Цель исследования заключается в создании и оптимизации трехмерных моделей по категориям суммарного загрязнения почв в системе компьютерного моделирования. Разработана методика построения трехмерной модели в системе компьютерного моделирования MathCad и Autodesk 3ds Max по категориям суммарного загрязнения почв. Разработаны блок визуализации и аналитический блок, которые базируются на расчетных математических моделях анализа и оценки экологической ситуации, рисков, экологической безопасности территории. Построены трехмерные модели рельефного отображения поймы реки Пехорка путем интегрирования с помощью среды программирования и оптимизированных программ 3D-моделирования. Построены трехмерные модели с суммарным загрязнением почв по участкам водного объекта. На примере некоторых участков водосборной территории реки Пехорка в Балашихинском районе созданы модели с загрязнением почв по суммарному показателю Zc. Разработка методики 3D-моделирования позволяет создавать прогнозные сценарии более точно с высокой степенью детальности, а также оперативно подходить к решению экологическим проблем. Оптимизация трехмерного моделирования водосборных территорий, способствует дальнейшему оперативному решению задач рационального использования земель и улучшению экологической ситуации.

Цель исследования заключается в разработке новых научных подходов к повышению эффективности дождевальной техники. Современные цифровые технологии позволяют осуществлять сбор данных, их анализ и оперативное управление техникой и технологическими процессами зачастую в режиме реального времени. Все это позволяет, с одной стороны, применять новые подходы к моделированию технических систем и процессов (так называемые ”data-driven модели – модели на основе данных»), с другой стороны, требует разработки принципиально новых моделей, в основу которых будут положены методы искусственного интеллекта – такие, как искусственные нейронные сети, алгоритмы машинного обучения, нечеткая логика и многое другое. Проведенный анализ треков и фактических скоростей движения дождевальной машины в режиме реального времени показал их значительные отклонения в диапазоне от заданной скорости движения, что ведет к ухудшению параметров орошения. Нами разработана модель управления дождевальными машинами, основанная на подходах прогнозирующего управления и теории искусственных нейронных сетей. Применение модели позволяет реализовать алгоритмы регулирования с прогнозом реакции дождевальной машины на управляющий сигнал. Предложены схема алгоритма построения прогнозирующего управления, структура нейрорегулятора и инструменты его синтеза с использованием современного программного обеспечения. Универсальность модели позволяет использовать ее как для повышения эффективности управления существующей техникой, так и при разработке новых дождевальных машин с интегрированными интеллектуальными системами управления.

В Центральной Якутии по сравнению с 70-ми гг. XX в. среднегодовая температура воздуха повысилась на 2,5-3,0°C. На фоне потепления климата, спровоцировавшего экстремальные погодные явления, деградацию подземных льдов, изменился водный режим малых рек и залесенных территорий, что повлияло на устойчивость геосистем, расположенных в бассейнах малых рек. На примере системы лиманного орошения «Эбэ», расположенной в Центральной Якутии, проведены исследования по установлению причин возникновения процессов, связанных с изменением климата, влияющих на устойчивость геосистем. Учащающиеся случаи экстремальных погодных явлений, изменение количества осадков и температурных показателей приводят к снижению урожайности сельскохозяйственных угодий, нарушению жизнедеятельности сельских территорий. Сверхнормативная выдержка паводковых вод в форсированном режиме в целях защиты от затопления жилого и социального сектора населенного пункта, находящегося в нижнем бьефе, привела к разрушению шлюз-регулятора системы лиманного орошения. Основной причиной сверхнормативной выдержки шлюз-регулятора в форсированном режиме во избежание угрозы подтопления населенного пункта являлся подпор с устьевой части р. Хаар Балаган, замедляющий отток паводковых вод вниз по руслу. По результатам исследований можно предположить, что одним из негативных процессов, отрицательно влияющих на устойчивость геосистем, является увеличение глубины сезонного протаивания в условиях изменения климата под лесами в таежной зоне Центральной Якутии, которое в проведенных исследованиях спровоцировало снижение устойчивости мелиоративного агроландшафта и нарушение жизнеобеспечения населенного пункта. Для снижения рисков возникновения указанных негативных явлений необходимо принятие комплекса превентивных адаптивных мер по изменению климата, в том числе исследование климатической изменчивости стока малых рек и технических решений по его регулированию.

Одним из наиболее распространенных видов гидротехнических сооружений являются железобетонные трубопроводы, используемые в различных областях водохозяйственной деятельности. Их применяют в системах водоснабжения и водоотведения, как подводящие и отводящие трубопроводы ГЭС и насосных станций, в системе мелиорации. Ввиду распространенности этих сооружений и, учитывая их большую протяженность, вопросы проектирования играют важную роль. В настоящее время при расчете железобетонных трубопроводов монолитных и сборных, рассматривается кольцо трубы единичной ширины как линейно-упругое тело в условиях плоско-деформированного состояния. При этом считается, что железобетонные трубопроводы обладают достаточно большой жесткостью, поэтому влияние отпора грунта, обусловленное их деформацией, очень мало и его при проектировании не учитывают. Кроме того, в железобетоне, из которого сделаны трубы, уже при небольших нагрузках возникают нелинейные деформации, связанные с проявлением его ползучести. Нелинейная работа железобетона возникает также в случае образования трещин в оболочке трубопровода, а в наиболее напряженных ее зонах возможно образование трещин и появление напряжений текучести в арматуре. Указанные факторы приводят к изменению жесткости сечений оболочки трубопровода и перераспределению усилий. В статье рассматривается, как влияет наличие раструбных стыков на напряженное состояние оболочки подземного трубопровода, насколько оправдано предположение о малом влиянии отпора грунта на работу сборного водопроводящего трубопровода, а также исследуется влияние физической нелинейности железобетона на результаты его расчета в пространственной постановке.

Реализация экономических проектов в Арктической зоне требует рационального и эколого-сбалансированного подхода в рамках модели устойчивого природопользования. С целью минимизации негативных последствий для окружающей среды принято рассматривать варианты и сравнивать альтернативные конструктивные решения, определяющие впоследствии показатели воздействия и пути управления экологическими аспектами хозяйственной деятельности. На основании результатов натурных исследований, проведенных в заливе Шарапов Шар в Карском море, выявлены характерные особенности ледовой обстановки, учет которых не предусмотрен действующими нормативными документами, но необходим для разработки проектной документации на гидротехнические сооружения (ГТС) при соблюдении принципов устойчивого развития. Ледовые нагрузки на ГТС должны определяться на основе исходных данных о характере ледовой обстановки в районе строительства сооружения для периода времени с наибольшими ледовыми воздействиями. Предложена методика определения ледовых нагрузок, учитывающая особенности устойчивого ледового припая. Выполнен сравнительный анализ вариантов гидротехнических сооружений для строительства в заливе Шарапов Шар, являющимся редким примером акватории, где морской лед образует устойчивый ледовый припай на протяжении всего периода максимальной прочности льда, что дало возможность оптимизировать проектные решения конструкций ГТС. Проведен анализ достаточности требований действующей нормативной базы для выполнения инженерных изысканий и расчета ледовой нагрузки, с последующим сравнительным анализам результатов инженерно-технических расчетов. Обоснована возможность строительства гравитационного ГТС в условиях залива Шарапов Шар, что существенно снизит его воздействие на окружающую среду в сравнении с альтернативными вариантами, подходящими для условий рассматриваемого залива. С помощью программного комплекса PLAXIS2D выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния системы «лед-сооружение-основание» на максимальную нагрузку для каждой из фаз ледового периода с учетом нелинейных свойств грунтов основания. Стратегия развития проекта гравитационного ГТС на мелководье арктического морского шельфа определена с помощью элементов SWOT-анализа. Гравитационная конструкция ГТС имеет очевидные экологические преимущества, выражающиеся в минимальных по отношению
к другим вариантам конструкций показателях воздействия.

Многие малоармированные железобетонные конструкции эксплуатируемых гидротехнических сооружений нуждаются в усилении. Традиционные методы усиления (железобетоном, металлоконструкциями и др.) имеют существенные недостатки. Начинает распространяться метод усиления системами внешнего армирования на основе углеродного волокна, который эффективен в тех случаях, когда имеется доступ к растянутой зоне усиливаемых конструкций. Авторами предлагается усиливать малоармированные железобетонные конструкции эксплуатируемых гидротехнических сооружений предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой, размещаемой в заранее пробуренных отверстиях в бетоне усиливаемых конструкций. Для обоснования предлагаемых технических решений был проведен комплекс экспериментальных исследований характерных малоармированных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений (в том числе имеющих межблочные строительные швы), усиленных предварительно напряженной базальтокомпозитной арматурой. Результаты проведенных экспериментальных исследований показали эффективность усиления малоармированных железобетонных конструкций эксплуатируемых гидротехнических сооружений с межблочными строительными швами посредством предварительно напряженной: продольной базальтокомпозитной арматуры и поперечной арматуры.

Проанализированы перспективы использования солнечных электростанций в мировой природоохранной гидротехнике. Представлены рекомендации по конструктивному совмещению элементов сооружений природоохранных гидротехнических комплексов с солнечными фотоэлектрическими установками (СФЭУ). Рассмотрены варианты наиболее рационального их расположения на здании гидроэлектростанций (ГЭС) разного типа. Установлено, что в значительной мере больше конструктивных возможностей для совмещения здания ГЭС с СФЭУ представляют здания малых и средних гидроузлов. Определена взаимосвязь площади, пригодной для размещения солнечных элементов, с диаметром рабочего колеса турбины. С уменьшением диаметра рабочего колеса относительная площадь поверхностей, пригодных для размещения солнечных элементов, увеличивается. Отмечено, что наиболее целесообразно совмещать СФЭУ и малые ГЭС с русловыми не совмещенными зданиями с трансформаторами со стороны нижнего бьефа. На средних ГЭС различных типов условия совмещения примерно одинаковы. Результаты работы могут оказать влияние на получение надежной системы электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии, повышения безопасности ГТС действующих гидроузлов в условиях увеличения эффективности внедрения «зеленых» технологий в энергетике при уменьшении загрязнения биосферы и выброса парниковых газов, в том числе на труднодоступных территориях сельскохозяйственных районов, где существуют проблемы с централизованным водоснабжением.

Необходимость создания единой унифицированной информационно-диагностической системы для обеспечения безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений вызвана требованиями Федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений» № 117-ФЗ. На текущий момент используемые системы разнородны и разрабатываются по требованиям эксплуатации и экспертных организаций, при этом не обеспечиваются единство терминологии и подход к оценке состояния объектов. Целью работы являются определение подходов и разработка архитектуры унифицированной информационно-диагностической системы. При этом необходимо обеспечить выполнение минимального набора функций, необходимых для комплексного анализа состояния гидротехнических сооружений. В статье представлено описание архитектуры и базового набора функций информационной системы, которые позволяют обеспечить контроль за состоянием гидротехнических сооружений. Проведена систематизация функционала существующих информационных систем, на основе анализа разработан оптимальный состав минимального количества функций, которые обеспечивают контроль за безопасной эксплуатацией гидротехнических сооружений.

В представленных материалах выполнен анализ работы существующих конструкций устройств для гашения избыточной энергии холостых сбросов воды на гидротехнических сооружениях. Наиболее применяемой в практике гидротехнического строительства во всём мире конструкцией для гашения энергии потока являются водобойные колодцы с прямолинейной осью, выполненные в плане призматической или трапецеидальной формы, которые подкупают своей простой. Основным недостатком этих водобойных колодцев в случае их применения совместно с трубчатыми водосбросами, особенно имеющими несколько ниток, является практическая невозможность обеспечения равномерного распределения удельных расходов на выходе из водосброса. Это связано с тем, что при наличии нескольких ниток трудно обеспечить равномерное распределение удельных расходов во входном сечении водобойного колодца, что вызывает появление неустойчивых режимов при работе водобойного колодца, особенно в случае работы водосброса неполным фронтом, что делает их неприменимыми именно для многоочковых трубчатых водосбросов. В то же время, деформируя поток водобойного колодца в виде спирали, можно сократить длину водобойного колодца, создав одновременно возможность симметричного планового растекания потока в отводящем русле за выходным сечением водобойного колода, одновременно позволяя использовать его при необходимости многократного расширения потока за водосбросом.

Приведены результаты анализа и оценки изменений годовых и сезонных характеристик гидрометеорологических процессов частного водосбора Куйбышевского гидроузла р. Волги. Для анализа пространственно-временной динамики изменчивости годовых и сезонных характеристик гидрометеорологических процессов рассматриваемой территории бассейна р. Волги нами были использованы более 100 летние данные наблюдений годовых и сезонных колебаний боковой приточности, суммарные атмосферные осадки и температурные режимы воздуха. Получены уравнения связи годовых и сезонных изменений гидрометеорологических характеристик во времени. Установлено, что многолетним колебания гидрометеорологических процессов (боковой приточности, суммарных атмосферных осадков и температуры воздуха) свойственны тенденции (тренды). Анализ этих тенденций показал, что нестандартная климатическая ситуация, начиная с 70-х годов прошлого столетия, весьма существенным образом сказалась на распределении годовых и особенно на сезонных (меженных и зимних) характеристиках гидрометеорологических процессов. Установлено, что в колебаниях суммарных атмосферных осадков обнаруживаются нестандартные однонаправленные изменения. Если зимним суммарным атмосферным осадкам характерна за рассматриваемый 100 летний период непрерывно убывающая тенденция, то летне-осеннему периоду – возрастающая тенденция. Это приводит к тому, что многолетние колебания суммарных атмосферных осадков за период межени формируются как стационарный процесс. В тоже время для суммарных атмосферных осадков весеннего половодья и приточности к Куйбышевскому гидроузлу характерен непрерывно возрастающий тренд.

Водно-ресурсные системы стали такой же реальностью, как электроэнергетические, транспортные, системы связи и другие большие техногенные системы. Понятие «водно-ресурсные системы» (ВРС) относится прежде всего к гидравлически связанной совокупности источников и средств управления и доставки водных ресурсов водопотребителям и водопользователям. Мировой опыт показывает, что самые крупные ВРС используют в качестве источников водных ресурсов речной сток. Однако, как показали наши исследования, будущее остается за ВРС, которые основываются на совместном управлении ресурсами поверхностных и подземных вод. Несмотря на значительное сходство в процессах создания и управления большими техногенными системами, ВРС имеют ряд особенностей, требующих решения специфических проблем. Прежде всего стратегия развития и управления ВРС должна учитывать изменчивость речного стока, а также то, что эти системы являются одним из важнейших элементов окружающей среды. Именно эти факторы лежат в основе решения проблемы гарантированной отдачи ВРС и надежности функционирования этих систем на базе расчетной обеспеченности их гарантированной водоотдачи. При этом гарантированная отдача – это и надежное водообеспечение социально-экономической сферы и гарантированное удовлетворение экологических требований, что является одним из принципов устойчивого развития экономики.

Представлены результаты исследования селевых водотоков в верховьях Безенгийского ущелья (бассейн реки Черек Безенгийский, выше сельского поселения Безенги), сели в которых представляют наибольшую угрозу для жизни людей и объектов экономики. Выявлено 12 водотоков с наиболее высокой частотой селепроявлений, водосборная площадь которых занимает 202,5 км². Из них самыми опасными по частоте схода и мощности потока являются ручьи Жырчы-суу, Беккам-суу и Урель-суу, селевые выносы из которых регулярно заваливают грунтовую автодорогу в альплагерь «Безенги» и сенокосные угодья. Приводятся результаты данных полевых исследований селевых потоков сошедших в 2011, 2012, 2015 и 2017 гг. по ручьям Жырчы-суу, Урель-суу и Беккам-суу и сравнительная характеристика с данными селевых потоков, сошедших по тем же ручьям 9.07.2020 г. Определена тенденция активизации селевых процессов в данном районе и даны рекомендации по противоселевой защите автодороги, ведущей в альплагерь «Безенги».

В настоящее время проблемы энергосбережения и энергоэффективности являются одними из наиболее актуальных как в Российской Федерации, так и в мировом сообществе. Не секрет что основными потребителями электроэнергии являются насосные станции. Снижение энергопотребления насосных станций является приоритетной задачей во всем мире. Использование энергоэффективных технологий и альтернативных способов подачи воды позволяют значительно экономить электроэнергию. Одним из таких способов подачи воды является использования гидравлического тарана. Цель настоящей работы – обобщение материалов и внедрение особенностей использования гидротарана на реках в тех местах, где есть проблема энергоснабжения. Использование гидравлического тарана, в качестве водоподъемного устройства, является рациональным решением, особенно в горных районах. На основе анализа теоретической информации, результатов исследований и технических разработок ряда институтов и организаций, представлены различные таранные установки и их расчеты. Подчеркивается, что положительные стороны тарана позволяют в нынешних условиях использовать данные установки в гидротехническом и водохозяйственном строительстве без внедрения энергозатратных технологий. Гидротаранные установки функционируют в зимних условиях при температурах до –25оС. Кроме того, использование гидравлического тарана позволяет повысить безопасность систем водоподачи, продлить срок службы системы, тем самым повышая общую эффективность работы систем подачи и распределения воды. Анализ существующих уравнений позволили установить оптимальные формулы определения производительности таранов и коэффициента полезного действия установки. Данные выражения являются наиболее обоснованными и полно отражают физическую сущность процессов, возникших в гидротаранах.

Изменения в результате потепления климата, гляциальной обстановки в верховьях селеносных рек, протекающих по территории горных сельских поселений, способствуют увеличению факторов селевого риска. Сложившаяся ситуация требует пересмотра вопросов обеспечения безопасности территорий горных поселений и объектов инфраструктуры. Важным аспектом решения данной задачи является определение участков селитебных территорий, находящихся под угрозой возможного негативного воздействия опасных склоновых и русловых процессов. Целью исследования явилось установление зон возможного поражения селевыми выносами территории двух горных населенных пунктов Чегемского района Кабардино-Балкарии. Зоны возможного поражения определялись на основе анализа предыдущих селепроявлений путем сопоставления расчетных критических объемов селевых выносов с морфометрическими параметрами рельефа территории, прилегающей к транзитным участкам русел селевых водотоков, мостовых переходов, водои селепропускных сооружений. Результаты проведенного исследования показывают, что состояние и современное положение транзитных русловых трактов на территории сел могут оказаться неадекватными реальной селевой энергетике. Селевые риски и опасности в данном районе не только останутся актуальными в обозримом будущем, но, по всей вероятности, возрастут, поэтому их следует учитывать, от них необходимо защищаться.

Цель проведённых исследований – оценка фильтрационных расчетов водопонижения при производстве строительных работ и инженерных коммуникаций на водосборах рек Лихоборки и Жабенки. Рассмотрены гидрогеологические вопросы фильтрационных расчетов при строительстве и прокладке городской и дождевой канализации на территории Дмитровского шоссе Северного административного округа г. Москвы. Выявлено, что основными факторами воздействия на гидрогеологические условия в зоне строительства инженерных коммуникаций, где располагаются малые водосборы рек Лихоборка и Жабенка, является водопонижение. Проанализированы зависимости по оценке фильтрационных расчетов водопонижения в зоне строительства инженерных коммуникаций. Предложены и усовершенствованы аналитические зависимости для схемы бесконечного линейного источника возмущения в бесконечном пласте. Установлено, что осредненные расходы оказываются пропорционально зависимыми от величины понижения уровня на участке водопонижения, при этом связь между средними расходами независимо от расчетной линейной схемы является линейной. Разработана модель проведения фильтрационных расчетов, выполненная в программе Microsoft Excel. Проведенные модельные расчеты показали, что максимальное понижение в расчетной точке многоэтажного нежилого административного здания не превышает значений предельно допустимых деформаций.

Возведение защитных дамб является наиболее эффективным средством борьбы с затоплениями. Существуют различные способы возведения защитных дамб. Намывной способ возведения защитных дамб позволяет значительно снизить затраты на их строительство. В статье рассмотрены способ и устройство для намыва узкопрофильных дамб позволяющее использовать в качестве строительного материала донные отложения. Способ включает в себя расчистку русла от донных отложений с проведением дноуглубительных работ улучшая пропускную способность в период паводков. Работы выполняются землесосным снарядом и разработанный грунт в виде пульпы поступает к устройству для намыва. Устройство для намыва обеспечивает отделение из общего потока пульпы крупные фракции грунта и позволяет сформировать узкопрофильную дамбу с устойчивыми откосами и противофильтрационным ядром. В статье предложены гидравлические расчёты, позволяющие обосновать конструктивные и технологические параметры способа и устройства для намыва узкопрофильных дамб: определены величины расхода и средней скорости движения пульпы в распределительном узле устройства; обоснованы размеры входного отверстия раструба; определено время намыва одной карты; обоснованно количество выпускных отверстий в распределительных пульпопроводах и уточнено место их расположения. Построены номограммы, позволяющие определять оптимальные режимы намыва дамб: длину пульпопровода, высоту подъема пульпы, время заполнения карты намыва.