Диссертация (Повышение водообеспеченности сельскохозяйственных объектов на основе превентивных мероприятий, обеспечивающих устойчивость низконапорных грунтовых плотин центральной Якутии), страница 11

Водохранилище Чурапча образовано дляобеспечения технической водой села Чурапча и создания благоприятногомикроклимата окружающей среды (рис. 4.1). Водоисточниками водохранилищаявляются речки Куохара, Ейук и Татта. ГТС Харылах состоит из грунтовойнасыпной подпорной плотины, длиной 60 м, высотой 2 м, шириной по гребню – 8м, заложением откосов 1:2 и уровневого железобетонного регулятора ковшовоготипа.

Расчетная водопропускная способность регулятора 20,6 м3/сек. НПУ –171,47м, ФПУ – 172,27 м, УМО – 169,97 м. Полезный объем 3,75 млн м3 (рис. 4.2). ГТСЛиппэлэх представляет собой грунтовую насыпную подпорную плотину, длиной320 м, высотой 3 м, шириной по гребню – 5 м, заложением откосов 1:2 (рис.

4.3).86Рисунок 4.1 – Космический снимок вдхр. Чурапча:А – ГТС Харылах, В – ГТС ЛиппэлэхРисунок 4.2 – ГТС Харылах. Вид с верхнего бьефа87Рисунок 4.3 – ГТС Липпэлэх. Вид с гребня плотиныСелоЧурапча–административныйцентрЧурапчинскогорайона,проживает 10 465 человек.

Расстояние от столицы республики города Якутскасоставляет180км.Вселедействуют7детскихдошкольных,5общеобразовательных учреждений, 2 образовательных учреждения среднего ивысшего профессионального образования, производственные предприятия исоциальные объекты. Крупный рогатый скот (КРС) – 906 голов, лошади – 878голов [54].По итогам обследования выявлено, что по берегам водохранилищаактивизировались термоэрозионные просадки, сплывы и сползание грунтов.Особенно сильные разрушения происходят на северной части водохранилища(кварталы энергетиков, спортивная школа), угрожая ближайшим строенияминфраструктуры села.

Берега сложены из льдистых грунтов, содержащихповторно-жильныельды,вследствиечеговокругводохранилищаактивизировались термокарстовые процессы. Здесь они в основном встречаютсякак термокарстовые просадки и ложбины. В результате этого происходитпостепенное расширение ее акватории. Текущее состояние сооружений неотвечает требованиям безопасной эксплуатации.88Типы сооружений и их параметры в периоды строительства былиопределены в соответствии со СП 39.13330.2012 и СП 58.13330.2012 [81, 83] наосновании сравнения технико-экономических показателей вариантов сооруженийи с учетом дополнительных факторов таких как:– объемы и нормы водопотребления населенного пункта;– водохозяйственный прогноз гидрологического режима рек;– условия быта и отдыха населения;– сохранность животного и растительного мира;– воздействие водохранилища на окружающую среду.Анализируярезультатыобследования,приходимквыводу,чтоотличительными особенностями разрушений ГТС, являются разрушение откосовплотин и берегов от волновой эрозии и изменение мерзлотно-температурныхрежимов тел грунтовых насыпных плотин и берегов вследствие температурноговоздействия водохранилища.

Возникновению указанных разрушений, дефектов впервую очередь влияет сверхнормативная оттаивание многолетнемерзлых породоснования и тел грунтовых плотин, берегов водохранилищ, вследствиеповышения температур пород под утепляющим воздействием водохранилищ впродолжительный зимний период. Следовательно, определение объемов и нормводопотребления населенного пункта имеет первостепенное значение длябезопасной эксплуатации сооружений.Укрупненный расчет водопотребления населенного пункта определен всоответствиисоСП31.13330.2012«СНиП2.04.02-84*.Водоснабжение.Наружные сети и сооружения» [80] по следующей формуле:Qнас = qжх Nжх Т,(4.1)где, qж - удельная среднесуточная потребность на хозяйственно-питьевое водоснабжение наодного жителя, м3/сут; Nж – количество жителей, чел.; Т – 365 сут.Расход воды на проведение поливов сельскохозяйственных культур :Qпол = qпол х Nж,где, qпол– удельный расход воды на полив для одного жителя, м 3/сут.Расход воды на водопой КРС и лошадей:(4.2)89Qскот = ∑ qкрс, лощ х N х Т,где, ∑ qкрс,лощ(4.3)– среднесуточная норма водопоя КРС, лощадей, м 3/сут; N– поголовье КРС,лощадей, гол.Потребность на пожаротушение Qпож принималась по табл.

7, 8, [80] или[79, 82, 84].Суммарный объем водопотребления Qсумм равен:Qсумм = Qнас + Qпол + Qскот + Qпож(4.4)На нужды социальных и промышленных объектов Qсоц приходится:Qсоц= 12% х Qсумм,(4.5)Из общего объема водопотребления исключается объем льда Qльда в зимнийпериод:Qльда = 0,5 м х 0,5 лет х 0,9 х Sвдхр (4.6)где, Sвдхр– площадь водохранилища, га, 0,9 – плотность льда, т/м3Итого необходимый минимальный полезный объем водохранилища Wпол.минсоставит:Wпол.мин. = Кнепр х (Qсумм + Qсоц + Qльда) (4.7)где, Кнепр - коэффициент расхода воды на непредвиденные ситуации: 1 – 1,15.Итого, расчеты:Нужды населения: Qнас = 0,2 м3 х 10 465 чел. х 365сут = 763 950 м3/годРасходы на поливку: Qпол = 0,05 м3 х 10 465 чел. = 523 000 м3/годВодопотребление КРС и лошадей составит:Qскот = (0,08 м3 х 906 гол+ 0,06м3х 878 гол) х 365сут = 125 160 м3/годПотребность на пожаротушение: Qпож = 39 420 м3/годСуммарное водопотребление: 763 950 + 523 000+ 125 160 + 39 420 = 1 451530 м3/годНужды социальных объектов – 12 % от суммарного водопотребления:Qпром = 1451530 х 0,12 = 174 180 м3/годОбъем льда в зимний период, исключаемый из водопотребления:Qльда = 0,5 м х 0,5 лет х 0,9 (плотность льда) х 250 га = 562 500 м 390Итого необходимыйминимальныйполезныйобъемводохранилищасоставит:Wпол.мин.

= 1 451 530 + 174 180 + 562 500 = 2 188 210 м3/годС учетом непредвиденных ситуаций 10 – 15%: Wпол = 2 500 000 м3/годИсходя из этого, приходим к выводу что, объем воды в водохранилищепревышает потребности данного населенного пункта. Так полезный объемводохранилища 3,75 млн м3 в 1,5 раза превышает годовое водопотреблениенаселенногопунктаэксплуатационныхв2,5млнхарактеристикм3.ГТС,Следовательно,имеетсядлясохранениявозможностьповышенияустойчивости сооружений, путем включения в состав эксплуатационныхмероприятийдляинтенсификациипромерзаниясооружений,предзимнеепонижение уровня воды в водохранилище до отметки 170,97 м с учетом объемовводопотребления населенного пункта в 2,5 млн м3//год и гидрологическогорежима подпитывающих водоисточников.4.1.1.

Способ превентивной защиты гидротехнических сооружений путемпредзимнего понижения уровня воды в водохранилищеДля превентивной защиты сооружений автором на основании проведенныхисследований предложен способ превентивной защиты ГТС путем предзимнегопонижения уровня воды в водохранилище (заявка на изобретение в ФИПС №2018115146).Изобретение относится к области строительства и эксплуатации ГТС, вчастности способам превентивной защиты ГТС. Технической задачей изобретенияявляется разработка способа превентивной защиты ГТС путем предзимнегопонижения уровня воды в водохранилище для эффективного промораживаниятела и основания низконапорной насыпной грунтовой плотины в зимний период.Технический результат, заключающийся в повышении эффективностипревентивной защиты ГТС, достигается тем, что для превентивной защитысооружений используется предзимнее понижение уровня воды в водохранилище.91При этом увеличивается площадь соприкосновения тела плотины с окружающейтемпературойвоздухаминус40-50 С,вызывающейусиленноеглубокоепромерзание тела и основания плотины при одновременном уменьшенииплощади теплового воздействия водохранилища.Тем самым предлагается восстановление прочностных характеристикгрунтов основания и тела плотины, которое определяется согласно действующимнормам, где используются критерии предельного состояния первой группыF  c Rfcn(4.8)Здесь: F , R - расчѐтные значения соответственно обобщѐнных сдвигающихсил и сил предельного сопротивления; fc - коэффициент сочетания нагрузок; с - коэффициент условий работы; n - коэффициент надѐжности по степени ответственности сооружений.Находится наиболее опасная призма обрушения, ограниченная поверхностьюскольжения и при заданных нагрузках и воздействиях обладающая максимальнойстепеньюмобилизациисопротивлениясдвигу.Степеньмобилизацииопределяется коэффициентом устойчивостиKs RFилиKs  fc   nc(4.9)На рисунке 4.4 представлен общий вид в разрезе низконапорной насыпнойгрунтовой плотины и водохранилища.

Предлагаемое изобретение позволяетотказатьсяотиспользованияпротивофильтрационныхмероприятийитрудозатратных мероприятий по удалению снега для промораживания телаплотины в зимнее время.92Рисунок 4.4 – Общий вид в разрезе низконапорной насыпной грунтовой плотины иводохранилища1 – тело плотины, 2 – нормальный подпорный уровень, 3 – уровень воды после понижения, 4 –глубина промерзания при нормальном подпорном уровне, 5 – глубина промерзания послепонижения уровня воды4.2. Совершенствование методов повышения устойчивостигидротехнических сооружений путем устройства превентивной защитыоткосов верхнего бьефа низконапорных насыпных грунтовых плотинот землеройных животныхНаиболее существенный ущерб грунтовым плотинам, дамбам наряду сводными и ветровыми эрозиями наносит ондатра.

Ондатра – это мускусная крысаявляется одиночным представителем своего вида и рода ондатровых животных.Вес взрослых особей может достигать 1,8 кг, хотя, как правило, они весят 1-1,5 кг.Длина тела – 23-36 см, длина хвоста почти равна длине тела – 18-28 см.

Тело уондатры толстоватое, шея короткая, голова небольшая и тупомордая. Ондатрыпредставлены полуводными организмами подсемейства полевок, принадлежащихк отряду грызунов и считаются одним из крупнейших членов семейства Muridae всеверной части Америки. Приспособились они также и к существованию вРоссии, Европе и Северной Азии, куда были завезены искусственно [52]. Ондатрауже через 6 лет после выпуска (в 1935 г.) в ряде районов достигла большой93плотности. Этому способствовала исключительная экологическая пластичностьэтого зверя, его скороспелость и высокая плодовитость. В России ареал ондатрыидѐт от границ Финляндии через всю лесную зону Европейской части России изначительную часть лесостепной и таежной зон Сибири до Дальнего Востока иКамчатки.