.

4. Каганов, Г.М. Результаты предпаводкового обследования 2006 г. гидроузлов Московской области [Текст] / Г.М. Каганов, В.И. Волков, И.А. Секисова // Гидротехническое строительство. 2007. №4. С. 2-9.

5. Каганов, Г.М. Состояние бесхозяйных гидротехнических сооружений Московской области [Текст] / Г.М. Каганов, В.И. Волков // Природообустройство. 2008. №2. С. 67-74.

6. Каганов, Г.М. Состояние гидротехнических сооружений каскада на р. Соловке Подольского района Московской области [Текст] / Г.М. Каганов, В.И. Волков // Природообустройство и рациональное природопользование - необходимые условия социально-экономического развития России // Сборник научных трудов МГУП. - М., ФГОУ ВПО МГУП, 2005. Ч. 1. С.24-30.

Размещено на Allbest.ru