Новочеркасск, Ростовская область, Россия
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
ГРНТИ 70.17 Водохозяйственное строительство. Гидротехнические и гидромелиоративные сооружения
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
Бахчисарайское (Эгиз-Оба) водохранилище -водоем естественного стока и одно из старейших в Крыму. Срок его эксплуатации более 90 лет. По результатам натурных исследований установлено, что общее техническое состояние комплекса ГТС Бахчисарайского водохранилища I класса (чрезвычайно высокой опасности) оценивается как удовлетворительное. Приведены результаты расчетов пропускной способности донного водовыпуска. Максимальный сбросной расход донного водовыпуска при отметке уровня верхнего бьефа равному форсированному подпорному уровню (УВБ = ФПУ) равен Q=1,12 м^3⁄с, что превышает проектные данные Q=0,80 м^3⁄с. Обоснованы рекомендации по продлению срока эксплуатации комплекса гидротехнических сооружений
Гидротехническое сооружение, жизненный цикл, водохранилище, сбросной расход, донный водовыпуск
Введение. Комплекс ГТС Бахчисарайского водохранилища относится к I классу – чрезвычайно высоко опасности и находится под постоянным государственным надзором Ростехнадзора. Водохранилище создавалось для целей подпитки реки Кача (длина 64,0 км, площадь водосбора 573 км2), орошения земель и питьевого водоснабжения Бахчисарайского района. Ведомственная принадлежность Бахчисарайского водохранилища и комплекса ГТС – ГБУ РК «Крыммелиоводхоз». Водохранилище начали строить в приустьевой части балки Эгиз-Оба в 1927 г. Вторую очередь строительства завершили в 1935 г.
По проекту Крымского филиала «Укргипроводхоз» в 1982 году осуществлена реконструкция водохранилища с целью увеличения его объёма, работы выполняла ПМК-11 треста «Крымводстрой».
Расчетный расход водовыпуска определялся исходя из необходимого срока опорожнения водоема и расхода санитарного попуска. Скорость опорожнения водоема принимался с учетом допустимой интенсивности понижения уровня по условиям устойчивости от разрушения склонов водоема и верхового откоса земляной плотины. Опорожнение крупных водохранилищ часто происходит в течение 2...3 мес., средних и особенно малых водоемов - до нескольких недель и даже суток [1 – 6].
Цель исследований – оценить техническое состояние длительно эксплуатируемого комплекса гидротехнических сооружений Бахчисарайского водохранилища и произвести поверочные расчеты донного водовыпуска.
Результаты исследований.
В таблице 1 приведены сведения о 15 водохранилищах Крыма естественного стока и их наполнение на 15.11.2019 г., а также данные о восьми водохранилищах с водоподачей из Северо-Крымского канала, перекрытого Украиной с 2014 г. Из таблицы 1 следует, что полезный объем водохранилищ естественного стока Крыма составил на 15.11.2019 г. всего 102,57 млн. м3, т.е. 42,8 % от проектного (суммарный объем – 239,33 млн. м3). Полезный объем водохранилищ Северо-Крымского канала составил на 15.11.2019 г. всего 13,2 % от проектного.
Таким образом имеет место напряженная водохозяйственная обстановка с обеспечением населения и объектов экономики водой в Республике Крым.
Бахчисарайское водохранилище создано грунтовой плотиной наибольшей высотой 20,75 м, шириной поверху 7,0 м, длиной по гребню 1081 м, с коэффициентом заложения верхового откоса m1=2,96 и низового – от 2,91 до 2,98 (рис. 1). Его объем при НПУ равен 6,89 млн. м3 при площади зеркала 99,5 га. Длина береговой линии водохранилища составляет 3,67км, средняя глубина – 6,92 м, а максимальная – 16,6 м [10].
Рис. 1. Поперечный профиль грунтовой плотины Бахчисарайского водохранилища
Наполняется водохранилище по подводящему каналу длиной 5,5 км.
Водовыпускное сооружение расположено в правом примыкании плотины и состоит из железобетонной шахты прямоугольного сечения (2,0х2,0 м, высотой 14,75 м) с донным отверстием (1,0х1,0 м), от которого по каналу протяжённостью 479 м вода сбрасывается в реку Качу. Сооружение после железобетонной шахты состоит из:
- плоского металлического затвора с винтовым подъемником;
- железобетонной трубы диаметром 500 мм, длиной 116,50 м;
- отводящего канала с креплением железобетонными плитами с шириной по дну 1,5 м.
После ремонтных работ в 2014 г. дополнительно установлен второй затвор. Управление затворами осуществляется вручную, имеется рыбозащитное и сороудерживающее устройства [6 – 9].
На рисунке 2 представлена конструктивная расчетная схема донного водовыпуска.
Рис. 2. Расчетная схема донного водовыпуска
Расчет пропускной способности выполняем как для длинного трубопровода при истечении в атмосферу, по формуле [10 – 12]:
где 
g – ускорение свободного падения, м/с2;
H – действующий напор, м.
где 
– потери напора по длине;
– коэффициент гидравлического трения, принимаем равным 0,0232;
– длина трубопровода;
– диаметр трубопровода;
Определение пропускной способности выполняем для случая при переменном УВБ (от УМО до ФПУ).
Расчет пропускной способности донного водовыпуска выполняем в табличной форме (табл. 2). По результатам расчетов построен график пропускной способности Q=f(H) (рис. 3).
Рис. 3. График пропускной способности донного водовыпуска Бахчисарайского водохранилища
Пропускная способность донного водовыпуска (при отметке УВБ=ФПУ) равна 
что больше проектных предположений 
(табл. 2).
Таблица 2 – Пропускная способность донного водовыпуска Бахчисарайского водохранилища при различных значениях действующего напора
Рис. 4. Общий вид элементов донного водовыпуска
Учитывая, что продолжительность эксплуатации комплекса ГТС Бахчисарайского водохранилища приближается к нормативному (Т=100 лет), то необходимо обосновать мероприятия по продлению срока безопасной эксплуатации комплекса ГТС (рис. 5 – 7). Наиболее приемлемым вариантом для Республики Крым является организация капитального ремонта и модернизация комплекса ГТС Бахчисарайского водохранилища без необходимости их временного вывода из эксплуатации.
Для гидротехнических сооружений водохозяйственного комплекса на настоящий период отсутствуют нормативно-правовые документы по порядку продления срока безопасной эксплуатации, превышающего нормативный. Поэтому нами использовался накопленный опыт для сооружений других отраслей [14], а также зарубежный опыт [13].
Вопросы теоретической оценки количественных показателей долговечности гидротехнических сооружений, являющихся сложными природно-техническими системами, пока не имеют удовлетворительных решений. Сочетания нагрузок (постоянных, временных, кратковременных и особых) на комплексы ГТС, как правило, изменяется во времени, как и физико-механические свойства материалов, из которых они изготовлены. Попытки использования теории надежности машин, механизмов и других устройств массового производства для величины отказа (разрушения) комплексов ГТС водохранилищ встречают большие трудности, связанные с индивидуальными особенностями каждого сооружения, его основания, водосборной территории, условий работы элементов сооружения. Поэтому комплексные натурные наблюдения с оценкой количественных и качественных показателей с использованием инструментальных и визуальных методов в настоящее время являются основным средством обеспечения допустимого уровня риска аварий комплексов ГТС водохранилищ.
Рис. 5. Порядок продления сроков безопасной эксплуатации гидротехнического сооружения
Рис. 6. Принятие решения по результатам экспертизы
Рис. 7. Связь уровня безопасности ГТС с решением о продлении нормативного срока эксплуатации
На комплексах ГТС после каждых 25 лет эксплуатации проводятся многофакторные исследования в соответствии с СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения. Основные положения», позволяющие оценить остаточный ресурс всего комплекса ГТС в целом.
Выводы. Общее техническое состояние комплекса ГТС Бахчисарайского водохранилища по результатам натурных исследований оценивается как удовлетворительное.
Собственнику комплекса ГТС рекомендуется в ближайшие пять лет разработать и реализовать проект капитального ремонта с учетом достижения срока эксплуатации нормативного срока (Т=100 лет) и осуществить расчистку ложа водохранилища от скопившихся за период эксплуатации донных отложений, с целью увеличения полезного объема Бахчисарайского водохранилища.
По результатам расчетов пропускной способности донного водовыпуска был получен максимальный сбросной расход (при отметке УВБ = ФПУ), который составил 
что больше минимально допустимого проектного значения 
Максимальный расход может регулироваться величиной открытия задвижек в донном водовыпуске с целью пропуска в нижний бьеф проектных расходов. Полученный нами максимальный расход был рассчитан при условии полного открытия задвижки затвора.
1. Волосухин, Я.В. Обеспечение безопасности водопользования в Республике Крым / Я.В. Волосухин, Д.Ю. Наволокин // Водоснабжение и санитарная техника. – 2017. - № 6. – С. 4 – 9
2. Бахчисарайское водохранилище. – URL: http://jalita.com/guidebook/river/reservoir_egiz-oba.shtml (дата обращения 24.12.2019).
3. Российская Федерация. Законы. О безопасности гидротехнических сооружений: Федеральный закон от 21.07.1997 N 117-ФЗ: в ред. от 29.07.2018 № 271-ФЗ: [принят Государственной Думой 23 июня 1997 года]. – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_15265/ (дата обращения 24.12.2019 г.).
4. Бахчисарайское водохранилище. Водохозяйственный паспорт / Укргипроводхоз. – Киев, 1979.
5. Измерение геометрических параметров дамбы Бахчисарайского водохранилища геодезическим методом: отчет о комплексных инженерных изысканиях. Часть I. Инженерно-геодезические изыскания / ИП Андросов А.Ю. – Ростов н/Д, 2017.
6. Декларация безопасности гидротехнических сооружений Бахчисарайского водохранилища / ОАО «Севкавгипроводхоз». - Симферополь, 2016.
7. Инструкция о порядке ведения мониторинга безопасности гидротехнических сооружений гидроузла Бахчисарайского водохранилища / ГБУ РК «Крыммелиоводхоз». - Бахчисарай, 2016.
8. Проект мониторинга безопасности гидротехнических сооружений гидроузла Бахчисарайского водохранилища / ГБУ РК «Крыммелиоводхоз». - Бахчисарай, 2016.
9. Расчет размера вреда, который может быть причинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юридических лиц в результате аварий гидротехнических сооружений Бахчисарайского водохранилища / ОАО «Севкавгипроводхоз». - Симферополь, 2016.
10. Технический отчет по результатам проведенного комплексного анализа (многофакторного обследования) с оценкой прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений Бахчисарайского гидроузла / Я.В. Волосухин; ИКЦ «Безопасность ГТС». – Новочеркасск, 2017. – 111 с.
11. Методика расчета заиления водохранилищ и подпертых бьефов при строительном проектировании и оценке безопасности сооружений гидроузлов: СТО ИБГТС-2017 / Институт безопасности гидротехнических сооружений. – Новочеркасск, 2017.
12. Механическое оборудование гидротехнических сооружений водохозяйственных объектов. Проектирование. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования: СТО ИБГТС-2017 / Институт безопасности гидротехнических сооружений. – Новочеркасск, 2017.
13. Proceedings of the Twenty-Sixth International Congress on Large Dams (4th–6th July 2018, Vienna – Austria). URL: https://www.taylorfrancis.com/books/e/9780429465086 (дата обращения: 24.12.2019).
14. РД 03-484-02. Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах // Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти. – 2002. - № 36. – С. 14 – 22.
