Гидротехнические сооружения

Гидротехнические сооружения
Гидротехническое и ирригационное строительство в климатических условиях Средней Азии были жизненной необходимостью. С ними было связано развитие науки об искусных приёмах – «илм ал-хайал» и примыкающих к ней механико-математических дисциплин.Устройствам для поднятия воды посвящены труды ал-Джазари, ал-Караджи, Ибн Халдуна, Ибн Якута, Бируни. Исторические источники, археологические вскрытия и сохранившиеся памятники свидетельствуют о грандиозных масштабах наземных приспособлений и подземных каналов, сопровождавших дорожное строительство и городское благоустройство и связанных с ним сооружений: водохранилищ (сардоба, хаузы), мостов, акведуков, шлюзов, снегохранилищ. Детально разработанная теория гидростроительства гидротехнических сооружений существовала и в средневековой Средней Азии, как свидетельствуют, например, раздел трактата Бузджани «Об измерении».
Плотины
Наименее сохранились и изучены, в основном, в бассейне Зеравшана платины. Здесь в одной лишь округе Самарканда в X – начале XIII в. было 8 каналов, по ходу которых устраивалось 680 плотин. Цель их – создать крупное водохранилище, из которого вода разбиралась на орошение и водоснабжение поселений. Таких крупных плотин на Зеравшане сохранилось всего четыре: Х в. – Ханбанди в Нуратинских горах в 12-15 км от кишлака Фариш; XII в. – Гиштбанд в Каттакурганском районе Самаркандской области и XV в – Абдуллаханбанди около Нурата и Сарыбанд на реке Байсунсай. Первая из них каменная, остальные выстроены из кирпича в виде массивной стены, уступчатой со стороны водосброса. Тип сооружений единый, варианты его касаются лишь размеров и условий размещения, это линейная структура без объёма внутри, ступенчатого строения, фронтального расположения.
Мосты
Мосты всех видов также относятся к линейным структурам. Это сооружение без внутренних камер, пространственное раскрытые сквозными арками, число которых меняется в зависимости от ширины и глубины реки, оврага, ущелья, длины пути от источника до поселения в случае, если тип моста используется как наземный акведук.
1.Многоопорные, проездные. Сведения о древних стационарных мостах Средней Азии нет, лишь в топонимике отложились места раннесредневековых мостов, например, селение Хушуванг Согда известно также под названием Рас-ал-Кантарак, что дословно означает «голова моста», «предмостье».
Мостостроение в странах халифата уже в домонгольское время было широко распространено. Имеются многочисленные свидетельства о несохранившихся домонгольских мостах Средней Азии (в Х в. в Несефе у моста был Дом правления; в XII в. – там же Арслан-хан построил мост из жжёного кирпича через арык Седжен. Мост, по сведениям Джувейни, был перекинут через канал, проходивший по Ургенчу).
Наиболее старые из дошедших до наших дней мостов Средней Азии относятся к XVI в. Это двух арочный мост, воздвигнутый на Каракулдарье в Бухарском оазисе в правление Шейбанида Убайдулла-хана (1533-1539 гг.) кутвалом (прорабом) Мехтар Касимом, и 7-21-арочные мосты второй половины XVI в., относящиеся к правлению Абдулла-хана II (Пули-Чахар Минор, Рометан Куприги). Самый большой из сохранившихся мостов XVI в. функционирует по сей день – это 14-арочный мост через Кашкадарью в г.Карши длиной 122,5 метра. Чёткая архитектоника мощных «быков», сильная пластика округлённых полубашен по фасадам, провалы низких широких арок, мягкий изгиб полосы дороги поверх арок сообщают этому типу инженерных сооружений выразительность, монументальность, предельную отточенность образа. Этот устоявшийся тип моста воспроизводился до начала ХХ в. Последний крупный 9-арочные мост через Зеравшан – Чарикульбаит – был построен в Рометанском районе в 1910 г.
1.Акведуки принято считать явлением римским. Между тем, арочные мосты – акведуки были распространены и в Средней Азии. Известно, что на самаркандскую общину магов-зороастрийцев (маджуса, муги) взамен подушной подати иноверцев налагалась повинность охранять и исправлять свинцовый водопровод Джуи-Арзиз, подававший воду в шахристан ещё в X-XI вв. «Свинцовый проток» был проложен над крышами самаркандского базара на многоопорном акведуке. В начале XIII в. после взятия Самарканда монголы его разрушили.
2.Мост-водоотделитель частично сохранился лишь один – в 8 км от Самарканда на реке Зеравшан. Он был построен в 1502 г. по приказу Шейбани-хана на месте более древнего, упоминающегося ещё арабскими географами. Мост имел большое значение в жизни страны: через него проходила караванная дорога, связывавшая Ферганскую долину с Бухарским оазисом; от него шла плотина, делившая воды Зеравшана на два рукава: Акдарью и Карадарью – отсюда название «мост-водоотделитель». Мост состоял из двух звеньев, повёрнутых друг к другу под углом 102 град.; короткое – из одной арки пролётом 21,6 м – сохранилась до наших дней, длинное – из семи арок пролётом 20,75 м – размещалось на 200-метровой ширине Зеравшана. Водораспределительный 22-арочный мост на Зеравшане у Кермине (1582 г.) почти полностью разрушен.
Водохранилища насчитывают несколько видов
1.Сардоба. Караванная торговля, развитость паломничества в Мекку и к святым местам при единственном средстве сообщения – перекочевки на конях и верблюдах по безводным районам – вызывали к жизни своеобразный тип полуподземных водохранилищ – сардоба, обычно возводимых рядом с караван-сараями и рабатами. Такие крытые водоёмы вдоль дорог устраивали в Иране через каждые два фарсаха «для того, чтобы люди не сбивались с пути в жару и в холод могли отдохнуть там немного». Среднеазиатские сардоба строили на дорогах через каждые «три таша» (24 км).
Наиболее ранние известные среднеазиатские сардоба относятся к домонгольскому времени: у мечети в Куфене- IX-X вв., у комплекса Ибн Зейда, рабатов ат-Тахмаладж, Ишкак, Рабати-Малика – XI-XII вв. Наименьшее сохранились сардоба времени Тимура и Тимуридов: Анау, Ёгочли около Джизака. Наиболее многочисленны сардоба XVI-XVII вв.: у станции Сабран близ Саурана (XVI в., рядом с рабатом Мир Каласы), две сардобы при рабате Бузучи ( XVI в.), в Бухарском оазисе сардоба и рабаты Абдулла-хана в 18 км от Чарджоу и в Караул-базаре, утраченная сардоба в Карши, Бегичак близ Кермине, Фата, Касби и другие в Кашкадарьинской области. Наиболее поздняя, датированная 1892 г. сардоба Камаши, выстроенная наполовину из европейского кирпича, сохранилась до наших дней полностью, вместе с порталом.
Тип сардоба не изменён: цилиндрический бассейн диаметром 15-17 м внутри, заглублённый в землю, перекрывался высоким ступенчатым куполом, сохранявшим прохладу в самые знойные дни. К воде вела кирпичная лестница или пандус, вход в которые оформлялся порталом. Резервуар питался талыми и дождевыми водами при помощи водосборных желобов и труб, реже – из каналов-кяризов, подведённых со стороны водных источников. Подкупольное пространство проветривалось через окна, расположенные по сторонам света, так что в сардоба было прохладно в самые знойные дни.
Чертёж мастера XVI в. изображает сардобу, вписанную в сложное сооружение, в данном случае октогональное, портально-купольного типа, с помещениями жилого назначения вокруг цистерны. В натуре такие сочетания неизвестны.
Тип сардоба решает композиционную тему портально-купольного сооружения в особой, ни с чем не сопоставимой трактовке, в соответствии с данной, а не иной функцией, поэтому эту трактовку надо считать специфической структурой, в отличие от наземных портально-купольных зданий.
2.Яхтанги – снегохранилища. Это разновидности сардоба по функции (снегозадержания зимой, укрытие в тени летом). Типологически они представляют собой круглые центрические сооружения без обязательного для сардоба подземного резервуара. Имеют вид стоящего на земле сырцового или возведённого из жжёного кирпича купола. Возводились при усадьбах и дачах, вдоль дорог. Снег в них хранили в утрамбованном виде и покрывали сухим кустарником.
Снегохранилища упоминаются в трактате Базджани при перечислении устройств цилиндрической или многогранной формы, но многогранные яхтанги до нас не дошли. Известные памятники – круглые в основании. Купола их разные: в Мервских сырцовых снегохранилищах конические или улье образные, в яхтанге Бегичак – ступенчатой сфероконической формы. В основании куполов устроены проёмы, видимо, для заполнения резервуара снегом. Их шесть в яхтанге Бегичак, по одному-два в Мерве. Диаметры их, как и сардоба, – 8,5-17 м.
3.Хаузы. Если крытые водохранилища – сардоба были объектами преимущественно загородного, дорожного строительства, то открытые водоёмы-хаузы служили элементами городского водоснабжения как запасники воды. Озеленённые хаузы входили обязательным элементом в общественные центры городских кварталов-махалля. Однако они были не в каждом из них: например, в Бухаре, где воды было очень мало, на 220 кварталов имелось не более сотни хаузов, из которых к началу ХХ в. осталось 68. Стены хауза укрепляли каменной, дерево-кирпичной или деревянной (в горных районах) облицовкой, большей частью ступенчатой. К воде сходили по лестницам. Хаузы, как привило, имели правильную геометрическую форму квадрата, прямоугольника с прямыми или срезанными углами или восьмигранника. Размеры сторон от 8-10 до 30-40 м. Ирригацию городов дополняли более мелкие бассейны при дворцах и культовых комплексах в гуще махалля.
В основе гидротехнических сооружений лежал тот же универсальный «строительный конструктор», из которого «собирались» все прочие типы монументальных зданий, но так же, как и в них, каждое произведение имело индивидуальные особенности, обеспечивая многообразие архитектуры, в общем, её стилевом единстве.
Водохозяйственная инфраструктура Общая орошаемая площадь республики составляет 4,3 млн. гектаров земель. Из них на площади 2,2 млн. гектаров вода подается с помощью насосных станций. О масштабах машинного орошения можно судить по следующим примерам: насосные станции Каршинского каскада - суммарный расход 210 м3 /с, семь ступеней подъёма (каскад) общей высотой 132 м., площадь орошения 350 тыс.га; насосные станции на АмуБухарском канале - суммарный расход 263 м3 /с, площадь орошения 285 тыс. га, высота подъёма 69 м. На балансе Минсельводхоза находится 1588 насосных станций, где установлено 5003 насосных агрегатов с годовым потреблением электроэнергии 8,2 млрд. кВт. Общая протяженность межхозяйственной оросительной сети республики составляет 27,8 тыс. км, а внутрихозяйственной - 155,0 тыс. км. На магистральных и межхозяйственных каналах имеется более 25 тысяч гидросооружений, на внутрихозяйственной сети - их более 44 тысяч. В целом магистральная и межхозяйственная оросительные сети оснащены гидротехническими сооружениями в достаточном количестве. На орошаемой площади более 2,5 млн. гектаров построено 103,3 тыс. км дренажной 14 сети, из которых 32,1 тыс. км - магистральные и межхозяйственные коллектора, 107,7 тыс. км -внутрихозяйственные дренажные сети (в т.ч. 37,5 тыс. км закрытый горизонтальный дренаж). На балансе Министерства сельского и водного хозяйства находится 7808 скважин, в т.ч. 3659 вертикального дренажа и 4149 скважин на орошение. Ежегодно за счет средств госбюджета производится ремонт более 5,0 тыс. км каналов, а за счет средств водопотребителей более 100,0 тыс. км оросительной и лотковой сети, 10 тыс. ед. различных гидросооружений. За последние годы по республике построено и реконструировано около 1,5 тыс. км каналов, более 400 крупных гидротехнических сооружений и 200 насосных станций. В итоге выполненных работ повышается управляемость и гарантированная стабильная водообеспеченность воды, кроме того уменьшаются непродуктивные потери воды на оросительных сетях. На фото: официальная церемония запуска новой насосной станции Дангара в Ферганской области в мае 2016 года 15 Регулирование речного стока водохранилищами В Узбекистане было построено 31 русловое водохранилище и 24 наливных (из которых 27 водохранилищ с полезным объемом воды более 10 млн. м3 каждое). Общая полная емкость водохранилищ составляет более 19,4 км3 , из которых полезный объем составляет около 16,0 км3 . Большинство водохранилищ было построено 30-40 и более лет назад. За период существования практически все из них были подвергнуты заилению.
Безопасность гидротехнических сооружений в Республике Узбекистан Камалов Т.К. «ГОСВОДХОЗНАДЗОР» В Республике Узбекистан построены крупные водохозяйственные объекты с большим количеством русловых и наливных водохранилищ комплексного назначения. Имеются также свыше 90 гидроузлов, более 100 магистральных каналов большой протяжённости и 45 гидроэлектростанций. Гидротехнические сооружения являются наиболее распространенными типами сооружений, с весьма важными функциями, оказывающими большое влияние на экономику, экологическую и социальную сферу, поэтому вопрос безопасной и надёжной их эксплуатации приобретает особую актуальность. От надежности этих сооружений во многом зависит дальнейшее устойчивое развитие страны и безопасность населения в зоне их влияния. В настоящее время вызывает беспокойство то, что на большинстве из них имеет место процессы старения, как результат более чем 30-40 летней их эксплуатации, изменение их технических параметров, связанных с процессами заиления, сейсмическими, оползневыми, селевым и лавинными явлениями, подвижками пульсирующих ледников и другими геодинамическими воздействиями, недостаточным уровнем развития систем оповещения о чрезвычайных ситуациях на крупных гидротехнических сооружениях. Социальные, экономические последствия и материальный ущерб от их повреждения или разрушения более чем значительны, а вероятность аварий крупных гидросооружений возрастает по мере исчерпания срока службы. Что можно сказать о сегодняшнем состоянии гидротехнических сооружений. Анализ материалов обследования показывает, что в последние годы наблюдается опасная тенденция увеличения выявленных дефектов и повреждений, требующих принятия неотложных мер по их устранению в достаточно короткий период, а на некоторых сооружениях незамедлительно. Основными дефектами и повреждениями являются разрушения бетона в зоне переменного уровня, разрушения крепления откосов, кольматаж дренажных систем, размыв русла за сооружениями. Так, например, имеет место разрушения бетонного крепления верхнего бьефа и железобетонных конструкций на Чарвакском, Джизакском, Зааминском, Гиссаракском, Караултепинском, Камашинском, Южно-сурханском и др. водохранилищах; дефекты противофильтрационных устройств Туямуюнского, Зааминского, Дехканабадского, Калкаминского и др. водохранилищ; размыв русла в нижнем бьефе Верхне-Чирчикского водного узла, Шерабадском и др. гидроузлов. Вызывает беспокойство состояние водоприемников Лангарского, Гиссаракского, Карабагского, Кызылсувского, Карасуйского и др. водохранилищ, вследствие их заиления. Значительно снижает надежность и безопасность ГТС состояние механического оборудования, имеющего по сравнению с сооружениями меньший ресурс работоспособности, из-за чего может оказаться невозможным и небезопасным пропуск паводка. Особенно опасна потеря несущей способности металлоконструкций затворов, их неисправность и неработоспособность, разрушение закладных и опорно-ходовых частей, повреждение и износ грузоподъемных механизмов. В неудовлетворительном техническом состоянии механическое оборудование находится на таких объектах, как Куюмазарское, Туполангское, Ходжамушкентское и Сармычсайское водохранилища, насосные станции Куюмазар, Кизилтепа, Хамза-I, II, Аму-занг I, II, и ДГНС, каналы Эски-Туятартар и Паркент и др. гидроузлы Хархурский и Шерабадский и др. Крайне медленными темпами ведутся реконструкция Головного сооружения ЮГК и её центральной ветки, а также обновление механического оборудования на ГТС. Необходимо отметить, что недостаточное оснащения ГТС контрольно - измерительной аппаратуры не позволяет получение полной и достоверной информации для обеспечение контроля технического состояния сооружения. Так, на 25 крупных водохранилищах по проектом предусмотрено 1909 пьезометров из них 520 или 27% находятся в не рабочем состояния, 269 или 14 % требует восстановления. Следует упомянуть и о проблемах, так называемых, завальных озер, наиболее крупным из которых является озеро Сарез с объемом более 16 км3, а также завальные плотины в бассейне реки Шахимардансай, вызвавшие человеческие жертвы в Узбекистане и Кыргызстане в 1998 году, вновь напомнивших о необходимости уделения серьёзного внимания естественным водоёмам в регионе. Поэтому контроль и надзор за техническим состоянием и безопасностью работы гидротехнических сооружений с разработкой безотлагательных мер по их восстановлению с целью увеличения срока службы находится под постоянным вниманием нашего государство. Этим обусловлена необходимость развития нормативно-правового регулирования вопросов безопасности крупных гидросооружений, в том числе и введения в 1999 году закона Республики Узбекистан "О безопасности гидротехнических сооружений". Главная цель закона "О безопасности гидротехнических сооружений" — обеспечение защиты жизни, здоровья и имущества граждан, а также имущества предприятий, предотвращение разрушения зданий и сооружений, размыва почвы, опасных изменений уровня подземных вод и нанесения иного вреда в результате аварий гидротехнических сооружений. Поэтому действие закона распространяется на все гидротехнические сооружения, аварии которых могут создать чрезвычайные ситуации, сопровождающиеся угрозой жизни и здоровья людей, нарушением условий их труда и жизнедеятельности. Законом Республики Узбекистан "О безопасности гидротехнических сооружений" введена система обеспечения безопасности гидротехнических сооружений, основанная на мировом и отечественном опыте, в частности на многолетнем опыте, накопленном в стране, которая включает: -разграничение функций Правительства, органов исполнительной власти, органов государственной власти на местах и эксплуатирующих организации по обеспечению безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений; -установление основных обязанностей эксплуатирующих организаций; -осуществление государственного надзора за безопасностью гидротехнических сооружений при их проектировании, строительстве и эксплуатации; -декларирование безопасности гидротехнических сооружений; -ведение Кадастра гидротехнических сооружений; -установление ответственности за нарушение законодательства о безопасности гидротехнических сооружений. Главной целью государственного регулирования обеспечения безопасности гидротехнических сооружений является предупреждение аварий путем а) совершенствования правил и норм проектирования, строительства и безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений, б) осуществления государственного надзора за выполнением правил и норм эксплуатации гидротехнических сооружений эксплуатирующими организациями, а также надзора за деятельностью иных лиц, которая может привести к снижению уровня безопасности гидротехнических сооружений; в) наблюдения и анализа состояния сооружений и оснований, своевременного обнаружения и устранения тех их дефектов, которые при дальнейшем развитии могут привести к полной или частичной потере работоспособности объекта и возникновению чрезвычайной ситуации; г) подготовки персонала к выполнению противоаварийных мероприятий и действиям в условиях локализации и ликвидации чрезвычайных ситуаций, а также создания необходимых для этого материальных и финансовых резервов. Общим принципом, лежащей в основе Закона является, установления принципа ответственности эксплуатирующей организации гидротехнических сооружений за обеспечение безопасности объекта и поддержание его в безопасном состоянии. На орган государственного регулирования возлагается ответственность за обеспечение безопасности путем принятия норм безопасности гидротехнических сооружений, которыми должен руководствоваться эксплуатирующая организация, и мониторинга действий эксплуатирующей организации гидротехнических сооружений в этом направлении. Это означает, что обязательные положения нормативно-правовой базы обеспечения безопасности плотин нацелены на решение этих основных задач. В течение последних лет с введением государственного регулирования обеспечения безопасности гидротехнических сооружений и Закона Республики Узбекистан «О безопасности гидротехнических сооружений» все больше уделяется внимание учета фактора безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений, что позволило избежать крупных аварий на них. Постановлением Кабинета Министров от 30 марта 1999 года №143 осуществление государственного надзора за безопасностью ГТС возложено на Госинспекцию «Госводхознадзор». Принятым постановлением на орган надзора возлагаются: контроль и надзор за техническим состоянием и безопасной работой ГТС с учетом их класса; организация декларирования безопасности ГТС; формирование и ведение Кадастра ГТС; проверка состояния и условий эксплуатации ГТС; разработка и утверждение норм и правил безопасной эксплуатации и критериев безопасности. За этот период осуществлена подготовка нормативно-правовых и нормативнометодических документов, регламентирующих обеспечение безопасности ГТС с учетом их класса, особенностей назначения, конструкции и условий эксплуатации, а также специальных требований к их безопасности. Создана структура органа надзора, развернута работа по декларированию безопасности и ведению кадастра ГТС, находящихся в эксплуатации. Особое внимание было уделено целенаправленному обследованию Госводхознадзором технического состояния крупных и особо важных водохозяйственных объектов. За прошедший период обследовано более 233, проведена диагностика технического состояния 43 объектов, осуществляется наблюдения геодезическими методами за деформациями плотин на 42 водохранилищах и гидроузлах. Также проведены другие работы по определению и своевременному устранению факторов риска опасности, влияющих на надежность технического состояния и безопасную работу крупных и особо важных водохозяйственных объектов. Составлены кадастры на 223 крупные и особо важные водохозяйственные объекты из 273 подконтрольных объектов. Большое значение для предупреждения чрезвычайных ситуаций в результате аварий гидротехнических сооружений имеет постоянное взаимодействие эксплуатирующих организаций с территориальными органами управления по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям и органом государственного надзора. В этой связи, между этими органами налажены взаимодействия по информированию органов ГО, ЧС и надзора об опасных изменениях состояния гидротехнических сооружений и угрозы аварий, по поддержанию в постоянной готовности локальных систем оповещения об опасностях чрезвычайных ситуаций, по подготовке планов противоаварийных мероприятий и другие. Следует отметить, что обеспечение безопасности гидротехнических сооружений зависит в первую очередь от квалификации работников эксплуатирующих организации, строительных и проектных организаций, органов государственного надзора, а также от качества выполнения ими действующих законодательных, нормативных правовых и нормативно-технических документов. Разработка и введение в действие этих документов, обучение работников предприятий и организаций, организация государственного надзора является важнейшей задачей на первой стадии реализации Закона. Реализация в нашей стране государственное регулирование обеспечения безопасности гидротехнических сооружений, осуществление диагностических работ технического состояния сооружений с оценкой их безопасности, ведение мониторинга безопасности крупных и особо важных водохозяйственных объектов и других функций по обеспечению безопасной их эксплуатации позволило снизить уровень риска их аварий. Необходимо иметь виду, что своевременная профилактика возникновения природных и антропогенных ситуаций намного экономичнее и эффективнее, чем ликвидация возможных потерь от природных, техногенных и экономических катастроф. Всякое сооружение подвержено воздействиям различных природных, технологических и временных факторов снижения их работоспособности и эксплуатационную надежность. Всегда следует помнить, что самая совершенная ирригационная или мелиоративная система, в которой учтены новейшие достижения науки и техники, самая рациональная схема компоновки может оказаться малоэффективной, если система не будет эксплуатироваться на достаточно высоком техническом уровне. Только правильная и рациональная эксплуатация позволит максимально использовать все совершенные идеи, заложенные в проекте, обеспечит высокую безопасность и надежность всех ее элементов в течение срока его эксплуатации.