Обґрунтування захисних протипаводкових покриттів русел гірських річок

Currently, the design of protective coatings of mountain riverbeds is carried out without proper scientific and methodological substantiation. The designs of the coatings at the stage of their design are developed either with insufficient or with too much stock of their resistance to hydrodynamic loads. In the first case, this results in the destruction of the protective coating. In the second case, we have unnecessarily large construction costs. The aim of the study is to increase the technical reliability and cost-effectiveness of the projects of protective flood coverings of mountain rivers. The main task of the research is to develop a methodology for substantiation of technically reliable and economically feasible constructive solutions of protective flood coverings of mountain rivers and calculation of their parameters. Research methods. In this work systematic and analytical methods of investigating a complex of natural factors that influence the stability of fortifications of mountain river channels to hydrodynamic loads during the origin of floods are used. Research results. The scientific and practical result of this research is the methodology of substantiation of constructive solutions of protective coverings of mountain rivers and calculation of their parameters. The essence of the methodology and the scientific substantiation of its main provisions are described in 7 sections. In the first section, the methodical principles for determining the estimated flow of flood flow along the river are given. The flow of flood flow is the basis for the development of a draft flood control of the river bed.   In the second section, the methodical principles for determining the transverse sections of the river bed according to the parameters of the flood are given. In the third section, according to the criterion of ensuring the economic efficiency of project decisions, the methodical principles of determining the sequence of analysis and substantiation of alternative variants of constructive solutions of protective coatings are given. In the fourth section the methodical principles of determination of the river sections that do not require protective measures are given. In the fifth section, the methodical principles for calculating the protective coating of bulk rock materials are given. In the sixth section, based on the use of D. Bernoulli's equation, the methodical principles of the substantiation of the parameters of the flexible protective coating of the bound design are developed. In the seventh section, the methodical foundations of the justification of the parameters of the flexible protective cover of the bound design with the additional anchors are given. The method is proposed for practical application at the design stage of the design of flood protection systems.Розроблено методику обґрунтування конструктивних рішень та розрахунку параметрів захисних протипаводкових покриттів русел гірських річок. В основу методики покладено критерій стійкості захисних покриттів до розмивання та зрушення паводковим потоком розрахункової забезпеченості. Методика пропонується для практичного застосування на стадії розробки проектів систем протипаводкового захисту

Методика визначення оптимальних розрахункових величин забезпеченості паводків на стадії проектування протипаводкових систем

The problem of increasing the efficiency of investing in flood prevention activities by improving the design solutions of protective engineering systems is considered. The effectiveness of flood control systems projects is suggested to be estimated by the value of the investment return index for the construction and reconstruction of systems. To achieve the maximum index of return on investment, the methodological basis for selecting optimal design values ​​for flood security was developed and proposed for practical use at the design stage of flood control systems.Розглянуто проблему підвищення ефективності вкладення інвестицій в протипаводкові заходи шляхом удосконалення проектних рішень захисних інженерних систем. Ефективність проектів протипаводкових систем запропоновано оцінювати за величиною індексу дохідності інвестицій в будівництво та реконструкцію систем. Для досягнення максимального індексу дохідності інвестицій розроблено та запропоновано для практичного використання на стадії проектування протипаводкових систем методичні засади вибору оптимальних розрахункових величин забезпеченості паводків

Основні напрямки інноваційної діяльності з підвищення ефективності використання зрошувальних каналів

The problem of efficient use of irrigation canals in terms of their long-term operation and the need to increase irrigation сcapacity in Ukraine is investigated. From the standpoint of system analysis  the basic directions and methodical basis to solve this problem are given, taking into account the economic criteria, the technical condition of canals and harmful effects of filtration.Розглянуто проблему підвищення ефективності використання зрошувальних каналів в умовах їх довготривалої експлуатації і потреби збільшення обсягів зрошення в Україні. З позицій системного аналізу наведені основні напрямки та методичні засади рішення цієї проблеми з урахуванням економічних критеріїв, технічного стану каналів та наслідків шкідливої дії фільтрації

Amaranth nutritional properties assessment based on potassium and nitrate concentration in tissues

The chemical composition of plants of amaranth belonging to various species is determined genetically to a great extent. The concentration of mineral nutrients in amaranth tissues may influence the quality of food and fodder raw stuff. We studied the potassium and nitrate concentration in the tissues of the plants of four amaranth species grown in Western Siberia in similar rainfed conditions. We suggest using the ratio "potassium concentration/nitrate concentration" in the biomass of the plants under study as an additional indicator of their nutritional properties. The content of potassium in A. Hypochondriacus and A. tricolor dry weight was about 900 mEq/kg, in the tissues of A. Retroflexus-600 mEq/kg, in the tissues of A. Cruentus-455 mEq/kg. The maximal value of the mean nitrate content in dry matter for A. Cruentus was 105.9 mEq/kg. The content of nitrates in A. tricolor tissues was 80 mEq/kg, and in A. Retroflexus tissues-40 mEq/kg. The minimal content of nitrates was registered in the sample of the dry matter of the plants of A. Hypochondriacus-about 24 mEq/kg. The ratio "potassium concentration/nitrate concentration" in the plants of A. Hypochondriacus ran up to a multiple of 45, in A. Retroflexsus-16.4, in A. tricolor-10.8, and in A. Cruentus-4.5. A. Hypochondriacus has the highest feeding value compared to other amaranth species, with soil conditions being similar, without watering and fertilizers. The indicator "potassium/nitrate" can be used for express assessment of amaranth nutritional properties

СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ПАВОДКІВ ТА ПРОТИПАВОДКОВИХ ЗАХОДІВ

The problem of floods and conceptual issues of flood protection based on system analysis was considered. It is well-known that floods are among the most dangerous natural phenomena that have accompanied mankind since ancient times. Taking into account the global and multifaceted nature of the flood problem, there is a need to apply a systematic approach to its solution. The main areas in which the problem of floods has been systematically studied and solved in previous years were highlighted. It was found out that the most relevant is the area of developing the concept of flood protection. For the convenience of systematic research of floods and the development of the concept of flood protection, the terminological concepts of flood and flooding were clarified. The possibility and expediency of using the term "flood" as a universal in systematic research were substantiated. The systematic structuring of flood control measures was performed, which is based on the division of measures into two types of protection - situational and preventive. It is proposed to consider the general concept of flood protection as consisting of two alternative concepts: the concept of situational flood protection and the concept of preventive flood protection. It is proposed to choose alternative concepts using the method of functional-cost analysis. The concept of situational flood protection provides for short-term flood forecasting and implementation of situational flood protection measures during flood approach, passage, and end. The concept of preventive flood protection provides for long-term flood forecasting and implementation of one of preventive flood protection measures, among which the most common and promising are hydraulic measures.  The systematization of hydraulic flood control measures was performed, which is based on the allocation of two opposite in nature functional alternatives in the structure of measures. By the first functional alternative, the flood flow is diverted from the flood risk zone through the river bed. By the second functional alternative, part of the flood flow is inhibited and delayed in front of the flood risk zone. A system scheme of hydro-technical flood control measures was developed, on which, following functional alternatives many technological alternatives of hydro-technical measures are given. Розглянуто проблему паводків та концептуальні питання протипаводкового захисту на засадах системного аналізу. Зазначено, що паводки належать до найбільш небезпечних явищ природи, які відомі ще з найдавніших часів. Відзначивши глобальний та  багатоаспектний характер проблеми паводків, визначена потреба застосування системного підходу до її вирішення. Виділено основні напрямки, за якими у попередні роки системно досліджувалась та вирішувалась проблема паводків. Встановлено, що найбільш актуальним є напрямок розробки концепції захисту від паводків. Для зручності проведення системних досліджень паводків та розробки концепції захисту виконано уточнення термінологічних понять – паводка і повені. Обґрунтовано можливість та доцільність використання в системних дослідженнях терміну «паводок» як універсального. Виконано системне структурування протипаводкових заходів, в основу якого покладено ділення заходів за двома типами захисту – ситуаційний  і превентивний. Загальну концепцію захисту від паводків запропоновано розглядати такою, що складається з двох альтернативних концепцій: концепції ситуаційного протипаводкового захисту і концепцію превентивного протипаводкового захисту. Обирати альтернативні концепції запропоновано із застосуванням методу функціонально-вартісного аналізу. За концепцією ситуаційного протипаводкового захисту передбачено короткострокове прогнозування паводка і здійснення ситуаційних протипаводкових заходів під час наближення, проходження та закінчення останнього. За концепцією превентивного протипаводкового захисту передбачено довгострокове прогнозування паводків та здійснення одного з видів превентивних протипаводкових заходів, серед яких найбільш поширеними та перспективними визначено гідротехнічні заходи. Виконана систематизація гідротехнічних протипаводкових заходів, в основу якої покладено виділення в структурі заходів двох протилежних за характером виконання функціональних альтернатив. За першою функціональною альтернативою здійснюють прискорення відведення руслом річки паводкових вод із зони паводкових ризиків. За другою функціональною альтернативою здійснюють гальмування та затримку частини паводкового потоку перед зоною паводкових ризиків. Розроблена системна схема гідротехнічних протипаводкових заходів, на якій відповідно до функціональних альтернатив наведено множини технологічних альтернатив гідротехнічних заходів.   &nbsp

МЕТОДИКА ВИБОРУ ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОЕКТНИХ РІШЕНЬ ЗЕМЛЯНИХ ДАМБ У СИСТЕМАХ ПРОТИПАВОДКОВОГО ЗАХИСТУ

The relevance of the research. One of the main measures of regulation of surface water and protection against their harmful effects is the construction of earth dams. In the complex of flood protection measures, dams of the linear type, which are constructed along the banks of rivers, are used. Also the dams of contour type are used around the perimeter of floodwater reservoirs and settlements in the flood risk area. Dams are also used to overlap the riverbeds for the formation of tanks for the temporary accumulation of flood waters. Earth dams are the oldest hydrotechnical structures and the technologies of their construction have been improved throughout the history of mankind. The main direction of improvement of earth dams was to increase their anti-filtration properties and resistance to hydrostatic and hydrodynamic loads. During the construction of earth dams, local soils were used as well as the imported ones along with other materials: heavy loam, stone, cement, concrete, liquid glass. In the early 60's of the last century the dams with protective anti-filtering devices made of polymer materials were started to construct. Earth dams included in the complex of engineering systems of preventive flood protection of territories, are subject to the increased requirements to ensure not only their technical reliability, but also economic efficiency. There is an urgent need to develop the methodological principles of selection and substantiation of the most effective technical and economic indicators of design solutions for the earth dams aimed at flood protection. The purpose of the research is to develop scientific and methodical tools for selecting and substantiating effective design solutions for earth dams within anti-flood protection systems. Methods of the research. The selection of the design solutions for earth dams included in the complex of the structures of preventive flood protection systems in the river basins is proposed to be carried out according to the functional-value principle. The effectiveness of the construction of such dams is estimated by the investment return index in the construction of the entire engineering system of flood protection, which is presented as a functional goal. In the index of return on investment, the sum of all positive effects from using the flood protection system, including earth dams, is given. The main positive effect of the construction of such dams is that some social, environmental and economic losses cab be reduced greatly by fulfilling the measures of anti-flood protection. All types of losses that can be eliminated by flood protection measures are specified in monetary units. The denominator of the return on investment index shows the amount of construction and operating costs necessary for the flood protection system to function properly, which includes an earth dam. Research results. The use of the functional goal enables to establish the optimal interconnection of the components of a multi-level flood protection system in the river basin based on a functionally-cost principle. In addition, the objective function performs a coordinating role in determining a rational justification of system parameters at the stage of its design. It also enables during the design of a flood protection system to make a factor analysis of its parameters. The objective function determines the individual significance of each parameter to ensure the effective use of the flood control system, which includes the earth dam. Conclusions. The coordination scheme of selection and justification based on the functional and value principle of design and technological solutions of earth dams of preventive flood protection systems is developed. The coordination scheme defines a rational procedure for selecting design solutions for earth dams aimed at flood protection in river basins. The proper technique is proposed for practical application when designing flood protection systems.Запропоновано  методику вибору та обґрунтування варіантів проектних рішень земляних дамб систем превентивного протипаводкового захисту територій в басейнах річок. В основу методики покладено функціонально-вартісний принцип оцінювання та прийняття  конструктивних і технологічних рішень складних систем. За функціонально-вартісним принципом ефективність системи оцінюється відношенням розміру певного позитивного ефекту функціонування системи до витрат, необхідних для забезпечення функціональної здатності системи. Методика забезпечує можливість досягнення гарантованого захисного соціального, екологічного та економічного ефекту використання земляних дамб протипаводкових систем при економічно доцільних витратах на їх будівництво і експлуатацію

ІННОВАЦІЙНИЙ РОЗВИТОК ТЕХНОЛОГІЙ БУДІВНИЦТВА ПРОТИФІЛЬТРАЦІЙНИХ СПОРУД

 Relevance of research. In the course of the operation of irrigation systems, there is a need to protect the hydraulic structures and the adjacent territories from filtration, which should be considered as a separate type of harmful effects of water. Filtration of water from canals and ponds leads to secondary flooding, salinization and waterlogging. Filtration of water at earth dams under certain conditions leads to the destruction of dams and the creation of emergency zones in the surrounding territories. In today's conditions of reforming the Ukrainian economy, it is particularly important to use technically reliable, environmentally sound and economically feasible filtration protection facilities in hydrotechnical construction. The purpose of the study is to identify priority areas for innovative development of technologies for the construction of anti-filtration facilities and to outline the main achievements of the Institute of WPLR NAAS in solving the problem of protection against filtration in hydraulic engineering in the past. Research methodology. The study used the method of generalization and system analysis of structural and technological solutions of complex systems. Research results. Priority areas of the solving one of the urgent problems of hydrotechnical construction - problems of protection against filtration are grounded in the article. It is noted that over the past 60 years, the technologies of construction of anti-filtration structures have developed significantly. The technological level of construction of anti-filtration structures was increased by qualitative improvement and quantitative increase of anti-filtration materials, constructive solutions for anti-filtration structures, technological solutions for construction of anti-filtration structures, structural solutions of the means of mechanical laying anti-filtration materials. Based on the results of the system analysis, the hierarchical subordination of structural and technological solutions for the construction of anti-filtration structures was determined. Based on the results of functional-cost analysis of structural and technological solutions, analytical dependencies were established to determine the priority areas of innovative development of technologies for construction of anti-filtration structures. The new most significant structural and technological solutions and scientific and technical developments in the construction of anti-filtration structures, which were created at the Institute of Water Problems and Reclamation of the NAAS in the past, are presented. Over the past 60 years the Institute has developed the following technical and technological solutions in the area of protection against harmful effects of filtration: trenchless method of laying vertical screens made of polymer film; construction of anti-filtration structures using trenchless method of laying vertical screens; construction of earth dams in a tiered way; construction of concrete film screens, soil film screens, anti-filtration hangers with the use of polymer film folded into the package; improved traditional technology of construction by the method of anti-filtration curtains made of polymer film by the wall-to-soil method. The Institute has also developed the recommendations for determining the technological standards of water losses in irrigation canals in terms of reducing the useful flow of water in them. It is established that the efficiency of the canals is not technical, but technical and operational characteristics of irrigation canals. A formula for adjusting the design efficiency of irrigation canals has been developed depending on the actual water flow in the irrigation network.Актуальність дослідження. В процесі функціонування зрошувальних систем виникає потреба захисту гідротехнічних об'єктів та прилеглих до них територій від фільтрації, яку слід розглядати як окремий вид шкідливої дії вод. Фільтрація води з каналів та ставків-накопичувачів призводить до вторинного підтоплення, засолення та заболочування земель. Фільтрація води на земляних дамбах за певних умов призводить до руйнування дамб та створення на прилеглих територіях зон надзвичайних ситуацій. В сучасних умовах реформування економіки України особливо важливого значення набуває використання у гідротехнічному будівництві технічно надійних, екологічно безпечних та економічно доцільних споруд захисту від фільтрації.Мета дослідження – визначити пріоритетні напрямки інноваційного розвитку технологій будівництва протифільтраційних споруд та навести основні досягнення ІВПіМ НААН у вирішенні проблеми захисту від фільтрації в гідротехнічному будівництві за минулий період. Методика дослідження. У дослідженні використано метод узагальнення та аналізу конструктивно-технологічних рішень складних систем. Результати дослідження. В статті обґрунтовано пріоритетні напрямки рішення однієї з актуальних проблем гідротехнічного будівництва – проблеми захисту від фільтрації та наведено основні науково-технічні досягнення інституту ІВПіМ НААН в рішенні цієї проблеми. Відмічено, що за останні 60 років технології будівництва протифільтраційних споруд набули значного розвитку. Підвищення технологічного рівня будівництва протифільтраційних споруд відбувалось шляхом якісного удосконалення та кількісного збільшення варіантів протифільтраційних матеріалів, конструктивних рішень протифільтраційних споруд, технологічних рішень будівництва протифільтраційних споруд, конструктивних рішень засобів механізованого укладання протифільтраційних матеріалів. За результатами системного аналізу визначена ієрархічна підпорядкованість конструктивних і технологічних рішень будівництва протифільтраційних споруд, а за результатами їх функціонально-вартісного аналізу встановлені аналітичні залежності для визначення пріоритетних напрямків інноваційного розвитку технологій будівництва протифільтраційних споруд. Наведено нові найбільш значущі конструктивні і технологічні рішення та науково-технічні розробки з будівництва протифільтраційних споруд, які були створені в інституті ІВПіМ НААН за минулий період. За тематикою захисту від шкідливої дії фільтрації інститутом за останні 60 років розроблено: безтраншейний спосіб укладання вертикальних екранів з полімерної плівки; нові конструктивно-технологічні рішення і технологічні процеси будування протифільтраційних споруд з використанням безтраншейного способу укладання вертикальних екранів; нові конструктивно-технологічні рішення будування земляних дамб ярусним способом; нові конструктивно-технологічні рішення будування бетоноплівкових екранів, грунтоплівкових екранів, протифільтраційних завіс з використанням складених в пакет полотен полімерної плівки; удосконалена традиційна технологія будівництва способом протифільтраційних завіс з полімерної плівки способом «стіна в ґрунті». Інститутом також розроблено рекомендації з визначення технологічних нормативів втрат води на зрошувальних каналах в умовах зменшення корисної витрати води в них. Встановлено що коефіцієнт корисної дії каналів є не технічною, а техніко-експлуатаційною характеристикою зрошувальних каналів. Розроблена формула корегування проектного коефіцієнту корисної дії зрошувальних каналів залежно від фактичної витрати води в каналі нетто. Створені в інституті інноваційні конструктивно-технологічні рішення і науково-технічні розробки можуть бути використані як при будівництві нових, так і при реконструкції і модернізації існуючих протифільтраційних споруд в сучасних умовах відродження зрошувальних систем України