Эксплуатация и мониторинг систем и сооружений

С. М. Чудновский 
О. И. Лихачева 
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И МОНИТОРИНГ  
СИСТЕМ И СООРУЖЕНИЙ
Учебное пособие 
2-е издание
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2019 

УДК 627.8:628.004(075)  
ББК 38.761.1 
         Ч-84 
Рецензенты: 
А. И. Дурягин - директор ООО «Регистрационно-аттестационный центр 
информационного обеспечения»; 
Л. В. Гарет - старший инспектор по охране окружающей среды   
отдела экологии Департамента градостроительства и инфраструктуры    
Администрации г. Вологды 
        Чудновский, С. М. 
Ч-84     Эксплуатация и мониторинг систем и сооружений : учебное пособие /           
С. М. Чудновский, О. И. Лихачева. - 2-е изд. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2019. - 148 с.
ISBN 978-5-9729-0318-4 
  Книга содержит основные сведения об организации эксплуатации гидротехнических, водохозяйственных, оросительных, осушительных систем и сооружений, а также сооружений  для инженерной защиты  территории и объектов. 
Приведена методика выполнения практических и самостоятельных расчётнографических работ  при изучении дисциплины «Эксплуатация и мониторинг 
систем и сооружений».
  Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 20.03.02 «Природообустройство и водопользование». Книга может быть полезна инженернотехническим работникам, занимающихся вопросами эксплуатации водохозяйственных сооружений.
УДК 627.8:628.004(075) 
ББК 38.761.1 
Издание подготовлено к печати в авторской редакции 
Подписано в печать 24.01.2017. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. 
Гарнитура «Таймс». Тираж 1000 экз. Заказ № 816
Семен Матвеевич Чудновский, Ольга Ивановна Лихачева 
Эксплуатация и мониторинг систем и сооружений
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ИНФРА-ИНЖЕНЕРИЯ» 
Тел.: 8 (800) 250-66-01          Е-mail: booking@infra-e.ru
          www.infra-e.ru
Издательство приглашает
к сотрудничеству авторов научно-технической литературы 
ISBN 978-5-9729-0318-4 
‹ Чудновский С. М., Лихачева О. И., 2019  
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2019  
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019 

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..........................................................................................................................5
1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ............................................................. 
6
2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И СООРУЖЕНИЙ 
........... 
9
2.1. Эксплуатационные требования к системам 
........................................................... 
9 
2.2. Роль эксплуатации в рациональном функционировании комплексных
гидроузлов ................................................................................................................... 10 
2.3. Основы эксплуатации отдельных гидротехнических сооружений  
.................. 
13 
2.4. Надзор за состоянием гидротехнических сооружений ...................................... 
16 
2.5. Эксплуатационное оборудование гидротехнических сооружений 
................... 
19 
2.6. Эксплуатация гидросооружений в морозный период ........................................ 
20 
2.7. Управление водным режимом гидроэлектростанций......................................... 
21 
2.8. Эксплуатация гидротурбинных установок .......................................................... 
23 
3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ 
....................................... 
25
3.1. Порядок эксплуатации водохозяйственных систем ........................................... 
25 
3.2. Пользование реками 
............................................................................................... 
25 
3.3. Комплекс мероприятий по сохранению водности рек и охране
их от загрязнения 
.................................................................................................... 
26 
3.4. Вредные воздействия вод и мероприятия по предотвращению их
и устранению их последствий 
................................................................................ 
27
3.5. Неотложные мероприятия по предотвращению стихийного бедствия,
вызванного вредным действием вод .................................................................... 
27 
3.6. Эксплуатация водохранилищ 
................................................................................ 
28 
3.7. Гидрологическое и метеорологическое обеспечение ......................................... 
30 
3.8. Ответственность за нарушение водного законодательства ............................... 
31 
4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОРОСИТЕЛЬНЫХ И ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ............. 
32
4.1. Правила  эксплуатации мелиоративных систем 
.................................................. 
32 
4.2. Эксплуатация оросительных систем .................................................................... 
33 
4.3. Эксплуатация осушительных систем ................................................................... 
35 
4.4. Правила эксплуатации отдельно расположенных гидротехнических
сооружений ............................................................................................................. 
38 
4.5. Эксплуатация насосных станций 
.......................................................................... 
38 
4.6. Эксплуатация ирригационных водохранилищ 
.................................................... 
39 
5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ
ТЕРРИТОРИЙ И ОБЪЕКТОВ 
...................................................................................... 
39 
6. ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ 
................................................................................................. 
40
6.1. Государственное управление в области использования и охраны
водных объектов  
.................................................................................................... 
40 
6.2. Государственный надзор и общественный контроль за использованием
и охраной водных объектов  
.................................................................................. 
42 
6.3. Организационно-экономические мероприятия по обеспечению
рационального использования и охраны водных объектов ............................... 
43 
6.4. Техническое обслуживание и ремонт систем водопользования ....................... 
43 
6.5. Водопользователи. Виды водопользования......................................................... 
45 
6.6. Основные права водопользователей при использовании водных объектов ... 
47 
3

6.7. Обязанности водопользователей 
.......................................................................... 47 
6.8. Ограничение прав водопользователей................................................................. 48 
7. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ГИДРОМЕТРИЯ 
.............................................................. 49
8. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН 
................................................. 51
8.1. Приемка скважин в эксплуатацию  
...................................................................... 51 
8.2. Техническое обслуживание водозаборных скважин   ....................................... 53 
8.3. Наблюдения за состоянием подземных вод  
....................................................... 55 
8.4. Техническое обслуживание погружных электронасосов   ................................ 58 
8.5. Ремонт скважин 
...................................................................................................... 61 
8.6. Восстановление дебита скважин 
.......................................................................... 65 
8.7. Автоматическое управление работой скважины 
................................................ 67 
8.8. Зоны санитарной охраны водозаборов подземных вод 
...................................71 
8.9. Наблюдения за работой водозаборов подземных вод 
........................................ 75 
8.10. Охрана подземных вод от загрязнения 
.............................................................. 78 
9. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОЗАБОРОВ .................................... 79
9.1. Охрана поверхностных вод от загрязнения ........................................................ 79 
9.2. Совмещение процессов добывания и очистки природных вод ........................ 82 
9.3. Зоны санитарной охраны поверхностных водозаборов 
..................................... 82 
9.4. Улучшение руслового режима водного объекта в районе водозабора ........... 85 
9.5. Сброс сточных вод 
................................................................................................. 87 
9.6. Рыбоохранные мероприятия 
................................................................................ 94 
9.7. Прогнозирование состояния природных вод в районе расположения
водозабора .............................................................................................................. 96 
10. МОНИТОРИНГ СИСТЕМ И СООРУЖЕНИЙ  ....................................................... 98
10.1. Общие понятия о мониторинге систем ............................................................. 98 
10.2. Принципы и правила мониторинга. Задачи мониторинга 
............................. 100 
10.3. Организация мониторинга ................................................................................ 103 
10.4. Технические средства для ведения мониторинга 
........................................... 104 
11. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ
ЗАНЯТИЙ И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ......................... 109 
11.1. Расчет надежности водохозяйственной системы  .......................................... 109 
11.2. Исследование условий работы водовода во время аварии 
............................ 112 
11.3. Эксплуатация напорных водоводов 
................................................................. 115 
11.4. Определение наивыгоднейшего диаметра нагнетательно- напорного
водовода 
.............................................................................................................. 119 
11.5. Определение срока работы водовода без реконструкции при пропуске
заданного расхода .............................................................................................. 122 
11.6. Проектирование мероприятий по борьбе с коррозией труб.......................... 124 
11.7. Определение потребности в аварийном запасе труб, фасонных частей
и арматуры для водопроводной сети ............................................................... 127 
11.8. Проектирование временной системы водоснабжения 
................................... 130 
11.9. Эксплуатация сооружений водоподготовки ................................................... 134 
11.10. Эксплуатация поверхностных водозаборов 
.................................................. 139 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 141 
4

ВВЕДЕНИЕ
На территории России имеется более 120 тысяч рек общей длиной более
2,3 миллиона километров, более 2 миллионов озер, сотни тысяч болот. Общий
объем речного стока составляет примерно 4043 км3 (10% мирового стока). 
Вместимость озер и водохранилищ составляет 800 км3. 
Для хозяйственного использования в России ежегодно расходуется около
69 км3 воды, в том числе из поверхностных источников 56,2 км3, подземных – 
8,9 км3 [1]. 
На реках расположено около 30 тыс. гидросооружений различной функциональной направленности, в том числе 723 судоходных, которые находятся
на балансе организаций Росморречфлота. 
По данным Министерства природных ресурсов РФ, аварийность гидротехнических сооружений в нашей стране превышает среднемировую в 2,5 
раза. По состоянию на 1.11. 2015 г. в российский регистр гидротехнических
сооружений внесено только около 12,5 тыс. комплексов ГТС. В 249 комплексах ГТС из них присутствуют сооружения, имеющие опасный уровень безопасности и в 409 ГТС (3,2%) – сооружения, имеющие очень опасный уровень
безопасности [2]. 
Значительный возраст ряда сооружений и недостаточный объем финансирования на содержание гидротехнических сооружений в 90-х гг. прошлого
столетия являются основной причиной их низкого технического состояния
(75% действующих СГТС находятся в эксплуатации от 50 до 176 лет). С целью обеспечения надежности эксплуатации судоходных гидротехнических
сооружений Росморречфлотом проводится планомерная работа по их ремонту
и восстановлению. С 2003 г. в 10 раз увеличилось текущее финансирование на
ремонтные работы СГТС и путевого хозяйства, что позволило значительно
улучшить техническое состояние 18 объектов гидросооружений, в том числе
особо крупных. Восстановление устойчивости напорного фронта и эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений осуществляется на объектах
Беломорско-Балтийского
и
Волго-Донского
каналов, канала
им. 
Москвы, Волго-Балтийского водного пути, гидротехнических сооружениях
Волжского, Камского и Азово-Донского бассейнов. В целом, принимаемые
комплексные меры по капитальному ремонту и восстановлению судоходных
гидротехнических сооружений позволят перевести аварийные сооружения в
нормальный режим эксплуатации и нормальный уровень безопасности.  
Проблемой, требующей особого внимания, является сохраняющийся
высокий уровень негативного антропогенного воздействия на водные объекты. В водные объекты Российской Федерации сбрасывается 52,1 куб. км в
год сточных вод, из которых около 20 куб. км подлежат очистке.  
Более 70 процентов сточных вод, подлежащих очистке (13,7 куб. км), 
сбрасываются недостаточно очищенными, почти 20 процентов (3,7 куб. км) 
- загрязненными без очистки и только 10 процентов (1,9 куб. км) - очищенными до установленных нормативов.  
Вместе со сточными водами в поверхностные водные объекты Российской Федерации ежегодно поступает около 10-11 млн. тонн загрязняющих
веществ.  
5

Свыше 60 процентов общего объема сброса загрязненных сточных вод
в Российской Федерации составляют сточные воды, сбрасываемые предприятиями жилищно-коммунального хозяйства. Причинами этого являются
значительный износ очистных сооружений, применение устаревших технологий очистки сточных вод и прием объектами жилищно-коммунального
хозяйства загрязненных стоков городских промышленных предприятий.  
Более 25 процентов общего объема сброса загрязненных сточных вод
приходится на долю промышленных предприятий. Основными источниками
загрязнения водных объектов являются предприятия, осуществляющие целлюлозно-бумажное, химическое, металлургическое производство, полиграфическую деятельность, производство кокса, нефтепродуктов, добычу металлических руд, а также предприятия угольной промышленности [3].   
Быстроменяющаяся экономическая структура некоторых районов, изменение численности населения требуют дифференцированного подхода к проведению технической политики в области охраны вод. Повсеместно проводимые в этом отношении обширные работы, рассчитанные на обеспечение доброкачественной водой отдельных городов, промышленных и сельскохозяйственных районов, могут полностью разрешить поставленные задачи, если их
осуществление будет идти с учетом новейших достижений науки и техники. 
В этой связи необходимо усиливать охрану водных источников от истощения, увеличивать мощности систем оборотного и повторного использования вод, разрабатывать и внедрять на предприятиях замкнутые системы
водопользования, а также продолжать работу по охране и рациональному
использованию уникальных природных комплексов. 
1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Все термины и определения, относящиеся к курсу «Эксплуатация и мониторинг систем и сооружений  стандартизованы. Для каждого понятия установлен один термин (таблица 1) [4-8] . 
Таблица 1 
Термины и определения
Термин
Определение
Селитебная территория
Предназначена для размещения жилищного фонда, общественных зданий
и сооружений, в том числе научно-исследовательских институтов и их
комплексов, а также отдельных коммунальных и промышленных объектов, не требующих устройства санитарно-защитных зон; для устройства
путей внутригородского сообщения, улиц, площадей, парков, садов, 
бульваров и других мест общего пользования. 
Производственная
территория
Предназначена для размещения промышленных предприятий и связанных с ними объектов, комплексов научных учреждений с их опытными
производствами, коммунально-складских объектов, сооружений внешнего транспорта, путей внегородского и пригородного сообщений. 
6

Продолжение табл. 1 
Ландшафтнорекреационная
территория
Включает городские леса, лесопарки, лесозащитные зоны, водоемы, 
земли сельскохозяйственного использования и другие угодья, которые
совместно с парками, садами, скверами и бульварами, размещаемыми
на селитебной территории, формируют систему открытых пространств. 
Водопотребление
Потребление воды из водного объекта или систем водоснабжения
Норма водопотребления
Установленное количество воды на одного жителя или условную единицу, характерную для данного производства
Водохозяйственный
баланс
Результаты сопоставления имеющихся в бассейне или на данной территории водных ресурсов  с их использованием на разных уровнях
развития народного хозяйства
Водохозяйственная
система
Комплекс взаимосвязанных водных объектов и гидротехнических сооружений, предназначенных для обеспечения рационального использования и охраны вод
Водоохранный  комплекс
Система сооружений и устройств для поддержания требуемого количества и качества воды в заданных створах или пунктах водных
объектов
Качество воды
Характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность
ее для конкретных видов водопользования
Водопользование
Использование водных объектов для удовлетворения любых нужд населения и народного хозяйства
Общее водопользование
Водопользование без применения сооружений или технических устройств, влияющих на состояние вод
Специальное
водопользование
Водопользование с применением сооружений или  технических устройств. К специальному водопользованию в отдельных случаях может
быть отнесено водопользование без применения сооружений или технических устройств, но оказывающие влияние на  состояние вод
Государственный
водный кадастр
Систематизированный свод данных учета вод по количественным и
качественным показателям, регистрации водопользователей, а также
данных учета использования вод
Регулирование
качества воды
Воздействие на факторы, влияющие на состояние водного объекта, с
целью соблюдения норм качества воды
Прибрежная
водоохранная зона
Территория, прилегающая к акваториям водных объектов, на которых
устанавливается специальный режим для предотвращения загрязнения
Сточные воды
Дождевые, талые, инфильтрационные, поливомоечные, дренажные
воды, сточные воды централизованной системы водоотведения и другие воды, отведение (сброс) которых в водные объекты осуществляется после их использования или сток которых осуществляется с водосборной площади.  
Зона санитарной
охраны
Территория и акватория, на которых  устанавливается особый санитарно-эпидемиологический режим для предотвращения
ухудшения качества воды источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и охраны водопроводных сооружений
Сточные воды, отведение которых после очистки в водные объекты не
приводит к нарушению норм качества воды в контролируемом створе
или пункте водопользования
Нормативноочищенные
сточные воды
Норматив допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ
Масса загрязняющего вещества, которая может быть сброшена источником загрязнения в водный объект и не создаст с учетом процессов перемешивания и превращения веществ максимальной концентрации в контрольном створе, превышающей экологический
норматив
7

Продолжение табл. 1 
Засорение вод
Накопление в водных объектах посторонних предметов
Способность водного объекта принимать определенную массу веществ
в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования
Ассимилирующая  
способность водного
объекта
Эвтрофирование вод
Повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов
Цветение вод
Массовое развитие фитопланктона, вызывающее изменение окраски
воды
Вода питьевая
Вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и
показатели токсических химических веществ находятся в пределах
норм питьевого водоснабжения
Стратификация  
водного объекта
Наличие внутри водной массы слоев, характеризующихся разной
плотностью, температурой, солесодержанием, а также
разным содержанием кислорода или биогенных элементов
Проба воды
Определенный объем воды, отобранный для исследования ее состава и
свойств
Створ полного
смешения
Ближайший к источнику, влияющему на качество воды, поперечный
профиль русла водотока, в котором устанавливается практически равномерное распределение температур и концентраций веществ в воде
Точка отбора пробы
воды
Зафиксированное местоположение отбора пробы воды
Консервация пробы
воды
Добавление химического вещества и (или) изменение физических
условий для уменьшения возможных искажений определяемых
показателей в период между моментом отбора пробы воды и ее исследованием
Взвешенные вещества
в воде  
Вещества, выделенные из воды путем фильтрования и (или) центрифугирования
Общее содержание
примесей в воде  
Общее количество растворенных и взвешенных веществ в воде
Состояние водного
объекта
Характеристика водного объекта по совокупности его количественных
(расход воды, скорость течения, глубина водного объекта, температура
воды, рН, БПК и др.) и качественных показателей применительно к
видам водопользования
Нормальное воспроизведение основных звеньев экологической системы водного объекта
Экологическое  
благополучие водного
объекта
Донные отложения
Донные наносы и твердые частицы, образовавшиеся и осевшие на дно
водного объекта в результате внутриводоемных физико-химических и
биохимических процессов, происходящих с веществами как естественного, так и техногенного происхождения
Планктон
Сообщество организмов, состоящее из растений и животных, взвешенных в толще воды и дрейфующих с ее потоками
Макрофиты
Высшие водные растения
Водоросли
Группа одно- или многоклеточных низших водных растений, включая
цианобактерии
Повторное  
использование воды
Использование отводимых объектом сточных вод для водоснабжения
Норма отведения
сточных вод
Установленное количество сточных вод на одного жителя или на условную единицу, характерную для данного производства
8

Расход отводимых в водный объект сточных вод, установленный для
данного водопользования, исходя из норм отведения сточных вод и
состояния водного объекта
Окончание табл. 1 
Лимит отведения
сточных вод в водный
объект
Истощение вод
Уменьшение минимально допустимого стока поверхностных вод или
сокращение запасов подземных вод
Минимально допустимым стоком является сток, при котором обеспечивается экологическое благополучие водного объекта и условия водопользования
2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ  ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ И СООРУЖЕНИЙ
2.1.
Эксплуатационные требования к системам
Режим эксплуатации водохозяйственного сооружения осуществляется в
соответствии с их проектными характеристиками, фактическим состоянием, 
условиями эксплуатации, сроками их службы и назначением каждого водохозяйственного сооружения. 
Изменение режима эксплуатации водохозяйственного сооружения оформляется распорядительным документом собственника с уведомлением в течение
трех рабочих дней бассейнового управления уполномоченного органа. 
При выводе из эксплуатации водохозяйственного сооружения собственник в течение трех рабочих дней информирует об этом бассейновое управление уполномоченного органа. Вывод из эксплуатации водохозяйственного сооружения производится по заключению рабочей комиссии, создаваемой собственником, и оформляется актом о необходимости вывода водохозяйственного сооружения из эксплуатации. 
В состав рабочей комиссии входят представители местных исполнительных органов, уполномоченного органа, уполномоченного государственного
органа в области охраны окружающей среды, уполномоченного органа в области чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, проектных организаций, общественных объединений. 
В процессе эксплуатации водохозяйственного сооружения ведется техническая документация. 
После завершения строительства, реконструкции или капитального ремонта приемка (ввод) в эксплуатацию водохозяйственного сооружения проводится
в соответствии с требованиями законодательства Российской Федерации. 
Вся документация по строительству, реконструкции, капитальному ремонту и вводу в эксплуатацию водохозяйственного сооружения хранится у
собственника водохозяйственного сооружения. Собственник, эксплуатирующий водохозяйственное сооружение, обеспечивает соблюдение режима его
эксплуатации. 
Внесение изменений в установленный режим эксплуатации водохозяйственного сооружения производится на основании результатов систематических
9

наблюдений за водохозяйственным сооружением и данных об изменении условий его эксплуатации. 
Эксплуатация водохозяйственных сооружений обеспечивает безопасность, сохранность и повышение долговечности водохозяйственных сооружений при работе оборудования и при воздействии гидрометеорологических
факторов. 
Одним из условий обеспечения безопасности водохозяйственного сооружения является создание не снижаемого резерва (оборудования, изделий, узлов, деталей и строительных материалов) для проведения предупредительных
мероприятий и принятия неотложных мер по предотвращению аварии или
чрезвычайной ситуации природного или техногенного характера. 
Эксплуатация водохозяйственного сооружения, имеющего физический
износ, который препятствует его нормальной эксплуатации или который приводит к разрушению отдельных элементов водохозяйственного сооружения, 
не допускается. 
Все водохозяйственные сооружения эксплуатируются при строгом соблюдении установленных для них норм эксплуатационных нагрузок. 
Увеличение нагрузок на водохозяйственное сооружение сверх установленных норм проектной документацией не допускается.        Нормы эксплуатационных нагрузок для водохозяйственного сооружения периодически пересматриваются с учетом фактического состояния конструктивных элементов
водохозяйственного сооружения и соответствия условий его службы первоначально принятым при проектировании, строительстве и устанавливаются для
каждого водохозяйственного сооружения. Пересмотр норм эксплуатационных
нагрузок производится собственником на основе рекомендаций проектной организации после обследования водохозяйственного сооружения. 
При эксплуатации водохозяйственных сооружений в зимний период собственником составляется план организационно-технических мероприятий по
эксплуатации водохозяйственных сооружений в зимних условиях, с учетом
климатических и гидрометеорологических характеристик района и конструктивных особенностей водохозяйственных сооружений. 
2.2. Роль эксплуатации в рациональном   функционировании
комплексных гидроузлов
Комплексный гидроузел - это группа гидротехнических сооружений, 
объединённых по расположению, целям и условиям их работы.
Примеры комплексных гидроузлов приведены на рис. 1,2,3. 
При эксплуатации гидротехнических сооружений, которые входят в состав комплексных гидроузлов, должны быть обеспечены надежность и безопасность их работы, а также бесперебойная и экономичная работа технологического оборудования электростанций при соблюдении требований охраны
окружающей среды. Особое внимание должно быть уделено обеспечению надежности работы противофильтрационных и дренажных устройств. 
10