Гидрологические и гидрогеологические условие и оценка имеющихся на объекте водных ресурсов

Гидрологические характеристики и классификация реки

Для классификации рек пользуются справочной таблицей.

Таблица 1 - Классификация рек

Группа рек	Площадь бассейна, тыс. км2	Длина, км
Ручьи
Малые	2…50	50…100
Средние	50…200	100 …500
Большие

 

При площади речного бассейна = 0,8 тыс.км² исследуемая река относится к группе рек – Ручьи.

К гидрологическим характеристикам реки относится:

- Норма стока воды в реке (млн. м³);

- Средний расход вод в расчетном створе (м³/с);

- Коэффициент вариации (C_v);

- Коэффициент асимметрии (C_s);

К гидрологическим характеристикам речного бассейна относится:

- Площадь бассейна (км²);

- Модуль поверхностного стока;

- Структура землепользования;

- Уклон территории;

Гидрологические характеристики речного бассейна представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Гидрологические характеристики бассейна реки

Река- створ	Fбас, км2	L, км	I, ‰	q, л/с*км2	Qср, м3/с	F%
Fлес	Fбол	Fпаш
Нева			0,32	10,6	8,5

 

q = = = 10, 6 (л/с* км²), где:

q - Модуль поверхностного стока;

Q_ср – Среднегодовой расход (м³/с);

F_бас – Площадь бассейна (км²).

Кривая обеспеченности годового стока позволяет определить объем стока в расчетные годы.

Обеспеченность – это вероятность превышения рассматриваемой величины.

Данные для построения кривой обеспеченности представлены в таблице 3.

 

Таблица 3 -Данные для построения кривой обеспеченности речного стока

Р, %	Кр, % (Сv=0,3)	Wр, %
	2,82	756,04
	1,4	375,04
	1,24	332,44
	1,13	302,95
	1,05	281,50
	0,97	260,05
	0,89	238,60
	0,82	219,84
	0,75	201,07
	0,64	171,58
	0,44	117,96

 

W_р% = W_ср * К_р%

W_ср = Q_ср * 31, 54 млн.с = 8, 5 * 31, 54 = 268,1 (млн.м³), где:

Q_ср – Среднегодовой расход (м³/с);

31,54 – Число секунд в году (млн.с).

По данным таблице строим график (см. рис 1).

Внутригодовое распределение стока реки принято по типовому гидрографу.

 

 

Таблица 4 - Внутригодовое распределение речного стока

Параметры	Месяцы	Год
I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Кi 75%	0,8		2,3	62,8	15,4	4,4	3,9		1,2	2,6	1,9	1,7	100%
Кi 95%	0,7	0,9		63,8	15,6	4,4	3,8	1,9	1,1	2,5	1,8	1,5	100%
Wi 75%, млн.м3	1,68	2,1	4,83	131,88	32,34	9,24	8,19	4,2	2,52	5,46	3,99	3,75	W 75% =210, млн.м3
Wi 95%, млн.м3	0,91	1,17	2,6	82,94	20,28	5,72	4,94	2,47	1,43	3,25	2,34	1,95	W 55% =130, млн.м3
Wi 99%, млн.м3	0,83	1,06	2,36	75,26	18,40	5,19	4,48	2,24	1,30	2,95	2,12	1,77	W 99% =117,96, млн.м3

 

W_i 75%, млн.м³ = (млн.м³); W_i 95%, млн.м³ = (млн.м³);

W_i 99%, млн.м³ = (млн.м³);

Назначение экологического стока выполнена по методу Фащевского Б.В., а также методом разрешения гидрографа на товарный и экологический сток.

Экологический сток – это сток позволяющий сохранить состояние устойчивого равновесия водной экосистемы, он должен отвечать следующим условиям:

1) Обеспечение достаточного для водной биоты объема воды как жизненного пространства.

2) Быть переменным во времени с распределением близко к природным.

3) Сохранение параметров водного потока в пределах оптимальных.

 

 

2.2. Оценка ресурсов подземных вод на объекте:

Ресурсы подземных вод гидравлически не связанной с рекой рассчитывается по формуле:

W_{п.в. гидг.несвяз} = (1- 𝛼_г.св) * q_п.в * F_{бас(всб)} * 10^-3 * 31, 54

W_{п.в. гидг.несвяз} = (1 – 0, 62) * 0, 57 * 800 * * 10^-3 * 31, 54 = 5, 56 (млн.м³), где:

W_{п.в. гидг.несвяз} – подземные воды, гидравлически не связанные с рекой;

𝛼_г.св – коэффициент гидравлической связи;

𝛼 = 0,62;

q_п.в – модуль подземных вод;

q_п.в = 0, 57 (л/с *км²);

F_бас – площадь бассейна (км²);

10^{- 3} – переводной коэффициент литров в м³;

31,54 – число секунд в году (млн. с).

 

 

3. Учет требований участков водохозяйственного комплекса к водным ресурсом. Уточнения характеристик водопользования:

Расчеты характеристик водопользования выполнены в таблице № 5.

 

Таблица 5 - Характеристики водопользования (водопотребители)

Участки ВБХ	Формула водопотребления	Wвi	Kввi	Wввi	Kразбi	Wразбi	Wбвi	Пзi	Исi
				5(3*4)		7(6*5)	8(3-5)
Городские КБХ	Wвi =	29,2	0,8	23,36		186,88	5,84	27,53	4,95
Сельские КБХ	4,05	0,7	2,83		19,81	1,22	2,92	1,03
Рекреация	1,94	0,8	1,55		12,4	0,39	1,83	0,33
Животноводство	1,62	0,7	1,13		16,95	0,49	2,50	0,41
Промышленость	Wвi = (B * q) / 0,9 *106	42,22	0,5	21,11		422,2	21,11	62,20	17,90
Орошение	Wвi = M * F / 0,85 *106		0,1					1,47	15,30
ТЭС	Wвi = N *q / 0,95 * 106	10,52	-	10,52	-	10,52	10,52	1,55	8,92
∑		109,55	3,6	62,5		678,76	57,57		48,84

 

Кпд = 0,9; Орошение: Пз_i = * 100%

N_г и N_с – численность населения городов и сельский н/п; М = 200 (м³/га), F = 8, 5 (тыс.га).

q – норма потребления воды (л/сут.чел); Промышленность: Ис_i = * 100%

В – вид и объем продукции (т/год); Э_ГЭС = 3 (МВт. ч), N_ТЭС = 100 (МВт).

М – оросительная норма (м³/га); Рекреация:

F – регулярное орошение (тыс.га); N_отд = 12000 (чел), q_рек = 400 (л/сут.чел).

N – число отдыхающих рек (чел). Животноводство:

Коммунально-бытовое хозяйство (КБХ): N_КРС = 40 (тыс. голов), q = 100 (л/сут * гол).

N_г = 400 (тыс. чел), q_г =180 (л/сут.чел);

N_с =200 (тыс. чел), q_с =50 (л/сут.чел).

Вывод: по результатом анализа водопотребления и водоотведения наибольшую загрязненную нагрузку на реку создают городские КБХ = 27,53 % и промышленность = 62,20 %, а наибольшие истощение реки вызывает промышленность = 17,90 % и орошение = 15,30%.

Учет требований водопользователей осуществляется режимом и объемом попусков:

1) Энергетический – определяется как объем воды, который надо пропускать через турбины ГЭС, при данном напоре для выработки требуемого объема электроэнергии.

 

= 432 Э/Н, где:

 

W_ГЭС – годовой объем энергического попуска (млн.м³);

432 – физический коэффициент, в котором сведены ускорения свободного падения, КПД турбины генераторов, число часов работы ГЭС в году;

Э – требуемый объем выработки электроэнергии;

Н – напор воды на ГЭС (м).

432 * = 43,2 млн.м³.

Принимаем равным режим работы ГЭС в году, тогда в каждом месяце энергетический попуск:

 

W_ГЭС = = = 3,6 млн.м³

 

2) Навигационный – обеспечивает навигацию заданного вида водного транспорта.

 

Расчет навигационного попуска выполняется в табл. 6, а основной является табл. 2.5 из бланка задания. Из табл. 4 выбираем наименьшие значение W_i 75% (=1,68).

 

 

Таблица 6 - Водный транспорт

 

Месяцы	V	VI	VII	VIII	Год
Qвт м3/c	2*Qmin	2*Qmin	3*Qmin	2*Qmin	_
Wвт мнл.м3	3,36	3,36	5,04	3,36	∑ = 15,12

 

 

3) Рыбоходный – учитывает требования той рыбы, которая обитает в реке.

 

Расчет рыбного попуска выполняется в табл. 7, а основной является табл.2.6 из бланка задания.

Таблица 7 - Рыбное хозяйство

Табл.7

Месяцы	III	IV	V	VI	VII	VIII	Год
Qрх м3/c	3*Qmin	3*Qmin	2*Qmin	2*Qmin	1*Qmin	1*Qmin	_
Wрх мнл.м3	5,04	5,04	3,36	3,36	1,68	1,68	∑ = 20,16

 

 

4) Санитарный – обеспечивает санитарное состояние реки, не промерзание, не прогревание свыше допустимых норм, также является нижнем пределом ограничения всех попусков и задается как W_i 95% = 0,91 млн.м³ т.е. W_сан = 0,91 млн.м³.

5) Комплексный – назначается как maх из всех предъявляемых требований водопользователей. = 142,78.

 

 

Водохозяйственные балансы

4.1. Составление и увязка годового водохозяйственного баланса:

ВХБ без учета качества воды:

 

ВХБ = W_реки + W_п.в. + - - W_{комп.попуск} = 15,1 млн.м³.

 

 

ВХБ с учетом качества воды:

 

ВХБ` = W_реки + W_п.в. + - – W_{max.попуск} = - 510 млн.м³.

 

W_попуск = = , где:

 

W_реки = W75%;

 

W_п.в. – использование подземных вод на объекте;

 

– суммарный объем водопотребления вод всех участков ВХБ;

 

- суммарный объем водопотребления всех участков ВХБ;

 

W_{комп.попуск} – комплексный попуск;

 

W_{max.попуск} = предельной загруженности или суммарному разбавлению возвратных вод участков ВХБ.

 

Составление увязки годового водохозяйственного баланса выполняется в табл. 9.

Назначение комплексного попуска выполняется в табл.8.

 

При составлении годового водохозяйственного баланса без учета качества воды не выявлены дефициты водных ресурсов на объекте ВХБ = 15,1 млн.м³.

При составлении ВХБ с учетом качества воды выявлено загрязнение реки со сточными водами участников ВХБ` = - 510,35 млн.м³.

 

Вывод: Необходимо предусмотреть комплекс мероприятий по рационализации водопользования с целью устранения выявленных водохозяйственных проблем на объекте.

 

 

4.2. Мероприятия по рационализации водопользования на объекте:

 

1) Ведение обратной системы водоснабжения для промышленности и орошаемым земледелием. Орошаемые земли можно сделать при наличии дренажа на орошаемых землях.

50 % сточных вод промышленности после очистки на самом промышленном предприятии используется повторно в техническом цикле.

 

Объем возвратных вод промышленности:

= 0,5 ;

 

= 0,5 ;

 

= 0,5

Условие орошения:

Весь дренажный сток с орошаемых земель собирается в трубы накопители, очищается на биоинженерных сооружениях и подается для цели нерегулярного орошения:

= 0;

 

= -

= 0.

2) Повышение эффективности очистки сточных вод городского КБХ и рекреации. Назначаем полную биологическую очистку с эффективностью 95%:

= (1-0,95);

 

= (1-0,95).

 

3) Повторное использование животноводческих стоков для орошения:

= 0;

= - ^;

= 0;

W = 210.

Эффективность метода снижения загрязнения реки с животноводческими стоками, уменьшение водозабора свежей реки, из воды на нужны орошения.

4) Снижение загрязнения реки рассредоточенными (диффузионными стоками).

Для сельской территории выполняется обустройство водоохраных зон в соответствии с водным кодексом РФ.

Водоохраные зоны разбиваются по звеньям речной сети, ширина зависит от длины реки (речного звена).

При длине реки до 10 км ширина – 50 м, от 10 – 50 км – 100 м, более 50 км – 200 м.

Эффективность водоохраной зоны 70-80%.

Для городских и промышленных территорий предусматривается устройство ливневой канализации с очисткой отводимых в реку вод эффективность 90%:

= (1-0,7) * ^;

= (1-0,9) * ^;

= (1-0,9) * ^;

= (1-0,7) *

Вывод: В результате рационализации водопользования годовой водохозяйственный баланс с учетом качества воды стал положительным, при этом изменились параметры водопользования отдельных участков ВХБ, в результате применения имеющихся технологий по использованию водных ресурсов.

 

4.3. Составление водохозяйственных балансов по месяцам года:

Исходными данными по составлению ВХБ является результат увязки годового ВХБ.

Составление ВХБ проводим в табличной форме.

Таблица 10 \ Составление ВБХ по месяца года

Месяцы	Wр	Wп.в								Wпоп.i		МВХБi
	1,68	0,455	-	3,1908	3,1908	5,326	-	6,583	6,583	3,6	10,183	- 4,86
	2,1	0,455	-	3,1908	3,1908	5,746	-	6,583	6,583	3,6	10,183	- 4,44
	4,83	0,455	-	3,1908	3,1908	8,476	-	6,583	6,583	3,6	10,183	- 1,71
	131,88	0,455	-	3,1908	3,1908	135,526	-	6,583	6,583	82,94	31,08	46,00
	32,34	0,455	-	3,1908	3,1908	35,986	4,218	6,583	10,80	20,28	17,364	4,91
	9,24	0,455	-	3,1908	3,1908	12,886	5,061	6,583	11,644	5,72	15,84	- 4,48
	8,18	0,455	-	3,1908	3,1908	11,836	4,218	6,583	10,80	5,04	13,56	- 4,00
	4,2	0,455	-	3,1908	3,1908	7,846	3,374	6,583	9,96	3,6	10,183	- 5,72
	2,52	0,455	-	3,1908	3,1908	6,166	-	6,583	6,583	3,6	10,183	- 4,02
	5,46	0,455	-	3,1908	3,1908	9,106	-	6,583	6,583	3,6	10,183	- 1,08
	3,99	0,455	-	3,1908	3,1908	7,636	-	6,583	6,583	3,6	10,183	- 2,55
	3,57	0,455	-	3,1908	3,1908	7,216	-	6,583	6,583	3,6	10,183	- 2,97

4.4. Уточнение параметров водохранилищ и энергосистем:

При составлении балансов ВХБ по месяцам года выявлены месяцы, как с дефицитом, так и с избытком водных ресурсов, при не отрицательном годовом ВХБ.

Для покрытия дефицитов необходимо создание водохранилища сезонного регулирования стока.

Полезный объем водохранилища = сумме дефицитов МВХБ по модулю, т.е.:

V_полез. = = 35, 83 млн. м³;

V_МО = 0,1 * V_полез. = 0,1 * 35, 83 = 3,583 млн. м³;

V_полн. = V_полез. + V_МО = 35, 83 + 3,583 = 39, 4 млн. м³.

Наполнение и сработка водохранилищ представлена в табл. 11.

Таблица 11 - Наполнение и сработка водохранилища

Табл. 11

Месяцы	МВХБi, млн. м3	Vполез.i, млн. м3	Vхолост.сброс.i, млн.м3
	46,00	35,83	10,17
	4,91	35,83	4,91
	- 4,48	31,35	-
	- 4,00	27,35	-
	- 5,72	21,62	-
	- 4,02	17,6	-
	- 1,08	16,52	-
	- 2,55	13,97	-
	- 2,97		-
	- 4,86	6,14	-
	- 4,44	1,7	-
	- 1,71		-

Расчет напоров на ГЭС проводим в табл. 12.

 

 

Таблица 12 - Расчет напоров на ГЭС

Табл.12

Месяцы	Vполез.i, млн. м3	Vполн.i, Млн. м3	ВБi, м	Qпопуск.i, м3/с	Qхолост.сброс.i, м3/с	Qi, м3/с	НБi, м	Нi, м	м	Р, %
	6,14	9,72	0,2	7,8	1,4	-	1,4	0,04	1,8		13,2
	1,7	5,28	0,1	4,9	1,4	-	1,4	0,04	1,8	3,1	12,85
		3,583	0,09	5,8	1,4	-	1,4	0,04	1,8		12,8
	35,83	39,41				3,9	35,9				11,4
	35,83	39,41			7,8	1,9	9,7	0,3	3,2	12,8	11,2
	31,35	34,93	0,9	14,8	2,2	-	2,2	0,06	1,95	12,85	11,2
	27,35	30,93	0,8	15,1	1,9	-	1,9	0,05	1,9	13,2
	21,62	25,20	0,6	13,2	1,4	-	1,4	0,04	1,8	11,4
	17,6	21,18	0,5		1,4	-	1,4	0,04	1,8	11,2
	16,52	20,10	0,5		1,4	-	1,4	0,04	1,8	11,2
	13,97	17,55	0,4	11,8	1,4	-	1,4	0,04	1,8
		14,58	0,4	11,8	1,4	-	1,4	0,04	1,8			99,99

 

Q_ср = = 4, 96 м³/с; Н_ср = = 8, 82 м.

Годовая выработка ГЭС:

Э_ГЭС = ρ * g * Н_ср * Q_ср * 4000 = 1 * 9,81 * 8, 82 * 4, 96 * 4000 = 1716 МВт.ч.

 

 

 

Вывод:

1) По результатом составления годового ВХБ без учета качества воды ВХБ положительный = 15,1 млн. м³ – дефицита воды нет.

С учетом качества воды ВХБ отрицательный = - 510, 35 млн. м³, что показывает сверхнормативное загрязнение воды.

2) Принятый комплекс водохозяйственных мероприятий по рационализации водопользования: водооборот в промышленности на 50 %, в орошении на 100 %; повторное использование животноводческих стоков на орошении; очистка сточных вод с эффективностью 95 %; устройство водоохраных зон с эффективностью 70 %; позволил добиться положительного ВХБ с учетом качества воды (129,313 млн. м³), что говорит о допустимой загрязняющей нагрузки на реку.

3) Выполнено управление попусками в сторону увеличения на величину невязки баланса = 15,1 млн. м³.

4) По результатом составления ВХБ по месяцам года при не отрицательном годовом ВХБ выявлены как дефициты, так и избытки в отдельные месяца года, т.е. необходимо создание водохранилища сезонного регулирования стока.

5) Определены водохозяйственные параметры водохранилища:

V_полез. = 35, 83 млн. м³;

V_МО = 3,583 млн. м³;

V_полн. = 39, 4 млн. м³.

6) Выполнен расчет ГЭС и определена годовая выработка ГЭС = 1716 МВт.ч.

Уточнённые параметры водопользования с компоновкой участок ВХБ представлен на рис. 4.

 

Список литературы:

1. Маркин В.Н., Раткович Л.Д. «Обоснование водохозяйственных мероприятий в бассейне реки», М.: МГУП: 2014 электронное учебное пособие.

2. Маркин В.Н., Раткович Л.Д. «Разработка водохозяйственных систем в бассейне реки» Москва МГУП 2011, 101 стр.

3. Глазунова И.В., Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Федоров С.А., Шабанов В.В. «Баланс ресурсов речного бассейна» Москва МГУП 2013, 201 стр.

4. Глазунова И.В., Маркин В.Н., Раткович Л.Д. «Вопросы рационального использования водных ресурсов и проектного обоснования ВХС» Москва МГУП 2013, 256 стр.

5. СНиП 2.04.14 – 83. «Определение Расчетных гидрогеологических характеристик».