Введение. Сотрудники ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова, в рамках рабочих командировок, проходивших в периоды с 11 по 25 мая, а также с 8 по 31 июля 2022 г., провели ряд научных исследований на хозяйственном участке, в составе Петровско-Анастасиевской оросительной системы (ПАОС) управления «Кубаньмелиоводхоз». Цель работ заключалась в определении состояния рисовых мелиоративных систем и входящих в них ГТС, для решения задач по управлению водными ресурсами бассейна Нижней Кубани в условиях их дефицита. Одной из задач проведения экспедиционных исследований на хозяйственном участке являлось обследование гидромелиоративной системы. Подобные исследования, со сходными целями и задачами, были проведены в 2021 г. в хозяйстве ООО «Калининское» [1].
Исследуемый участок арендуется индивидуальным предпринимателем, и в 2022 году был полностью занят рисом. Предшествующие культуры не были известны, в связи с эксплуатацией данного участка первый год новым собственником. Площадь чеков на исследуемом участке – 223 га. Тип затопления чеков - укороченный. Для выращивания риса применяется компоновка чеков краснодарского типа, которая характеризуется крупными чеками площадью 5-7 га, с качественной планировкой поверхности, правильной конфигурацией и возможностью перехода машин с прицепными агрегатами через валики. Источником орошения является река Кубань, вода на орошение подаётся магистральным каналом ПАОС. Из магистрального канала насосная станция № 11 перекачивает воду в оросительные каналы хозяйственных участков. Схема движения воды показана на рисунке 1, где синим цветом обозначены оросительные каналы, а жёлтым - сбросные.
Рис.1 Схема подачи и сброса воды на рисовые чеки хозяйства.
Материалы и методы исследования. Результаты работ были получены по проведённым рекогносцировочным обследованиям и внешнему визуальному осмотру ГТС на исследуемом участке. Для фиксирования состояния ГТС использовались смартфоны с камерой. Промеры створов проводились в доступных местах, до 240 см глубиной, с наименьшим зарастанием откосов и доступными спусками к воде. При промерах использовалась геодезическая рейка и, для обозначения отметок вертикалей, верёвочный канат с шагом в 1 м. Фиксировались значения: ширины канала по верху и по низу, глубина канала относительно ширины по верху, ширина и коэффициент заложения двух откосов.
Для оценки работоспособности оросительного канала Р-22-2 был применён алгоритм анализа, разработанный в лаборатории безопасности ГТС мелиоративного комплекса ВНИИГиМ им. А.Н.Костякова «Алгоритм анализа гидромелиоративной системы с целью выявления причин изменения (снижения) эксплуатационной надежности и производительности, возникших в процессе эксплуатации» [2].
Результаты исследования и их обсуждение. Внутрихозяйственный оросительный канал Р-22-2, протяжённостью 1,7 км, разделён на 3 участка транспортными переездами. По длине канала были промерены створы в местах водоприёмников, водовыпусков и по центру участков. Обследование показало, что канал Р-22-2 находится в неудовлетворительном состоянии. На всех отрезках наблюдаются идентичные явления: заиление русла, зарастание откосов, старение и разрушение ж/б конструкций. Всё это привело к значительному снижению КПД исследуемого участка гидромелиоративной сети. Затраты на орошение площадей исследуемого участка с каждым годом будут только расти, как и нагрузка на каналы, в связи с увеличением количества подаваемой воды [3,4,5]. Современное состояние канала Р-22-2 отображено на рисунке 2.
Рис. 2. Состояние канала Р-22-2 в 2022 г.
По результатам обследований выполнен предварительный анализ работоспособности и эксплуатационной надёжности оросительного канала Р-22-2. Анализ не является полным и законченным, это связано с отсутствием полной информации о нормах орошения площадей участка, необходимой проектной документации гидротехнических сооружений, а также отсутствием достоверных данных по измерению и учету воды, подаваемой на хозяйства от НС №11.
Анализ канала Р-22-2.
1. Назначение канала: оросительный, распределяющий, внутрихозяйственный канал Р-22-2.
2. Длина канала: 1,7 км;
3. Конфигурация канала (реальная):
- ширина по дну от 2 до 4 м;
- ширина по верху от 8 до 10 м;
- глубина канала до 2,3 м.
Конфигурация по приведённым параметрам варьирует в указанных пределах, в связи с наличием «узких мест», в которых наблюдается заиление и изменение геометрических параметров русла, под воздействием турбулентных потоков воды. Канал был выполнен с трапецеидальным поперечным сечением, но сохранилось оно только в створе, где установлены цельные ж/б плиты на откосах и дне канала. Практически профили по длине имеют неправильную форму, особенно в местах турбулентных движений потока воды [6]. На изменения сечения повлияли следующие факторы: выполнение канала в земляном русле, заиление русла, произрастание водных растений, отсутствие со времени введения в эксплуатацию канала ремонтных работ на исследуемом участке.
4. Сведения по потребности в воде для орошения: затапливаемые площади, мощность слоя воды, кубатура по срокам и т.д. Затапливаемые площади составляют 223 га рисовых чеков, с требуемым поддержанием слоя воды не менее 10 см до периода прорастания. Затем осуществляется сброс воды для обработки пестицидами. Повторное наполнение и поддержание слоя воды от 10 см производится до периода восковой спелости, когда подача воды постепенно прекращается, а сброс повышается.
5. Характеристика водоподачи в гидромелиоративную систему. За вегетационный период в 2022 г. арендатор запросил подачу воды в объёме 14 000 м3/га. Следовательно, за вегетационный период на рисовые чеки хозяйства было подано 3 122 000 кубометров воды. В этот объём воды входят все потери воды на транспортировку, испарение, транспирацию и пр. Следует отметить, что воду хозяйствам распределяет Управление «Кубаньмелиоводхоз», и только на НС №11, подающей воду в каналы, имеются средства измерения расходов и поддерживаемых уровней в нижнем и верхнем бьефах у станции. Арендатор своих средств измерений расходов воды не устанавливал, контролируются лишь уровни воды по установленным в каналах и чеках рейкам с отметками высоты. Такой способ контроля водоподачи не является надёжным, так как со временем геометрия каналов меняется, кроме того, при неправильном планировании чеков рейка с отметками глубины перестает достоверно отображать реальные значения для всего канала, чека.
6. Места интенсивной фильтрации. Место интенсивной фильтрации обнаружено в конце канала, где, из-за большого уклона местности, глубина воды в канале равна высоте бровок канала. Фильтрация наблюдается в районе транспортного переезда, полностью смачивая его с образованием луж на поверхности. Фильтрат выходит в рисовые чеки, при этом разрушая валик чека.
7. Места зарастания профиля канала. Зарастание водной растительностью и тростником присутствует по всей длине канала, особенно сильно заросли откосы от самого дна канала до бровок канала. Покос растительности производится на транспортном проезде и в местах спуска к каналу. Древесная и кустарниковая растительность на самих каналах не произрастает, но присутствует в местах транспортных переездов через трубчатые регуляторы в небольшом количестве, 2-3 штук на каждом месте.
8. Места перелива воды через гребень канала при различных расходах. На заключительном створе канала Р-22-2, где уровень воды поднимается до бровок канала, возникает перелив, сопровождаемый промачиванием около 100 м дорожного проезда.
9. Места интенсивного зарастания откосов канала деревьями. Места интенсивного зарастания откосов канала деревьями не обнаружены.
10. Разработка, на основании результатов анализа, а также сравнения проектных показателей с реальным состоянием сооружений, комплекса мер, необходимых для восстановления работоспособности и надежности ГМС. Для разработки комплекса мер по восстановлению работоспособности и надежности на участке ГМС ПАОС, требуется изучить проектные значения основных характеристик канала и, на основании более глубокого и полного анализа, предложить конкретные решения по проведению необходимых ремонтных мероприятий на канале. Возможно, для достижения приемлемого уровня работы канала, достаточно ограничиться удалением растительности и доведением профиля канала до проектных значений путем очистки.
Сбросные каналы на исследуемом участке выполнены без крепления откосов. Глубина каналов возрастает при движении от источника водоподачи к головному коллектору. Это объясняется тем, что до начала работ по строительству ПАОС участок был заболочен. С целью снижения уровня грунтовых вод, сначала были вырыты осушительные каналы большой глубины. В настоящее время эти каналы заросли водными растениями и значительно заилены, глубина залегания ила вплоть до 1 м. На рисунке 3 изображен сбросной внутрихозяйственный канал, который впадает в отводящий канал С-22-5. Уровень воды в сбросных каналах поддерживается за счёт фильтрации воды из рисовых чеков. В момент проведения исследований на канале С-22 проводились работы по очистке русла от иловых отложений. На правом берегу канала, с помощью экскаватора с обычным ковшом для выемки грунта, образовали насыпь высотой более 2 м по всей длине канала. Исследование на этом канале были не безопасны, в связи с отсутствием доступного спуска к воде и отсутствия страховочного снаряжения.
Рис 3. Место впадения внутрихозяйственного канала в сбросной канал С-22-5
Выводы. Проблемы эксплуатации исследуемого участка рисовой мелиоративной системы заключаются в высокой степени износа. За более чем 60 летний период эксплуатации канала, реконструкция или ремонт ключевых элементов системы не проводились. Основные наблюдаемые явления по снижению КПД мелиоративной сети на участке следующие:
1. Заиление оросительных и сбросных каналов, до 10 см в оросительных и до 1 м в сбросных.
2. Активное зарастание водными растениями дна каналов и откосов. Эта проблема практически не решается. Наблюдается лишь покос травы на транспортных переездах и в местах регулирования водоподачи, для доступа к винтовым механизмам подъема затворов.
3. Старение и разрушение ж/б конструкций, действующих со времени введения оросительной системы в эксплуатацию. Куски бетона не удаляются со дна канала, их скопления наблюдаются по ходу течения воды в 2-3 м от места разрушения конструкции.
4. Изменение геометрических параметров сечения каналов в результате их заиленности и местах турбулентных потоков воды. Трапецеидальная форма сохранена лишь в месте установки ж/б плит на дне и откосах канала. В других створах форма сечения неправильной формы и трудноопределима из-за слоя иловых отложений.
Заключение. Для разработки комплекса мер, необходимых для восстановления работоспособности и надежности ГМС, необходимо изучить проектные значения основных характеристик канала и на основе более глубокого и полного анализа предложить конкретные решения по проведению необходимых ремонтных мероприятий на канале [3]. Представляется, на период до проведения капитального ремонта или реконструкции, достижение приемлемого уровня работы канала возможно путем удаления растительности и приближения профиля русла до проектных значений [7].
