Russian Federation
VAK Russia 4.1.5
UDC 627.8
CSCSTI 68.31
Russian Classification of Professions by Education 35.06.01
Russian Library and Bibliographic Classification 4
Russian Library and Bibliographic Classification 40
BISAC TEC003080 Agriculture / Agronomy / General
The purpose of the study is a comprehensive analysis of the technical condition and the establishment of the most common damage to the waterworks of reservoirs in the steppe landscape zone of the Southern Urals based on the results of visual surveys of the waterworks of reservoirs in the Bolshoy Yushatyr River basin. As a result of the surveys of hydraulic structures of 82 water bodies, the composition and types of hydraulic structures of water bodies were established, and their technical conditions were analyzed according to conditional criteria. The identified most common damages to hydraulic structures are systematized according to their effects on the operation of hydraulic structures. It has been established that 20% of the waterworks are in unsatisfactory technical condition and generalized repair recommendations have been developed for them
reservoir, reservoir, riverbed pond, hydraulic structures, slopes, ridge, streams, overgrowth, erosion, destruction, criteria of technical condition
Введение. В современных условиях развития водохозяйственного комплекса особую актуальность приобретает проблема обеспечения надежности и безопасности гидротехнических сооружений (ГТС) в степной ландшафтной зоне Южного Урала. Специфические природно-климатические условия этой ландшафтной зоны, характеризующиеся резкими колебаниями температур, неравномерным распределением осадков и высокой испаряемостью, предъявляют особые требования к эксплуатации ГТС. Особую значимость приобретает обследование технического состояния гидроузлов, то есть своевременное выявление дефектов и повреждений ГТС, обусловленных как естественными природными процессами, так и нарушениями правил эксплуатации.
Анализ литературных источников показал, что в настоящее время существует ряд различных проблем, связанных с эксплуатацией ГТС. Техническое состояние гидросооружений постоянно ухудшается, отдельные сооружения находятся в аварийном состоянии и не пригодны к эксплуатации. В большинстве случаев это связано с бесхозностью сооружений, отсутствием собственников эксплуатационных служб и необеспеченностью финансированием аварийно-восстановительных работ и реконструкции гидротехнических сооружений [1-2].
В условиях бассейна реки Большой Юшатырь, как типичного представителя степных водотоков, проблема сохранения надежности ГТС и своевременного выявления повреждений при их эксплуатации приобретает особую актуальность ввиду их важного значения для сельскохозяйственного водоснабжения, орошения и регулирования стока. При этом необходимо учитывать, что значительная часть ГТС эксплуатируется без полной проектной документации и должного технического надзора, что существенно повышает риски возникновения аварийных ситуаций.
Большинство водоемов бассейна реки Большой Юшатырь относятся к малым и крупным прудам. Как правило, они находятся в ведении муниципальных образований и техническое состояние гидроузлов является основанием принятия рациональных решений по проведению ремонтных работ на уровне муниципальных образований с большим количеством гидроузлов. На уровне субъектов Федерации необходима также достоверная информация по состоянию и уровню безопасности отдельных гидротехнических сооружений (ГТС) и гидроузлов в целом, которая позволит направить ограниченные по объему средства на ремонт самых опасных ГТС [3-7].
Обследование ГТС гидроузлов в степной ландшафтной зоне требует учета специфических факторов воздействия окружающей среды, включая интенсивное развитие водной и береговой растительности, особенности фильтрации, размываемости и суффозии грунтов, а также специфику формирования и распределения водных нагрузок на сооружения в условиях резко континентального климата (весенне-летние паводки, меженные периоды). Все это предопределяет необходимость обследования технического состояния гидроузлов и их ГТС, установления наиболее распространенных повреждений в них.
Целью работы является комплексный анализ технического состояния и установление, систематизированных по влиянию на работу ГТС, наиболее распространенных повреждений гидроузлов водоемов степной ландшафтной зоны Южного Урала по результатам визуальных обследований гидроузлов водоемов бассейна реки Большой Юшатырь.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- выявление природно-климатических и инженерно-гидрологических условий бассейна реки Большой Юшатырь;
- установление перечня водоемов в бассейне реки Большой Юшатырь для проведения визуального обследования их гидроузлов;
- комплексный анализ результатов визуального обследования гидроузлов водоемов бассейна реки Большой Юшатырь.
Материалы и методы. Территория водосборного бассейна реки Большой Юшатырь находится в степной зоне на юге Республики Башкортостан и на севере Оренбургской области, в северной части Общего Сырта. Рельеф - увалисто-холмистый, сильно расчлененный крупными увалами и лощинами. Средняя высота местности составляет 250-300 м. Островки дубовых, липовых, березовых и других лиственных лесов занимают около 10 % территории.
Преобладающие почвы обыкновенные и южные черноземы, в долинах рек встречаются луговые почвы, а на водоразделах в южной части – солончаки. Сложный расчлененный рельеф Общего Сырта в условиях недостаточного и не регулярного увлажнения способствует развитию деструктивных эрозионных процессов и повышенную карбонатность почв. Длительная распашка и водная эрозия привела к значительной деградации более 44 % южных черноземов[8].
Река Большой Юшатырь – левый приток реки Салмыш. Устье реки находится в 55 км по левому берегу реки Салмыш. Длина реки составляет 92 км. Площадь водосбора – 3.4 тыс. м2.
По данным государственного водного реестра России река относится к Уральскому бассейновому округу, водохозяйственный участок реки 12.01.00.007 (р. Сакмара от впадения р. Большой Ик и до устья). Речной бассейн реки — Урал (российская часть бассейна). Код объекта в государственном водном реестре — 12010000712112200006831 [9].
Река Большой Юшатырь имеет 17 притоков, из них 8 рек – притоки 1-го порядка, 7 рек – притоки 2-го порядка и 2 реки – притоки 3-го порядка. Левых притоков реки - 10, правых – 7. Самым длинным притоком является р. Куяныш (71 км), самой большой площадью водосбора - водосбор реки М. Куюргаза (360 км2). Длины рек колеблются с 10,0 км до 71,0 км, а площади водосборов - с 30 км2 до 666 км2 [10].
Наиболее крупными водохранилищами в бассейне являются: Аксаровское (Юшатырское) водохранилище на р. Б. Юшатырь с площадью зеркала воды 8800 тыс. м2 и объемом 49000 тыс. м3, Отрадное водохранилище на реке Куяныш с площадью зеркала воды 1680 тыс. м2 и объемом 9850 тыс. м3.
Водоемы бассейна реки Большой Юшатырь расположены в Тюльганском (20 шт.), Октябрьском (19 шт.), Шарлыкском (5 шт.) районах Оренбургской области и в Куюргазинском район Республики Башкортостан (75 шт.).
Местоположения водоемов в бассейне реки Большой Юшатырь, выбранных для проведения визуальных обследований (82 водоема), представлены в таблице 1.
Таблица 1. Местоположения водоемов в бассейне реки Большой Юшатырь, выбранных для проведения визуальных обследований
(82 водоема)
|
№ |
Местоположение (привязка к ближайшему населенному пункту) |
№ |
Местоположение (привязка к ближайшему населенному пункту) |
|
1 |
Ключи, С-В, 5,4 км |
42 |
Холмогоры, С, 1,47 км |
|
2 |
Кожевников, Ю |
43 |
Покровка, Ю-В, 3,81км |
|
3 |
Зеленый Дол, С-З, 3,43 км |
44 |
Мутал, Ю-З, |
|
4 |
Зеленый Дол, С-З, 3,68 км |
45 |
Свобода, Ю |
|
5 |
Зеленый Дол, С-З, 3,62 км |
46 |
Ялчикаево, С- 2,18 км |
|
6 |
Аустяново , Ю-З |
47 |
Ялчикаево С-З |
|
7 |
Краснооктябрьский, Ю-В |
48 |
Таймасово С-В, 1,31 км |
|
8 |
Тюльган, Ю, |
49 |
Зяк-Ишметово Ю-З, 1,01 км |
|
9 |
Октябрьское, З-Ю, 5,47 |
50 |
Зяк-Ишметово, В, 1,79 км |
|
10 |
Новониколаевка, С-З |
51 |
Нижний Гумбет, В |
|
11 |
Тюльган, С-В, (ст. Тюльган Ю-З) |
52 |
Якшимбетово, Ю-В, 3,6 км |
|
12 |
Октябрьское, С-В, 0,75 км |
53 |
Абдулово, Ю-З, 0,7 км |
|
13 |
Ст. Тюльган, С-З, 1,11 км |
54 |
Якшимбетово, С-В, 2,7 км |
|
14 |
Октябрьское, С-В, 0,88 км |
55 |
Язлав, Ю |
|
15 |
Октябрьское, С-В, 1,5 км |
56 |
Сандин, С, 0,3 км |
|
16 |
Тюльган, С, 2,61 км |
57 |
Кунакбаево, Ю-В, 0,5 км |
|
17 |
Ташла, З, 4,26 км |
58 |
Новая отрада, Ю-В, 0,7 км |
|
18 |
Новосергиевка, Ю-В, 3,7км |
59 |
Слоновка, С, 2 км |
|
19 |
Междугорный, С, |
60 |
Тюканово 2-е, С |
|
20 |
Калинин, Ю |
61 |
Маячный, В |
|
21 |
Кутлуюлово, Ю |
62 |
Кумертау, Ю-В |
|
22 |
Тугустемир, Ю, 2,49км |
63 |
Разномойка, В, 3 км |
|
23 |
Якшимбетово, ЮВ, 0,273 км |
64 |
Верх. Гумбет, С, 4,5 км |
|
24 |
Воскресенка, СЗ, 2,38 км |
65 |
Свобода, С |
|
25 |
Нов.Барангуловка, Ю-З, 1,25км |
66 |
Новотаймасово, Ю-В, 2,5 км |
|
26 |
Верх. Гумбет, С-З, 0,578 км |
67 |
Новотаймасово, Ю |
|
27 |
Ямансорво, С-В, 0,508 км |
68 |
Новотаймасово, Ю-З |
|
28 |
Кунакбаево, Ю-З |
69 |
Таймасово, З, 1 км |
|
29 |
Новая Отрада, Ю-З, 1,28 км |
70 |
Зяк-Ишметово, Ю-В, 3,7 км |
|
30 |
Молоканово, С-В, 1,03км |
71 |
Зяк-Ишметово, С-В, 1,5 км |
|
31 |
Бахмут, Ю-З, 382 км |
72 |
Зяк-Ишметово, В, 3 км |
|
32 |
Молоканово, С-В, 1,53км |
73 |
Мутал, В |
|
33 |
Сандин, Ю, 0,357 км |
74 |
дер. Слоновка, З |
|
34 |
Бахмут, В, |
75 |
Холодный Ключ, Ю-В, 1,5 км |
|
35 |
Кинья-Абыз, С-В, 4,35 км |
76 |
Маячный, С |
|
36 |
Покровка, Ю-В, |
77 |
Сандин, Ю, 2 км |
|
37 |
Маячный, Ю-З, 2,02км |
78 |
Покровка, В, 1 км |
|
38 |
Маячный, Ю-З, 2,22км |
79 |
Старая Уралка, З, 0,4 км |
|
39 |
Маячный, Ю-З, 1,22км |
80 |
Язлав, С-З |
|
40 |
Ермалаево, Ю-З, |
81 |
Новая Барангуловка, Ю-В |
|
41 |
Ермалаево, С-З, |
82 |
Тугустемир, Ю-В, 5 км |
До начала полевых работ по визуальному обследованию гидроузлов водоемов был составлен маршрут обследования. После прибытия в район изысканий, составленный заранее маршрут корректировался с учетом местных особенностей, полевых и проселочных дорог, наличия мостов и бродов, погодных условий и т.п.
Визуальные обследования включали: обследование гидроузлов и их ГТС с составлением актов обследования; установление гидравлической связи водоема с другими водными объектами; фотографирование конструктивных элементов ГТС и общего вида водоема; фиксирование координат гидроузлов водоемов GPS-навигатором.
При обследовании гидроузлов и их ГТС фиксировались имеющие повреждения в актах обследования. В актах обследования указывалась информация о местоположениях водоема в свободной форме, географические координаты гидроузла, даты проведения обследования, информация о ГТС и гидравлической связи с другими поверхностными водными объектами, фотографии водоемов, гидроузлов и их ГТС, типы конструктивных элементов ГТС гидроузлов водоемов и их технические состояния. Подготовлены 82 акта обследования гидроузлов водоемов.
Гидравлическая связь устанавливалась визуально, сверяясь при этом с Яндекс-картами (вид: гибрид). Наличие или отсутствие гидравлической связи фиксировалось в актах обследования. Постоянная гидравлическая связь имеется у 67%, частичная (во время весеннего половодья и летних паводков) - у 8% и отсутствует - у 25% обследованных водоемов.
Результаты и обсуждение. По составленным актам обследования проведен комплексный анализ:
а) установлены типы водоемов и состав гидротехнических сооружений гидроузлов:
– из обследованных водоемов 72% относится к русловым прудам, 11% - водохранилищам, 9% - наливным прудам, 7% - обводненным карьерам;
– в составе 84% гидроузлов имеются плотины, в 87% - водосбросы, в 28% - водовыпуски, в 23% - ледозащитные устройства, в 7% - аварийные каналы;
б) выявлены основные конструктивные особенности гидротехнических сооружений (водосброс, водовыпуск, ледозащита) и конструктивных элементов плотин (гребень, верховой и низовой откосы) гидроузлов:
– все плотины, кроме одной, относятся к земляным насыпным, одна – каменно-земляная (точка №46 – Карьер на реке Сандин);
– в 24% плотинах гребень является непроезжим, в 76% - проезжим, из них в 19% - проходит проселочная дорога. Материал гребня: грунт (67%), щебень (11%), асфальт, ПГС, шлак (22%);
– крепление верхового откоса в 77% плотинах осуществлено посевом трав, в 6% - каменной наброской и железобетонными плитами, единичные случаи – крепление покрышками, бетонными блоками, отсыпка шлаком; в 10% случаев крепление отсутствовало;
– крепление низового откоса в 87% плотинах осуществлено посевом трав, в 6% - каменной наброской и щебнем, в 7% случаев крепление отсутствовало;
– в 87% гидроузлах имеются водосбросы: ковшовые (31%), в виде труб (горизонтальной, вертикальной, переливной) (26%), бесковшовые (24%), шахтные и сифонные (7%), в виде раструбной стенки, открытого лотка, шандора (7%), прочие (5%). Гашение энергии потока в нижнем бьефе организовано в виде трубы (77%), водобойной стенки, колодца, лотка с водосливом и консоли (23%);
– в 28% гидроузлах имеются трубчатые водовыпуски, а в остальных - отсутствуют или визуально не видны. Они в основном служат для сброса воды и технических нужд;
– в 23% гидроузлах имеются ледозащитные устройства, в основном, в виде свай (железобетонных, металлических) и металлических труб с ограждениями, а в остальных – отсутствуют;
в) определены технические состояния гидротехнических сооружений (водосброс, водовыпуск, ледозащита и, отдельно, плотин по их конструктивным элементам: гребень, верховой и низовой откосы) гидроузлов. Так как, обследования были только визуальными, для оценки их технического состояния были разработаны условные критерии:
– нормальное (сооружение или элемент функционирует, видимые повреждения сооружения отсутствуют);
– удовлетворительное (сооружение или элемент функционирует; но имеются повреждения, не влияющие на их работу);
– неудовлетворительное (сооружение или элемент не функционирует; имеются повреждения, влияющие на их работу).
Согласно разработанным критериям, определялось количество ГТС и конструктивных элементов плотин (табл. 2).
Таблица 2. Количество гидротехнических сооружений и конструктивных элементов плотин гидроузлов по критериям технического состояния в % от их общего количества
|
Гидротехнические сооружения |
Количество сооружений или элементов по категориям (в % от общего количества): |
||
|
нормаль-ное |
удовлетво-рительное |
неудовлетво-рительное |
|
|
Плотина с конструктивными элементами: |
|
|
|
|
-гребень плотины |
14 |
56 |
30 |
|
-верховой откос плотины |
7 |
70 |
23 |
|
-низовой откос плотины |
7 |
77 |
16 |
|
В среднем по конструктивным элементам плотины |
9 |
68 |
23 |
|
Водосброс |
6 |
75 |
19 |
|
Водовыпуск |
15 |
70 |
15 |
|
Ледозащита |
7 |
71 |
22 |
|
В среднем по гидротехническим сооружениям |
9 |
71 |
20 |
Анализ таблицы 2 показал, что в среднем по конструктивным элементам плотины большинство плотин находятся в удовлетворительном состоянии (68%), а 23% - находятся в неудовлетворительном состоянии. Наибольшие повреждения, влияющие на работу плотины, наблюдаются по гребню плотины (30%).
В среднем по ГТС, так же, большинство гидроузлов находятся в удовлетворительном состоянии (71%), а 20% - в неудовлетворительном состоянии. Наибольшие повреждения, влияющие на работу гидроузлов, выявлены в плотинах (в среднем 23%).
г) выявлены наиболее распространенные повреждения конструктивных элементов плотин и гидротехнических сооружений гидроузлов.
Из всех гидроузлов бассейна реки Большой Юшатырь, у четырех – все ГТС находятся в категории «нормальное»: Отрадное водохранилище на р. Куяныш (по данным службы эксплуатации), Юшатырское водохранилище на р. Б. Юшатырь (по данным службы эксплуатации), пруд на р. Урай (по результатам обследования), пруд на р. Кутуй (по результатам обследования). У остальных гидроузлов выявлены различные повреждения, в том числе наиболее распространённые.
Наиболее распространенными повреждениями не влияющие на работу гидросооружений являются зарастание травой, кустарниками и деревьями, камышом. Наиболее распространенными повреждениями, влияющие на работу сооружении являются: частичные и полные размывы гребня и откосов плотины, прораны гребня плотины, повреждения откоса скотом; зарастание выходной части водосброса и водовыпуска травой, кустарниками и деревьями значительно влияющее на транзитный расход воды, разрушения части водосброса в нижнем бьефе (воронка размыва, отводящий канал разрушен, выходной оголовок разрушен, сильный размыв около трубы), разрушения части водосброса со стороны верхнего бьефа (не работает затвор, на входе завал деревьев и мусора, шандоры не работают); размыв грунта и каменной наброски на выходной части трубчатого водовыпуска; повреждения защитного ограждения ледозащиты.
Многие пруды находятся в бесхозном состоянии, хотя формально относятся к ведению местных муниципальных образований. Некоторые водоемы находятся в аренде у местных предпринимателей и используются для рыборазведения, но они, согласно договорам, не несут ответственности за техническое состояние гидроузлов. Практически на всех гидроузлах, за исключением крупных водохранилищ, отсутствуют службы эксплуатации и не проводятся визуальные обследования, тем более плановый комплексный мониторинг технического состояния ГТС.
Выводы
- Визуальные обследования гидроузлов водоемов являются наиболее доступным способом выявления повреждений и дефектов ГТС, позволяющих установить техническое состояние гидроузлов в пределах бассейнов рек, территорий субъектов Федераций и муниципальных образований. Так, в степной ландшафтной зоне Южного Урала в пределах бассейна реки Большой Юшатырь акты обследования 82 гидроузлов водоемов позволяют оценить их техническое состояние как в целом, так и в отдельности.
- Предложенные условные критерии технического состояния, не смотря на их простоту, позволяют оценить технические состояния ГТС по трем категориям: «нормальное», «удовлетворительное» и «неудовлетворительное». Такое разделение на категории, дает возможность: планировать ремонтные работы, устанавливать очередность ремонтов и выявить какой ГТС гидроузла требует больше всего ремонта. Так, установленные технические состояния гидроузлов показали, что 20% гидроузлов находятся в неудовлетворительном состоянии и их необходимо ремонтировать в первую очередь. Наибольшие повреждения, влияющие на работу сооружений, имеются на гребне (30%) и на верховом откосе плотины (23%).
- Систематизация наиболее распространенных повреждений гидроузлов по их влияниям на работу ГТС позволяет определить перечень повреждений, влияющих на работу ГТС и разработать типовые ремонтные мероприятия с примерными сметными стоимостями. Так, для гидроузлов водоемов в степной ландшафтной зоне Южного Урала в пределах бассейна реки Большой Юшатырь рекомендуется иметь типовые ремонтные мероприятия с примерными сметами по ремонту гребня и откосов плотины, входного и выходного оголовков водопропускных сооружений. Наличие таких материалов позволить планировать финансовые расходы на содержание гидроузлов в нормальном техническом состоянии.
1. Shirobokova O.E. Obsledovaniya tehnicheskogo sostoyaniya gidrotehnicheskih sooruzheniy Bryanskoy oblasti // Problemy energoobespecheniya, avtomatizacii, informatizacii i prirodopol'zovaniya v APK: sbornik materialov Mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferencii, g. Bryansk, 16–17 maya 2024 g. Bryansk: BGAU, 2024. S. 161–164. EDN HEFGIH.
2. Mihaylov E.D. Obsledovaniya i Problemy ekspluatacii gidrotehnicheskih sooruzheniy vodnogo hozyaystva // Nauchnyy zhurnal Rossiyskogo NII problem melioracii. 2011. №4(4). S. 12. EDN OKJFBP.
3. Grican V.V. Tehnicheskoe sostoyanie obsledovannyh gidrouzlov Moskovskoy oblasti i klassifikacionnye priznaki ih vodoemov // Prirodoobustroystvo. 2021. № 3. S. 69–79. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2021-3-69-79
4. Volkov V.I., Kaganov G.M., Belousov P.V. Analiz sostoyaniya gidrotehnicheskih sooruzheniy Chehovskogo rayona Moskovskoy oblasti // Prirodoobustroystvo. 2010. № 5. S. 30–36.
5. Chernyh O.N., Volkov V.I. Problemy bezopasnosti territoriy nizhnego b'efa stolichnyh prudov // Prirodoobustroystvo. 2017. № 1. S. 47–54. EDN: https://elibrary.ru/YRBSRH
6. Kaganov G.M., Volkov V.I. Sostoyanie beshozyaynyh gidrotehnicheskih sooruzheniy Moskovskoy oblasti // Prirodoobustroystvo. 2008. № 2. S. 67–74. EDN: https://elibrary.ru/JBBGVF
7. Kaganov G.M., Chernyh O.N., Volkov V.I.Sostoyanie otdel'nyh kaskadnyh gidrouzlov na rekah Moskvy // Prirodoobustroystvo.2009. № 5. S. 54–60. EDN: https://elibrary.ru/KZTJOR
8. Cherdinceva T.M. Pochvy Obschego Syrta // Aktual'nye voprosy sovremennoy nauki: sbornik nauchnyh statey po materialam I Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii, g. Ufa, 7 fevralya 2023 g. Ufa: Nauchno-izdatel'skiy centr «Vestnik nauki», 2023. S. 296–300. EDN JBHNUZ.
9. Gosudarstvennyy vodnyy reestr: [arh. 15 oktyabrya 2013] // Minprirody Rossii. 2009. 29 marta.
10. Choice of Melioration Facies Regimes Using Catenary-facies Models of Watersheds of the Forest-steppe Zone of the Republic of Bashkortostan / A. Khazipova, A. Shafizov, A. Komissarov, R. Mustafin, R. Zubairov // Asian Journal of Water, Environment and Pollution. 2020. Vol. 17, no. 1. Pp. 19–26
