Цель исследований – повышение ресурсного потенциала объектов мелиоративных систем путем разработки механизма цифровизации и экспертной системы управления эффективностью эксплуатации. Предложен алгоритм формирования цифровой идентичности отдельных мелиоративных систем, в котором представлен процесс решения логической задачи оценки остаточного ресурса отдельных объектов мелиоративной системы. Дана характеристика параметров мелиоративных объектов, включаемых в базу данных экспертной системы, ориентированных на создание в облачной среде гибкой платформы с перспективой предсказательного прогнозирования эффективности функционирования. Обоснована целесообразность включения модуля цифровой идентичности в паспорт мелиоративной системы. Рассмотрены факторы, влияющие на эффективную эксплуатацию объектов мелиоративных систем. Выполнено ранжирование нормативной документации по классификационному уровню ответственных лиц. Установлены требования к уровню компетентности исполнителей при сквозном документообороте ведения контроля за состоянием объектов мелиоративных систем на протяжении всего срока эксплуатации. Проведенный анализ конструктивных элементов объектов мелиоративных систем показывает, что система плановых обслуживаний и ремонта по потребности достаточна для поддержания работоспособного состояния мелиоративных систем в целом, но не включает в себя мероприятия, направленные на поддержание современного уровня технологичности морально устаревших объектов. Особое внимание в исследованиях уделено вопросу снижения затрат на эксплуатацию мелиоративных объектов путем не только проведения поэтапной модернизации механических систем, но и включения в конструкцию дополнительных модулей цифровых систем, обеспечивающих контроль за состоянием и управление комплексом в режиме реального времени. Предлагается концепция формирования цифровой идентичности объектов мелиоративных систем как механизма, повышающего контроль за управлением и обеспечением ресурса.

Цель исследования – установление аналитической связи между поливной нормой и суммой положительных температур, которая позволит оптимизировать и рационализировать использование природно-ресурсного потенциала без ущерба продуктивности кормовых культур. Установлена динамика влажности почвы за вегетационный период на лугово-аллювиальных почвах Приаралья и сероземных почвах юга Казахстана с суммой положительных температур больше 10°C. Для обоснования срока вегетационных поливов по показателям суммы эффективных температур проведены полевые исследования и проанализированы полученные материалы. На посевах хлопчатника поливы необходимо проводить при наступлении суммы эффективных температур 500-550°C, 800-850°C, 1100-1150°C и 1400°C от начала посева. При этом превышение урожая хлопка-сырца над контролем в производственных условиях составляет порядка 4,9 ц/га. На посевах кормовых культур поливы следует проводить по накоплению суммы эффективных температур 400°C, последующие поливы – через каждые 200°C…250°C. Из расчетов следует, что поливной сезон кукурузы должен начинаться со второй декады мая и заканчиваться с конца июня с поливной нормой от 650 до 800 м³/га. Проведение поливов в соответствии с суммой положительных температур позволяет сэкономить до 2-3 поливов общей поливной нормой от 1400 до 2400 м³/га. и увеличивает валовой урожай сельскохозяйственных культур.

Цель исследования - изучение возможности получения сельскохозяйственной продукции с неорошаемых земель в аридных климатических условиях горных территорий в зависимости от естественной влагообеспеченности. Рассмотрена возможность оценки естественной влагообеспеченности на основе средних многолетних осадков, условных показателей годового естественного атмосферного увлажнения и уравнения водного баланса. Однако, при современной гидрологической изученности территории бассейна Саны, в условиях отсутствия необходимых данных для расчёта водного баланса продуктивных земель, предложена методика оценки составляющих водного баланса и расчёта естественной влагообеспеченности пахотопригодных земель на уровне «чёрного ящика» с точностью, достаточной для оценки продуктивности земель при естественном увлажнении и возможности интенсификации богарного земледелия.

Рассмотрены особенности изысканий, проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем в зоне международного аэропорта «Жуковский», расположенного в Московской области. Изыскания для проектирования включали в себя орнитологическое обследование мелиорируемой территории. Выявлены виды птиц, участки гнездования и количество гнезд. Число гнезд до мелиорации составило в среднем 200 ± 1.5 шт. (среднее значение ± стандартная ошибка). Гидромелиорация в зоне аэропорта ликвидировала локальные участки заболачивания, и участки гнездования исчезли. Осушение выполнено открытыми собирателями. Расстояние между собирателями составляет 120 м, длина – от 700 до 1200 м. Капитальные гидромелиоративные сооружения отсутствуют. На польдерном участке проектом предусмотрены открытые собиратели и дрены. Состояние мелиоративной системы с 2001 г. ухудшается. Отмечаются периодическое переувлажнение части польдерного участка и формирование участка гнездования озерных чаек. Над птенцами при их кормлении постоянно пролетают на высоте 231.5 м самолеты типа Airbus А321, размеры которых в глазах птенцов сопоставимы с размерами чаек-родителей. У птенцов формируется устойчивый условный рефлекс «Пролетающий самолет – дружественный объект». Группа молодых озерных чаек, которые не боятся самолетов, создают угрозу безопасности полетов.

Рассматривается усовершенствованный способ очистки закрытых горизонтальных дренажных систем в зоне орошения. Технологический процесс очистки от наносов осуществляется за счет протаскивания лебедками специального троса с ершом, предварительно уложенных внутри горизонтального закрытого дренажа при первичной очистке с помощью машины ПДТ-200, через регулируемые и неподвижные блоки. При этом ерш имеет возможность отклоняться и вращаться по продольной оси дренажной трубы, а монтажные рамы устанавливаются в смотровые колодцы, фиксируются болтами и последовательно переустанавливаются из одного колодца в другой. Применение данного способа позволяет снизить трудоемкость, сократить количество используемых дорогих мелиоративных машин, специальных шлангов и насосного оборудования, использование ручного труда, уменьшить количество расходуемой воды. Этот способ существенно повысит производительность, качество и надежность технологического процесса за счет устранения имеющихся недостатков при проведении весенне-осенней очистки закрытого горизонтального дренажа. Эффективность способа заключается в повышении производительности и качества очистки закрытого горизонтального дренажа от наносов, а также в резком снижении уровня минерализованных грунтовых вод.

Цель исследования – снижение негативного воздействия осадка сточных вод производства картонно-бумажной продукции на почву путем их обезвоживания с помощью дегидратора и подготовки к дальнейшей утилизации. Крупнотоннажные отходы осадка сточных вод промышленных предприятий при утилизации размещаются на полигонах захоронения, что неизбежно приводит к негативному влиянию на почвенный покров, захламлению территорий и выводу из хозяйственного оборота земельного фонда. В ходе проведенного исследования изучены известные методы обезвоживания влагосодержащих материалов и рассмотрено техническое решение для снижения объема образования данного вида отходов на примере картонно-бумажного производства. Предложена электроосмотическая установка, содержащая электроизоляционный корпус с электродами: анод, выполненный в виде токопроводящей крышки, и катод, выполненный в виде токопроводящего перфорированного днища корпуса, которые имеют между собой пространство для обезвоживаемых отходов. Для изучения процесса обезвоживания осадка проведена серия экспериментов на установке-дегидраторе при варьируемых параметрах напряжения между электродами. Результаты экспериментального исследования явились основой статистических выражений взаимного влияния напряжения между электродами, длительности обработки отхода, количества отведенной влаги. Получена модель, описывающая количество отводимой влаги за время обработки отхода. Установлены наиболее продуктивный режим работы установки и время обработки порции отходов. Доказано, что при помощи электроосмотического устройства эффективно удаляется до 70% влаги из объема отходов осадка сточных. Это позволяет значительно снизить их объемы, сократить площади при возможном или временном размещении и снизить экологическую нагрузку на природную среду.

Проанализированы показатели валового сбора картофеля в Московской области за последние годы. Доказано, что рост посевных площадей не всегда приводит к повышению валового сбора. Не менее важно обеспечить комфортные условия для роста и развития растений. Осадки в Московской области в весеннее-летний период выпадают крайне неравномерно: дни с ливневыми дождями, формирующими слой осадков в десятки миллиметров, чередуются с безосадочными днями и неделями. Обоснована необходимость проведения дополнительных поливов для создания оптимального водно-воздушного баланса для развития растений, оценены преимущества использования капельного полива в этих целях, позволяющего доставлять поливную воду непосредственно в корнеобитаемую зону растения. Рекомендовано совмещение операций по формированию картофельных гребней с укладкой капельной ленты, так как в начальный период развития растению хватает запасов влаги материнского клубня и проведения дополнительных поливов не требуется. Разработана конструкция укладчика капельной ленты на базе гребнеобразователя Grimme GF-75/4 для повышения степени механизации при укладке капельной ленты. При рабочей скорости 3,2…5,5 км/ч производительность машины составила 0,51…0,97 га/ч. В ходе дальнейших исследований рассчитана норма полива с учетом эллиптической формы контура увлажнения, что позволило исключить избыточный полив. После монтажа системы капельного орошения полив осуществлялся постоянной нормой при достижении влагоемкости 70% от ППВ с корректировкой времени между поливами. Использование системы капельного полива позволило повысить урожайность картофеля сортов Ред Скарлетт и Жуковский ранний на 26,5%…28% соответственно.

На этапе жизненного цикла обеспечение эксплуатационной надежности и безопасности напорных гидротехнических сооружений является актуальной задачей. Одной из серьезных угроз является разрушение гидротехнических сооружений путем воздействия на них нестационарных нагрузок, направленных взрывов в непосредственной близости от сооружений либо на их поверхности. Серьезную угрозу для гидротехнических сооружений представляет воздействие ударных волн. Импульсное кратковременное воздействие на твердые поверхности гидротехнических сооружений или на водную среду характеризует специфику рассматриваемой задачи как нестационарность процесса движения сплошных сред, в которые за короткий временной интервал может высвободиться объем энергии, способный деформировать или полностью их разрушить. Такого рода сценарии могут происходить либо в непосредственной близости от гидротехнического сооружения, либо в результате соударения твердых тел о его поверхности. Плотные и жидкие среды имеют ряд особенностей при ударно-волновом воздействии. Вода в верхнем бьефе гидротехнического сооружения и ее теле является сложной жидкостью, потому что многие ее характеристики существенным образом отличаются по своей величине от аналогичных характеристик других жидкостей либо имеют так называемые аномалии на зависимостях от давления и температуры.

Подпорные стены уголкового типа являются одними из наиболее распространенных конструкций гидроузлов. Большинство из них запроектировано и построено несколько десятилетий назад и находится в эксплуатации в течение длительного времени. В ряде случаев отмечается отклонение от проектных предпосылок и требуется усиление железобетонных конструкций подпорных стен. Основной причиной упомянутых отклонений является неполный учет характерных особенностей конструкций подпорных стен (в том числе горизонтальных межблочных швов и вторичных наклонных трещин), а также характера действующих на них нагрузок. Как следствие, в подпорных стенах практически не устанавливается расчетное горизонтальное поперечное армирование, которое не требуется на основе традиционных методик расчета. Традиционные схемы армирования подпорных стен не предусматривают наличия горизонтальных межблочных швов и горизонтального поперечного армирования. В результате проведенных исследований усовершенствована методика расчета напряженно-деформированного состояния и прочности железобетонных конструкций подпорных стен уголкового типа, имеющих межблочные швы, с учетом вторичных напряжений. Также усовершенствованы схемы армирования подпорных стен.

В статье приведены результаты обследований 311 гидротехнических сооружений IV класса, выполненные в 2016-2020 гг. в Московской области. Классифицированы все водоемы обследованных гидроузлов по характерным признакам, оценивалось техническое состояние водопропускных сооружений и плотин, установлен уровень безопасности как отдельных сооружений, так и гидроузлов в целом. При проведении обследований устанавливались технические параметры сооружений, оценивалось состояние каждого сооружения и гидроузла в целом, рассматривались возможность их аварии и степень опасности для территорий в нижнем бьефе. При этом разрабатывались рекомендации по устранению серьезных повреждений и с помощью экспертизы определялись размеры стоимости необходимых ремонтных работ. Дана оценка вопросам экологического состояния районов расположения гидроузлов и самих гидроузлов как блоков экологического каркаса территорий.

Рассмотрены вопросы обеспечения безопасности и эксплуатационной надежности функционирования гидромелиоративных систем с длительным сроком эксплуатации. Установлено, что срок эксплуатации гидромелиоративных систем юга России составляет порядка 40-50 лет, износ в среднем – 72%. В Кpаснодаpском кpае степень износа водохранилищ, прудов и каналов составляет порядка 80-100%, что свидетельствует о значительном заиливании и потере пропускной способности. Износ дамб и плотин составляет 35-40%. Основными повреждениями ГТС являются размытие верхового откоса, неисправность водосбросного сооружения и заиленность чаши водохранилища (пруда), что ведет к усилению фильтрации через тело плотины, повышению уровня депрессионной кривой и усложнению пропуска паводковых вод. Изменение правил эксплуатации ГТС, в частности, снижение уровня НПУ, по сравнению с проектным не является редким явлением. При этом эксплуатацию ГТС в условиях щадящего режима можно считать мерой временной, используемой до проведения ремонта или реконструкции. Эффективность работы гидротехнических сооружений с высокой степенью износа при уровне предельных нагрузок и воздействий ниже проектных значений заметно уменьшается. Снять остроту проблемы может применение постоянного мониторинга, а также прогноза надежности ГТС. Безопасная и эффективная работа гидротехнических сооружений с высокой степенью износа в течение периода, предшествующего ремонту или реконструкции, может быть обеспечена посредством внедрения системы автоматизированного ведения мониторинга ГТС в сочетании с системой поддержки принятия решений (СППР).

Представлены результаты экспериментальных исследований, позволяющие корректировать технологические параметры укладки бетонной смеси в облицовке вновь возводимых или реконструируемых каналов водохозяйственного назначения. Исследования проводились на опытном стенде, имитирующем профиль канала, с переменным углом заложения откоса от 15° до 90°. Откос стенда покрыт условной моделью грунта в виде шероховатой поверхности. Для определения соотношения между скоростью движения виброформы, параметрами бетонной смеси, профилем канала и параметрами бетоноукладчика разработаны математические модели технологического процесса. Анализ полученных результатов показывает, что ускоряющие добавки значительно уменьшают продолжительность достижения бетоном критической прочности – уменьшают продолжительность выдерживания бетона под опалубкой. Изучение полученной поверхности облицовки на стенде показывает, что она содержит некоторые неровности ввиду отсутствия заглаживающей рейки. Поэтому в производственных условиях бетоноукладчики должны быть оборудованы заглаживающими устройствами, а бетонная смесь должна укладываться через специальный бункер, регулирующий высоту подачи бетонной смеси. Для устройства бетонных облицовок на подвижных бетонных смесях рекомендуется применять ускоряющие добавки или предварительный их разогрев до температуры 50…60°C.

Рассмотрена работа варианта водосброса № 2 Богучанской ГЭС с гладкой сливной гранью с носком-трамплином для отброса струи в нижний бьеф. Недостатком компоновки Богучанского гидроузла с водосбросом № 2 является его близкое примыкание к зданию ГЭС и отсутствие между ними разделительной стенки, препятствующей влиянию его работы на работу ГЭС. Одним из вариантов уменьшения этого влияния служит удаление левой границы сбросного потока от акватории ГЭС. Для реализации этой задачи рассмотрен вариант с плановым отклонением струи первого пролета водосброса № 2 вправо, в сторону водосброса № 1. Для этого концевой участок левой стенки водосброса № 2 в плане выполнен криволинейным, а носок-трамплин – ступенчатым, что позволило более эффективно управлять плановой траекторией струи первого пролета. В зоне максимального подъема струи 1-го пролета его отклонение от прямолинейной траектории равнялось его ширине. Одновременно было изучено влияние очередности открытия затворов на глубину размыва грунта в нижнем бьефе, для чего проведено два цикла размыва: при открытии затворов с первого по пятый и в обратной последовательности. Спецификой конструкции поверхностного водосброса № 2 является его размещение на концевом участке основания с крупными блоками трещиноватой породы, выходящими на поверхность с пологим углом падения в сторону верхнего бьефа. За участком с крупнообломочными блоками находится массив со средне- и мелкообломочными блоками, покрытый в русловой части отложениями диаметром 0,3 м и менее. Моделирование грунта основания выполнялось щебенистым материалом, крупность которого подбиралась по моделированию размывающей скорости натурного материала.

Представлены результаты анализа проблем, связанных с развитием мировой солнечной энергетики. Отмечено, что на современном этапе электроэнергетики потенциал возобновляемых источников энергии (ВИЭ) пока слабо реализован. Вычленены конкретные вопросы водноэнергетических режимов работы гидроэлектростанций (ГЭС), работающих в симбиозе с солнечными фотоэлектрическими установками (СФЭУ), график которых при этом должен быть единым. Показано, что работа ГЭС и СФЭУ в совместном графике электрической нагрузки позволяет получить конструктивный и экономический эффект за счет экономии топлива электростанций разного типа, в том числе тепловых. Максимальная мощность энергокомплекса ГЭС-СФЭУ оптимизируется установленной мощностью ГЭС при соблюдении полного дублирования мощности СФЭУ другими электростанциями энергосистемы. Показано на примере гидроузла Лагдо северного Камеруна, что в условиях развивающихся стран с большим солнечным и гидравлическим потенциалом (Камерун, Зимбабве, Уганда и др.), как и для южных регионов России, СФЭУ может дать в маловодный период года до 75% годовой выработки электроэнергии при совместной работе ее в энергокомплексе с ГЭС. Это позволяет облегчить перераспределение стока реки в течение всего периода межени без привлечения дополнительной полезной емкости водохранилища. Разработанная методика оптимизации водноэнергетического режима регулирования может быть применена и при работе ГЭС энергокомплекса ГЭС-СФЭУ по водотоку, то есть при суточном регулировании расходов.

Теория турбулентности является одним из важных разделов динамики открытых потоков. Интерес к экспериментальным исследованиям турбулентности возрос с развитием математического моделирования открытых потоков и необходимостью получения материалов для параметров моделей турбулентности при численном моделировании турбулентных течений. Цель настоящих исследований – изучение характеристик турбулентного потока при плановом расширении с образованием водоворотных зон и получение практических рекомендаций по анализу и расчету кинематической структуры таких потоков. Использовался экспериментальный метод исследований. Получены графики для определения турбулентных касательных напряжений на границе раздела, даны зависимости для определения коэффициентов турбулентного перемешивания. Выявлены зоны интенсивной пульсации скорости, что представляет практический интерес, позволяет предсказать увеличение размывающей способность потока в этих местах, получить рекомендации по укреплению русла и гашению энергии в нижнем бьефе. Результаты позволяют использовать данные при дальнейшем изучении условий зарождения, развития и затухания турбулентности, рассмотреть механизм трансформации энергии турбулентности.

В статье представлены исследования влияния изменений климата на основные характеристики ледовых явлений и снежного покрова, а также водного режима рек в бассейне Малой Северной Двины, происходящих в исследуемом бассейне в последние десятилетия. Полученные результаты демонстрируют связь между климатическими изменениями, происходящими в бассейне, и изменениями основных характеристик формирования снежного покрова, речного льда и стока. В последнее время в изучаемом бассейне наблюдается значительное потепление климата, в результате чего зима здесь становится теплее и короче. Увеличивается количество зимних осадков и оттепелей. Потепление климата напрямую влияет на продолжительность залегания снежного покрова, которая уменьшается ввиду как более позднего формирования, так и более раннего стаивания снега. В то же время наблюдается незначительная тенденция уменьшения годовых значений максимального запаса воды в снеге, что может быть результатом увеличения количества оттепелей в зимний период, когда часть снежного покрова стаивает, пополняя зимний речной сток. Анализ основных характеристик ледового покрова на реках исследуемого бассейна показывает, что они изменяются аналогично изменениям снежного покрова: происходит сокращение периода ледостава вследствие его более позднего образования и более раннего полного разрушения. Максимальная толщина льда на реках бассейна также имеет тенденцию уменьшения. В бассейне Малой Северной Двины наблюдается рост зимнего и уменьшение весеннего стоков. В заключительной части статьи представлены прогнозные оценки изменений наблюдаемых тенденций в будущем на основе данных проекта CMIP5.

Дана критическая оценка методических решений, принятых научным сообществом при разработке тематических карт-схем лесного районирования. Указано, что в большинстве случаев авторы оперируют ландшафтными, климатическими и геоботаническими характеристиками территорий, не опираются на понятия таксонов как элементарных территориальных единиц, объединенных в однородные группы. Большинство рекомендованных к практическому использованию схем районирования построено на интуитивно-субъективных суждениях авторов и зачастую не имеет критериально доказанной статистической достоверности. В статье на примере Нижегородской области приведена методика разработки моделей многомерного районирования лесов, произрастающих в 40 лесничествах (таксонах), наделенных 35 показателями, характеризующими географические координаты центров лесничеств, продуктивность почв – по 6 классам, климат – по 7 показателям, структура земель лесного фонда – по 17 категориям, продуктивность и сомкнутость насаждений – под тремя типами лесов. При многомерной классификации (группировке) лесничеств использованы методы факторного, кластерного и дискриминантного анализов. В результате аналитических расчетов на территории субъекта РФ выделено 7 типичных лесных районов. Достоверность проведенной классификации лесничеств и полученной карты-схемы районирования подтверждена статистическими критериями суммарного межкластерного и внутрикластерного расстояния Махаланобиса, критериями лямбда Уилкса и Хи-квадрат Пирсона.