Гидротехнические сооружения внутрихозяйственной мелиоративной сети

С.Г
. Белогай, В.А. Волосухин, А.И. Тищенко
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ 
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ 
СООРУЖЕНИЯ 
СООРУЖЕНИЯ 
ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОЙ 
ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОЙ 
МЕЛИОРАТИВНОЙ  СЕТИ
МЕЛИОРАТИВНОЙ  СЕТИ
Монография
Монография
Москва 
РИОР
ИНФРА-М

УДК 626/627(075.4)
ББК 38.77:40.6
         Б43
А в т о р ы :
Белогай С.Г. – профессор, доктор технических наук;
Волосухин В.А. – профессор, доктор технических наук, заслуженный 
деятель науки РФ, эксперт РАН;
Тищенко А.И. – доцент, кандидат технических наук
Р е ц е н з е н т ы :
профессор, доктор технических наук А.В. Колганов;
профессор, доктор технических наук Е.В. Кузнецов;
профессор, доктор технических наук М.М. Мордвинцев
Б43
Белогай С.Г., Волосухин В.А., Тищенко А.И. 
Г
идротехнические сооружения внутрихозяйственной мелиоративной сети : монография. — Москва : РИОР : ИНФРА-М, 2022. — 321 с. — 
(Научная мысль). — DOI: https://dx.doi.org/10.12737/10949
ISBN 978-5-369-01230-7 (РИОР)
ISBN 978-5-16-006917-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103195-7 (ИНФРА-М, online)
В монографии обобщены многолетние исследования на гидротехнических сооружениях мелиоративных систем, на основании которых предлагаются способы проведения инженерных мелиораций и даются рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации гидротехнических 
сооружений внутрихозяйственной мелиоративной сети Южного и СевероКавказского федеральных округов. Приводятся зависимости для прогнозирования некоторых параметров воронки размыва в нижнем бьефе гидротехнических сооружений оросительных систем. Представлены прочностные 
расчеты некоторых конструкций гидротехнических сооружений мелиоративной сети с использованием расчетных зависимостей строительной механики.
Издание будет полезно для гидротехников водохозяйственных организаций, научных работников, аспирантов и студентов вузов мелиоративного 
направления.
УДК 626/627(075.4) 
ББК 38.77:40.6
 
Издается в авторской редакции
© Белогай С.Г., 
Волосухин В.А., 
Тищенко А.И., 2013
ISBN 978-5-369-01230-7 (РИОР)
ISBN 978-5-16-006917-3 (ИНФРА-М)

 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
В последние десятилетия XXI века остро встала проблема продления жизненного цикла гидротехнических сооружений (ГТС) на 
внутрихозяйственной мелиоративной сети (ВМС). В значительной 
мере эта проблема зависит от разработки методов расчета и средств, 
способствующих обеспечению устойчивой и долговременной работы ГТС ВМС. Анализ состояния этих ГТС, проработавших более 40–
50 лет, показал, что некоторые сооружения не исчерпали свои ресурсы и продолжают удовлетворительно функционировать. Основная 
же их масса (около 80%) в настоящий период находится в неудовлетворительном техническом состоянии. 
Гидротехнические сооружения ВМС в основном рассчитаны на 
расход от 1,0 до 10,0 м3/с и носят массовый характер. Большая часть 
ГТС ВМС расположена на хозяйственных и внутрихозяйственных 
каналах и в последние годы рыночной экономики России находится 
на балансе товаропроизводителей. В федеральной собственности 
находятся магистральные каналы и ГТС, расположенные на них. В 
Южном и Северо-Кавказском федеральных округах расположено 
около 450 тыс. таких ГТС с балансовой стоимостью более 8 млрд 
руб. в ценах 2010 г. [Природообустройство. 2011. № 3]. В работе 
рассматриваются состояние и конструктивные особенности водозаборных, сопрягающих, водопроводящих, регулирующих и других 
сооружений, которыми армируются мелиоративные системы. При 
описании ГТС, в связи с их назначением, основное внимание уделяется гидравлическим характеристикам их работы в зависимости от 
конструкций и состояния нижнего бьефа за ними. 
Объем подачи федеральными системами воды на орошение в 
России запланирован в 2021 г. в объеме 7,8 млрд м3. Модернизация 
мелиоравтиного комплекса России позволяет без задержки выполнять планы поливов, а также работы по осушению земель в период 
вегетации сельскохозяйственных культур. В 2021 г. осуществляется 
реконструкция более 100 мелиоративных объектов, задействованных 
в производстве сельхозпродукции, на сумму 7,9 млрд рублей. Развитие мелиоративного комплекса Российской Федерации до 2031 г. в 
соотвествии с постановлением Правительства РФ от 14.05.2021 
№ 731 позволит на треть сократить потери воды в мелиорации. Финансирование Госпрограммы предусмотрено в объеме 128 млрд рублей. 
3 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Гидротехнические сооружения на мелиоративных системах необходимы для забора воды из водоемов или каналов старшего порядка, 
регулирования расходов воды потребителям, пропуска воды через 
пересеченные местности, сброса излишков транспортируемой по 
каналам воды в пруды - накопители, сбросные коллекторы, естественные или искусственные водоемы и реки. 
Проблема долговременной жизнедеятельности гидротехнических 
сооружений различных конструкций и разного назначения с незапамятных времен занимала умы ученых, инженеров-гидротехников, 
проектировщиков, строителей, эксплуатационников. Некоторые отдельные гидротехнические сооружения (акведуки, водозаборные), 
построенные в Китае более 5000 лет до н. э., функционируют и в 
настоящее время. Этот факт свидетельствует о большом значении 
гидротехнических сооружений для цивилизации человечества. 
Высоких и устойчивых урожаев на орошаемых землях можно добиться только при безотказной работе мелиоративных систем. Однако практика их эксплуатации располагает множеством примеров, 
когда некоторые ГТС на них выходят из строя из-за образования за 
ними местных размывов русла или нарушения элементов конструкции самих сооружений в период их работы, в связи с чем на значительный период времени нарушается регулярный полив орошаемых 
земель.  
Обследования мелиоративных систем общего характера, которые 
проводятся порой бессистемно отдельными специалистами различных организаций, выступления в печати и на научно-технических 
конференциях работников службы эксплуатации водохозяйственных 
организаций и литературные источники свидетельствуют о том, что 
ГТС на мелиоративных системах как уникальные, так и массовые 
зачастую работают неудовлетворительно. Причины такой работы 
сооружений самые различные: 
– несовершенство расчетных формул гидравлики нижнего бьефа; 
– недостаточно обоснованный выбор допускаемых неразмывающих скоростей; 
– несоблюдение проектных размеров и отметок; 
– грубое нарушение технических условий при строительстве; 
– нарушение режимов эксплуатации сооружений и другие. 
Все или некоторые из этих причин приводят к тому, что многие 
сооружения, в том числе и массовые, уже в начальный период эксплуатации приходят в аварийное состояние. В связи с этим эксплуатационным организациям приходится затрачивать весьма значительные средства на ликвидацию аварий и ремонт сооружений. При этом 
следует отметить, что зачастую устраняются не сами причины, порождающие негативные явления, а их следствие. Это происходит 
4 

 
потому, что работники службы эксплуатации недостаточно осведомлены в вопросах выявления этих причин, а, следовательно, неверно 
выбирают пути их ликвидации. 
Проблему организационно-хозяйственных и технических мероприятий по улучшению работы ГТС ВМС и сохранению их эксплуатационных характеристик решают инженерные мелиорации. 
Состояние изученности проблемы. Одни исследователи уделили 
основное внимание разработке рекомендаций по определению глубины воронки местного размыва в несвязных и связных грунтах. 
К ним относятся Ш.А. Бабаджанова, М.С. Вызго, М.М. Гришин, 
В.В. Блинков, С.В. Избаш, А.Ф. Киенчук, А.С. Кирпичев, Б.А. Мацман, Ц.Е. Мирцхулава и другие исследователи. 
Вторая группа исследователей, к которой относятся М.С. Вызго, 
А.Ф. Киенчук, В.В. Крылов, Д.И. Кумин, И.Х. Овчаренко, Ю.Ф. Шатов и другие, в своих работах уделила основное внимание разработке конструкций гасителей избыточной энергии потока. 
Незначительная часть исследователей в своих работах рассмотрела вопросы определения остальных параметров (вместе с глубиной размыва) воронки местного размыва и разработки конструкций 
по гашению избыточной энергии потока. 
Несомненно, изучение вопросов устойчивости нижнего бьефа сооружений ВМС является одним из основных направлений в решении 
проблемы надежности работы ГТС. Непосредственно этой проблеме 
посвящены работы Ц.Е. Мирцхулавы, Ю.М. Косиченко, В.Н. Щедрина и некоторых других авторов. 
Обзор литературных источников показал, что основное внимание 
уделено вопросам по определению глубины воронки размыва. Другие параметры, такие как длина и ширина размыва, остались упущенными, хотя они играют не меньшую роль в вопросах надежности 
и долговечности работы ГТС ВМС. 
При разработке конструкций гасителей избыточной энергии потока не рассмотрены вопросы создания более совершенных конструкций самих сооружений. Для надежности работы сооружений и 
продолжительности срока их эксплуатации, наряду с устойчивостью 
нижнего бьефа, немаловажное значение имеет благополучное состояние верхнего бьефа (отсутствие подмывов и подсечек, фильтрации под сооружением, свободный пропуск плавника в нижний бьеф 
сооружения или забор воды, свободной от сорной растительности 
или других плавающих предметов). 
Существенную роль в обеспечении надежной работы сооружений 
играет состояние подводящего русла (верхнего бьефа сооружения). 
Имеется ряд примеров, когда каналы, одетые в бетон и железобетон, 
покрываются слоем ила как от пыльных бурь, так и от осаждения 
частиц грунта, переносимых потоком во взвешенном состоянии. 
В результате сорная растительность (в частности, камыш) успешно 
5 

 
произрастает на этих отложениях, чем отрицательно влияет на пропускную способность каналов и гидравлический режим потока на 
ГТС (рис. 1). 
 
 
 
Рис. 1. Зарастание сорной растительностью бетонного русла канала  
(Дивенский распределитель в Ставропольском крае) 
 
Традиционные методы и механизмы по очистке русел от ила или 
скашиванию сорной растительности приводят к повреждению железобетонных покрытий в верхнем и нижнем бьефах сооружения. Помимо этого, для работы механизмов требуются материальные затраты и энергоресурсы, что экономически неэффективно. Единственный выход в этом направлении - использование энергии воды, которая подается по каналам для целей орошения. 
Решить вопрос о том, чтобы за сооружением не появились размывы, можно только путем моделирования проектируемого гидротехнического сооружения и проверки его работы при различных режимах в лабораторных условиях. В результате таких исследований 
могут быть учтены многие основные факторы, способствующие возникновению местных размывов за данным типом сооружения, и в 
его конструкции будут заранее предусмотрены необходимые элементы, которые обеспечат надежную работу объекта. 
В свете этого производство вправе требовать от научных учреждений рекомендации по улучшению конструкций гидротехнических 
сооружений и более рациональные и обоснованные методы их расчета. 
Однако для выполнения лабораторных исследований на научном 
уровне необходимо знать основы моделирования. В практике наиболее широкое распространение получил метод физико-математи6 

ческого моделирования, который позволяет на моделях гидротехнических сооружений фиксировать качественные и количественные 
характеристики. 
Известно, что каждая отрасль науки при изучении различных явлений природы идет от простого решения к сложному выводу. Такой 
подход, вообще говоря, оправдан жизнью. Ведь упрощение, схематизация явлений приводит к получению хотя и приближенных решений, но в них остро нуждается практика. С течением времени 
наука накапливает новые сведения о данном явлении и в их свете 
пересматривает и исправляет прежние выводы. 
Гидравлика в этом отношении не является исключением. Гидравлические исследования гидротехнических сооружений относятся к 
области гидромеханики, в которой широкое применение нашел анализ размерностей. Этот метод позволяет значительно сократить объем эксперимента без потери контроля, а также наиболее просто и 
быстро получить выводы функциональных соотношений без применения сложной теории. 
Научная и практическая направленность монографии определила 
схему изложения материала. От оценки научных гипотез, анализа 
практического опыта или имеющихся данных до формулирования 
конкретных целей и задач, методик и результатов экспериментальных или теоретических исследований, последующего научного анализа и обобщения, от разработки методик, рекомендаций или конструкций до практических примеров их применения, направлений 
дальнейших разработок и исследований. 
При повышении технического состояния гидротехнических сооружений мелиоративных систем следует руководствоваться положениями Федеральных законов «О безопасности гидротехнических 
сооружений», «О мелиорации земель» [163, 164], Постановлением 
Правительства РФ [165], сводами правил [110, 111, 166] и положениями работ [167–170]. 

 
 
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ 
СООРУЖЕНИЙ НА ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОЙ 
МЕЛИОРАТИВНОЙ СЕТИ 
 
1.1. Открытая внутрихозяйственная сеть 
и ее общее состояние 
 
В «Инновационных подходах к реализации развития программы 
мелиорации в Российской Федерации до 2020 года» академиксекретарь Отделения мелиорации, водного и лесного хозяйства Россельхозакадемии Н.Н. Дубенок отмечает: «В мировой практике мелиорация всегда была решающим фактором устойчивого земледелия и стабильно-высокого производства сельскохозяйственной 
продукции для обеспечения населения основными продуктами питания и борьбы с голодом. Орошаемая площадь в мире в настоящее 
время достигла 277 млн га, на которых производится более 40% 
всего урожая. Во многих странах площадь мелиоративных земель 
превышает 30%. Практически во всех странах, включая царскую 
Россию, основные работы по мелиорации финансировались за счет 
государства. 
Российское сельское хозяйство, имеющее около 80% пашни в зоне неустойчивого и недостаточного увлажнения и свыше 10% — в 
зоне избыточного увлажнения, даже в лучшие годы имело лишь 9% 
мелиорированных земель от площади сельхозугодий. Вместе с тем 
на мелиорированных землях производилось 16% растениеводческой 
продукции, 36% кормов, весь объем риса, около 6 млн тонн зерна, 
5,4 млн тонн овощей. В настоящее время изношенность мелиоративного фонда составляет почти 60%, что привело к существенному 
сокращению растениеводческой продукции с мелиорированных земель». 
Северо-Кавказский регион является наиболее крупным районом 
по числу орошаемых площадей сельскохозяйственных угодий. Из 
4,2847 млн га орошаемых земель Российской Федерации (на 
01.01.2012 г.) 1076,5 тыс. га (25,1%) приходится на долю Южного 
федерального округа и 1049,7 тыс.га (24,5%) — на долю СевероКавказского федерального округа. 
Основная масса этих земель приходится на Ростовскую область 
(228,4 тыс. га), Ставропольский (276,4 тыс. га) и Краснодарский 
(386,5 тыс. га) края и Республику Дагестан (396,3 тыс. га) —  
1059,2 тыс. га, или 49,8% орошаемых земель, находящихся на Юге 
России (2126,2 тыс. га). 
К 1990 году площадь орошаемых земель в России достигала  
6,2 млн га, из которых 2,2 млн га были сосредоточены в СевероКавказском регионе и 1,7 млн га — Поволжском.  
8 

 
Начиная с 1990 г., ежегодно наблюдается непрерывное уменьшение площади орошаемых земель, а также усиление деградации и 
опустынивание сельскохозяйственных территорий. Так, за период с 
1990 по 2005 гг. площадь орошаемых земель в России сократилась 
до 4,6 млн га (на 26%), а в засушливых регионах юга России — с 3,9 
до 2,2 млн га (на 44%). Общая фактически поливаемая площадь по 
стране в 2006 г. едва превышала 1 млн га [Вестник АПК. 2006. 
31 авг.]. 
Практически прекратилось строительство новых оросительных 
систем, а работы по реконструкции существующих выполняются в 
объемах не более 5...10% от потребности и то, в основном, за счет 
средств федерального бюджета (97,8%). 
В советское время по данным П.И. Коваленко, на 1000 га орошаемой площади приходилось 55 сетевых гидротехнических сооружений с расходом до 10 м3/с. От исправности этих сооружений зависит бесперебойная работа мелиоративной сети [41]. 
Основные причины вывода орошаемых земель из сельскохозяйственного оборота и их деградации связаны с организационнохозяйственными, социально-политическими и природными факторами, к числу которых, согласно [Вестник АПК. 2006. 31 авг.], относятся: 
1) затянувшийся процесс закрепления земель мелиоративного 
фонда и гидротехнических сооружений в федеральную собственность, в собственность регионов, муниципальных образований и хозяйствующих субъектов. Несовершенство законодательной и нормативной базы по сохранению мелиоративного фонда; 
2) резкое снижение государственной поддержки развития агропромышленного комплекса и особенно мелиоративной отрасли. Высокие кредитные ставки банков, сложившийся диспаритет цен на 
сельскохозяйственную и промышленную продукцию, отсутствие 
собственных средств у землевладельцев и землепользователей на 
реконструкцию существующих и строительство новых, обеспечение 
эффективной работы действующих оросительных систем; 
3) хищение и разукомплектация оросительной техники, насосносилового оборудования и трубчатой сети, электролиний на оросительных системах. Моральный и физический износ поливной техники, отсутствие предложений предприятий, производящих оросительную технику, по созданию машин нового поколения; 
4) недооценка на всех уровнях управления и пользования необходимости комплексного проведения мелиоративных мероприятий, 
обеспечивающих повышение продуктивности мелиорированных 
земель, с соблюдением требований охраны окружающей среды, экологической устойчивости и продуктивного долголетия природных 
систем; 
9 

 
5) отсутствие ландшафтно-адаптивного подхода к организации 
территории землепользования с научно-обоснованными ограничениями, учитывающими допустимые нормы эрозии и дефляции почвы, пределы антропогенной нагрузки, предупреждающими развитие 
процессов деградации природной среды; 
6) экономическая слабость сельхозтоваропроизводителей, ограниченность и недоступность инвестиционных средств и, как следствие, низкое внедрение научных разработок и достижений научнотехнического прогресса (НТП) в области комплексных мелиораций 
сельскохозяйственных угодий, тормозящие создание мелиоративных 
систем нового поколения с замкнутыми циклами водооборота, а 
также несформированный рынок спроса и предложений на продукцию растениеводства с орошаемых земель в новых экономических 
условиях. 
В настоящее время в связи с деградацией мелиоративных систем 
и сооружений, прослуживших более 50 лет на 1000 га, на территории России приходится около 30 сетевых гидротехнических сооружений, работающих или находящихся в удовлетворительном состоянии, которые полностью не исчерпали свои жизненные ресурсы, 
но требуют реставрации или капитального ремонта. 
В интервью директора Неклиновского филиала Управления 
«Ростовмелиоводхоз» Докучаева В.В. [МиВХ. 2008. № 2] сообщается: «…произошло самое непоправимое: было упущено время, когда 
систему еще можно было спасти, опоздали с плановой реконструкцией. Теперь приходится все восстанавливать заново. Есть проект 
реконструкции системы, но он не проплачен. Ростовская область на 
реконструкцию на 2008–2010 гг. выделила 8,5 млн руб., это мизер, 
если только на восстановление одного насосного агрегата нужно не 
менее 1,2 млн руб., а для запуска орошения на 500 га — 240 млн руб. 
Вторая, рожденная нашим временем проблема: хозяйства не в состоянии оплачивать ремонт внутрихозяйственных сетей, часто у них 
нет средств даже для оплаты электроэнергии». 
В мелиорации одной из основных проблем является нехватка 
кадров, точнее — отсутствие средств на заработную плату квалифицированных рабочих. 
Около 50% орошаемой площади, приходящейся на СевероКавказский регион, занимает открытая оросительная сеть с применением дождевания. Более 50% протяженности оросительной сети 
имеют противофильтрационные покрытия. Однако, из-за недостаточно высокого технического уровня, значительная часть оросительных систем имеет низкий коэффициент полезного действия 
(КПД) — ниже 0,8 [21], что меньше значения, предусмотренного 
СНиП 2.06.03–85* «Мелиоративные системы и сооружения». 
Помимо этого, на некоторых оросительных системах Северного 
Кавказа фильтрационные потери из каналов составляют 30–80% от 
10