Geum.ru

Разработка и апробация системы оценки состояния гидротехнических сооружений речных низконапорных гидроузлов

Вид материалаАвтореферат
Подобный материал:
1   2   3   4


Выполнено исследование, заключающееся в поиске значений глубин затоплений в нижнем бьефе при различном сочетании влияющих факторов. Условия выполнения каждого из 16 предусмотренных планом расчетных случаев определялись матрицей планирования (табл. 6).

После математической обработки данных получено уравнение регрессии для yhmax, имеющее вид:

yhmax = 5,03 – 0,32x1 + 4,07x2 + 0,32x3 +0,051x4 – 1,4x5 -

- 0,23x1 x2 - 0,12x1 x3 + 0,31x1 x4 - 0,4x1 x5 + 0,23x2 x3+

+ 0,001x2 x4 – 1,14x2 x5 – 0,31x3 x4 + 0,4x3 x5 – 0,1x4 x5 (6)


Таблица 6

Матрица планирования

Номер опыта
xo
х1
х2
х3
х4
х5
х1 x2
х1 x3
х1 x4
х1 x5
х2 x3
х2 x4
х2 x5
х3х4
х3х5
х4х5
yhmax

1
+
-
-
-
-
+
+
+
+
-
+
+
-
+
-
-
0,63

2
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
1,17

3
+
-
+
-
-
-
-
+
+
+
-
-
-
+
+
+
11,36

4
+
+
+
-
-
+
+
-
-
+
-
-
+
+
-
-
4,22

5
+
-
-
+
-
-
+
-
+
+
-
+
+
-
-
+
1,17

6
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
-
+
-
0,63

7
+
-
+
+
-
+
-
-
+
-
+
-
+
-
+
-
9,22

8
+
+
+
+
-
-
+
+
-
-
+
-
-
-
-
+
11,36

9
+
-
-
-
+
-
+
+
-
+
+
-
+
-
+
-
1,26

10
+
+
-
-
+
+
-
-
+
+
+
-
-
-
-
+
0,40

11
+
-
+
-
+
+
-
+
-
-
-
+
+
-
-
+
6,40

12
+
+
+
-
+
-
+
-
+
-
-
+
-
-
+
-
12,23

13
+
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
1,13

14
+
+
-
+
+
-
-
+
+
-
-
-
+
+
-
-
1,26

15
+
-
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
-
+
-
-
11,60

16
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6,40


Статистическая проверка коэффициентов показала, что при 5% уровне значимости коэффициенты при парных взаимодействиях незначимы. Линейная часть полинома yhmax = 5,03 – 0,32x1 + 4,07x2 +

+ 0,32x3 +0,051x4 – 1,4x5 адекватна при 5% уровне значимости. Следовательно, зависимость максимальной глубины затопления от исследуемых факторов с достаточной точностью можно аппроксимировать уравнением степенного вида.

Осуществлен переход от кодированных значений факторов к натуральным с помощью зависимостей вида:

, где

; ;



При переходе от кодированных значений факторов к натуральным получим:

lghmax = 0,4 – 0,05lgWвод + 0,98lgН0 +0,05lgQo+ 0,02lgno –

- 0,13lgx

После потенцирования имеем степенное уравнение вида:

или

(7)

Средняя относительная ошибка аппроксимации:

; = 12,8 %.

Полученное уравнение (7) применимо к низконапорным гидроузлам, объем водохранилища которых колеблется в пределах от 50 до 5000 тыс. м3, глубина воды в верхнем бьефе у плотины – от 2 до 20 м, расстояние от створа плотины до створа наблюдения – от 0,5 до 50 км, длина водохранилища – от 0,8 до 2 км при условии отсутствия подпора со стороны нижерасположенных ГТС.


Заключение


1. Выполненный анализ имеющейся информации о состоянии и современной системе обеспечения безопасности многочисленных гидротехнических сооружений низконапорных гидроузлов Российской Федерации, позволил впервые проанализировать имеющую место их специфику и ее отдельные элементы, от которых существенно зависит безопасность ГТС. Отмечено отсутствие для подобных объектов единой терминологии, недостатки в подготовке и проведении инвентаризации, сборе и анализе информации, ее разноречивость; отсутствие ранжирования ГТС по степени опасности и необходимых для этого простых методов расчета для оперативной экспертной оценки параметров волны прорыва.

2. Впервые разработанная методология проведения детальных обследований речных низконапорных гидроузлов, в том числе при отсутствии проектной документации и расчетного обоснования, представляет собой четкую систему (учитывающую их специфику), позволяющую получать максимум информации (до 60 параметров); выполнять анализ полученной информации, в который входит: установление состояния и уровня безопасности ГТС; ориентировочной стоимости ремонтных работ; оперативное определение параметров волны прорыва и возможного ущерба от аварий; ранжирование гидроузлов по степени опасности (базируясь на статистической обработке данных); оценка экономической эффективности превентивных мероприятий.

3. Выполненная апробация разработанной в диссертации методологии оценки состояния и уровня безопасности ГТС 550 гидроузлов Московской области показала ее широкие возможности, позволяющие даже с учетом сложной специфики таких объектов получать значительный объем информации, необходимой для ранжирования ГТС по степени их опасности с учетом эффективности вложения средств в превентивные мероприятия, обеспечивающие их безопасность.

Апробация методологии подтвердила также необходимость и возможность проведения в предлагаемом объеме детальных обследований многочисленных низконапорных гидроузлов, аварии которых в силу их специфики приносят значительный ущерб, вместо нечетко сформулированной и выполняемой часто на основе опросов инвентаризации.

4. Впервые выполнены обобщение, анализ и статистическая обработка информации, полученной в результате детального обследования низконапорных гидроузлов Московской области. В частности: произведена статистическая выборка обследованных сооружений по форме собственности, назначению, объему водохранилищ, высоте плотин, сроку эксплуатации, техническому состоянию, уровню безопасности, опасности для нижнего бьефа, готовности к пропуску паводка, ориентировочной стоимости ремонтных работ и ряду других параметров; выявлены основные причины, приводящие к аварийному и потенциально опасному техническому состоянию основных гидротехнических сооружений гидроузлов; отмечены недостатки работы службы эксплуатации; выполнен дополнительный анализ безопасности низконапорных гидроузлов по сочетанию группы неблагоприятных факторов.

Из 550 гидроузлов имеет неудовлетворительный уровень безопасности 38,7 % (213 объектов), опасный – 26 % (143 объекта), суммарно – 64,7 % (356 объектов).

5. Впервые выполненный для низконапорных гидроузлов анализ результатов расчетов параметров волны прорыва, определенных с помощью различных методик, показал, что методика Историка Б. Л. во всех расчетных случаях, как для реальных объектов, так и при решении тестовой задачи, дает достаточную сходимость с результатами, полученными по методикам, базирующимся на численных методах решения уравнения Сен-Венана; существенно различаются от всех рассмотренных методов результаты, полученные по методике ВНИИ ГОЧС.

6. Основным для низконапорных гидроузлов параметром волны прорыва при расчете ущербов от наводнения и определения границ зоны затопления чаще всего оказывается максимальная глубина затопления в нижнем бьефе. Для этого параметра получено уравнение (7), применение которого позволяет оперативно выполнять предварительные экспертные оценки в случае прорыва напорного фронта многочисленных низконапорных гидроузлов. Указанное уравнение применимо к низконапорным гидроузлам, объем водохранилища которых колеблется в пределах от 50 до 5000 тыс. м3, глубина воды в верхнем бьефе у плотины – от 2 до 20 м, расстояние от створа плотины до створа наблюдения – от 0,5 до 50 км, длина водохранилища – от 0,8 до 2 км при условии отсутствии подпора со стороны нижерасположенных ГТС. Средняя относительная ошибка аппроксимации составляет 12,8 %.

7. Разработаны предложения, связанные с определением эффективности использования капитальных вложений для проведения превентивных мероприятий по обеспечению безопасности низконапорных гидротехнических сооружений при их ранжировании с учетом уровня безопасности и степени опасности для территории нижнего бьефа.

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе следующие, раскрывающие ее основное содержание: