СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ВОДОПОДПОРНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ)
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Аналитический обзор 11
1.1 Особенности обеспечения безопасности гидротехнических
сооружений и анализ причин ее нарушения 11
1.2 Теоретические основы обеспечения безопасности
гидротехнических сооружений на стадии их проектирования, строительства и эксплуатации
1.3 Анализ современных подходов к осуществлению мониторинга
водоподпорных гидротехнических сооружений 21
1.4 Выводы по главе 1 36
2 Система мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических
сооружений в Республике Крым 38
2.1 Особенности проведения визуальных наблюдений в составе
системы мониторинга за состоянием водоподпорных гидротехнических сооружений 42
2.1.1 Наблюдения за состоянием и деформациями земляных
сооружений 44
2.1.2 Наблюдения за деформациями облицовок и креплений
грунтовых плотин 46
2.1.3 Наблюдения за фильтрацией через тело, основание и в обход
земляных сооружений 47
2.1.4 Наблюдения за состоянием бетонных, железобетонных и
металлических конструкций 49
2.2 Особенности проведения инструментальных наблюдений в составе системы мониторинга за состоянием водоподпорных гидротехнических сооружений 53
2.2.1 Наблюдения за деформациями сооружений 53
2.2.2 Наблюдения за фильтрационным режимом 55
2.2.3 Измерение уровней воды в пьезометрах и расходов
фильтрационных вод. Обработка данных наблюдений 57
2.2.4 Наблюдения за состоянием бетонных и железобетонных сооружений 59
2.3 Состав и календарные сроки проведения наблюдений 65
2.4 Выводы по главе 2 67
3. Характеристика факторов, влияющих на особенности проведения
наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений
3.1 Конкретные условия 68
3.2 Режим работы водохранилища 71
3.3 Срок эксплуатации водоподпорных гидротехнических сооружений 73
3.4 Степень сложности эксплуатации водоподпорных
гидротехнических сооружений 75
3.5 Выводы по главе 3 77
4. Методика определения периодичности проведения наблюдений в
системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений 78
4.1 Общие положения 78
4.2 Процедура определения периодичности проведения наблюдений в
системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений 79
5 Апробация методики определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС в отношении водоподпорных ГТС Республики Крым. 87
5.1 Определение периодичности проведения наблюдений в системе
мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений Бахчисарайского водохранилища 87
5.2 Определение периодичности проведения наблюдений в системе
мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений Симферопольского водохранилища 92
5.3 Определение периодичности проведения наблюдений в системе
мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений Белогорского водохранилища 97
ВЫВОДЫ 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
ПРИЛОЖЕНИЕ 108
Приложение А
1 Аналитический обзор 11
1.1 Особенности обеспечения безопасности гидротехнических
сооружений и анализ причин ее нарушения 11
1.2 Теоретические основы обеспечения безопасности
гидротехнических сооружений на стадии их проектирования, строительства и эксплуатации
1.3 Анализ современных подходов к осуществлению мониторинга
водоподпорных гидротехнических сооружений 21
1.4 Выводы по главе 1 36
2 Система мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических
сооружений в Республике Крым 38
2.1 Особенности проведения визуальных наблюдений в составе
системы мониторинга за состоянием водоподпорных гидротехнических сооружений 42
2.1.1 Наблюдения за состоянием и деформациями земляных
сооружений 44
2.1.2 Наблюдения за деформациями облицовок и креплений
грунтовых плотин 46
2.1.3 Наблюдения за фильтрацией через тело, основание и в обход
земляных сооружений 47
2.1.4 Наблюдения за состоянием бетонных, железобетонных и
металлических конструкций 49
2.2 Особенности проведения инструментальных наблюдений в составе системы мониторинга за состоянием водоподпорных гидротехнических сооружений 53
2.2.1 Наблюдения за деформациями сооружений 53
2.2.2 Наблюдения за фильтрационным режимом 55
2.2.3 Измерение уровней воды в пьезометрах и расходов
фильтрационных вод. Обработка данных наблюдений 57
2.2.4 Наблюдения за состоянием бетонных и железобетонных сооружений 59
2.3 Состав и календарные сроки проведения наблюдений 65
2.4 Выводы по главе 2 67
3. Характеристика факторов, влияющих на особенности проведения
наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений
3.1 Конкретные условия 68
3.2 Режим работы водохранилища 71
3.3 Срок эксплуатации водоподпорных гидротехнических сооружений 73
3.4 Степень сложности эксплуатации водоподпорных
гидротехнических сооружений 75
3.5 Выводы по главе 3 77
4. Методика определения периодичности проведения наблюдений в
системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений 78
4.1 Общие положения 78
4.2 Процедура определения периодичности проведения наблюдений в
системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений 79
5 Апробация методики определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС в отношении водоподпорных ГТС Республики Крым. 87
5.1 Определение периодичности проведения наблюдений в системе
мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений Бахчисарайского водохранилища 87
5.2 Определение периодичности проведения наблюдений в системе
мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений Симферопольского водохранилища 92
5.3 Определение периодичности проведения наблюдений в системе
мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений Белогорского водохранилища 97
ВЫВОДЫ 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 104
ПРИЛОЖЕНИЕ 108
Приложение А
По оценке специалистов в сфере водопользования, гидротехнические сооружения (ГТС) и образуемые ими водохранилища имеют большое значение для любой территории, в том числе для Республики Крым. Они относятся к числу инженерных объектов, которые являются сложными и ответственными с точек зрения влияния на экономическую, экологическую и социальную сферы жизни. Систематические нарушения эксплуатационного состояния гидротехнических сооружений различных видов приводят к авариям, по которым материальные, экологические и социальные ущербы являются непредсказуемыми.
«Порядка 52 тыс. высоких плотин из числа построенных во всем мире были возведены в ХХ веке, в том числе 37,4 тыс. за период с 1950 г. Это на порядок больше, чем за все предшествующие 5000 лет. В настоящее время с помощью водохранилищ зарегулировано более 8-10 тыс. км3 речного стока из общего объема 38,3 тыс. км3. Накопленный в водохранилищах сток используется для орошения 270 млн. га сельскохозяйственных угодий, производства 2 460 млрд. кВт.ч. энергии (18,5 %) всей потребляемой энергии, в том числе в России 167 млрд. кВт.ч, защиты от паводков, обеспечения потребностей в технической и питьевой воде, создания зон отдыха и судоходства на раннее несудоходных частях рек. В пяти наиболее развитых странах мира находится % общего числа плотин, из которых 79% имеют высоту менее 30 м и только 1% свыше 100 м (преимущественно энергетического назначения)» [20, с.33].
На основе анализа крупных аварий на гидротехнических сооружениях, приведших к катастрофическим последствиям, произошедших за последние годы в разных странах мира, можно сделать вывод, о том, что одним из главных факторов их возникновения следует считать ошибки персонала при эксплуатации гидротехнических сооружений, когда недостаточный уровень подготовки служб эксплуатации является недостаточным для локализации аварийных ситуаций. «Около 50% аварий и связанных с ними чрезвычайных ситуаций, являются результатом низкой квалификации эксплуатационного персонала, неправильной организацией работ, нарушения норм и правил безопасности гидротехнических сооружений при проектировании, строительстве и эксплуатации, а также неэффективного надзора за их безопасностью» [20, с.32].
Комплекс указанных проблем при эксплуатации гидротехнических сооружений позволяет сделать вывод о целесообразности проведения исследований по обеспечению исправной и безотказной работы конкретных гидротехнических сооружений.
В период проектирования ГТС предусматриваются мероприятия, обеспечивающие безопасность и надежность сооружений и в период строительства, и дальнейшей эксплуатации. Однако, совершенство принятых проектных решений в соответствии с новейшими достижениями науки и техники не дает уверенности в безаварийной работе гидротехнического сооружения. Для этого его эксплуатация должна быть технически правильной и рациональной для максимального использования всех идей, заложенных в проекте, и обеспечения высокой надежности и безопасности всех элементов и систем гидротехнических сооружений.
Все вышеперечисленное свидетельствует о необходимости четкой организации мониторинга состояния сооружений, повышения профессиональных знаний эксплуатирующего персонала, практических навыков и ответственности обслуживающего ГТС персонала, оперативного контроля по предупреждению и локализации аварийных ситуаций эксплуатирующими, строительными, проектными организациями и органами государственного надзора.
Целью данной выпускной квалификационной работы является совершенствование системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений на основе обоснования периодичности проведения наблюдений за состоянием водоподпорных гидротехнических сооружений для обеспечения их безопасной эксплуатации и предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций.
Задачи исследования:
1. Систематизировать научные подходы к осуществлению мониторинга состояния водоподпорных ГТС.
2. Проанализировать действующую систему мониторинга состояния водоподпорных ГТС для выявления характеристик этой системы.
3. Выявить особенности факторов эксплуатации водоподпорных ГТС и уточнить их параметры, влияющие на периодичность проведения наблюдений в системе мониторинга состояния ГТС.
4. Разработать методику определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений
5. Провести апробацию методики определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС на водоподпорных ГТС Республики Крым.
Объект исследования - состояние водоподпорных гидротехнических сооружений.
Предмет исследования - система мониторинга состояния эксплуатируемых водоподпорных гидротехнических сооружений.
Методы исследования: системный подход, анализ, синтез (обобщение), статистический метод обработки данных.
Для решения поставленных цели и задач в выпускной квалификационной работе исследование представлено в виде следующих глав:
Глава 1 - аналитический обзор, в котором рассмотрены научные подходы и нормативная база к обеспечению безопасности гидротехнических сооружений.
Глава 2 - анализ действующей системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений в Республике Крым.
Глава 3 -исследования системы факторов (параметров) эксплуатации водоподпорных гидротехнических сооружений, которые влияют на проведение наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений.
Глава 4 - представлена разработанная методика определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений в зависимости от определенных в главе 3 факторов и параметров
Глава 5 -апробация разработанной методики определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений на примере водоподпорных гидротехнических сооружений Республики Крым.
Объем выпускной квалификационной работы - 5 глав на 91 странице, в том числе рисунков - 26, таблиц - 30, список источников в количестве 31 на 4 страницах, приложение на 7 страницах.
«Порядка 52 тыс. высоких плотин из числа построенных во всем мире были возведены в ХХ веке, в том числе 37,4 тыс. за период с 1950 г. Это на порядок больше, чем за все предшествующие 5000 лет. В настоящее время с помощью водохранилищ зарегулировано более 8-10 тыс. км3 речного стока из общего объема 38,3 тыс. км3. Накопленный в водохранилищах сток используется для орошения 270 млн. га сельскохозяйственных угодий, производства 2 460 млрд. кВт.ч. энергии (18,5 %) всей потребляемой энергии, в том числе в России 167 млрд. кВт.ч, защиты от паводков, обеспечения потребностей в технической и питьевой воде, создания зон отдыха и судоходства на раннее несудоходных частях рек. В пяти наиболее развитых странах мира находится % общего числа плотин, из которых 79% имеют высоту менее 30 м и только 1% свыше 100 м (преимущественно энергетического назначения)» [20, с.33].
На основе анализа крупных аварий на гидротехнических сооружениях, приведших к катастрофическим последствиям, произошедших за последние годы в разных странах мира, можно сделать вывод, о том, что одним из главных факторов их возникновения следует считать ошибки персонала при эксплуатации гидротехнических сооружений, когда недостаточный уровень подготовки служб эксплуатации является недостаточным для локализации аварийных ситуаций. «Около 50% аварий и связанных с ними чрезвычайных ситуаций, являются результатом низкой квалификации эксплуатационного персонала, неправильной организацией работ, нарушения норм и правил безопасности гидротехнических сооружений при проектировании, строительстве и эксплуатации, а также неэффективного надзора за их безопасностью» [20, с.32].
Комплекс указанных проблем при эксплуатации гидротехнических сооружений позволяет сделать вывод о целесообразности проведения исследований по обеспечению исправной и безотказной работы конкретных гидротехнических сооружений.
В период проектирования ГТС предусматриваются мероприятия, обеспечивающие безопасность и надежность сооружений и в период строительства, и дальнейшей эксплуатации. Однако, совершенство принятых проектных решений в соответствии с новейшими достижениями науки и техники не дает уверенности в безаварийной работе гидротехнического сооружения. Для этого его эксплуатация должна быть технически правильной и рациональной для максимального использования всех идей, заложенных в проекте, и обеспечения высокой надежности и безопасности всех элементов и систем гидротехнических сооружений.
Все вышеперечисленное свидетельствует о необходимости четкой организации мониторинга состояния сооружений, повышения профессиональных знаний эксплуатирующего персонала, практических навыков и ответственности обслуживающего ГТС персонала, оперативного контроля по предупреждению и локализации аварийных ситуаций эксплуатирующими, строительными, проектными организациями и органами государственного надзора.
Целью данной выпускной квалификационной работы является совершенствование системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений на основе обоснования периодичности проведения наблюдений за состоянием водоподпорных гидротехнических сооружений для обеспечения их безопасной эксплуатации и предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций.
Задачи исследования:
1. Систематизировать научные подходы к осуществлению мониторинга состояния водоподпорных ГТС.
2. Проанализировать действующую систему мониторинга состояния водоподпорных ГТС для выявления характеристик этой системы.
3. Выявить особенности факторов эксплуатации водоподпорных ГТС и уточнить их параметры, влияющие на периодичность проведения наблюдений в системе мониторинга состояния ГТС.
4. Разработать методику определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений
5. Провести апробацию методики определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС на водоподпорных ГТС Республики Крым.
Объект исследования - состояние водоподпорных гидротехнических сооружений.
Предмет исследования - система мониторинга состояния эксплуатируемых водоподпорных гидротехнических сооружений.
Методы исследования: системный подход, анализ, синтез (обобщение), статистический метод обработки данных.
Для решения поставленных цели и задач в выпускной квалификационной работе исследование представлено в виде следующих глав:
Глава 1 - аналитический обзор, в котором рассмотрены научные подходы и нормативная база к обеспечению безопасности гидротехнических сооружений.
Глава 2 - анализ действующей системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений в Республике Крым.
Глава 3 -исследования системы факторов (параметров) эксплуатации водоподпорных гидротехнических сооружений, которые влияют на проведение наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений.
Глава 4 - представлена разработанная методика определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений в зависимости от определенных в главе 3 факторов и параметров
Глава 5 -апробация разработанной методики определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений на примере водоподпорных гидротехнических сооружений Республики Крым.
Объем выпускной квалификационной работы - 5 глав на 91 странице, в том числе рисунков - 26, таблиц - 30, список источников в количестве 31 на 4 страницах, приложение на 7 страницах.
Для достижения целей выпускной квалификационной работы выполнены следующие исследования.
1. Проведенный аналитический обзор научных и нормативных положений, документов по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений в Российской Федерации и в мире позволил подтвердить, что важным условием безопасной эксплуатации таких сооружений является учет их особенностей на стадии проектирования, строительства и дальнейшей эксплуатации. Особое значение имеет подход к осуществлению наблюдений и контроля состояния эксплуатируемых гидротехнических сооружений - организация системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений.
2. В результате анализа действующей системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений в Республике Крым выявлена существенная степень обобщения схемы проведения наблюдений без учета конкретного комплекса характеристик ГТС, которые оказывают влияние на систему мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений. Подробное изучение параметров гидротехнических сооружений позволило выявить факторы, оказывающие влияние на проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС, а именно: «конкретные условия», «режим работы водохранилища», «срок эксплуатации» и «степень сложности эксплуатации» водоподпорных ГТС.
3. Учитывая сущность состояния водоподпорных гидротехнических сооружений с позиции обеспечения их безопасной эксплуатации, в работе рассмотрены параметры каждого фактора, влияющего на систему мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений (глава 3), и проведено обоснование оценки степени их влияния на периодичность проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС.
4. В результате оценки выявленных факторов и параметров, влияющих на эксплуатацию и проведение наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений, разработана методика определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений, в основе которой лежит категориальный подход, учитывающий влияние приведенных к единому масштабу параметров факторов для корректировки периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга по сравнению с действующей системой наблюдений.
5. Разработанная методика позволила выявить особенности периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга для водоподпорных гидротехнических сооружений Республики Крым, а именно ГТС Бахчисарайского, Симферопольского и Белогорского водохранилищ.
Результаты выпускной квалификационной работы свидетельствуют о том, что разработанная методика определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС, в зависимости от рассмотренных факторов и их параметров, позволяет подтвердить необходимость увеличения количества наблюдений за состоянием перечисленных водоподпорных ГТС для получения более точных сведений о надежности и безопасности дальнейшей эксплуатации указанных водоподпорных ГТС.
Определенная по разработанной методике периодичность проведения наблюдений в системе мониторинга состояния существующих водоподпорных ГТС Республики Крым отличается от утвержденной периодичности системы наблюдений частотой проведения отдельных видов наблюдений и не противоречит нормативной и законодательной документации.
В целом, применение методики определения периодичности проведения мониторинга состояния водоподпорных ГТС на основе выявленных факторов и их параметров возможно для гидротехнических сооружений Российской Федерации.
1. Проведенный аналитический обзор научных и нормативных положений, документов по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений в Российской Федерации и в мире позволил подтвердить, что важным условием безопасной эксплуатации таких сооружений является учет их особенностей на стадии проектирования, строительства и дальнейшей эксплуатации. Особое значение имеет подход к осуществлению наблюдений и контроля состояния эксплуатируемых гидротехнических сооружений - организация системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений.
2. В результате анализа действующей системы мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений в Республике Крым выявлена существенная степень обобщения схемы проведения наблюдений без учета конкретного комплекса характеристик ГТС, которые оказывают влияние на систему мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений. Подробное изучение параметров гидротехнических сооружений позволило выявить факторы, оказывающие влияние на проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС, а именно: «конкретные условия», «режим работы водохранилища», «срок эксплуатации» и «степень сложности эксплуатации» водоподпорных ГТС.
3. Учитывая сущность состояния водоподпорных гидротехнических сооружений с позиции обеспечения их безопасной эксплуатации, в работе рассмотрены параметры каждого фактора, влияющего на систему мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений (глава 3), и проведено обоснование оценки степени их влияния на периодичность проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС.
4. В результате оценки выявленных факторов и параметров, влияющих на эксплуатацию и проведение наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений, разработана методика определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных гидротехнических сооружений, в основе которой лежит категориальный подход, учитывающий влияние приведенных к единому масштабу параметров факторов для корректировки периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга по сравнению с действующей системой наблюдений.
5. Разработанная методика позволила выявить особенности периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга для водоподпорных гидротехнических сооружений Республики Крым, а именно ГТС Бахчисарайского, Симферопольского и Белогорского водохранилищ.
Результаты выпускной квалификационной работы свидетельствуют о том, что разработанная методика определения периодичности проведения наблюдений в системе мониторинга состояния водоподпорных ГТС, в зависимости от рассмотренных факторов и их параметров, позволяет подтвердить необходимость увеличения количества наблюдений за состоянием перечисленных водоподпорных ГТС для получения более точных сведений о надежности и безопасности дальнейшей эксплуатации указанных водоподпорных ГТС.
Определенная по разработанной методике периодичность проведения наблюдений в системе мониторинга состояния существующих водоподпорных ГТС Республики Крым отличается от утвержденной периодичности системы наблюдений частотой проведения отдельных видов наблюдений и не противоречит нормативной и законодательной документации.
В целом, применение методики определения периодичности проведения мониторинга состояния водоподпорных ГТС на основе выявленных факторов и их параметров возможно для гидротехнических сооружений Российской Федерации.
Подобные работы
- СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ
ВОДОПОДПОРНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
(НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ)
Дипломные работы, ВКР, водоснабжение. Язык работы: Русский. Цена: 4980 р. Год сдачи: 2018