Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время возникла необходимость в выработке единого комплексного подхода к решению задачи контроля безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений (ГТС) и разработке алгоритма, который бы позволил оперативно принимать решения по обеспечению их безопасности.
Гидротехнические сооружения обладают высоким уровнем ответственности, их разрушения могут сопровождаться весьма значительными ущербами экономического, социального и экологического характера. Анализ статистики аварий и повреждений гидротехнических сооружений показывает, что вероятность даже крупных аварий и разрушений любых плотин, в том числе и самых современных, не может быть полностью устранена. Очевидна необходимость применения современных методов анализа разнообразной накопленной и вновь поступающей оперативной информации о возможных причинах снижения уровня безопасности ГТС. На этой основе должна быть обеспечена необходимая оперативность и объективность процедур контроля и оценки состояния эксплуатируемых плотин.
Сведение риска аварии к минимуму является задачей, решаемой как при проектировании и строительстве, так и при эксплуатации плотин. Основная трудность оценки риска связана с необходимостью осуществления оперативного анализа и обобщения большого объема разнородной и разномасштабной количественной (результаты расчетов, данные инструментальных измерений) и качественной (данные визуальных наблюдений, опыт и знания квалифицированных экспертов) информации, обладающей высокой степенью неопределенности.
Выработка единого комплексного подхода к решению задачи обеспечения безопасной эксплуатации гидросооружений, на основе обозначенной является весьма актуальной.
Целью диссертации является совершенствование методологии контроля, оценки и обеспечения безопасности гидротехнических сооружений средненапорных русловых гидроэлектростанций.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлена и решена система следующих взаимосвязанных задач:
проведение анализа законодательной и нормативной баз по вопросам надежности и безопасности гидротехнических сооружений;
проведение оценки влияния русловых процессов в нижнем бьефе на уровень безопасности сооружений;
выполнение оценки влияния на уровень безопасности грунтовых плотин изменения их фильтрационного режима вследствие хемогенных факторов;
выбор оптимальной детерминистической модели расчетной оценки показателей надежности сооружений;
осуществление анализа причин аварий и сравнение различных методик оценки уровня безопасности ГТС;
осуществление разработки методологии контроля и оценки безопасности ГТС на основе использования как количественной, так и качественной информации о состоянии сооружений и внедрение этой методологии в практику эксплуатации сооружений крупного отечественного гидроузла.
Достоверность результатов выполненных исследований обусловлена:
- проведением комплекса исследовательских работ, включающих полевые изыскания, лабораторные исследования, подтверждённые инструментальными и визуальными натурными наблюдениями;
- использованием в исследованиях проверенных практикой тщательно оттарированных измерительных приборов, а также надёжных методов исследований;
- применением апробированных методов математического моделирования;
- хорошей согласованностью результатов натурных наблюдений и расчетов.
Научная новизна работы состоит в:
- комплексном подходе к решению задачи разработки критериев безопасности гидротехнических сооружений на основе созданных и откалиброванных математических моделей изменения состояния сооружения в зависимости от внешних воздействий с учетом временного фактора, а также результатов натурных наблюдений и исследований;
- учете гидравлических режимов при разработке мероприятий по повышению уровня безопасности ГТС на основе выполненных исследований влияния русловых процессов на уровень безопасности гидроузла;
- исследовании влияния на фильтрационный режим грунтовых плотин хемогенного заиления дренажных коллекторов вследствие обильного поступления в дренаж обогащенных ионами марганца фильтрационных вод из основания плотины и застойных условий, благоприятных для образования и накопления в дренаже гидроксидов марганца;
- проведении сопоставлений различных методик оценки уровня безопасности гидротехнических сооружений и проверки их достоверности в условиях эксплуатации сооружений Воткинского гидроузла;
- разработке методологии создания систем диагностики эксплуатируемых ГТС русловых средненапорных гидроузлов, основанной на применении технологии «экспертных систем» и способа формализации знаний о свойствах этих сооружений и методах контроля и оценки их состояния в виде системы правил.
Практическая значимость диссертации заключается в использовании в практике эксплуатации Воткинского гидроузла результатов исследовательских работ по разработке и реализации мероприятий, направленных на повышение уровня безопасности его ГТС, а именно в:
- ликвидации нарушений крепления нижнего бьефа водопропускных сооружений Воткинского гидроузла с учетом результатов выполненных гидравлических исследований;
- восстановлении работоспособности дренажей грунтовых плотин с учетом выявления природы хемогенного заиления дренажных коллекторов и обратных фильтров;
- разработке критериев безопасности гидротехнических сооружений с целью обеспечения длительной безопасной эксплуатации гидроузла;
- разработке и внедрении на Воткинском гидроузле экспертно-диагностической системы Д-2, позволяющей автоматизировать не только процесс сбора и первичной обработки данных контроля, но также автоматизировать процедуру оценки состояния плотин.
Полученные практические результаты данной работы представляют интерес для обеспечения безопасной эксплуатации ГТС других аналогичных гидроузлов.
Результаты работы внедрены на Воткинской ГЭС (ныне филиал ОАО «РусГидро» - «Воткинская ГЭС»).
Апробация работы. Материалы исследований по теме диссертации докладывались на Научно-технической конференции в ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (2004 г.), на Международном Конгрессе по большим плотинам (ICOLD) (Барселона, июнь 2006 г.), на Научно-технической конференции по Российско-Германскому проекту Волга-Рейн (2007 г.) в университете Фридерисиана (ФРГ г. Калсруэ).
Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе две работы в журнале «Гидротехническое строительство», рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 162 наименований и 2 приложений. Основной текст диссертации изложен на 161 странице, содержит 32 иллюстрации и 6 таблиц.
