Россия
УДК 141.23 Мелиоризм
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.06.01 Сельское хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
В статье приведено описание результатов обследования участка гидромелиоративной сети Петровско-Анастасиевской оросительной системы Краснодарского края. Площади, орошаемые посредством указанной сети, в 2022 г. полностью заняты рисом. Приведены результаты обследования гидротехнических сооружений на исследуемом участке: оросительный внутрихозяйственный канал Р-22-2, сбросные каналы С-22 и С-22-5, гидротехнические сооружения, расположенные на этих каналах. Проблемы исследуемого участка рисовой мелиоративной системы заключаются в его длительном сроке эксплуатации. За более чем 60 летний период эксплуатации мелиоративной сети, реконструкции или ремонта ключевых элементов системы не проводились, вследствие чего повсеместно наблюдается снижение КПД. Актуальность работы обусловлена необходимостью проведения исследований для решения задач по управлению водными ресурсами бассейна Нижней Кубани в условиях их дефицита. На основе результатов наблюдений и проведённых измерений проведен предварительный анализ работоспособности и эксплуатационной надёжности оросительного канала Р-22-2, выполненный по разработанному в лаборатории безопасности ГТС мелиоративного комплекса ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова алгоритму. Анализ не является законченным, в связи с отсутствием полной информации о нормах орошения участка и необходимой проектной документации. Применение данного алгоритма позволило отразить современное состояние оросительного канала с описанием основных процессов и явлений, снижающих КПД как самого канала, так и всего мелиорируемого участка. Алгоритм универсален, и его трактовка изменяется в зависимости от типа орошения, структуры орошаемых площадей и водопотребности выращиваемых культур. Основная суть заключается в сравнении проектных и современных значений оросительной сети, оценке возможности системы к подаче необходимого объёма воды на орошение всех хозяйственных площадей, и на основе анализа функционирования данной мелиоративной системы предложить перечень мероприятий по повышению её эффективности. Предварительная оценка эффективности работы рассматриваемого оросительного канала в составе ПАОС показывает, что осуществляется максимально возможная водоподача, но недостаточная для получения высокой урожайности. Необходим глубокий и полный анализ всех ГТС на мелиорируемом участке, повторное применение алгоритма с дополнениями по предлагаемым проводимым мероприятиям, необходимых для восстановления работоспособности и надежности ГМС.
рисовая мелиоративная система, водоподача, канал, изменение профиля канала, заиление русла, зарастание водными растениями, старение железобетонных конструкций, снижение работоспособности
Введение. Сотрудники ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова, в рамках рабочих командировок, проходивших в периоды с 11 по 25 мая, а также с 8 по 31 июля 2022 г., провели ряд научных исследований на хозяйственном участке, в составе Петровско-Анастасиевской оросительной системы (ПАОС) управления «Кубаньмелиоводхоз». Цель работ заключалась в определении состояния рисовых мелиоративных систем и входящих в них ГТС, для решения задач по управлению водными ресурсами бассейна Нижней Кубани в условиях их дефицита. Одной из задач проведения экспедиционных исследований на хозяйственном участке являлось обследование гидромелиоративной системы. Подобные исследования, со сходными целями и задачами, были проведены в 2021 г. в хозяйстве ООО «Калининское» [1].
Исследуемый участок арендуется индивидуальным предпринимателем, и в 2022 году был полностью занят рисом. Предшествующие культуры не были известны, в связи с эксплуатацией данного участка первый год новым собственником. Площадь чеков на исследуемом участке – 223 га. Тип затопления чеков - укороченный. Для выращивания риса применяется компоновка чеков краснодарского типа, которая характеризуется крупными чеками площадью 5-7 га, с качественной планировкой поверхности, правильной конфигурацией и возможностью перехода машин с прицепными агрегатами через валики. Источником орошения является река Кубань, вода на орошение подаётся магистральным каналом ПАОС. Из магистрального канала насосная станция № 11 перекачивает воду в оросительные каналы хозяйственных участков. Схема движения воды показана на рисунке 1, где синим цветом обозначены оросительные каналы, а жёлтым - сбросные.
Рис.1 Схема подачи и сброса воды на рисовые чеки хозяйства.
Материалы и методы исследования. Результаты работ были получены по проведённым рекогносцировочным обследованиям и внешнему визуальному осмотру ГТС на исследуемом участке. Для фиксирования состояния ГТС использовались смартфоны с камерой. Промеры створов проводились в доступных местах, до 240 см глубиной, с наименьшим зарастанием откосов и доступными спусками к воде. При промерах использовалась геодезическая рейка и, для обозначения отметок вертикалей, верёвочный канат с шагом в 1 м. Фиксировались значения: ширины канала по верху и по низу, глубина канала относительно ширины по верху, ширина и коэффициент заложения двух откосов.
Для оценки работоспособности оросительного канала Р-22-2 был применён алгоритм анализа, разработанный в лаборатории безопасности ГТС мелиоративного комплекса ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова «Алгоритм анализа гидромелиоративной системы с целью выявления причин изменения (снижения) эксплуатационной надежности и производительности, возникших в процессе эксплуатации» [2].
Результаты исследования и их обсуждение. Внутрихозяйственный оросительный канал Р-22-2, протяжённостью 1,7 км, разделён на 3 участка транспортными переездами. По длине канала были промерены створы в местах водоприёмников, водовыпусков и по центру участков. Обследование показало, что канал Р-22-2 находится в неудовлетворительном состоянии. На всех отрезках наблюдаются идентичные явления: заиление русла, зарастание откосов, старение и разрушение ж/б конструкций. Всё это привело к значительному снижению КПД исследуемого участка гидромелиоративной сети. Затраты на орошение площадей исследуемого участка с каждым годом будут только расти, как и нагрузка на каналы, в связи с увеличением количества подаваемой воды [3,4,5]. Современное состояние канала Р-22-2 отображено на рисунке 2.
Рис. 2. Состояние канала Р-22-2 в 2022 г.
По результатам обследований выполнен предварительный анализ работоспособности и эксплуатационной надёжности оросительного канала Р-22-2. Анализ не является полным и законченным, это связано с отсутствием полной информации о нормах орошения площадей участка, необходимой проектной документации гидротехнических сооружений, а также отсутствием достоверных данных по измерению и учету воды, подаваемой на хозяйства от НС №11.
Анализ канала Р-22-2.
1. Назначение канала: оросительный, распределяющий, внутрихозяйственный канал Р-22-2.
2. Длина канала: 1,7 км;
3. Конфигурация канала (реальная):
- ширина по дну от 2 до 4 м;
- ширина по верху от 8 до 10 м;
- глубина канала до 2,3 м.
Конфигурация по приведённым параметрам варьирует в указанных пределах, в связи с наличием «узких мест», в которых наблюдается заиление и изменение геометрических параметров русла, под воздействием турбулентных потоков воды. Канал был выполнен с трапецеидальным поперечным сечением, но сохранилось оно только в створе, где установлены цельные ж/б плиты на откосах и дне канала. Практически профили по длине имеют неправильную форму, особенно в местах турбулентных движений потока воды [6]. На изменения сечения повлияли следующие факторы: выполнение канала в земляном русле, заиление русла, произрастание водных растений, отсутствие со времени введения в эксплуатацию канала ремонтных работ на исследуемом участке.
4. Сведения по потребности в воде для орошения: затапливаемые площади, мощность слоя воды, кубатура по срокам и т.д. Затапливаемые площади составляют 223 га рисовых чеков, с требуемым поддержанием слоя воды не менее 10 см до периода прорастания. Затем осуществляется сброс воды для обработки пестицидами. Повторное наполнение и поддержание слоя воды от 10 см производится до периода восковой спелости, когда подача воды постепенно прекращается, а сброс повышается.
5. Характеристика водоподачи в гидромелиоративную систему. За вегетационный период в 2022 г. арендатор запросил подачу воды в объёме 14 000 м3/га. Следовательно, за вегетационный период на рисовые чеки хозяйства было подано 3 122 000 кубометров воды. В этот объём воды входят все потери воды на транспортировку, испарение, транспирацию и пр. Следует отметить, что воду хозяйствам распределяет Управление «Кубаньмелиоводхоз», и только на НС №11, подающей воду в каналы, имеются средства измерения расходов и поддерживаемых уровней в нижнем и верхнем бьефах у станции. Арендатор своих средств измерений расходов воды не устанавливал, контролируются лишь уровни воды по установленным в каналах и чеках рейкам с отметками высоты. Такой способ контроля водоподачи не является надёжным, так как со временем геометрия каналов меняется, кроме того, при неправильном планировании чеков рейка с отметками глубины перестает достоверно отображать реальные значения для всего канала, чека.
6. Места интенсивной фильтрации. Место интенсивной фильтрации обнаружено в конце канала, где, из-за большого уклона местности, глубина воды в канале равна высоте бровок канала. Фильтрация наблюдается в районе транспортного переезда, полностью смачивая его с образованием луж на поверхности. Фильтрат выходит в рисовые чеки, при этом разрушая валик чека.
7. Места зарастания профиля канала. Зарастание водной растительностью и тростником присутствует по всей длине канала, особенно сильно заросли откосы от самого дна канала до бровок канала. Покос растительности производится на транспортном проезде и в местах спуска к каналу. Древесная и кустарниковая растительность на самих каналах не произрастает, но присутствует в местах транспортных переездов через трубчатые регуляторы в небольшом количестве, 2-3 штук на каждом месте.
8. Места перелива воды через гребень канала при различных расходах. На заключительном створе канала Р-22-2, где уровень воды поднимается до бровок канала, возникает перелив, сопровождаемый промачиванием около 100 м дорожного проезда.
9. Места интенсивного зарастания откосов канала деревьями. Места интенсивного зарастания откосов канала деревьями не обнаружены.
10. Разработка, на основании результатов анализа, а также сравнения проектных показателей с реальным состоянием сооружений, комплекса мер, необходимых для восстановления работоспособности и надежности ГМС. Для разработки комплекса мер по восстановлению работоспособности и надежности на участке ГМС ПАОС, требуется изучить проектные значения основных характеристик канала и, на основании более глубокого и полного анализа, предложить конкретные решения по проведению необходимых ремонтных мероприятий на канале. Возможно, для достижения приемлемого уровня работы канала, достаточно ограничиться удалением растительности и доведением профиля канала до проектных значений путем очистки.
Сбросные каналы на исследуемом участке выполнены без крепления откосов. Глубина каналов возрастает при движении от источника водоподачи к головному коллектору. Это объясняется тем, что до начала работ по строительству ПАОС участок был заболочен. С целью снижения уровня грунтовых вод, сначала были вырыты осушительные каналы большой глубины. В настоящее время эти каналы заросли водными растениями и значительно заилены, глубина залегания ила вплоть до 1 м. На рисунке 3 изображен сбросной внутрихозяйственный канал, который впадает в отводящий канал С-22-5. Уровень воды в сбросных каналах поддерживается за счёт фильтрации воды из рисовых чеков. В момент проведения исследований на канале С-22 проводились работы по очистке русла от иловых отложений. На правом берегу канала, с помощью экскаватора с обычным ковшом для выемки грунта, образовали насыпь высотой более 2 м по всей длине канала. Исследование на этом канале были не безопасны, в связи с отсутствием доступного спуска к воде и отсутствия страховочного снаряжения.
Рис 3. Место впадения внутрихозяйственного канала в сбросной канал С-22-5
Выводы. Проблемы эксплуатации исследуемого участка рисовой мелиоративной системы заключаются в высокой степени износа. За более чем 60 летний период эксплуатации канала, реконструкция или ремонт ключевых элементов системы не проводились. Основные наблюдаемые явления по снижению КПД мелиоративной сети на участке следующие:
1. Заиление оросительных и сбросных каналов, до 10 см в оросительных и до 1 м в сбросных.
2. Активное зарастание водными растениями дна каналов и откосов. Эта проблема практически не решается. Наблюдается лишь покос травы на транспортных переездах и в местах регулирования водоподачи, для доступа к винтовым механизмам подъема затворов.
3. Старение и разрушение ж/б конструкций, действующих со времени введения оросительной системы в эксплуатацию. Куски бетона не удаляются со дна канала, их скопления наблюдаются по ходу течения воды в 2-3 м от места разрушения конструкции.
4. Изменение геометрических параметров сечения каналов в результате их заиленности и местах турбулентных потоков воды. Трапецеидальная форма сохранена лишь в месте установки ж/б плит на дне и откосах канала. В других створах форма сечения неправильной формы и трудноопределима из-за слоя иловых отложений.
Заключение. Для разработки комплекса мер, необходимых для восстановления работоспособности и надежности ГМС, необходимо изучить проектные значения основных характеристик канала и на основе более глубокого и полного анализа предложить конкретные решения по проведению необходимых ремонтных мероприятий на канале [3]. Представляется, на период до проведения капитального ремонта или реконструкции, достижение приемлемого уровня работы канала возможно путем удаления растительности и приближения профиля русла до проектных значений [7].
1. Исследование эколого-мелиоративного состояния рисовых чеков ООО "Калининское" Краснодарского края / Бубер А.А., Меньшикова С.А., Раткович Е.Л., Каракулов Ф.А. // В сборнике: Актуальные научно-технические и экологические проблемы мелиорации земель. материалы IV Международной научно-практической конференции, посвященной памяти Б. И. Яковлева. Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь, главное управление образования, науки и кадровой политики, Учреждение образования «БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНОВ ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ». 2022. С. 13-17.
2. Алгоритм формирования мероприятий по обеспечению безопасности и надежности функционирования гидромелиоративных систем с длительным сроком эксплуатации / Щербаков А.О., Жезмер В.Б. // В сборнике: Каталог паспортов научно-технических достижений, рекомендуемых для использования в мелиорации и водном хозяйстве. Выпуск 44. Всероссийский научно - исследовательский институт систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга». Коломна, 2021. С. 27-28.
3. Жезмер В.Б. Востребованность данных по мониторингу гидротехнических сооружений мелиоративного комплекса / Жезмер В.Б., Гольцов Ю.Я., Дудаков Н.К. // В сборнике: Экологические аспекты мелиорации, гидротехники и водного хозяйства АПК. Материалы международной научно-практической конференции. Редакционный совет: В.А. Шевченко, Л.В. Кирейчева, С.Д. Исаева, И.Ф. Юрченко, А.О. Щербаков, Г.Х. Бедретдинов. 2017. С. 264-268.
4. Мониторинг гидротехнических сооружений мелиоративного комплекса / Волынов М.А., Жезмер В.Б. // В книге: Экологический мониторинг мелиорированных земель и мелиоративных систем. Москва, 2018. С. 294-342.
5. Оценка безопасности гидротехнических сооружений / Исаева С.Д., Жезмер В.Б., Щербаков А.О. // В сборнике: Научно-технические достижения и разработки ФГБНУ "ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова" (2016-2021 гг.). Сборник научных трудов. Москва, 2021. С. 84-87.
6. Ханов Н.В. Гидравлика водосбросов с тангенциальными завихрителями. - Монография / Москва, 2003.
7. Мероприятия по обеспечению безопасности и эксплуатационной надежности функционирования гидромелиоративных систем с длительным сроком эксплуатации / Жезмер В.Б., Щербаков А.О. // Природообустройство. 2021. № 3. С. 79-88.
