Підвищення надійності та удосконалення елементів закритої мережі осушувальної системи

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ ГІДРОТЕХНІКИ І МЕЛІОРАЦІЇ

спеціальність 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації (технічні науки)

УДК 70.23.15

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ТА УДОСКОНАЛЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ЗАКРИТОЇ МЕРЕЖІ ОСУШУВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ( В УМОВАХ ЗАХІДНОГО ПОЛІССЯ УКРАЇНИ)

КУЗЬМИЧ ЛЮДМИЛА

ВОЛОДИМИРІВНА

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Національному університеті водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор Гурин Василь Арсентійович, Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри експлуатації гідромеліоративних систем;

Офіційні опоненти

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Скрипник Олег В'ячеславович, Інститут гідротехніки і меліорації УААН, головний науковий співробітник; кандидат технічних наук, доцент Сапсай Григорій Іванович, Національний університет водного господарства та природокористування, доцент кафедри гідромеліорацій.Провідна установа - Інститут гідромеханіки НАН України

Захист відбудеться 19 квітня 2006 року о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 37.

Автореферат розісланий “___” березня 2006 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук Т.І. Топольнік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Сучасний рівень розвитку водного господарства висуває на передній план питання забезпечення необхідного технічного рівня, якості, надійності та ефективності роботи меліоративних систем. Забезпечення надійної роботи і удосконалення систем із тривалим строком їхньої служби є однією з актуальних проблем експлуатації осушувальних систем.

Упродовж експлуатації осушувальної системи під впливом різних природних та штучних факторів відбуваються процеси деградації матеріалу і, як результат - старіння та пошкодження елементів системи. Для врахування складних процесів деградації матеріалів та зміни роботи гідромеліоративної системи потрібний аналіз об'єктів з позиції теорії надійності.

Необхідність вирішення питань цієї проблеми на основі теорії надійності зумовлена тим, що оцінка функціонування споруд замість інтуїтивно-емпіричного підходу дає можливість заздалегідь надавати елементам і матеріалам властивостей, потрібних для роботи об'єкта в конкретних умовах і проміжках часу.

Використання методів аналізу, які пропонує теорія надійності, дає змогу підвищити надійність та ефективність роботи технічних систем. Однак у меліорації, зокрема в осушенні, недостатньо використовуються нові підходи для оцінки роботи елементів систем. Тому аналіз надійності елементів осушувальної системи для удосконалення конструкцій її елементів є актуальним, оскільки осушення закритим дренажем в Україні є переважаючим.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в рамках науково- дослідної роботи кафедри експлуатації гідромеліоративних систем НУВГП “Інструкція з класифікації і обліку аварій на державних водогосподарських системах і захисних спорудах” (2001-2002рр.), в якій здобувач приймала участь як виконавець.

Мета роботи. Метою роботи є аналіз надійності елементів закритої регулюючої мережі осушувальної системи, що включає розробку методів оцінки надійності та удосконалення елементів осушувальних систем при експлуатації діючих систем та їх реконструкції.

Задачі досліджень. Для досягнення поставленої мети були вирішені наступні задачі:

· аналіз впливу різних факторів на надійність елементів осушувальних систем;

· вивчення причин виникнення і оцінка впливу характерних пошкоджень, відмов, аварій (аварійних ситуацій) на споруди та гідромеліоративну систему загалом у процесі експлуатації;

· кількісний аналіз відмов і оцінка надійності елементів закритої мережі осушувальної системи;

· розробка технічних рішень для вдосконалення елементів закритої регулювальної мережі осушувальної системи;

· обґрунтування строків проведення ремонтно-експлуатаційних робіт для елементів закритої осушувальної мережі.

Предмет досліджень - властивості надійності та процеси, що впливають на зміну надійності осушувальної системи та її елементів при експлуатації.

Об'єкт досліджень - елементи закритої регулювальної мережі осушувальних систем в умовах Західного Полісся України.

Методи досліджень: польовий - для вивчення характеру і причин пошкоджень та відмов елементів осушувальних систем, для визначення об'єму дренажного стоку наносів, післяресурсної міцності бетону; аналітично-статистичний - для оцінки вірогідності отриманих результатів досліджень; імовірнісно-фізичний метод - для визначення одиничних показників надійності елементів осушувальних систем; системний - для аналізу впливу різних факторів на процеси зміни надійності елементів осушувальної системи.

Наукова новизна одержаних результатів:

- системний підхід до якісного аналізу надійності елементів закритої осушувальної мережі;

- класифікація причин аварійних ситуацій (аварій) осушувальних систем, удосконалені класифікація факторів, що впливають на надійність осушувальних систем, класифікація відмов елементів осушувальної системи;

- встановлені теоретичні закони розподілу надійності дренажних колодязів та гирлових споруд;

- метод розрахунку надійності дренажного колодязя в період експлуатації;

- удосконалені конструкції дренажних колодязів та гирлових споруд.

Достовірність отриманих результатів зумовлена проведенням польових та аналітичних досліджень, застосуванням математичних методів моделювання, методів планування дослідів та обробки експериментальних даних.

Основні положення, що виносяться на захист:

- якісний та кількісний аналізи надійності елементів закритої мережі осушувальної системи;

- метод розрахунку надійності оглядових колодязів у період експлуатації;

- нові конструкції дренажних колодязів та гирлових споруд;

- прогнозування строків відмов та періодичності проведення ремонтно-експлуатаційних робіт для елементів закритої осушувальної мережі.

Практичне значення одержаних результатів:

- використання якісного і кількісного аналізів надійності гідротехнічних споруд у практиці проектування і експлуатації водогосподарських об'єктів для вибору оптимального варіанта конструкції гідротехнічної споруди;

- визначення показників безвідмовності та довговічності елементів осушувальних систем на основі статистичної інформації про відмови, прогнозування відмов та періодичності проведення ремонтно-експлуатаційних робіт для дренажних колодязів та гирлових споруд;

- розроблені нові технічні рішення гідротехнічних споруд можуть використовуватися проектними та експлуатаційними водогосподарськими організаціями для реконструкції осушувальних систем або для проведення їх планово- попереджувальних ремонтів.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто узагальнено вітчизняну і світову літературу з визначеної проблеми, виконано польові і лабораторні дослідження згідно з програмою, оцінено отримані експериментальні дані та багаторічний досвід експлуатації, сформульовано науково обґрунтовані висновки і пропозиції виробництву.

Апробація роботи. Основні положення дисертації апробовано на міжнародній науково- практичній конференції „Актуальні проблеми водного господарства та природокористування”, присвяченій 80-річчю УДУВГП (м.Рівне, 2002 р.), міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених „Youth seeks progress'2003” (м.Каунас, 2003 р.), науково-практичній конференції „Водне господарство: завдання в період реформування економіки і перспективи розвитку” (м.Київ, 2003 р.), науково-практичній конференції, присвяченій 75-річчю ІГіМа (м.Київ, 2005 р.), науково- практичній конференції „Наукові засади сталого розвитку водного господарства та меліорації земель в сучасних умовах” (м.Київ, 2005 р.), на науково-технічних конференціях професорсько- викладацького складу, аспірантів та студентів УДУВГП (м.Рівне, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005 рр.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 наукових праць у фахових виданнях, у тому числі 4 описи до деклараційних патентів на винаходи.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, бібліографії, що містить у собі 212 найменувань, і додатків. Текст викладено на 188 сторінках друкованого тексту, ілюстровано 34 рисунками, наведено 25 таблиць.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі „Проблеми експлуатації осушувальних систем” розглядається становлення осушувальних меліорацій, типи осушувальних систем, їхні переваги та недоліки, аналіз конструкцій гідротехнічних споруд закритої регулювальної мережі, аналіз надійності гідромеліоративних систем, зокрема осушувальних.

Питанням надійності гідромеліоративних систем присвячено праці В. Гурина, А. Дмитрієва, В. Камбурова, А. Касьянова, Л. Каткявічуса, В. Кір'янова, А. Колганова, Ц. Мірцхлуви, І. Науменка, Є. Панова, А. Преображенского, Й. Ржиги, А. Шевченко, М. Хлапука, М. Хрисанова, В. Штикова й ін. Однак слід зазначити, що в більшості праць увага приділяється в основному загальним питанням надійності об'єктів меліорації. Через відсутність методики оцінки надійності закритої осушувальної мережі та її елементів, розрізненість даних відмов мережі та її ремонту ці питання на практиці не вирішуються. Пошкодження елементів закритої мережі осушувальної системи вивчено недостатньо. Не встановлено потоки відмов і закони їхнього розподілу в процесі довготривалої експлуатації. Зовсім не аналізуються властивості ремонтопридатності та збереженості, які для довготривалої експлуатації осушувальних систем є однаково важливими з такими властивостями, як безвідмовність та довговічність.

На підставі аналізу науково-технічної літератури, узагальненого досвіду експлуатації осушувальних систем пропонується удосконалена класифікація відмов елементів осушувальних систем та класифікація факторів, що впливають на надійність осушувальних систем.

На підставі аналізу публікацій про пошкодження і відмови елементів осушувальних систем встановлено, що за причиною виникнення конструктивні пошкодження та відмови складають 34%, виробничі - 26%, експлуатаційні - 40% від загального числа пошкоджень та відмов. Тому при плануванні досліджень перевага надавалась вивченню надійності роботи осушувальних систем при їхній довготривалій експлуатації.

У другому розділі „Задачі, зміст і методика досліджень. Місце і умови проведення досліджень” викладено методику аналізу і підвищення надійності елементів закритої регулювальної мережі осушувальної системи, що грунтується на якісному та кількісному аналізі надійності технічних систем із застосуванням системного підходу.

Методика системного підходу щодо підвищення надійності та удосконалення елементів закритої осушувальної мережі полягала в комплексному дослідженні конструкції системи і її елементів, виділенні загальносистемних і цільових функцій на основі аналітичних, польових та технічно-документаційних досліджень.

Аналітичні дослідження надійності об'єктів закритої мережі осушувальних систем проводили за рекомендаціями загальної методики аналізу надійності ДСТУ 2861-94, ДСТУ - 2864-94. Аналіз надійності елементів закритої регулювальної мережі проводили з використанням методів аналізу характеру та наслідків відмов, аналізу за допомогою блок-схеми надійності та імовірнісно-фізичного аналізу надійності.

Польові дослідження виконували впродовж 2000 - 2004 рр. на типових для Західного Полісся осушувальних системах Рівненської області загальною площею 7239 га методом обстеження елементів осушувальних систем і оцінки їхнього технічного стану, дослідженням інтенсивності та характеру замулення гідротехнічних споруд закритого дренажу з виділенням стоку наносів з дренажного стоку. Дослідження довговічності здійснювали неруйнівним методом шляхом випробувань на міцність бетонних елементів гідротехнічних споруд за допомогою еталонного молотка Кашкарова.

Технічно-документаційні дослідження осушувальних систем здійснювали за матеріалами проектного інституту „РівнеДіпроводгосп” та матеріалами звітності з експлуатації меліоративних систем Рівненського облводгоспу.

У третьому розділі „Функціональний аналіз надійності елементів закритої регулювальної мережі” проведено аналіз функціонування осушувальної системи, що полягав у виявленні загальносистемних і цільових функцій, які виконують окремі елементи закритої мережі.

Встановлено, що загальносистемні функції (пониження рівня води, збір надлишкової води, транспортування надлишкової води, відведення надлишкової води) об'єднують осушувальну систему в одне ціле.

Для якісного аналізу надійності осушувальної системи прийнято гідравлічну модель системи як об'єкта збирання, транспортування і відведення надлишкових вод. У моделі введено поняття модуля проточного тракту, в який включено основні елементи, що беруть участь в осушенні ґрунту, транспортуванні та відведенні надлишкових вод: вхід в дрену - дренажна лінія - дренажний колодязь - гирлова споруда.

Якісний аналіз роботи входу у дрену та дренажної лінії проведено методом аналізу діагностичного дерева відмов. Нами уточнено модель роботи дренажу М. Хрисанова і В. Камбурова, у якій розглядається схема послідовного з'єднання елементів дренажної лінії. Наша модель дерева відмов грунтується на послідовній схемі з'єднань елементів (дренажних трубок) і паралельній схемі припливу води до дренажної лінії.

Аналіз функціонування дренажу в загальному вигляді показав, що надійність дренажу залежить від відмови стику між дренажними трубками (відхилення в розмірах стику, пошкодження фільтра, кольматаж фільтра, замулення засипки), а також від пошкодження чи відмови безпосередньо дренажної лінії.

Для аналізу внутрішніх і зовнішніх характеристик дренажного колодязя використано його системне представлення у вигляді елементно-структурного, функціонального, процесного та макроскопічного описів.

Елементно-структурне представлення здійснено для виявлення та виділення множини системоутворювальних елементів дренажного колодязя і зв'язків між ними. Залежності зв'язків між елементами дренажного колодязя виявлено методом морфологічного аналізу, який показав, що системоутворювальним елементом є грунт (зворотна засипка), оскільки він має найбільше зв'язків з іншими елементами колодязя. Грунт, як елемент, забезпечує стійкість конструкції і, практично, граничить з усіма елементами споруди в тій чи іншій частині, крім елементів наземної частини.

Функціональне представлення дренажного колодязя включає розгляд його роботи як сукупність функцій споруди для досягнення цілей за призначенням. Функціональні властивості елементів споруди визначалися за цільовими функціями елементів. На основі аналізу цільових функцій елементів встановлено, що режим функціонування споруди характеризують: впуск води із підвідної труби в колодязь; відведення води із колодязя через відвідну трубу; гравітаційне осідання наносів у відстійнику колодязя.

Макроскопічне представлення роботи дренажу показало, що дренажний колодязь є елементом надлишковості в гідромеліоративній системі. Колодязь розділяє колектор дренажу на дві послідовно з'єднані з ним частини: підвідний та відвідний колектори. Надійність модуля проточного тракту залежить від кожного з цих елементів. Зважаючи на це, вимоги до функціонування регулювальної мережі, за визначенням системного аналізу, стають вимогами надсистеми для функціонування дренажного колодязя.

Процеси деградації об'єктів довготривалої експлуатації характеризуються процесами фізичної та моральної деградації. Фізична деградація дренажних колодязів формується зносом і руйнуванням матеріалу, старінням матеріалу конструкцій. Щодо моральної деградації, то для гідротехнічних споруд вона становить всього 2 - 3%. Тому для забезпечення рівнонадійності елементів осушувальної системи строк дії дренажних колодязів має бути визначено строком дії гончарного дренажу.

Якісний аналіз надійності оглядових дренажних колодязів проведено за допомогою методів аналізу характеру та наслідку відмов та аналізу блок-схем надійності. На основі якісного аналізу розроблено класифікацію видів зниження надійності дренажних колодязів, у якій, крім властивостей функціонального призначення, виділено важливі для надійності властивості - збереженість та довговічність, які проявляються на об'єктах з довготривалим строком служби. Зниження властивостей надійності оглядового колодязя відбувається внаслідок механічних пошкоджень елементів споруди, старіння матеріалу, втрати збереженості елементів споруди, порушення функціонування колодязя (див. рис.2).

Замулення дренажного колодязя є основним показником його функціонування. Для визначення інтенсивності замулення оглядових колодязів було проведено польові дослідження визначення об'єму дренажного стоку та видалення з нього стоку наносів. Встановлено, що середній наробіток на відмову відстійників дренажних колодязів внаслідок замулення становить 9 років, а максимальний - 20 років. За низької культури улаштування і експлуатації дренажу наробіток на відмову відстійників дренажних колодязів становить 2,4 року. На підставі проведених досліджень рекомендується проводити режимні спостереження за роботою дренажу протягом 2 - 3 перших років експлуатації нових гідромеліоративних систем, а потім відкриті дренажні колодязі переоснащати на закриті.

Якісний аналіз надійності гирлових споруд проведено аналогічно дренажним колодязям.

Аналіз цільових функцій елементів гирлової споруди показав, що їхній режим є статичним і залежить в основному від гідравлічного режиму роботи каналу і організації відведення поверхневого стоку біля споруди. Встановлено, що цільові функції елементів гирлової споруди направлені на підсилення основних функцій споруди.

На основі проведених досліджень цільових функцій елементів гирлової споруди встановлено, що режим функціонування споруди характеризується випуском води трубою, стійкістю укосу каналу та основи споруди від дії водної ерозії і розмиву поверхневими водами, водною суфозією, а також процесами фізичної та моральної деградації. Системоутворювальним елементом гирлової споруди є грунт - укіс з бермою, який має більше всього зв'язків з іншими елементами споруди і забезпечує стійкість гирлової споруди. осушування дренажний колодязь гирловий

Класифікація видів зниження надійності оглядового колодязя

Функціональним аналізом встановлено, що всі елементи закритої регулюючої мережі беруть участь у виконанні загальносистемних функцій осушувальної системи. Режим роботи споруд закритої регулювальної мережі характеризується як складний, який піддається дії функціональних, природних факторів та соціально-техногенних процесів деградації.

Як особлива ситуація на осушувальних системах розглянуто таке явище, як аварія (аварійна ситуація). На підставі різноманітних джерел інформації та авторських досліджень складено класифікацію причин аварійних ситуацій об'єктів осушувальних систем, розроблено класифікаційні карти аварійних ситуацій (аварій) об'єктів закритої дренажної мережі, в яких за масштабами можливих наслідків та за галузевими класифікаційними ознаками вказано рівні та характерні ознаки аварійних ситуацій (аварій), а також обумовлено їхні порогові значення .

У четвертому розділі „Кількісний аналіз надійності елементів закритої регулювальної мережі осушувальних систем на основі фізичних моделей” проведено кількісний аналіз роботи елементів закритої осушувальної мережі, зокрема дренажних колодязів та гирлових споруд на основі польових обстежень.

В результаті проведених натурних обстежень елементів осушувальних систем встановлено, що в 2000 р. у стані відмови перебувало понад 20% дренажних колодязів та 15% гирлових споруд (див. рис.3.).

Основними причинами відмови дренажних колодязів є: зміщення кілець, втрата елементів споруди, зокрема лазів, плит перекриття, верхніх кілець, внаслідок чого відбувається засипання колодязя сміттям і ґрунтом, руйнування та випадання матеріалу швів стиків у відстійник, що призводить до засмічення, замулення та обвалення ґрунту зворотної засипки колодязя. Основною причиною відмов гирлових споруд є розмив укосу каналу стоком поверхневих вод по контуру споруди та підмив споруди водою в каналі. Дослідження 2004 р. показали, що технічний стан споруд закритої мережі осушувальних систем за 4 роки експлуатації погіршився. Кількість споруд у стані відмови зросла в середньому на 5%.

Дослідження міцності елементів споруд показали, що міцність бетону кілець дренажного колодязя задовольняє вимогам експлуатації, незважаючи на те, що нормативний строк служби колодязя вже вичерпаний. Окремі пошкодження кілець у вигляді відшарування і лущення бетону, тріщини кілець, швів можуть бути усунені при поточному ремонті.

Для встановлення типу теоретичного закону розподілу надійності роботи дренажних колодязів та гирлових споруд використовували спеціальну програму оброблення даних на ЕОМ (кафедри гідравліки НУВГП). В основі програми закладено побудову графіків теоретичного розподілу випадкових величин на сітках імовірностей та оцінка апроксимації дослідних даних. Аналіз даних показав, що ординати функцій у всіх серіях апроксимуються експоненціальним законом. На рис.4 наведено приклади цих апроксимацій.

На основі встановленого нами експоненціального закону розподілу надійності роботи оглядового колодязя ймовірність безвідмовної його роботи становить:

,

де - термін експлуатації гідротехнічної споруди;

- інтенсивність відмови дренажного колодязя внаслідок дії факторів замулення, засипання та засмічення засмічення . Інтенсивність відмови дренажного колодязя в цілому дорівнює:

.

Постійно діючим фактором впливу на роботу дренажного колодязя є замулення відстійника колодязя дренажним стоком наносів. Інтенсивність відмови дренажного колодязя внаслідок замулення визначається співвідношенням об'єму ґрунту, винесеного дренажним стоком, який далі будемо називати дренажним стоком наносів , до корисного об'єму відстійника за період роботи дренажу :

.

Основними розрахунковими періодами при визначенні параметрів осушувальних систем є весняний і весняно-літній періоди. Навесні дренаж повинен забезпечити посівну норму осушення, що становить h = 0,4 - 0,6 м. У літньо-посівний період у зв'язку з розвитком кореневої системи норма осушення збільшується до h = 0,9 - 1,1 м. У зв'язку із збільшенням норми осушення на кінець вегетаційного періоду, висота шару насиченого водою ґрунту над дренажем знижується, тому відповідно зменшується витрата води через дренажну систему.

Об'єм дренажного стоку наносів визначається за формулою Печкурова:

= ,

де - кількість отворів (щілин); - площа одного отвору; - час, впродовж якого відбувається накопичення винесеного з дренажу стоку наносів; - коефіцієнт витрати дренажного стоку наносів; - напір в твердій масі перед отвором, що визначається напруженим станом у ній.

Враховуючи сезонність умов роботи дренажу, можемо записати:

- на початку роботи дренажу напір рівний , (5)

- на кінець вегетації: , (6)

де - напір води над дреною.

Використовуючи формули (4), (5) і (6), визначимо відношення об'ємів дренажного стоку наносів на початку і в кінці роботи дренажу:

= .

З іншого боку, об'єм дренажного стоку наносів можемо визначити через коефіцієнт дренажного стоку наносів :

= ,

де - витрата дренажного стоку.

Об'єм дренажного стоку наносів при лінійному законі зміни витрати дренажного стоку визначається за формулою:

.

Об'єм дренажного стоку наносів при квадратичному законі зміни витрати дренажного стоку визначається за формулою:

,

де - витрата дренажного стоку на початок роботи дренажної системи;

- коефіцієнти зміни дренажного стоку в часі.

Інтенсивність відмови дренажного колодязя внаслідок засипання його ґрунтом зворотної засипки визначимо за допомогою залежності:

.

Об'єм ґрунту конуса осипання визначимо за формулою Сімпсона:

,

де - висота конуса осипання;

- відповідно площі нижньої, середньої і верхньої основ конуса осипання.

Для дрібно - і середньозернистих пісків коефіцієнт внутрішнього тертя = 0,66. Тоді кут природного укосу .

Для розглянутого конуса осипання приймаємо, що =0. Площі - утворені перетином круга основи конуса осипання ґрунту і окрайка кільця колодязя на висоті поверхні землі (див. рис.5) і визначаються за формулою:

,

де - площа сектора з радіусом і кутом (); - площа двох сегментів радіусом .

Площі і визначаємо за формулами площ сектора і трикутника:

,

.

Значення кутів і визначаються із геометричних співвідношень для трикутника. Застосувавши теорему синусів, маємо:

,

На основі проведених розрахунків встановлено, що об'єм разового осипання засипки в дренажний колодязь при порушенні герметичності колодязя і мінімальному зсуві кільця на його товщину становить 0,04 м3. Інтенсивність відмови колодязя при осипанні ґрунту внаслідок зсуву кільця на величину товщини його стінки становить 0,064 р-1.

У п'ятому розділі „Заходи для підвищення експлуатаційної надійності закритої регулювальної мережі” запропоновано удосконалені конструкції дренажних колодязів. Попередження замулення відвідної труби, а також недопущення прямого попадання ґрунту у відвідну трубу при засипанні колодязя досягається шляхом дооснащення колодязя похилою пластиною, що виконує роль відбивного захисного екрану. Після періоду припрацювання, через 2-3 роки, колодязь відкритого типу переобладнують на закритий. Колодязь засипають піском, а поверхню ґрунту над колодязем періодично оброблюють гербіцидами для створення постійної плями оголеного ґрунту. Для технологічного очищення колодязя від мулу місце його знаходження на полі встановлюють за плямою оголеного ґрунту.

Запропоновані нові конструкції гирлових споруд, які підвищують стійкість конструкції від дії фільтраційних та гідродинамічних сил потоку, що спричиняють суфозію грунту під спорудою, підмив укосу каналу із спорудою. В нових конструкціях (див. рис.6) розвинуті нові властивості, які направлені на підвищення збереженості гирлових споруд.

Застосування розроблених конструкцій дозволить знизити інтенсивність відмов гирлової споруди, подовжити строк служби споруди до строку служби гончарного дренажу, а також зменшити річні експлуатаційні витрати.

На основі встановленого нами закону розподілу надійності роботи оглядового дренажного колодязя в процесі експлуатації, уточнені терміни проведення капітальних ремонтів для діючих конструкцій та обґрунтовані терміни проведення капітальних ремонтів для удосконалених конструкцій. Запропоновані нами удосконалені конструкції оглядових колодязів дозволяють подовжити термін періодичності проведення капітального ремонту з 8 років (для існуючих конструкцій) до 11 років. Термін проведення капітального ремонту закритого оглядового колодязя становить 21 рік

ВИСНОВКИ

1. Розвиток елементів закритої мережі осушувальних систем йде в напрямку ускладнення їхніх конструкцій, удосконалення способів технічного обслуговування, розширення діапазону дії введенням елементів надлишковості та резервування. Однак питання висвітлення властивостей надійності, а саме безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності та збереженості не отримали свого розвитку і потребують досліджень.

2. На основі узагальненого досвіду експлуатації осушувальних систем і аналізу науково- технічної літератури удосконалені класифікація відмов елементів осушувальних систем та класифікація факторів, що впливають на надійність осушувальних систем. В результаті дослідження впливу різних природних та штучних факторів на надійність елементів осушувальних систем та вивчення причин виникнення характерних пошкоджень та відмов встановлено, що конструкційні причини пошкоджень і відмов елементів осушувальних систем становлять 34%, виробничі - 26% та експлуатаційні - 40% від їх загального числа.

3. Аналітичними дослідженнями елементів закритої осушувальної мережі з використанням елементно-структурного, функціонального, процесного та макроскопічного їхнього представлення виділено загальносистемні функції, що об'єднують осушувальну систему в єдине ціле: пониження рівня води, збір, транспортування і відведення надлишкової води, а також цільові функції дренажного колодязя та гирлової споруди.

4. Розроблена функціональна модель надійності закритого дренажу, яка представлена у вигляді гідравлічної моделі об'єкта збирання, транспортування і відведення надлишкових вод - модуля проточного тракту, який включає: вхід в дрену - дренажну лінію - дренажний колодязь - гирлову споруду. При цьому приймається, що елементи модуля проточного тракту з'єднані послідовно, а приплив води до дрени - за паралельною схемою з'єднання елементів.

Аналіз функціонування входу в дрену та дренажної лінії показав, що надійність дренажу залежить від відмови стику між трубками (відхилення у розмірах стику, пошкодження чи кольматаж фільтра, замулення засипки), а також від відмови дренажної лінії (замулення).

5. Зниження надійності дренажного колодязя і його відмова виникає при замуленні колодязя дренажним стоком наносів, при засипанні колодязя грунтом зворотньої засипки після механічних пошкоджень елементів та втраті збереженості споруди (розукомплектації), а також при засміченні. Встановлено, що середній наробіток відстійника на відмову внаслідок замулення дренажним стоком наносів становить 9 років. За низької якості будівництва дренажу наробіток на відмову становить 2,4 року. Рекомендується після проведення режимних спостережень за роботою дренажу після будівництва чи реконструкції, тобто через 2 - 3 роки експлуатації, відкриті дренажні колодязі переобладнувати на закриті.

6. Польові дослідження довговічності дренажних колодязів показали, що міцність бетону кілець коливається в межах 35 - 44 МПа і знизилася за 31 рік експлуатації всього на 10%. Запас міцності бетону кілець дозволяє подовжувати строк служби дренажного колодязя.

7. Зниження надійності гирлової споруди осушувальної системи викликане деформаціями укосу каналу в результаті розмиву грунту берми каналу поверхневими водами по сліду осідання грунту в траншеї колектора, суфозії грунту в укосі по контуру споруди (оголовка, труби), підмиву оголовка споруди водою в каналі, а також в результаті втрати збереженості споруди (втрати труби), заростання та замулення гирла в каналі.

8. Розроблена класифікаційна карта аварійних ситуацій (аварій) на об'єктах закритої осушувальної мережі, в якій за масштабами можливих наслідків та за галузевими класифікаційними ознаками виділені локальний, об'єктовий та місцевий рівні аварійних ситуацій (аварій) та встановлені їхні порогові значення.

9. Кількісний аналіз надійності елементів закритої мережі на основі фізичних моделей і польових досліджень дозволив встановити експоненціальний тип теоретичного закону розподілу надійності дренажного колодязя та гирлової споруди у часі.

10. Розроблено метод розрахунку надійності дренажного колодязя (імовірності безвідмовної роботи) внаслідок замулення та засипання відстійника на основі розрахунків об'єму стоку наносів та імовірності засипання колодязя внаслідок його механічних пошкоджень.

11. В результаті системних досліджень розроблено нові технічні рішення, які направлені на удосконалення елементів закритої мережі і створення функціонально-технологічних умов удосконалення і підвищення надійності осушувальної системи:

- улаштування в колодязі перед відвідним колектором відбивної плити для зниження інтенсивності замулення;

- переобладнання відкритого колодязя в закритий із засипанням його піском і періодичним обробленням поверхні грунту гербіцидами для створення плями оголеного грунту;

- улаштування спеціального кріплення труби гирлової споруди в місці під'єднання до колектора або улаштування гирлової споруди із подовженою трубою і схованою опорою без вихідного оголовка для підвищення збереженості і стійкості споруди.

12. Для забезпечення надійності мережі осушувальної системи в справному стані необхідно регулярно проводити планово-попереджувальні ремонти. Проведеними розрахунками на основі встановленого експоненціального закону розподілу дренажного колодязя та гирлової споруди в процесі експлуатації доведено, що удосконалення конструкцій цих споруд дозволяє подовжити термін періодичності проведення капітального ремонту з 8 років до 21 року, зменшити щорічні експлуатаційні витрати, знизити інтенсивність відмови в 2,4 рази та подовжити строк служби споруд до строку служби гончарного дренажу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. А.с. 60045А. Е02В11/00. Гирлова споруда/ В.А. Гурин, Ю.П. Євреєнко, Л.В. Кузьмич - Заявл. 16.01.2003, опубл. 15.09.2003. Бюл. №9.

2. А.с. 65792А. Е02В11/00. Гирлова споруда/ В.А. Гурин, Ю.П. Євреєнко, Л.В. Кузьмич - Заявл. 26.05.2003, опубл. 15.04.2004. Бюл. №4.

3. А.с. 9097. Е02В11/00. Дренажний колодязь/ В.А. Гурин, Ю.П. Євреєнко, Л.В. Кузьмич - Заявл. 27.12.2004, опубл. 15.09.2005. Бюл. №4.

4. Гурин В.А., Євреєнко Ю.П., Кузьмич Л.В. Аварії (аварійні ситуації) на об'єктах осушувальних систем // Вісник УДУВГП: Зб.наук.пр., вип. 4(23).- Рівне, 2003.- С.15 - 22.

5. Гурин В.А., Євреєнко Ю.П., Кузьмич Л.В. Аварійні ситуації на об'єктах водогосподарсько- меліоративного комплексу//Вісник УДУВГП: Зб.наук.пр., вип. 5(18), ч.2.- Рівне,2002.-С.34 - 40.

6. Гурин В.А., Кузьмич Л.В. Експлуатаційно-функціональна оцінка надійності роботи гирлових споруд осушувальних систем // Вісник РДТУ: Зб.наук.пр., вип. 3(22).- Рівне, 2003.- С.24 - 31.

7. Гурин В.А., Кузьмич Л.В. Експлуатаційно- функціональна оцінка надійності роботи оглядових колодязів осушувальних систем // Вісник РДТУ: Зб.наук.пр., вип. 3(16).- Рівне, 2002.- С.54 - 60.

8. Гурин В.А., Кузьмич Л.В. Надійність засобів контролю і резервування закритого дренажу// Вісник УДУВГП: Зб.наук.пр., вип. 4(17).- Рівне, 2002.- С.84 - 90.

9. Кузьмич Л.В. Прогнозування надійності роботи оглядового колодязя на осушувальній системі // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво: Зб.наук.пр., вип. 27.- Рівне, 2002.- С.45 - 52.

10. Кузьмич Л.В. Розрахунок ймовірності засипання оглядового колодязя // Вісник УДУВГП: Зб.наук.пр., вип. 6(19).- Рівне, 2003.- С.92 - 100.

АНОТАЦІЯ

Кузьмич Л.В. Підвищення надійності та удосконалення елементів закритої мережі осушувальної системи (в умовах Західного Полісся України). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації (технічні науки). - Інститут гідротехніки і меліорації УААН, Київ, 2006р.

Роботу присвячено вивченню питань забезпечення та підвищення надійності закритої мережі осушувальної системи. На підставі проведених досліджень запропоновано класифікацію причин аварійних ситуацій (аварій) та удосконалено класифікацію відмов елементів осушувальних систем та класифікацію факторів, що впливають на надійність осушувальних систем.

На основі аналітичних, польових та лабораторних досліджень, гідравлічних, математичних та імовірнісно-фізичних розрахунків встановлено типи теоретичних законів розподілу надійності в часі для елементів закритої осушувальної мережі, розроблено метод розрахунку їхньої надійності.

З метою підвищення надійності елементів осушувальних систем запропоновано нові конструкції дренажних колодязів та гирлових споруд, обґрунтовано їхню економічну доцільність.

На основі встановлених нами закономірностей зміни надійності гирлових споруд та оглядових колодязів у часі, обґрунтовано терміни проведення капітальних ремонтів для існуючих та нових конструкцій дренажних колодязів та гирлових споруд.

Ключові слова: аварійна ситуація (аварія), аналіз, відмова, дренаж, метод, надійність, пошкодження, роботоздатність, розрахунок, система.

Кузьмич Л.В. Повышение надежности и усовершенствование элементов закрытой сети осушительной системы (в условиях Западного Полесья Украины). - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 06.01.02 - сельскохозяйственные мелиорации (технические науки). - Институт гидротехники и мелиорации УААН, Киев, 2006р.

Работа посвящена изучению вопросов обеспечения и повышения надежности закрытой сети осушительной системы. В диссертации дана научная оценка надежности элементов закрытой осушительной сети при длительной эксплуатации и предложено новое решение поставленной задачи, которое состоит в усовершенствовании конструкций элементов осушительных систем, их технического обслуживания и ремонта, определении показателей надежности для действующих и новых конструкций.

На основании проведенных исследований и анализа информационно-технической литературы усовершенствовано классификацию повреждений и отказов элементов осушительных систем и классификацию факторов, которые влияют на надежность осушительных систем.

Разработана функциональная модель надежности закрытого дренажа, которая представлена в виде гидравлической модели объекта сбора, транспортирования и отвода избыточных вод - модуля проточного тракта, который состоит из: входа в дрену - дренажной линии - дренажного колодца - устьевого сооружения. При этом принимаем, что элементы соединены между собой последовательно, а приплыв воды к дрене происходит за параллельной схемой соединения элементов.

Количественный анализ надежности элементов закрытой сети на основе физических моделей и полевых исследований позволил установить экспоненциальный тип теоретического закона распределения надежности дренажного колодца и сооружения устья во времени. Разработан метод расчета надежности дренажного колодца (вероятности безотказной работы) в результате заиливания и засыпания его отстойника.

С целью повышения надежности элементов осушительных систем предложены новые конструкции дренажных колодцев и устьевых сооружений, направленные на обеспечение сберегаемости и устойчивости конструкций. Усовершенствование конструкций этих сооружений позволяет продлить срок периодичности проведения капитального ремонта с 8 лет до 21 года, уменьшить ежегодные эксплуатационные расходы, снизить интенсивность отказов в 2,4 раза и продлить срок службы сооружений до срока службы гончарного дренажа.

Разработана классификационная карта аварийных ситуаций (аварий) на объектах закрытой осушительной сети, где указаны масштабы возможных последствий, классификационные признаки, уровни аварийных ситуаций (аварий) и их пороговые значения.

Ключевые слова: аварийная ситуация (авария), анализ, отказ, дренаж, метод, надежность, повреждение, работоспособность, расчет, система.

Kuzmych L. Increasing of reliability and perfection of closed network drainage system elements in West Ukrainian Polissya - Manuscript.

Thesis for candidate's degree of technical science for specialty 06.01.02 - agriculture meliorations (technical science) - Hydraulic Engineering and Land Reclamation Institute, UAAS, Kyiv, 2006.

This work is dedicated to the studying of problems estimation, analyzing and ensuring of the reliability of the closed network of drainage systems. On the basis of carried out researches it was produced the classification of damages, failures and breakdowns of drainage system elements in accordance with their types and reasons; the influence of different factors on the functioning of drainage system is substantiated.

On the basis of theoretical and experimental investigations, hydraulic, mathematic and probably- physical computations the methods of calculation of reliability of the closed drainage network elements have been developed, parameters of drainage in the regime of the self- renewing have been substantiated.

The measures for increasing of reliability level of drainage systems have been worked- out and new constructions of hydro technical structures on the ones have been proposed.

The quantitative analysis of elements reliability of the closed network on the basis of physical models and field researches allowed to set the exponential type of theoretical law of distributing of reliability for drainage well and mouth.

Key words: damages, failures, break- downs, analyze, reliability, functioning, analyze, drainage, method, system.

Размещено на Allbest.ru

...