Д.с.-х.н. Балгабаев Н.Н., Баджанов Б.М.

доктор PhD, Ибраев Т.Т., Шайдуллина Е.Г.

Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства,

г. Тараз, Республика Казахстан

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ КОМПЛЕКСЫ ПО МОНИТОРИНГУ СОСТОЯНИЯ ГТС

Оценка существующего состояния гидротехнических сооружений необходимо для обеспечения его безопасной эксплуатации, предотвращение угрозы жизни, деятельности населения и экономических территорий от вредного воздействия окружающей среды, так как предполагаемая возможность накопления перед их напорным фронтом больших объемов поверхностных вод предопределяет угрозу нижерасположенным населенным пунктам и экономическим территориям.

Несмотря на накопленный опыт проектирования, изысканий, расчета и строительства гидротехнических сооружений, улучшение качества материалов, средств контроля, а также повышение общего уровня знаний и инженерных решений, опасность серьезных аварий и ЧС на ГТС и по берегам рек нельзя исключить и в будущем. В связи с этим остается потенциальная угроза для жизни населения, проживающего ниже гидросооружения. Чтобы избежать негативных последствий и жертв от наводнений и волн прорыва необходимо создание оперативной системы мониторинга безопасности водохозяйственных сооружений и защиты территорий от вредного воздействия вод.

Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений, с учетом международного опыта, представляется как системный процесс, включающий ряд взаимосвязанных процедур, ориентированных на предотвращение аварийных ситуаций, локализацию аварий при их возникновении, а также устранение их последствий. Меры предупреждения аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях должны рассматриваться как непрерывная совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых этапов от проектирования, строительства и эксплуатации и до эффективного управления этими объектами. Основой этому, могут служит комплексные методы анализа состояния гидротехнических сооружений с использованием данных космического и наземного мониторинга

Наземный мониторинг ГТС несколько шире, чем космический и он, наряду с результатами, получение которых возможно дистанционными методами, позволяет осуществлять более широкий спектр наблюдений, который касается в значительной степени непосредственно плотин. Пример разворачивания такой системы приведен на рисунке 1.

Современные методы наземного мониторинга и состав инструментального обеспечения за состоянием ГТС используемые в Казахстане не учитывает сегодняшнее состояние и развитие систем измерения, в том числе и геодезического плана

Рисунок 1 - Элементы системы DC3 дистанционного

и наземного мониторинга ГТС

Так, современные средства спутникового позиционирования, такие как GPS-измерения (рисунок 2), позволяющие отслеживать контроль положения точек на теле плотины (на открытых участках) в режиме постоянного слежения с максимально доступной скоростью измерения положения до 20 раз в секунду. Такие, стационарно установленные в ответственных местах плотин GPS-приемники, без дополнительных затрат трудовых ресурсов могут в значительной степени сократить объем обязательных геодезических наблюдений в разы и при этом осуществлять контроль положения контрольных точек практически в непрерывном режиме. Система может быть оснащена базовой (1) и контрольной (2) станциями спутникового мониторинга, оптико-электронной станцией (3) в виде роботизированного тахеометра, сети коммуникаций (радио, интернет,GSM, оптоволокно) и центра управления системы с программным комплексом DC3

Рисунок 2 - Схема расположения различных датчиков

на поверхности плотины

Для комплексного автоматизированного мониторинга ГТС в режиме реального времени с успехом используются системы производства фирмы TOPCON (Япония), включающие как GPS-системы, так и набор разнообразных датчиков, измеряющих вибрации, наклоны и другие виды деформаций, приведенная на рисунке 3. Измеренные параметры передаются по системе сбора и передачи информации в центр автоматизированной обработки, где накапливаются и обрабатываются в режиме реального времени. В случае опасного развития деформационных процессов система дает предупреждение. Такими системами оснащаются наиболее ответственные ГТС, аварии на которых могут повлечь большие человеческие жертвы и материальные убытки.

Рисунок 3 - Одно из компьютерных окон компоненты системы DC3

При обследовании земляных плотин и дамб важно выявить скрытые дефекты в теле и конструкциях сооружений ГТС, обнаружить водонасыщенные зоны и другие неоднородности или анамалий, влияющие на устойчивость ГТС. Для обнаружения таких дефектов возможно использование систем георадиолокация, основанные на электромагнитном методе геофизики, изучающее отклик среды на излучаемое электромагнитное поле. Принцип действия георадара основан на излучении сверхширокополосных наносекундных импульсов, приеме сигналов, отраженных от границ раздела сред, стробоскопической обработке принятых сигналов и последующим измерением временных интервалов между отраженными импульсами.

При перемещении георадара по поверхности исследуемой среды на экран монитора выводится совокупность сигналов (радарограмма или профиль), по которому можно определить местонахождение, глубину залегания и протяженность объектов. Так, георадарная съемка, осуществляемая с поверхности водоема (с лодки или другого плавсредства) позволяет картировать не только положение дна, но и определить структуру донных отложений и их мощность. Используя специальное программное обеспечение можно на основе профильных радарограмм получить объемную модель исследуемого объекта (рисунок 5).

Рисунок 4 - Водонасыщенная зона в теле дамбы. Съемка с различным разрешением (АБ-250 – сверху, АБ-150 – снизу)

Рисунок 5 - Георадиолоационное обследование

Восточного Удальцовского пруда (г. Москва)

Заключительным звеном будущей системы автоматизированного мониторинга ГТС должна стать информационно-диагностическая система (ИДС) представляющая собой систему по сбору, хранению, обработке визуализации показаний датчиков в различном виде, анализ полученных данных, структурирование и вычисление контролируемых показателей состояния, сопоставление их с критериями безопасности, что позволяет выполнять оперативную автоматическую диагностику состояния сооружений, а при необходимости и более полную диагностику безопасности сооружений с привлечением экспертов.

Список использованной литературы

1. Василевский А.Г., Тихонова Т.С. Методики экспертных оценок безопасности ГТС ГЭС на основе компьютерных технологий. // Гидротехническое строительство. 2001. №2.

2. Щербина В. И., Коган Е. А., Козлов Р. В., Герасимов Н.В., Тищенко А. А. Совершенствование системы мониторинга гидротехнических сооружений путем внедрения систем автоматизации КИА. // Гидротехническое строительство. 2009. №8.