Автореферат (Повышение водообеспеченности сельскохозяйственных объектов на основе превентивных мероприятий, обеспечивающих устойчивость низконапорных грунтовых плотин центральной Якутии)

На правах рукописиЛОСКИН МИХАИЛ ИВАНОВИЧПОВЫШЕНИЕ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИСЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕПРЕВЕНТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХУСТОЙЧИВОСТЬ НИЗКОНАПОРНЫХ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИНЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИСпециальность: 06.01.02 – «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2019Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрныйуниверситет имени П.А.Столыпина»Научный руководитель:кандидатсельскохозяйственныхдоцент Кныш Андрей Ивановичнаук,Официальные оппоненты:Бандурин Михаил Александрович,доктор технических наук, доцент, ФГБОУВО «Южно-Российский государственныйполитехнический университет (НПИ)имени М.И.

Платова», профессор кафедры«Общеинженерные дисциплины»;Раткович Лев Данилович, кандидаттехнических наук, профессор, ФГБОУ ВО«РГАУ-МСХАим.К.А.Тимирязева»,профессоркафедры«Комплексноеиспользование водных ресурсов».Ведущая организация:ФГБУН «Институт мерзлотоведения им.П. И. Мельникова».Защита состоится16 мая 2019 г. в 10-00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 006.038.01 во Всероссийском научноисследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костяковапо адресу: 127550,г. Москва, ул.

Б. Академическая, д. 44, корпус 2, к. 520С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУВНИИГиМ им. А.Н. Костякова и сайте http://sovet.vniigim.ruАвтореферат разослан «____» марта 2019 г.Ученый секретарьдиссертационного советаС.Д. Исаева2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследований. Основным условием стабильногоразвитияжизнедеятельностисельскихнаселѐнныхпунктовисельскохозяйственного производства является наличие, сохранение иэффективное использование водных ресурсов.

В Центральной Якутии, гдепроживают 200 тысяч человек, имеется 34 тысячи гектаров посевныхплощадей, содержатся 120 тысяч голов крупного рогатого скота и 115 тысячлошадей, наблюдается острый дефицит водных ресурсов, что являетсясдерживающим фактором развития сельскохозяйственного производства.Планомерные работы по решению этой острой проблемы начались в 70–80-егоды ХХ-го столетия путем организации единой системы гидротехническихсооружений вдоль малых рек, повышающих водообеспеченность региона.Значительное потепление климата привело к повышению температурывоздуха в Центральной Якутии более чем на 2,5°С за последние 30 лет.Существенные изменения климата в последние годы привели к заметномуувеличению наполнения водохранилищ, а также изменению мерзлотногосостояния тел и оснований грунтовых насыпных плотин. При проектированиивсех гидротехнических сооружений (ГТС) применялся принцип, основанный насохранении при их строительстве и эксплуатации грунтов основания в мерзломсостоянии.

Этот принцип в условиях потепления климата нарушается, чтоснижает надежность и устойчивость низконапорных грунтовых плотин,которые испытывают не только общеклиматический, но и техногенныйпрессинг, обусловленный дополнительными водно-тепловыми нагрузками отводохранилищ.По итогам инвентаризации 2010 г. в Реестр государственного имуществаРеспублики Саха (Якутия) внесен 191 объект сельскохозяйственноговодоснабжения. Состояние большинства ГТС по итогам комплексногообследования 2018 года признано неудовлетворительным, что обусловлено,наряду с физическим износом, изменением природно-климатических условий.Состояние объектов по итогам проведенных обследований требуетнеотложного проведения ремонтных и восстановительных работ, а такжевнедрения новых подходов и превентивных мер по обеспечению безопаснойэксплуатации объектов сельскохозяйственного водоснабжения и повышениюводообеспеченности территорий.Проблеме безопасной эксплуатации гидротехнических сооруженийпосвящены работы отечественных и зарубежных ученых: В.

Н. Щедрин, Ю. М.Косиченко, Д. В. Бакланова, О. А. Баев, Е. Д. Михайлов, 2016; И. Ф. Юрченко,Н. П. Карпенко, 2017; М. А. Бандурин, 2017; Е. В. Васильева, 2017; Д. Д.Брэдлоу, 2003; F. J. Colomer, 2009; C. AndrewDay, 2016; A. Mouyeaux, 2018, идругие. Однако, тенденция роста количества возникающих стихийных бедствийна объектах сельскохозяйственного водоснабжения в последние годы,3обусловленных деградацией вечной мерзлоты и изменением гидрологическихрежимов малых рек (Лоскин М.И., 2018), определяет необходимостьразработки комплекса превентивных мероприятий, обеспечивающихповышение устойчивости низконапорных грунтовых плотин с учетомособенностей Центральной Якутии.Степень разработанности темы.

Проблемные вопросы обеспечениясельских населенных пунктов Центральной Якутии технической водой, путирешения этих вопросов за счет использования естественных стоков малых рек,а также перекачки воды из реки Лены магистральным трубопроводомосвещены в работе Е. Г. Егорова, М. М. Никифорова, И. Г. Гаврильева (2014).Наиболеефундаментальныеисследованиявопросовэксплуатациинизконапорных гидроузлов в криолитозоне изложены в монографиях Р. В.Чжан (2000, 2002). Автором предложены разные способы обеспеченияустойчивости гидротехнических сооружений путем регулирования тепловогорежима тела и основания сооружений, такие как формирование ледогрунтовогоядра в теле плотин за счет как естественного промерзания грунтов, так и врезультате искусственного их промораживания; армирование грунтов,покрытие плотин тепловлагоизоляционным и крупнозернистым материалом, атакже другие мероприятия.Вопросы влияния температурного режима водохранилищ нагидротехнические сооружения, требования к эксплуатации сооружений вусловиях Севера отражены в работах С.

А. Фрида, Д. П. Левених (1978), Г. Ф.Биянова (1983), Г. Ф. Биянова, О. А. Когодовского, В. И. Макарова (1989), Р. В.Чжан (2000, 2002), Р. В. Чжан, Г. И. Кузнецова и др. (2012), М. И. Лоскина(2017), И. И. Сыромятникова, С. П. Готовцева, М. И. Лоскина (2017).Несмотря на относительную изученность вопросов безопаснойэксплуатации гидротехнических сооружений в условиях Севера, изменениеприродно-климатических условий Центральной Якутии в последние годы,повлекшее изменение гидрологического режима малых рек, переполнениеводохранилищ, мерзлотного состояния тел и основания грунтовых насыпныхплотин требует разработки эффективных мероприятий по превентивной защитенизконапорных гидротехнических сооружений и является актуальной задачей.Цель исследований – повышение водообеспеченности объектовсельскохозяйственного водоснабжения на основе проведения комплексапревентивных мероприятий, обеспечивающих устойчивость низконапорныхгрунтовых плотин Центральной Якутии в условиях потепления климата.Для реализации цели поставлены и решены следующие задачи:- оценить водообеспеченность сельскохозяйственных объектовЦентральной Якутии;- охарактеризовать состояние гидротехнических сооружений объектовсельскохозяйственного водоснабжения и выполнить их типизацию;- выявить основные природные и антропогенные факторы, снижающиеустойчивость и безопасность низконапорных грунтовых плотин;4- провести натурные обследования гидротехнических сооружений,построенных на вечномерзлых грунтах и геокриологические исследованияпород оснований плотин;- предложить способ превентивной защиты низконапорных грунтовыхплотин путем предзимнего понижения уровня воды в водохранилище;- разработать техническое решение по защите откосов верхнего бьефанизконапорных насыпных грунтовых плотин от землеройных животных;- разработать рекомендации по организации превентивных мероприятийдля повышения устойчивости и безопасности сооружений при дальнейшейэксплуатации объектов;оценитьэффективностьпредложенныхмероприятийипредотвращенный эколого-экономический ущерб от гидродинамическихаварий.Научная новизна проведённых исследований.

На основании анализасовременного состояния объектов сельскохозяйственного водоснабженияЦентральной Якутии и проведенных исследований:– установлено отрицательное влияние потепления климата нагеокриологические условия оснований низконапорных грунтовых плотин,построенных на вечномерзлых грунтах;- выявлены закономерности снижения устойчивости основаниягрунтовых плотин в зависимости от мощности сезонно-талого слоя;– предложен способ превентивной защиты низконапорных грунтовыхплотин путем предзимнего понижения уровня воды в водохранилище,обеспечивающего уменьшение слоя оттаивания грунтов коренного ложаплотины;– разработано устройство превентивной защиты откосов верхнего бьефанизконапорных насыпных грунтовых плотин от землеройных животных,предотвращающее формирование полостей в теле плотины, приводящих к ееразмыву;– разработаны рекомендации по организации превентивных мероприятийдля повышения устойчивости и безопасности сооружений при дальнейшейэксплуатации объектов сельскохозяйственного водоснабжения ЦентральнойЯкутии с целью повышения водообеспеченности региона.Положения, выносимые на защиту:–закономерности снижения устойчивости основания грунтовых плотин взависимости от увеличения мощности сезонно-талого слоя в условияхрегионального изменения климата;- комплекс превентивных мероприятий по повышению надежности ибезопасности гидротехнических объектов сельскохозяйственного назначения,построенных на вечномерзлых грунтах, включающий способ предзимнегопонижения уровня воды в водохранилище и устройство защиты откосовверхнего бьефа грунтовых плотин от землеройных животных;- рекомендации по организации превентивных мероприятий дляповышения устойчивости и безопасности сооружений при дальнейшей5эксплуатации объектов сельскохозяйственного водоснабжения ЦентральнойЯкутии с целью повышения водообеспеченности региона.Теоретическая и практическая значимость работы.

На основепроведенных исследований выявлены закономерности увеличения слояоттаивания мерзлотных грунтов коренного ложа плотин от повышениятемпературы воздуха и суммы осадков, приводящих к увеличению водноймассы в водохранилищах. Разработанные превентивные мероприятияспособствуют повышению устойчивости и безопасной эксплуатациинизконапорныхгидротехническихсооруженийобъектовсельскохозяйственного водоснабжения, и обеспечивают продление срокаслужбы гидротехнических объектов.В процессе выполнения исследований разработаны и внедрены вгидромелиоративную практику:– методическое пособие «Устройство превентивной защиты откосовверхнего бьефа низконапорных насыпных грунтовых плотин от землеройныхживотных» (утверждено Ученым Советом ФГБНУ Якутский НИИСХ им.