Ассимилирующая способность водного объекта и пути ее повышения

Виды водопользования.Разрешение на водопользование.

Использование воды для удовлетворения нужд населения и хозяйственной деятельности человека называется водопользованием, которое может осуществляться с изъятием вода из водоема (для питья, полива сельхозрастений и т.д.) и без ее изъятия (для транспортных целей, рыбного хозяйства, отдыха). При изъятии воды из источника водоснабжения она может быть полностью израсходована или потеряна (переход в конечный продукт производства, потери при испарении и т.п.). В этом случае говорят о безвозвратном водопользовании. Возможен и частичный возврат воды (например, в виде дренажных вод при поливе).

Различаются следующие виды водопользования: хозяйственно-питьевое (питье, приготовление пищи, водоснабжение предприятий пищевой промышленности), коммунально-бытовое (использование водных объектов в черте населенных пунктов для купания, спорта, отдыха и иных целей), промышленное, транспортное, ры-бохозяйственное, сельскохозяйственное и рекреационное (для водного спорта, туризма и т.д.). При рыбохозяйственном водопользовании выделяются водоемы высшей категории (охранные воды, нерестилища, места массового нагула и зимовальные ямы особо ценных рыб), первой категории (места обитания ценных рыб, чувствительных к содержанию) и второй категории (объекты, используемые для всех других рыбохозяйственннк целей).

Специальное водопользование осуществляется на основании разрешений, выдаваемых органами государственного управления по природным ресурсам и охране окружающей среды. Таким образом, разрешение на специальное водопользование — это документ, удостоверяющий право его владельцана осуществление конкретного вида специального водопользования.

Водный транспорт и лесосплав ВХК.

Водный транспорт наиболее эффект.при перевозке крупнотоннажных грузов. Себестоимость перевозки по воде на 35% меньше ж/д тр-та и в 3-5 раз автомоб-го. Осн. требования водного тр-та – обеспечение во время навигации необход. ширины, радиуса закругления, глубины и безопасность движ-я. Ширина судоходного хода опред-ся из условия:B=nb_СТ+(n+1)a где: n–кол-во судов одноврем. наход. в попер.сечении; b_СТ – ширина расчетного судна; а – min промежуток между встречными судами. Радиус зукругл. Rопр-ся в зависим-ти от вида буксировки (жестк., гибкая). При жестк. буксировке R≥3∙l_СТ, при гибк. R≤3∙l_СТ. В месте закругл. предусмотр. уширение. на величину ∆В=0,7l²/R(рис 1).Minгарантир. судоходная глуб. опр-ся: S_min=∆S₁+∆S₂+∆S₃+∆S₄ где: ∆S₁–max осадка судна при нулевой скор-ти; ∆S₂–min килевой запас; ∆S₃–увеличение осадки при скор-ти; ∆S₄–запас на волны.Мероприятия по увелич-ю судох. глубины:1) Дноуглубление–увеличение глубины в пределах судоходного хода при помощи землечерпалки, устройства прорезей на участках мелей и перекатов.2) Руслоочищение.3) Выравнивание русла путем строительства выравнивающих сооружений изменяющих направление потока. 4) Шлюзование – осн. метод улучшения судоходню условий. Увеличение глубины осущ. за счет устр-ва подпорных сооружений наз. шлюзами. Применяют: А)односклоновую схему шлюзования (рис 2):Б) двухсклоновую схему шлюзования (рис 3): Водный тр-т оказ-ет плохое воздействие на кач-во воды (нефтепродукты).В определенных случаях реки используются для лесосплава: молевой сплав (россыпью), и на плотах. Молевой приводит к значительной потере древесины, засорению русел, потери площадей нерестилищ и мест обитания рыбы-поэтому молевой сплав на больших реках запрещен. В соответствии со статьей 52(ВК) – «Молевой сплав, а так же сплав леса в плотах (без судовой тяги) – запрещен».

Рис. 1 к вопросу 40

Классический годовой график показывает max нагрузки осенне-зимнего периода, что связано с длительной темной частью суток, развитием производства; летний период хар-ся пониженным энергопотреблением. Суточный график нагрузки хар-ет ее изменение в течении суток, строится ступенчато. Типичный график зимнего дня имеет два пика: утренний и вечерний. Летний график хар-ся 3-мя пиками нагрузки: утренним, вечерним и дневным послеобеденным.

На суточном графике нагрузке выделяют три хар-ные части (рис 2):

Базисная зона расположенная ниже min мощности (ниже 20кВт), где нагрузка постоянна в течении суток. Средняя зона рсположена м/у minмощностьюи средней мощностью. Пиковая зона распол-ся выше линии среднесуточной мощности. Гарантированная мощность N^ГЭС_гар<<Р_max, след-но оставшаяся часть энергопотребления должна покрываться за счет других энергоисточников (ТЭС, ВЭС, ГАЭС). Наибольший эффект возможен тольков том случае если гидроэнергет-кие ресурсы использ-ся для покрытия пиковых нагрузок. Для определения роли ГЭС покрытия графика нагрузки энергосис-мы строится интегральная кривая. Посчет координат интегр-ной кривой осущ-ся в табличной форме. Для определения координат интегр-ной кривой разбиваем суточный график нагрузки на гориз-ные полосы (слои) с одинаковой по высоте мощностью ∆Р, кВт. Максимальному значению мощности суточного графика нагрузки соотв-ет значение энергии наз. энергией системы (Э_сист), Р_max= Р_сист

ЕСГУВиИпредназначена для ведения государственного водного кадастра (ГВК), включая сбор, обработку и хранение информации по всем объектам водного фонда. Водный фонд вкл. все водные объекты (реки, озера, водохр., пруды, каналы) и бассейны подземных вод. Отличительной чертой этого фонда явл. динамичность (возобновление речных вод возможно 4-20 раз в год, подземных 1 в 1000 лет); взаимосвязь между подземными и поверхностными водами, а так же вероятностный характер условий формирования водных ресурсов. В соотв. с решением правительства РБ ведение ГВК возложено на минприроды, мин.ЧС и мин.здравоохр.

Координацию ведения ГВК осущ. минприроды по согласованию с мин.ЧС издает приказы, разрабатывает и утверждает инструкции по ведению ГВК. Мин.ЧСосущ. ведение кадастра поверхностных вод, включая сбор, анализ и хранение всех исходных данных. Мин. здравоохр. обеспечивает ведение первичного учета, систематиз. и хранение биологических критериев качества водных ресурсов.

ЕСГУВ предназначено для решения след.задач: - оперативное управление необходимо в экстренных случаях, возникающих при интенсивных паводках, наводнениях или значимых дефицитах воды; - планирование явл. составной частью о решении размещения и развития промышленных и др. предприятий. Планирование использования вод определяет демографическую емкость территории; - гос. контроль, оценка и анализ за проведением мероприятий по рациональному использованию вод. Контроль за соблюдением стандартных или нормативных технологических требований; - регулирование водных отношений, возникающих между водопользователями и водопотребителями осущ. в соотв. со статьями ВК.

Исходные данные для выполнения водно-энергетических расчётов.

Назначение и принципы составления водохозяйственных балансов (ВХБ).

ВХБ представляет собой количественное сопоставление эксплуатируемых запасов водных ресурсов (приходная часть) с полными потребностями в воде населения и различных объектов хозяйствования (расходная часть). ВХБ является инструментом по выработке управленческих решений (стандартов, нормативов, распорядительных актов) в области комплексного использования водных ресурсов, а также в оценке влияния хоз. деятельности на условия формирования вод. Цель ВХБ – установление избытка или недостатка в водных ресурсах. ВХБ находят применение в оперативном управлении водными ресурсами и планирования размещения производственных сил. При составлении ВХБ выделяют 3 этап: 1) разделение рассматриваемой территории на отдельные балансовые участки; 2) подготовка исходных данных; 3) расчёт и анализ результатов ВХБ по каждому участку. Разделение на балансовые участки проводится с учётом общности природно-климатических условий, источников питания, характера использования вод. Границы балансовых участков опр. Условиями командования источником питания, зонами влияния водохранилищ и условиями покрытия потребностей объектов хозяйствования в воде (рис.)По каждому из выбранных участков и терр. в целом ведётся подготовка данных об водных ресурсах и потреблении в воде за расчётный период. Основой данных явл. АИС ГВК (автоматизированная информационную с-ма). Расчёт и анализ ВХБ осуществляется для годового, весеннего, летне-осеннего и напряжённого периодов исп. вод. Без учёта его влияния, при получении отрицательного результата в расчёт вводят полезный объём воды водохранилища. При расчёте используют сведения о расходах и уровнях воды, температурном режиме, количестве атмосферных осадков, режимах работы водохранилища и гидроузлов и режима водопотребления.

Рисунок 1

Рис 2

Повышение эффективностииспользования осушаемых земель и сокращение сроков достиженияна этих землях проектной урожайности достигаетсярегулированием водного и питательного режимов. Меры порациональному расходованию воды необходимо осуществлять дажев тех зонах, где за вегетацию сумма осадков превышает испарение.Одним из способов, реализующих рациональное использованиеводных ресурсов в осушении, является создание польдерных осушительных систем в поймах рек, которые позволяютрационально использовать как поверхностные, так и грунтовыеводы. Осушительные мелиорации выступают в роли дополнительного водоисточника и дополняют приходную часть ур-ния ВХБ. В результате проведения осушительных мелиораций на территории меняются гидрологические и экологические условия.Во-первых, при осушении земель наблюдается увеличение стока рек-водоприемников. Расходы воды в меженный период возрастают в 1.5-2 раза. С другой стороны появляется дополнительная водовмещающая ёмкость, поэтому уменьшаются объёмы max расходов. Во-вторых, интенсивное земледелие на осушаемых землях, внесение удобрений способствует загрязнению рек- водоприемников. В водоприемник выносятся илистые частицы почвы, что снижает её плодородие. В-третьих, интенсивное осушение приводит к снижению УГВ не только на осушаемом массиве, но и на прилегающей территории. Осушительные мелиорации, как участник ВХК, влияя на величину стока рек и загрязнение вод, выступают в качестве водопотребителя. Наиболее рациональными являются осушительно-увлажнительные системы.

Рисунок 1

Рис 2

Понятие ВХК. Понятие о водопотребителях и водопользователях. Требования участников ВХК к водным объектам.

Под ВХК понем. систему социально- экономических, и технических мероприятий по рациональному использованию. ВХК рассм. как сплошная система, к к-ойпримен. системный анализ обеспечивающий интересы всех водопользователей и водопотребителей. При обосновании структуры ВХК рассматривают органически взаимосвязанные части: природную, экономическую и техническую. Экономическая часть учитывает интересы отраслей и отдельных водопользователей. Цель – получение максимально полезного эффекта, недопущения дефицита вод. Экономич. часть распределяет затраты на создание ВХК между его участниками. Техническая часть опр. сумму взаимосвязанных технических решений по возведению и эксплуатации зданий и соор. (рис)

ВХК должен отвечать след.требованиям: 1) рационально обеспечивать запросы участников ВХК по кол-ву и качеству воды; 2) не допускать ухудшения природных условий и гарантировать защиту водных объектов от загрязнения и истощения; 3) обеспечивать наибольшую эконом-ую эффективность для участников ВХК; 4) Обеспечивать простую и надежную эксплуатацию соор. ВХК. При создании ВХК речной бассейн, тер-рия административного р-на, рассматривается как единый механизм, все эл-ты к-го работают на обеспечение гидрологического равновесия.

Участники ВХК делятся на водопотребителей и водопользователей. К водопотребителям относятся участники ВХК функционирование к-ых связано с изъятием воды из водного объекта (промыш. производство). К водопользователям относ. Участники ВХК функц-ие к-ых не требует изъятия вод (гидроэнергетика, рыбное хоз.). Требования участников ВХК к водным объектам: количество и качество воды, обеспеченность водоподачи. Интересы к-го участника исходят из стремления получить мах.эконом. эффекта, в тоже время не может один водный объект использоваться всеми участниками ВХК.

Любой водный поток обладает определёнными запасами энергии, которая естественных условиях израсходуется для преодоления сил сопротивления, трения, транспортировки наносов, так как этот процесс в различных условиях протекает по-разному, то практический интерес вызывает определение критерия потенциала водного пока. Выделяем участок реки заключённый между створами 1-1 и 2-2. Пусть через створ 1-1 протекает за малый период времени t объём жидкости W. Используя уравнение Бернулли можно определить количество энергии содержащейся в этом объёме воды.

Э_1-1=(z₁+v₁²α₁/2g₁+P₁/γ₁)W, где z₁-отметка поверхности воды в створе 1-1. α₁-коэфициент Кориолиса. v₁-скорость движения воды в створе 1-1. G-ускорение свободного падения. P₁-давление воды в створе 1-1. γ₁-объёмная масса воды. Для этого же объёма W запишем количество энергии, которой обладает поток в створе 2-2: Э_2-2=(z₂+v₂²α₂/2g₂+P₂/γ₂)W. Разность полученных величин представляет собой количество энергии, которая расходуется на участке между створами 1-1 и 2-2: ΔЭ=Э_1-1-Э_2-2. Учитывая что P₁/γ₁= P₂/γ₂ а скорости v₁и v₂ отличаются незначительно, которыми можно пренебречь, считая что разность z₁ и z₂ это H получим ΔЭ=HW. H-геометрический напор. Полученное уравнение позволяет определить количество энергиивыраженное в кгм/с от которой переходим к мощности разделив правую и левую часть уравнения на t.Считаячто 1квт это 102 кгм/с получим N=HγQ. Окончательно получим уравнение потенциальной мощности считая что γ=1000кг/м³. N=9,81QH. Это уравнение определяет полный потенциал участка реки. Его подсчёт осуществляется на основе водно-энергетических измерений и регистрация в виде графиков, записей, водноэнергетического кадастра. Для реальной и практической оценки используются понятие технического потенциала, который всегда меньше полного (25-30%) связанного с неизбежными потерями: в напорах, расходах и гидромеханические потерями определяемые КПД гидросилового оборудования. Экономический потенциал представляет собой часть технического, который по экономическим соображениям может быть реализована на данном этапе развития производственных сил.

Прудовое рыбное хозяйство.

Прудовое рыбное хозяйство это система разведения и выращивания рыб, вспец приспособленной для этой цели в прудах, озерах, карьерах и т.п. Компоновка системы прудов и сооруж. зависит от гидрологич. и топограф.условий. Если пойма реки слабо развита, то применяют русловую схему компоновки прудов (рис 1). Русло реки перегораживаются плотинами 3,которые образуют пруды 1, вода по ним проходит последовательно из пруда в пруд, поэтому все они оборудуются водопропускными соосуж. 2. Если пойма реки хорошо развита, а площадь проектирования прудов соотв-ет размеру речной долины, то применяют пойменную компоновку. Все пруды располагаются вне русла реки на пойменной террасе (рис 2).. Плотина 1, головного пруда 2, обеспечивает напор для подачи воды к прудам рыбхоза самотечно по каналу 4, если топограф.условия поймы не обеспечивают требуемого напора, то на головном пруде2, устраив-ся насосная станция3, обеспечивающая забор воды для водоснабжения прудового хоз-ва. Рыбоводное хоз-во вкл. комплекс прудов различного назначения, оборудованных водоспусками и водовыпусками нерестовые пруды 5 – большие обвалованные территории 0,1–0,3га располагают на маловодопрониц. грунтах в нейтральных почвах с мягкой луговой растительностью. Пруды должны иметь равномерный уклон дна к водовыпуску с глубинами 0,15–0,2м. Посредине пруда предусматривается углубленный канал обеспечивающий убежище в зимнее время и перевод мальков в мальковые пруды 6. Мальковые пруды имеют площадь 0,8–1га. Выростные пруды 7, связаны с нерестовыми и мальковыми, имеют площадь до 10-15га и глубину до 1,5м. Нагульные пруды 8 м.б. пойменного типа или руслового(9), хар-ся площадью до 100га, наличием водоспусков, водовыпусков. Карантинные зимовальные пруды 10 устр-ся вне осн рыбхоза.Прудовое хозяйство явл. водопотребителем, его потребность в воде опр-ся объемами воды, необходимыми для наполнения, объемами воды на фильтрацию и испарение и на проточность. W_пруд=W_нап+W_пoт+W_{проточ,}где W_нап=F×h×K, где F-площадь водного зеркала, h-глубина пруда, K-коэфф-т берега. Объем потерь опр-сяW_пoт= F×h×Р/100, где Р-порозность пруда у берегов и основания. Объем проточности опр-ся назначением пруда и расчетным периодом, так для выростных прудов 1,5л/с, для зимовальных 15л/с.

Рекреация как участник ВХК

Вода используется для отдыха и лечения населения, водного транспорта и т.д. Поэтому большую часть рекреационных учреждений располагают либо непосредственно на берегах водоемов, либо вблизи от них.

Рекреация как участник ВХК предъявляет собственные требования к уровенным режимам и качеству воды.

Рекреация на водохранилищах выступает, в основном, как водопользователь. Как водопотребитель рекреация использует воду для питьевого водоснабжения и других коммунальных нужд отдыхающих.

Высокое качество воды должно быть в бассейнах водоемов, предназначенных для купания и спортивного рыболовства. Организованные места массового отдыха на воде включают в зоны санитарной охраны.

Основное отрицательное влияние рекреационного использования водохранилищ проявляется в загрязнении водоемов при купании, водном туризме (моторные лодки и катера). Поэтому запрещают рекреационное использование водохранилищ в зонах, примыкающих к водозаборам хозяйственно-питьевого назначения, акваториям, используемым для рыборазведения и заповедных участков.

В свою очередь на рекреацию отрицательно влияют промышленное и коммунально-бытовое водоснабжение, водный транспорт, которые загрязняют водохранилища при сбросе сточных вод, а так же гидроэнергетика, в интересах которой производят суточное регулирование стока, вызывающее резкое колебание воды.

Уравнение ВХБ.

Составление уравнений ВХБ проводят отдельно для поверхностных и подземных вод. Для поверхностных вод расчёт выполняется для условий водности Р=75-95%; уравнение имеет вид: R=ΔR+R_н-W_вод-Т±ΔW_вх, где R – итог водохозяйственного баланса, количественное значение которого свидетельствует об объёме дефицита или избытка вод; ΔR – объём вод, формирующий в границах балансового участка; R_н – объём вод, поступающий на терр. балансового участка из вне; W_вод – суммарный объём, водопотребления объектами хозяйствования; Т – объём транзитного стока в замк. створе; ΔW_вх – объём воды гидрохранил. узла (полезный); “+” – водохранилище работает в режиме сработки; “-” – водохранилище работает в режиме накопления. Баланс составляется по всем балансовым участкам, расчётным периодам, в результате может быть R>0 – избыток водных ресурсов; R=0 – напряжённый режим использования вод; R<0 – дефицит водных ресурсов. При отрицательном итоге водохозяйственного баланса для условий 95% обеспеченности, вводят понижающий коэф. (до 20%) водопотребления тем водопотребителям, расчётная обеспеченность которых явл. наименьшей. В соотв. с водным законодательством (ВК) должны полностью удовлетворять потребностям коммунально-бытового хозяйства, ВК закрепляет приоритет к/б в сравнении с др. потребителями. Если примен. снижающий коэф. не обеспечивающий “увязку” ВХБ (получен.положительного результата), то применяются методы управления, включ. оборотные с-мы водоснабжения, усиление контроля за объёмами водопотребления и т.п. Для подземных вод уравнение ВХБ: P-Q>0, где P – эксплуатационные запасы подземных вод, в рассм.терр.;Q – суммарный объём забора подземных вод.

Ассимилирующая способность водного объекта и пути ее повышения

В природных водах всемирное воздействие ухудшает качество воды противост. ассимилирующую способность водного объекта, которая определяет V загрязнения, которое может принять водный объект и при этом качество воды в контрольном створе не превысит нормативное. Ассимилирующая способность имеет размерность, массовый расход и зависит от разбавляющей способности водного объекта.Ассимилирующая способность рассчитывается для 2х случаев:а) культурно-бытовое и хозяйственно-питьевое использование, когда контрольный створ, определяющий качество воды, расположен на расстоянии не ближе 1000 м от места водозабора (рис 1).Для неконсервативных загрязнений А=Q_р*С*10^kt, А-ассимилирующая способность,Q_р -расход водотока расчетной обеспеченности (Q-95% обеспеченность), С-концентрация загрязнителя, К-коэффициент консервативности (К=0,1-1,3суток^-1),t-время добегания потока от конкретного створа 1-1 до места водозабора.Для консервативных загрязнителей К=0, тогда А=Q*C

б) при рыбохозяйственном использовании водного объекта – качество воды должно быть нормировано в конкретном створе, расположено не ближе 500 м от расчетного створа. Для неконсервативных загрязнителей: А=Q_р*С(1+2,3*k*t). Для консервативных: К=0, А= Q_р*С. Ассиметрическая способность определяется гидравлическим и гидродинамическим показателями потока(глубина, скорость, коэфф. извилистости, место выпуска сточных вод). Управляя этими показателями можно всегда получить ответы на вопросы: -до какой необходимости нужно очищать и

обеззараживать сточные воды, чтобы качество воды в контрольном створе было в пределах нормы; -как изменится концентрация загрязняющего вещества в контрольном створе после выпуска сточных вод известной концентрации и количества. Ответы получают из решения балансового уравнения: Q_ств*С_ств+γ*Q_р*С_факт=(Q_ств+ γ*Q_р)*ПДК, где Q_ств- расход сточных вод, γ – коэфф перемешивания, С_ств – концентрация загрязнителя в сточных водах, Q_{р –}расход водного объекта, С_факт–фоновое содержание загрязнителем, ПДК - предельно допустимая концентрация.

2 . Виды и методы расчета ВХБ. Виды ВХБ: 1-отчетный,2-оперативный,3-плановый,4-перспективный. Выбор вида ВХБ опред. его назначением. Отчетные ВХБ составляются за сравнительно короткий(год, 2-5 лет) период. Его назначением явл. контроль фактического использования водных ресурсов, опред. связи между водопотреблением и поступлением воды. Оперативные ВХБ разраб. yа текущий год, короткий интервал времени когда необходимо выработать план мероприятий по минимизации ущерба от не до получения воды, или план проведения паводка. ВХБ служит для уточнения режимов сработки и наполнения водохранилищ. Плановые ВХБ составл. с планированием размещения производ. сил. Перспективные ВХБ составл. На 15-20 лет, для определения влияния водного фактора на размещении производств и демографию района.Методы расчета ВХБ:1. Метод расчета по гидрографам стока заданной обеспеченности в условиях отсутствия регул.стока или не глубокого регул. (до сезонного). Проводится составление расходной и приходной частей за отдельный репрезентативный период, при наличии опред. итога хоть за один расчетный интервал (месяц, год) баланс счит. отрицательным. 2. Календарный метод основан на длительном периоде синхронных наблюд. за речным стоком и атмосферными осадками. Расчетный период должен охватывать законченный цикл колебаний водности рек (маловодный, многоводный, средневодный) период состав. 25-30 лет, расчет выполняют по декадам или месяцам. Для без дефицитного баланса необходимо что бы число перебойных лет n_факт(R<0) недолжно превышать расчетного n_факт<n_x, n_x=(100-P)/n. 3. Метод расчета по искусственным рядам применяется при наличии пространственно- временной модели, позволяющей восстановить расходы воды за длительный период 300-500лет.