Инженерный мониторинг технического состояния водохозяйственных сооружений

1.

ИНЖЕНЕРНЫЙ МОНИТОРИНГ
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
ВЫПОЛНИЛ СОЛОВЬЁВ М.А. ДВ-412

2.

ЗАДАЧИ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА
• Прогнозирование и предупреждение аварийных ситуаций путем контроля за отклонениями
текущих значений от нормативных.
• Непрерывность сбора, передачи и обработки информации о значениях параметров
процессов обеспечения функционирования объектов.
• Формирование и передачу формализованной оперативной информации о состоянии
технологических систем и изменении состояния инженерно-технических конструкций
объектов в дежурные и диспетчерские службы объекта.
• Формирование и передачу формализованного сообщения о ЧС на объектах.
• Автоматизированное оповещение о произошедшей аварии, чрезвычайной ситуации и
необходимых действиях по эвакуации.
• Автоматизированное оповещение соответствующих специалистов, отвечающих за
безопасность объектов.
• Документирование и регистрацию аварийных ситуаций, а также действий дежурных и
диспетчерских служб объектов.

3.

Схема 1. Система мониторинга озера Байкал

4.

ОРГАНИЗАЦИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МОНИТОРИНГА
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ И
СООРУЖЕНИЙ
Система мониторинга инженерных конструкций, инженерных систем программно-технический комплекс, осуществляющий в режиме реального времени
контроль над изменениями состояния оснований, строительных конструкций зданий и
сооружений, сооружений инженерной защиты, зон схода оползней в зоне строительства и
эксплуатации с целью предупреждения чрезвычайных ситуаций.
Обострение проблемы наводнений непосредственно связано с прогрессирующим
старением основных фондов водного хозяйства вследствие постоянного уменьшения
объемов капиталовложений в водную отрасль в течение последних десяти лет.
Мониторинг водных объектов является частью общего мониторинга состояния
окружающей среды, и осуществляется от на разных уровнях, в зависимости от масштабов
исследуемого объекта.

5.

ПОДСИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА
• система связи и управления в кризисных ситуациях (СУКС) – обеспечивает связь и
управление подразделениями ликвидации последствий аварий, ЧС, пожаров, в том числе
вызванных террористическими актами, и включает: систему оперативной, чрезвычайной
телефонной связи; систему оперативной радиосвязи городских служб безопасности и
экстренных служб;
• система сбора данных и передачи сообщений (ССП) – осуществляет сбор, обработку данных
от подсистем СМИС, инженерных систем объекта (системы жизнеобеспечения, системы
безопасности и связи, системы противопожарной защиты) и информирование дежурных служб
объекта и ЕДДС о возможности возникновения и возникновении аварийных, чрезвычайных
ситуаций, пожаров;
• система мониторинга инженерных (несущих) конструкций, опасных природных процессов
и явлений (СМИК) – осуществляет автоматический мониторинг в режиме реального времени
изменения состояния оснований, строительных конструкций зданий и сооружений; сооружений
инженерной защиты, зон схода селей, оползней, лавин в зоне строительства и эксплуатации
объекта мониторинга с целью предупреждения чрезвычайных ситуаций.

6.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ И
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНОГО МОНИТОРИНГА
Этапы проектирования при создании контрольно-измерительных комплексов:
• разработка проекта и мероприятий по устранению аварийных ситуаций, по ремонту и
реконструкции природоохранных сооружений;
• разработка проекта установки дополнительной контрольно-измерительной аппаратуры
или ее восстановления (если в этом возникла необходимость);
• разработка проекта размещения и установки контрольно-измерительной аппаратуры
(если ранее она не была предусмотрена), а также программы наблюдения;
• участие в анализе результатов наблюдений и обследований состояния сооружений в
экстраординарных обстоятельствах.

7.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ, КОНТРОЛИРУЮЩИХ СОСТОЯНИЕ
БЕТОННЫХ ПЛОТИН
В настоящее время на каждом гидроузле существует своя система экспертных оценок
состояния плотин, исторически сложившаяся на основе выводов отчетов по натурным
наблюдениям и исследованиям, выполнявшихся различными НИИ и проектными организациями.
Такие понятия, как устойчивость, прочность и долговечность, в виде зависимостей и
коэффициентов запаса лежат в основе проектирования гидротехнических сооружений (СНиП).
Но эти нормативные зависимости, определяющие реакцию плотины и основания на проектное
сочетание нагрузок, в натуре часто изменяются. Целью диагностики работы сооружения по
данным натурных наблюдений является оценка устойчивости, прочности и долговечности по
контролируемым параметрам и на этой основе корректирование расчетных моделей,
позволяющих совместно с анализом натурных данных судить о надежности бетонных плотин,
необходимости их ремонта или вывода из эксплуатации.

8.

Основой мониторинга состояния гидротехнических сооружений являются регулярные комплексные
инструментальные и визуальные наблюдения за диагностическими показателями их состояния в период
эксплуатации. Основу технической системы мониторинга составляют: приборные измерительные
устройства (ИУ), контрольно-измерительная аппаратура (КИА), автоматизированные (АС, АСО, АСДК)
и информационно-диагностические (ИДС) системы для получения, обработки и оценки достоверной
оперативной информации наблюдений, информации о работе и состоянии сооружения.
Состав и объем натурных наблюдений, определяемые нормативными документами, зависят от
класса капитальности сооружения, геолого-структурных особенностей основания гидроузла, экологии и
т.д.
Организация
натурных
наблюдений
регламентирована.
На каждом гидроузле осуществляются визуальные и инструментальные наблюдения, объем
инструментальных наблюдений зависит от класса капитальности.
На высоких плотинах I класса обязательно осуществляются температурные, тензометрические
наблюдения за напряженным состоянием бетона и основания, контролируется раскрытие
конструктивных и строительных швов. На схеме 1 представлены виды натурных наблюдений,
проводимых на высоких бетонных плотинах; в табл. 1 приведены состав натурных наблюдений, способы
и средства измерения для контроля эксплуатационной надежности бетонных плотин.

9.

Схема 2. Виды натурных наблюдений за бетонными плотинами

10.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ
ИНЖЕНЕРНОМ МОНИТОРИНГЕ ВХС
К обязательным инструментальным наблюдениям относятся геодезические наблюдения,
контролирующие деформирование геологической среды, основания и тела плотины, и фильтрационные,
оценивающие фильтрационный режим в плотине и основании.
Совокупность гидротехнических сооружений для совместного решения комплексных задач
называют гидроузлом. Составными частями крупного гидроузла являются: плотина железобетонная с
водосливом и глухая земляная; гидроэлектростанция (ГЭС); сооружения для прохода судов (аванпорт,
шлюзы или судоподъемники, судоходные каналы); сооружения для пропуска рыбы (рыбоподъемники,
ступенчатые рыбоходы); водохранилище с водозаборами и магистральными каналами для орошения земель
и водоснабжения.
По возможности гидроузел используют как мостовой переход, проектируя по нему железную и
автомобильную дороги.
Плотина делит реку на две части - верхний и нижний бьефы, образует в верхнем бьефе
водохранилище и создает напор Н как разность уровней верхнего и нижнего бьефа. На равнинных реках
обычно строят массивные гравитационные плотины прямолинейного типа. На горных реках возводят
арочные криволинейные плотины, работающие как система упругих арок, опирающихся на скальные
берега.

11.

Диагностируемое состояние: деформирование плотины и массивов, ее вмещающих; геологоструктурные особенности геологической среды
Способы и средства измерений: нивелирование (геометрическое, тригонометрическое,
гидростатическое); створные измерения (струнный, оптический створы); триангуляция,
полигонометрия, сети из вытянутых треугольников и т.д.; отвесы (прямые, обратные)
Контролируемые параметры: планово-высотные перемещения геодезических знаков;
плановые (горизонтальные) перемещения характерных точек плотины
Состояние плотины неотделимо от геологической среды, в которую вписан гидроузел. В давно
эксплуатируемых сооружениях не предусмотрен контроль за влиянием геологической среды на
сооружение. На основе ретроспективного анализа натурных данных следует обосновать объем
наблюдений за геодинамическими процессами. В случае обнаружения воздействий горных массивов
на состояние плотины разрабатывается специальная программа натурных наблюдений.

12.

Схема 3. Схема равнинного гидроузла
1 - верхний бьеф; 2 - нижний бьеф; 3 - аванпорт; 4 - судоходный шлюз; 5 - нижний подходный канал;
6 - земляная плотина; 7 - бетонная водосливная плотина; 8 - здание ГЭС; 9 - турбина и генератор

13.

Параметры надежной работы бетонной плотины: планово-высотные перемещения
геодезических знаков; плановые (горизонтальные) перемещения характерных точек плотины
Диагностические параметры (признаки): осадка, воронка оседания, деформации скальных
массивов (крип, оползни, сближение берегов); горизонтальные перемещения тела плотины, упругая
линия (прогибы)
Совокупность диагностических признаков должна характеризовать отличие проектного
фильтрационного режима от фактического и выявить основные диагностические зависимости,
определяющие связь между действующими нагрузками, состоянием геологической среды,
основанием и параметрами фильтрационного режима.
По этим контролируемым параметрам составляются диагностические параметры и
признаки, позволяющие определить:
• размеры воронки оседания и ее изменения во времени;
• деформированное состояние берегов (оползни, крип, сближение);
• состояние тектонических трещин и разломов в районе гидроузла.

14.

ОПЕРАТИВНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И
КОНСАЛТИНГОВАЯ СЛУЖБА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВХС
Использование аэрокосмических измерений в инженерной геодезии обусловили развитие
совершенно нового вида получения мониторинговой информации и расширили область
применения геоинформационных систем.
Геоинформационная система (ГИС) — система сбора, хранения, анализа и графической
визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации о
необходимых объектах.
Понятие геоинформационной системы также используется в более узком смысле — как
инструмента (программного продукта), позволяющего пользователям искать, анализировать и
редактировать как цифровую карту местности, так и дополнительную информацию об объектах.

15.

По территориальному охвату геоинформационные системы подразделяют на глобальные,
субконтинентальные, национальные, зачастую имеющие статус государственных, региональные,
субрегиональные, локальные, или местные. В некоторых случаях такие территориальные ГИС
могут быть размещены в открытом доступе в сети Интернет и называются геопорталами.
Также геоинформационные системы могут быть классифицированы по проблемной
ориентации — решаемым научным и прикладным задачам. Таковыми задачами могут быть
инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и
планирование, поддержка принятия решений, геомаркетинг. Кроме того, интегрированные
геоинформационные системы совмещают функциональные возможности и систем цифровой
обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде.
Различают также:
• полимасштабные, основанные на множественных или полимасштабных представлениях
пространственных объектов, обеспечивая графическое или картографическое воспроизведение
данных на любом из избранных уровней масштабного ряда на основе единственного набора
данных с наибольшим пространственным разрешением;
• пространственно-временные геоинформационные системы, оперирующие пространственновременными данными.

16.

Консалтинг - деятельность специальных подразделений по консультированию хозяйств,
производителей, водопользователей различных форм собственности в области экспертной,
технической и экономической деятельности.
Консалтинговые службы предоставляют услуги по исследованию и прогнозированию:
водообеспеченности источника; по оценке природно-климатических условий региона
хозяйственной деятельности. Кроме того, может предоставляться информация о состоянии рынка
сельхозкультур, производственных услуг, лицензий, ноу-хау и так далее; по разработке и
проведению маркетинговых программ.

17.

СОЗДАНИЕ БАНКА ДАННЫХ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНОЭКОНОМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ НА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ
ОБЪЕКТАХ
Построение комплексного инженерного мониторинга состоит из нескольких
этапов:
• формирование локальных баз данных (совокупность численных значений,
организованных в соответствии с концептуальной структурой технико-экономических
расчетов и поддерживающих одну или более областей применения)
• создание системы управления базами данных (СУБД) - совокупность программных и
лингвистических средств общего или специального назначения и формируется банк
данных - автоматизированная информационная система централизованного хранения и
коллективного использования данных.

18.

К основным методам первичной статистической обработки относятся: вычисление мер
центральной тенденции и мер разброса (изменчивости) данных.
Первичный статистический анализ всей совокупности полученных исследовании данных
дает возможность охарактеризовать ее в предельно сжатом виде и ответить на два главных вопроса:
какое значение наиболее характерно для выборки;
велик ли разброс данных относительно этого характерного значения, т. е. какова
«размытость» данных.
Для решения первого вопроса вычисляются меры центральной тенденции, для решения
второго – меры изменчивости (или разброса). Эти статистические показатели используются в
отношении количественных данных, представленных интервальной или пропорциональной шкале. в
порядковой,
1.
2.
Так как множественные явления наблюдаются не только в обществе, но и в природе, то
естественно, что статистический способ наблюдения нашел применение и для изучения явлений
природы. Типичным примерам статистических наблюдений в лесоводстве являются разного рода
перечеты, в том числе и лесотаксационные.

19.

Понятие «банк данных» для прикладных эксплуатационных расчетов включает:
• организацию, формирование, ведение, обеспечение учета, систематизацию и хранение
гидрогеологической, гидрологической, почвенно-мелиоративной, гидрометеорологической
информации, а также технологической информации о природоохранных и эксплуатационных
объектах.
• ведение и пополнение: цифровой информацией территориального банка о природных объектах;
реестра лицензирования недро- и водопользования; сведений о результатах деятельности
государственного контроля, экспертизы и охраны природных ресурсов.
Базы данных для системы поддержки принятия решений. В состав банка данных входят
одна или несколько баз данных, справочник баз данных, а также библиотеки запросов
и прикладных программ. Базы данных пополняются за счет обработки информации всех видов
мониторинговых наблюдений и измерений методом статистического анализа, а также проведения
водохозяйственных, статических, гидравлических и технико-экономических расчетов.

20.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗЫСКАНИЙ НА ВХС
Основные задачи производственных исследований:
• проведение исследований, инженерных расчетов,
• проектирование конструкций, технологических процессов, форм и методов организации
производства,
• экспериментирование, экономические расчеты и обоснования.
Задачи анализа определить обеспеченность предприятия и его структурных
подразделений основными средствами и уровень их использования по обобщающим и частным
показателям. Оборотные средства это совокупность денежных средств, авансируемых для создания
оборотных производственных фондов и фондов обращения, обеспечивающих непрерывный
кругооборот денежных средств. Главными задачами анализа оборотных средств, являются правильные
оценки начального состояния и динамики его дальнейшего развития.

21.

ПРОСТИТЕ, ЧТО ПРОПУСТИЛ
ЛЕКЦИЮ №4, ОЛЕГ ВИКТОРОВИЧ!