CC BY
8УДК 622.692.4.053:627.15 (282.251.3)
О ВЛИЯНИИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СОСТОЯНИЕ МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА ЧЕРЕЗ Р. ЛЕНА
КОРНИЛОВА ЗОЯ ГРИГОРЬЕВНА
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, РФ, РС (Я), г. Якутск.
АММОСОВ ГРИГОРИЙ СЕРГЕЕВИЧ
Научный сотрудник, Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО
РАН, РФ, РС (Я), г. Якутск.
ИВАНОВ ДЖУЛУСТАН СЕМЕНОВИЧ
Ведущий электроник, Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО
РАН, РФ, РС (Я), г. Якутск.
КОРНИЛОВА ВАЛЕНТИНА ВАСИЛЬЕВНА
Ведущий электроник, Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО
РАН, РФ, РС (Я), г. Якутск.
Аннотация: Подводные переходы магистральных трубопроводов через водные объекты относятся к наиболее сложным сооружениям, одним из определяющих факторов работоспособности магистральных трубопроводов, является их взаимодействие со сложными инженерно-геологическими и их эксплуатационными условиями в Якутии.
Определение деформаций русла в районе подводного перехода является одним из важных элементов исследований. От деформаций русла зависят изменения характеристик потока, сохранность и надежность подводного перехода. Смещение массивов подвижных песков по течению р. Лена значительно влияет на характер ледохода и весенние паводки.
В статье приводятся данные о проведении нами промеров в октябре 2012 года профиля дна р. Лена на створе подводного перехода магистрального трубопровода гидрометеорологическим катером с помощью эхолота «Lowrance Е1Ие-4Б81». Приведены результаты профилирования по четырем створам. Из анализа изменения максимальных глубин по створам следует, что максимальная глубина зафиксирована в районе подводного перехода у правого берега. У левого берега наблюдается значительный размыв берега. Следовательно, наличие подводного перехода существенно изменяет характер перемещения микро- и мезоформ дна, соответственно направление руслового течения реки.
Ключевые слова: магистральный трубопровод, подводный переход, дюкер, сварное соединение, профиль дна, размыв, створ.
Введение
Подводные переходы магистральных трубопроводов (ППМТ) - это сложные инженерные объекты, их отличительными особенностями являются [1]: прохождение через ряд участков, резко отличающихся друг от друга по характеру воздействия (берег, пойма, русловая часть); обязательная балластировка трубопровода, компенсирующая его положительную плавучесть; затрудненный доступ для проведения ремонтно-профи-лактических работ.
Трасса трубопровода через р. Лена на пойменных участках расположена в области распространения вечномерзлых грунтов мощностью более 250 м, в зоне русловой части -прерывистого распространения вечномерзлых грунтов. Исследуемая территория находится в пределах сильного воздействия экзогенных рельефообразующих процессов.
Первая нитка ППМТ через р. Лена, протяженностью 16,96 км, была проложена в сентябре 2003 года. Через три года в сентябре 2006 г. произошла утечка газа на ППМТ, в августе 2007 г. произошла вторая авария на этом же ППМТ. За шесть лет (с 2003 по 2009 год) эксплуатации I-й нитки ППМТ через р. Лена возникло четыре «инцидента», три в русловом участке, один на пойменном участке данного магистрального трубопровода [2]. Вторая нитка ППМТ через р. Лена, протяженностью 16,26 км, проложена в апреле 2009 года. Обе нитки проложены между гидропостом (г/п) с. Табага и г. Якутском.
При обследовании ППМТ через р. Лена нашими специалистами гидролокатором ГБО «Гидра 500Э» оголенные места дюкера четко обнаруживаются [3].
Во время весеннего ледохода на р. Лена образуются заторы льда. Торосистые скопления иногда полностью забивают русло реки и становятся своеобразными «ледяными плотинами» [4]. Формирование заторов сопровождается затоплениями пониженных участков речной долины, в некоторых случаях принимающих характер катастрофических и приводящих к огромному материальному ущербу. Гарантированно предотвратить подобные явления даже с помощью современных технических средств пока не представляется возможным [5, 6]. Существует большое количество работ отечественных ученых [4] и современные публикации зарубежных ученых [7], описывающих физико-механическую, гидрологическую и гидроморфологическую основы заторообразования.
Материалы и методы исследования
В октябре 2012 года нами были проведены промеры профиля дна р. Лена на створе ППМТ гидрометеорологическим катером «Вельбот» с помощью эхолота «Lowrance Elite-4DSI». Всего по створу было пройдено 4 галса. Расстояние между промерными точками в среднем составляло 100 метров. Позиционирование выполнялось с помощью GPS навигатора «Dakota20M». Уровень воды на момент измерений у перехода магистрального трубопровода составил 87,50 м БС.
Направление движения катера «Вельбот» параллельно I-й и II-й ниток ППМТ следующее: начало отсчета профилирования принято от правого берега по створу № 2, катер отправляется к левому берегу (правому берегу острова Улуу Арыы). Достигнув левого берега, катер более 200 м спускается вниз по течению и направляется к правому берегу по створу № 1. Достигнув правого берега (левого берега острова Юэс Кумах), где трубопровод пересекает русло реки между островами Бэргэсэ Юэс и Юэс Кумах через прорытый канал, катер поднимается вверх по течению и, зафиксировав начало створа № 3, плывет по данному створу и достигает левого берега (правого берега острова Улуу Арыы), затем, зафиксировав начало створа № 4, двигается вдоль ППМТ через р. Лена и достигает правого берега (левого берега острова Бэргэсэ Юэс).
Результаты исследования
Результаты профилирования по четырем створам приведены на рис. 1. Со стороны левого берега профили на створах № 1 и № 2 более равномерны и постепенно углубляются по мере приближения к правому берегу. На последующих створах № 3 и № 4 со стороны левого берега ранее имевшаяся равномерность профилей на створах № 1 и № 2 резко ухудшается. Резко изменяется профиль дна у левого берега на створах № 3 и № 4, возрастает глубина русла у левого берега до 5,7 м на створе № 3, до 5,0 м - на створе № 4. Наблюдается ярко выраженная неровность профиля дна на створе № 3, соответствующая примерно положению I-й нитки ППМТ. На всех этих четырех профилях у правого берега (левых берегов островов Юэс Кумах и Бэргэсэ Юэс) резко меняется профиль дна реки, еще более ниже спускаясь максимально до 76,5 м по БС (рис. 1).
3
* 14.00
ыдн> ко, 00
71,00
Ливын 6«р9Г t
ч f
\ J
\ /
\ / \ /
i
>
200 400 600
1000 1200 1400 1Ь00 1100 MMNUIO М4Н4Л*. М
а)
Левьм 6*pw Правый fi«p«r
v. /
\ j
V
\ _ N—/
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 P«t<wn ■» ut шктци | огц нлнлгл, т
б)
г)
Рис. 1. Поперечный профиль р. Лена по створам трубопровода от 13.10.2012 г.:
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
а - створ № 1, б - створ № 2, в - створ № 3, г - створ № 4.
Анализ изменения максимальных глубин по створам показывает, что по створу № 1 -достигает 10,4 м, № 2 - 10,8 м, № 3 - 10,6 м, № 4 - 10,2 м. Следует отметить, что 13.10.2012 г. максимальная глубина русла зафиксирована в районе ППМТ через р. Лена у правого берега (у берега островов Юэс Кумах и Бэргэсэ Юэс), где был прорыт канал (фото 1) для прокладки двух дюкеров магистрального трубопровода. Кроме того, как отмечено выше, у левого берега глубина на створе № 3 достигает 5,7 м, на створе № 4 - 5,0 м. Здесь же у левого берега наблюдается значительный размыв берега (фото 2). Следовательно, наличие подводного перехода магистрального трубопровода существенно изменяет характер перемещения микро-и мезоформ дна, соответственно направления руслового течения реки.
Из фото 1 видно, что в результате земляных работ по углублению и подсадке двух ниток ППМТ через р. Лена и выноса большого объема грунта донных отложений плавкранами создан высокий искусственный намыв (мини-остров), за которым лежит протока, проходящая за островами Бэргэсэ и Юэс Кумах. На правом берегу этой протоки, на фоне острова Былдьасыктах виден участок сверхжелтого цвета, являющийся местом выхода на берег П-ой нитки ППМТ с выполненными берегоукрепительными работами (фото 3). Также, нами зафиксирован интенсивно размываемый участок острова Былдьасыктах ниже створа ППМТ (фото 4).
Фото 2.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Фото 4.
Обсуждение
В результате строительства ППМТ через р. Лена траншейным способом создается условие к изменению морфологии донных отложений с уклоном в сторону правого берега реки. Такое воздействие на морфологию дна русла реки вполне может способствовать изменению направления течения и увеличению потока воды в сторону Хаптагайской протоки, имеющей достаточно сильное течение и большой объем расхода воды в период весеннего наводнения и летне-осенних паводков. ППМТ пересекает эти две протоки, глубина которых ежегодно увеличивается. Исходя из этого, размыв дна и береговых склонов островов в этих протоках возрастает.
Выводы
1. За период эксплуатации дюкера ППМТ через р. Лена, несмотря на постоянно проводимые превентивные мероприятия по его заглублению и подсадке, размыв и оголение продолжаются на участке от ПК 85+00 до ПК 93+00 (протяженностью 800 м), а планово-высотное положение дюкера не соответствует проектному и выше примерно на 3,9 м.
2. Показано, что происходит постепенное увеличение высоты прогиба и в сентябре 2012 года достигло ~14 м в главном русле р. Лена по направлению течения реки из-за сезонной
динамики русловых процессов, создающих неравномерную скорость перемещения и переформирования микроформ и мезоформ по руслу реки Лена в районе ППМТ.
3. Ежегодное увеличение изгиба ППМТ через р. Лена, на наш взгляд, связано с вовлекаемостью дюкера с пригрузами, перемещающимися микро- и мезоформами донных отложений. При совпадении пространственного положения дюкера ППМТ со впадинами микро- и мезоформ вероятность его оголения возрастает, а, соответственно, снизится его надежность. Эти вопросы требуют расширенных мониторинговых исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шалагин В.Н., Бриллиантов А.Н. Особенности диагностического обслуживания ППМГ // Газовая промышленность. 2005. № 10. С. 16-20.
2. Аммосов А.П., Корнилова З.Г. О строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов. Аналитический обзор. / Якутск, 2008. Изд-во ЯГУ. 58 с.
3. Аммосов А.П., Кусатов К.И., Корнилова З.Г. Строительство траншейным методом подводных переходов магистральных трубопроводов через р. Лена. // Газовая промышленность. - 2011. № 4. - С. 37-40.
4. Бузин В.А. Заторы льда и заторные наводнения на реках. - Санкт-Петербург. Гидрометеоиздат, 2004, 202 с.
5. Кусатов К.И., Аммосов А.П., Корнилова З.Г., Шпакова Р.Н. Антропогенный фактор в заторообразовании и весеннем наводнении при ледоходе на р. Лена. // Метеорология и гидрология - 2012. - № 6 - С. 54-60. DOI:10.3103/S1068373912060064.
6. Аммосов А.П., Шпакова Р.Н., Кусатов К.И., Корнилова З.Г. Изменение уровней воды и уклонов водной поверхности при заторных явлениях на р. Лене // Известия Иркутского госуд. университета, Серия Науки о Земле. 2019. Т. 28. С. 3-20. https: doi/org/10.26516/2073-3402.2019.28.3.
7. Gautier, E., Depret, Th., Costard, F., Virmoux, C., Fedorov, A., Grancher, D., Konstantinov, P., Brunstein, D. (2018): Going with the flow: Hydrologic response of middle Lena River (Siberia) to the climate variability and change/Journal of Hydrology 557 (2018) 475-488 [Electronic version]. URL: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.12.034
