Problems of technical exploitation and ecological safety of hydrotechnical facilities of irrigation systems

Abstract

In this work, we analyzed and studied the Ukrainian typical hydrotechnical structures of the ameliorative complex on soil materials. On the examples of such objects in Dnipropetrovsk oblast, we carried out research and determined the technical condition of the transporting (main irrigation canals) and regulating (retention ponds) hydrotechnical structures (HTS). The main factors and the reasons for the negative engineering-geological processes occurring in those structures and affecting the ecological balance of adjacent territories were determined. The study revealed that the long period of exploitation and absence of corresponding technical care have led to significant losses of irrigation water from the canals and retention ponds. Due to the systemic absence and low use of monitoring researchers, we have proposed the use of prompt and low-cost methods and means of technical diagnostics. The article presents the possibility of using a complex of geophysical methods of natural impulse magnetic field of the Earth and vertical electrical sounding for the purposes of technical diagnostics. The possibility of recording plots and parameters of zones of seepage deformations in the body and at the base of the structures was visually determined and instrumentally proven. This allows identifying the amounts of technical and material resources, stages and order of implementation of repair-restoration works. It was determined that share of the damaged zones accounts for 20 to 35% of the total length of the hydrotechnical structures depending on their type and parameters of the constructions. In such conditions, the estimated losses of water equal 17-22% of the total amount of the delivery. The surveys showed that further operation of HC poses an ecological threat because of significant worsening of quality of water resources. The article presents disturbing dynamics of change in the irrigated areas involving the danger of secondary salinization, sodification, alkalinization, and toxification as a result of watering. We indicated threatening changes in the structures of the areas irrigated with low-quality water, which, according to various indicators of danger, increased by 1.4 times regarding threat of secondary salinization and by 2 times regarding threat of sodification. We proposed and substantiated approaches to improving the general technical and technological level of functioning of ameliorative structures in the context of maintaining ecological balance and economic practicability of their further use, based on the principles of systemic optimization of complex technical-natural ecosystems.

В роботі розглянуті та досліджені типові для всього меліоративного комплексу України гідротехнічні споруди з ґрунтових матеріалів. На прикладі таких об’єктів у Дніпропетровській області, проведені дослідження та встановлено технічний стан транспортуючих (магістральні зрошувальні канали) і регулюючих (регулюючі басейни) гідротехнічних споруд (ГТС). Визначено основні фактори та причини негативних інженерно-геологічних процесів, які відбуваються в цих спорудах і чинять вплив на екологічну рівновагу прилеглих територій. Виявлено, що тривалий період експлуатації та відсутність належних технічних доглядів призводять до значних втрат поливної води з каналів і регулюючих басейнів. У зв’язку з системною відсутністю та низьким застосуванням моніторингових досліджень, запропоновано використання оперативних, достовірних та недорогих методів і засобів технічної діагностики. Представлена можливість застосування комплексу геофізичних методів природного імпульсного електромагнітного поля Землі та вертикального електричного зондування для цілей технічної діагностики. Візуально встановлено та інструментально підтверджено можливість фіксації ділянок та параметрів зон фільтраційних деформацій в тілі й основі споруд. Це дозволяє визначити об’єми технічних та матеріальних ресурсів, етапність та черговість реалізації ремонтно-відновлювальних робіт. Встановлено, що частка порушених зон складає від 20 до 35% загальної протяжності гідротехнічних споруд залежно від їх типу і параметрів конструкції. За таких умов розрахункові втрати води сягають 17-22% від сумарного об’єму подачі. Показано, що подальша експлуатація ГТС є екологічно небезпечною внаслідок значного погіршення якості водних ресурсів. Наведено загрозливу динаміку зміни зрошуваних площ за небезпекою вторинного засолення, осолонцювання, підлуження та інтоксикації внаслідок поливу. Відзначено загрозливі зміни в структурі площ политих водою низької якості, які за різними ознаками небезпеки збільшились від 1,4 рази за небезпекою вторинного засолення до 2-х разів за небезпекою осолонцювання. Запропоновано та обґрунтовано підходи з підвищення загального технічного і технологічного рівня функціонуючих меліоративних споруд за умови збереження екологічної рівноваги і економічної доцільності їх подальшої експлуатації, які базуються на принципах системної оптимізації складних техно-природних екосистем.