Обоснование структуры водохозяйственного комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Жизнь человека и общества, удовлетворение их потребностей невозможны без использования природных ресурсов.

Ресурсы являются неотъемлемой частью природных ландшафтов. Ресурсный потенциал ландшафта - это та часть вещества и энергии, которая отторгается или может быть отторгнута человеком в социально-экономическую сферу.

Водные ресурсы - важнейший компонент любого ландшафта и окружающей среды в целом, один из определяющих факторов развития и размещения производительных сил страны, один из наиглавнейших видов природных ресурсов.

Вода необходима для обеспечения биологической жизни живых организмов, в том числе, человека, для получения различных видов промышленной и сельскохозяйственной продукции, выработки энергии, судоходства, лесосплава, рекреации и т.д.

Однако к водным ресурсам люди привыкли относиться как к неисчерпаемому дару природы. Такое отношение сохранилось и в эпоху научно-технической революции, которая, наряду с невиданным ростом производства и народонаселения, вызвала и бурный рост водопотребления. В результате многие водные объекты деградировали - произошло их заиление, ухудшилось качество вод, истощились водные ресурсы.

Эти обстоятельства обуславливают необходимость обеспечения охраны и рационального использования водных ресурсов.

Комплексное использование водных ресурсов (КИВР) - прикладная наука, изучающая вопросы формирования, учета водных ресурсов, их регулирования и распределения, охраны водных объектов от загрязнения, засорения и истощения. Все вопросы, рассматриваемые в рамках КИВР, особенно актуальны в настоящее время, так как уже сегодня масштабы водопотребления в отдельных регионах сопоставимы с запасами водных ресурсов, а сток рек в ряде бассейнов, представляет собой многократно использованные нормативно очищенные возвратные воды. При этом даже крупные водотоки оказываются загрязненными.

Рациональное использование воды - это не только экологическая, но и социальная проблема. Снабжение населения водой в достаточном количестве и требуемого качества - непременное условие обеспечения безопасности Российской Федерации.

Курсовая работа выполнена на тему: «Обоснование структуры водохозяйственного комплекса (ВХК)».



1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Исходные данные к курсовой работе содержатся в прил. В [1] - свой вариант выбираем по двум последним цифрам зачетной книжки. Исходные данные характеризуют потребность участников ВХК в водных ресурсах.

По табл. 1 прил. Г [1] по заданному номеру планшета находим значения коэффициента внутригодового распределения стока реки вi (отношение среднего расчетного расхода гидрографа i-гo месяца к среднегодовому расчетному расходу воды Qср заданной обеспеченности). Рассчитываем табл. 1.1 (вычисление расходов гидрографа и объемов речного стока). По табл. 2 прил. Г [1] находим кривую связи объема и уровня воды в водохранилище Vвдхр = f(HВБ) . Заполняем табл. 1.2 и строим кривую объемов.

Таблица 1.1 Вычисление расходов гидрографа и объемов речного стока

Месяцы	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12
вi	0.31	0.37	0.81	3.96	3.94	0.69	0.41	0.33	0.29	0.29	0.32	0.28
Qi, м3/с	17.36	20.72	45.36	221.76	220.64	38.64	22.96	18.48	16.24	16.24	17.92	15.68
Wi, млн м3	46.5	50.1	121.5	574.8	591.0	100.2	61.5	49.5	42.1	43.5	46.5	42.0

Минимальный расход гидрограф 15.68 м3/с (принимаем в качестве санитарного расхода). Максимальный расход гидрографа - 221.76 м3/с.

Таблица 1.2 Кривая объемов

Наименование величины	Значение величины
Отметка ур. ВБ, Hвб, м	80	83	86	89	92	94
Vвдхр., млн. м3	30	105	190	280	375	444

По табл. 3 прил. Г [1] находим кривую связи расхода и уровня воды в нижнем бьефе гидроузла.

Заполняем табл. 1.3 и строим кривую QНБ = f{HНБ).

Таблица 1.3 Кривая расходов

Наименование величины	Значение величины
Отметка ур. НБ, Hнб, м	77	78	79	80	81	82
ч	0.07	0.17	0.30	0.50	0.74	1.00
Qнб, м3/с	15.52	37.70	66.53	110.88	164.10	221.76



2. СОСТАВЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ВХК

Все объекты по отношению к створу гидроузла распределяем как относящиеся к верхнему или нижнему бьефам, что отображаем в предварительной структуре ВХК (табл. 2.1).

Таблица 2.1 - исходные данные

Наименование участника ВХК	Численный показатель	Удельное водопотребление	Источник	Место сброса	Система водоснабжения
1	2	3	5	6	7
Верхний бьеф
1. Город (100%)	223	тыс. чел.	350	л/сут на 1 чел.	Вдхр	Вдхр	прямоточная
2. Село (50%)	15	тыс. чел.	150	л/сут на 1 чел.	Вдхр	Вдхр	прямоточная
3. ТЭС (100%)	168	МВт;	0.04	на 1000 МВт	Вдхр	Вдхр	прямоточная
4.Пром. предп. (В1)	200	тыс. т/год	259	м3/т	Вдхр	Вдхр	прямоточ. (или оборотн.)
5.Пром.предп. (B2)	680	тыс. т/год	134.5	м3/т	Вдхр	Вдхр	прямоточ. (или оборотн.)
6. Животнов. (P1)	45	тыс. гол.	1	л/сут на 1 гол.	Вдхр	Вдхр	прямоточ. (или повторн.)
7. Орошение (50%)	7	тыс. га	4200	м3/га	Вдхр	Вдхр	прямоточ. (или чист.оборот.)
8. Рекреация (100%)	1	тыс. чел.	100	л/сут на 1 чел.	Вдхр	Вдхр	прямоточная
Нижний бьеф
9. Село (50%)	15	тыс. чел.	150	л/сут на 1 чел.	Река	Река	прямоточная
10. Животнов. (P2)	5	тыс. гол.	10	л/сут на 1 гол.	Река	Река	прямоточ. (или повторн.)
11. Орошение (50%)	7	тыс. га	4200	м3/га	Река	Река	прямоточ. (или чист.оборот.)
12. Пруд.рыб.хоз-во	Расч. Расход 6.5 м3/с	Река	Река	прямоточная

В табл. 2.2 заносим данные о всех возможных видах попусков из водохранилища в нижний бьеф и их распределение по месяцам.



Таблица 2.2

Виды попусков	месяцы
	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12
Гидроэнергетич	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5	119.5
Воднотранспортн.	0.00	0.00	0.00	181.44	181.44	181.44	181.44	181.44	181.44	181.44	0.00	0.00
Рыбохозяйствен	0.00	0.00	0.00	298.08	298.08	298.08	298.08	298.08	0.00	0.00	0.00	0.00
Санитарные	42	42	42	42	42	42	42	42	42	42	42	42



3. РАСЧЕТ И УВЯЗКА ГОДОВОГО ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО БАЛАНСА ВХБ

Расчет и увязка годового водохозяйственного баланса ВХБ является основой для составления схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов, так как отражает соотношение запасов водных ресурсов с объемами их использования.

Предварительный расчет годового ВХБ производим без учета потерь воды. Для структуры ВХК, охарактеризованной в табл. 2.1 и 2.2, уравнение ВХБ (для участка реки) имеет вид:

Б = Wприх - Wрасх , (3.1)

где Wприх - приходная часть ВХБ, млн. м3;

Wрасх - расходная часть ВХБ, млн. м3.

3.1 Расчет расходной части ВХБ

Расходную часть годового ВХБ вычисляем по формуле:

Wрасх.(г) = Wпотр.(г) + Wпоп. к(г), (3.2)

где Wпотр.(г) - объем годового водопотребления всеми участниками ВХК;

Wпоп. к(г) - годовой объем комплексного попуска на участке.

Представим уравнение (3.2) в развернутом виде:

Wрасх.(г) =Wг.(г)+Wс.(г) +Wж.(г)+Wпр.(г) +WТЭС (г)+Wор.(г) +Wр.х.(г)+Wрек.(г) +Wпоп. к(г), (3.3) где Wг.(г) - годовой объем водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды городского населения;

Wс.(г) - годовой объем водопотребления на хозяйственно-питьевые

нужды сельского населения;

Wж.(г) - годовой объем водопотребления животноводством;

Wпр.(г) - годовой объем водопотребления промышленными предприятиями;

WТЭС (г) - годовой объем водопотребления тепловой электрической станцией (ТЭС);

Wор.(г) - годовой объем водопотребления на орошение;

Wр.х.(г) -годовой объем водопотребления рыбоводного хозяйства;

Wрек.(г) - годовой объем водопотребления рекреационных объектов.

3.1.1 Расчет годовых объемов водопотребления участников ВХК

Объемы водопотребления участников ВХК определяем следующим образом.

1) Годовой объем водопотребления городским коммунально-бытовым хозяйством равен:

, (3.4)

где - численность городского населения, чел.;

- удельная норма водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды городского населения, л/сут. на 1 чел.; принимаем с учетом стадии проектирования и степени благоустройства районов жилой застройки (таблицы 4-6 прил. Г [1]);

- время работы городского водопровода в году; =365 сут.;

- коэффициент полезного действия (КПД) системы городского водоснабжения (табл. 8 прил. Г [1]).

2) Годовой объем водопотребления сельским коммунально-бытовым хозяйством из верхнего и нижнего бьефов гидроузла равен:

, (3.5)

где - численность сельского населения, осуществляющего водопотребление из верхнего (нижнего) бьефа гидроузла, чел.;

- удельная норма водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды сельских жителей, л/сут. на 1 чел.; принимаем с учетом стадии проектирования и степени благоустройства районов жилой застройки (таблицы 4-6 прил. Г [1]);

- время работы сельского водопровода в году; = 365 сут.,

- КПД системы сельского водоснабжения (табл. 8 прил. Г [1]).

3) Годовой объем водопотребления животноводством из верхнего и нижнего бьефов равен

, (3.6)

где - численность j-го вида животных на фермах, осуществляющих водопотребление из верхнего (нижнего) бьефа гидроузла, гол.;

удельная норма водопотребления j-го вида животных, л/сут. на 1 гол.; согласно СНиП 2.04,02-84 расходы воды на содержание и поение скота и птиц на животноводческих фермах и комплексах принимаем по ведомственным нормативным документам (табл. 7 прил. Г[1]);

- время работы в году водопроводов на фермах (комплексах);

= 365 сут.;

- КПД системы водоснабжения животноводческого комплекса

(табл. 8 прил. Г [1]).

4) Годовой объем водопотребления промышленностью из верхнего бьефа равен

, (3.7)

где - удельная норма водопотребления на выпуск j-го вида промышленной продукции, м3/m; потребление воды на нужды промышленных предприятий определяем по укрупненным нормам (табл. 11 прил. Г [1]),

- количество j-ro вида промышленной продукции, выпускаемой за год, т;

- количество работающих нa j-м предприятии, чел.;

- удельная норма водопотребления работающих на предприятии, л/сут. на 1 чел.; принимается по табл. 6 прил. Г [1] - с учетом условий производства;

- время работы водопроводов предприятий в году, / = 365 сут.

Поскольку данные о численности работающих отсутствуют, объемы бытового водопотребления работников предприятий за год определяем по укрупненным показателям

(3.8)



5) Годовой объем водопотребления ТЭС (из верхнего бьефа) равен:

, (3.9)

где - удельная норма водопотребления, равная 40 м3/с на 1 ГВт мощности ТЭС (0,04 м3/с на 1МВт);

- время работы ТЭС в году, с; = 31,56-106 с.

6) Годовой объем водопотребления на орошение из верхнего и нижнего бьефов равен

. (3.10)

где - площадь j-ro участка орошаемых земель, поливаемого из верхнего (нижнего) бьефа гидроузла, га;

- оросительная норма для выращиваемой j-й культуры, м3 /га, зависит от природно-климатической зоны, биологических особенностей сельскохозяйственной культуры и почв; приближенно определяем по табл. 10 прил. Г[1];

- КПД j-ro участка оросительной системы; принимаем по табл. 8 большее значение КПД соответствует закрытым оросительным системам).

7) Годовой объем водопотребления рыбоводного хозяйства (из нижнего бьефа) равен

(3.11)

где - годовой объем воды, идущий на заполнение емкости прудов рыбоводного хозяйства; геометрический объем воды определяют по проектной документации;

- годовой объем воды, идущий на насыщение грунтов ложа прудов;

- годовой объем потерь воды из прудов рыбоводного хозяйства на испарение и фильтрацию (с учетом объема выпадающих атмосферных осадков);

- годовой объем воды, необходимый, для создания проточности в прудах.

Для условий полносистемных прудовых рыбоводных хозяйств, размещенных в пойме Нижнего Дона (имеются нагульные, выростные и зимовальные пруды), могут быть приняты следующие соотношения:

(3.12)

(3.13)

Упрощенно водопотребление рыбоводного хозяйства определим по графику водоподачи с использованием формулы:

, (3.14)

где - водопотребление рыбоводного хозяйства в i-м месяце, м3 с;

- количество секунд в месяце.

= , (3.15)



где - доля от расчетного проектного расхода , потребляемая рыбоводным хозяйством в i-м месяце; определяем по табл. 9 прил. Г [1]

( задан в прил. В [1]).

Расчет сводим в табл. 3.1.

	месяцы
	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12
kр.х._i)	0.15	1	1	0.85	0.12	0.36	0.26	0.26	0.26	0.15	0.15	0.15
Qр.х._i, м3/с	0.975	6.5	6.5	5.525	0.78	2.34	1.69	1.69	1.69	0.975	0.975	0.975
Wр.х._i, млн м3	2.61	15.72	17.41	14.32	2.09	6.06	4.53	4.53	4.38	2.61	2.53	2.61

8) Годовой объем водопотребления рекреационных объектов (из ВБ) равен

, (3.16)

где - количество отдыхающих, чел.;

- удельная норма водопотребления отдыхающими на рекреационных объектах, л/сут. на 1 чел.; принимаем с учетом стадии проектирования и степени благоустройства жилья (таблицы 4-6 прил. Г [1]);

- время работы водопроводов рекреационных объектов; =365сут.;

- КПД систем водоснабжения рекреационных объектов (табл. 8).



Результаты определения годовых объемов водопотребления участниками ВХК сводим в расчет № 1

Участник ВХК	Wг (млн.м3)
Верхний бьеф
Городское КБХ	31.65
Сельское КБХ	0.91
ТЭС	212.08
Промышленность	170
Животноводство	0.021
Орошение	36.75
Рекреация	0.041
Нижний бьеф
Сельское КБХ	0.91
Животноводство	0.023
Орошение	36.75
Прудовое рыбоводство	79.4

3.1.2 Расчет годового объема комплексного попуска

Расходы воды на гидроэлектрическую станцию (ГЭС), воднотранспортные, рыбохозяйственные и санитарные попуски определяем следующим образом:

1) Определяем расход воды (в м3/с), необходимый для достижения требуемой электрической мощности ГЭС; расчет выполняем в системе СИ по формуле

, (3.17)

где - требуемая электрическая мощность ГЭС, кВт;

g - ускорение свободного падения, м/с2; g = 9,81 м/с2 ;

- плотность воды, кг/м3; = 1000 кг/м3;

- напор на агрегатах ГЭС, м;

- КПД агрегатов ГЭС; = 0,93-0,95.

Напор на агрегатах ГЭС в первом приближении принимаем равным:

= , (3.18)

где - отметка НПУ в водохранилище, принятая в первом приближении исходя из представленной кривой объема, м;

- отметка уровня воды в нижнем бьефе при санитарном расходе, м.

Тогда объем водопотребления ГЭС за месяц равен:

, (3.19)

где - количество секунд в месяце, = 2,63 106с.

Годовой объем водопотребления ГЭС равен:

, (3.20)

где - время работы ГЭС в году; = 31,56 106с.

2) Величина рыбохозяйственного попуска обусловлена необходимостью создания условий для нереста рыб на залитых пойменных участках реки в течение 4-6 месяцев.

В курсовой работе принимаем, что затопление нерестилищ происходит при глубинах воды в реке = 3,0 - 4,0 м.

Тогда расход рыбохозяйственного попуска определится по кривой связи - при заданной величине .

Объем рыбохозяйственного попуска за месяц определяем по формуле:



, (3.21)

3) Воднотранспортные попуски осуществляются в течение 5-10 месяцев - исходя из условий создания гарантированной глубины для судоходства. Величина в курсовой работе принимается равной 2,0-3,0 м.

Тогда расход воднотранспортного попуска определим по кривой связи - при заданной величине .

Объем воднотранспортного попуска в месяц составит:

(3.22)

4) Объем санитарного попуска в месяц определим по формуле:

, (3.23)

где - минимальный расход воды в реке, равный , м3 /с.

В уравнение (3.3) годового ВХБ входит величина комплексного попуска, осуществляемого из водохранилища в нижний бьеф. Ежемесячный объем комплексного попуска, рассчитываем по формуле:

(3.24)

В условиях недостатка водных ресурсов величина комплексного попуска может быть уменьшена - путем ранжирования отраслей, для которых попуск осуществляются.

водохранилище баланс природопользование



Результаты определения объемов различных попусков сводим в расчет № 2

Определяем расх.воды, к-й необх.подавать на ГЭС - по формуле (3.17); при КПД=0.94	Qгэс=45.93	м3/с
Определяем годовой объем подачи воды на ГЭС - по формуле (3.19):	Wгэс(м)=119.05	млн. м3
Определяем объем рыбохозяйственного попуска за месяц - по формуле (3.21):	Wпоп_р.х.(м)=298.08	млн. м3
Определяем объем воднотранспортного попуска за месяц - по формуле (3.22):	Wпоп_суд.(м)=181.44	млн. м3
Определяем объем санитарного попуска за месяц - по формуле (3.23):	Wпоп_сан.(м) =40.64	млн. м3

Расчет комплексных попусков сводим в табл. 3.2

Месяцы	ГЭС	Рыбохозяйственый	Воднотранспортный	Санитарный	W max поп.1	W max поп.2	W max поп.3	W max поп.4
01	119.5	0.000	0.000	42	119.5	42	42	42
02	119.5	0.000	0.000	42	119.5	42	42	42
03	119.5	0.000	0.000	42	119.5	42	42	42
04	119.5	298.08	181.44	42	298.08	181.44	119.5	42
05	119.5	298.08	181.44	42	298.08	181.44	119.5	42
06	119.5	298.08	181.44	42	298.08	181.44	119.5	42
07	119.5	298.08	181.44	42	298.08	181.44	119.5	42
08	119.5	298.08	181.44	42	298.08	181.44	119.5	42
09	119.5	0.000	181.44	42	181.44	119.5	42	42
10	119.5	0.000	181.44	42	181.44	119.5	42	42
11	119.5	0.000	0.000	42	119.5	42	42	42
12	119.5	0.000	0.000	42	119.5	42	42	42
За год	1434	1490.04	1270.08	504	2450.78	1356.2	891.5	504

Результаты расчета расходной части ВХБ заносим в табл. 3.3 в столбцы «без управления».

3.2 Расчет приходной части ВХБ

Расчет приходной части годового ВХБ производим по формуле:

, (3.25)

где - годовой объем речного стока расчетной обеспеченности, поступающий на участок;

- годовой объем нормативно очищенных возвратных вод, поступающий в водный объект;

- годовой объем используемых подземных вод (или стока другого водосборного бассейна).

Объем речного стока определяем по формуле:

, (3.26)

где - среднегодовой расчетный расход, м3/с;

вi- доля расхода в i-м месяце от среднегодового расчетного расхода;

- количество секунд в месяце.

Расчет речного стока был нами произведен в табл. 1.1; итоговый результат расчета используем в табл. 3.3.

Определяем годовые объемы возвратных вод для всех участников ВХК

, (3.27)

Где - объем годового водопотребления j-ro участка ВХК;

- коэффициент возврата сточных вод (табл. 8 прил. Г [1]).

(3.28)



Результаты определения годовых объемов возвратных вод сводим в расчет:

Участник ВХК	Кв	Wг (млн.м3)
Верхний бьеф
Городское КБХ	0.6	18.99
Сельское КБХ	0.6	0.55
ТЭС	0.95	201.48
Промышленность	0.9	153
Животноводство	0.6	0.013
Орошение	0.4	14.7
Рекреация	0.7	0.029
Нижний бьеф
Сельское КБХ	0.6	0.55
Животноводство	0.6	0.014
Орошение	0.4	14.7
Прудовое рыбоводство	0.8	63.52

Таблица 3.3 - Расчет годового водохозяйственного баланса

Статьи баланса	Без управления	1 метод управлен.	2 метод управлен.	3 метод управлен.	4 метод управлен.	5 метод управлен.	6 метод управл.
	ВБ	НБ	ВБ	НБ	ВБ	НБ	ВБ	НБ	ВБ	НБ	ВБ	НБ	ВБ	НБ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Приходная часть
1. Объем реч. ст.	1769.2		1769.2		1769.2		1769.2		1769.2		1769.2		1769.2
1.1. Запас подз. вод
2. Возвратные воды:
Городское КБХ	18.99		18.99		18.99		18.99		18.99		18.99		18.99
Сельское КБХ	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55
Животноводство	0.013	0.014	0.013	0.014	0.013	0.014	0	0	0	0	0	0	0	0
Промышленность	153		28.62		28.62		28.62		28.62		28.62		28.62
ТЭС	201.48		201.48		201.48		201.48		201.48		201.48		201.48
Орошение	14.7	14.7	14.7	14.7	12.844	12.839	2.590	2.591	2.331	2.332	2.331	2.332	2.331	2.332
Пруд.рыб.хоз-во		63.52		63.52		63.52		63.52		63.52		63.52		63.52
Рекреация	0.029		0.029		0.029		0.029		0.029		0.029		0.029
Итого(1+2)-по бьеф	2236.746	2112.366	2108.629	2088.100	2087.582	2087.582	2087.582
Расходная часть
3. Водопотреблен.
Городское КБХ	31.65		31.65		31.65		31.65		31.65		31.65		31.65
Сельское КБХ	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91	0.91
Животноводство	0.021	0.023	0.021	0.023	0.021	0.023	0.021	0.023	0.021	0.023	0.021	0.023	0.021	0.023
Промышленность	170		31.8		31.8		31.8		31.8		31.8		31.8
ТЭС	212.08		212.08		212.08		212.08		212.08		212.08		212.08
Орошение	36.75	36.75	36.75	36.75	32.098	32.109	19.148	19.157	17.233	17.241	17.233	17.241	17.233	17.241
Пруд.рыб.хоз-во		79.4		79.4		79.4		79.4		79.4		79.4		79.4
Рекреация	0.041		0.041		0.041		0.041		0.041		0.041		0.041
4. Компл попуски	2450.78		2450.78		2450.78		2450.78		2450.78		2450.78		2450.78
Итого(3+4)-по бьеф	3019.315	2881.115	2871.812	2845.92	2842.089	1747.509	2087.582
W=1+2-3-4	-782.568	-768.749	-763.183	-757.82	-754.507	340.073	0

3.3 Методы увязки ВХБ

В случае, если годовой ВХБ получился отрицательным (что свидетельствует о превышении расходной части баланса над приходной), необходимо обеспечить регулирование его расходных статей - с целью увязки,

Первым методом увязки ВХБ может стать снижение объемов водопотребления в промышленности за счет введения оборотных схем водоснабжения. В этом случае объем годового водопотребления промышленными предприятиями составит:

, (3.29)

где - коэффициент оборотного водоснабжения;

= 0,70 - 0,95; примем = 0,8;

- годовой объем бытового водопотребления рабочими, работающими на предприятии; определяется по формуле (3.8). Соответственно, объем возвратных вод составит:

(3.30)

Расчетные величины вносим в табл. 3.3. в столбцы «1-й метод управления», после чего вновь рассчитываем ВХБ.

Если ВХБ оказался отрицательным, то переходят ко второму методу управления, связанному с использованием сточных вод животноводческих комплексов для орошения да оросительных системах с использованием сточных вод (ОССВ).

Площадь орошения сточными водами определим по зависимости

, (3.31)

где - годовой объем возвратных вод животноводческого комплекса;

- удобрительная норма, мз/гa.

Удобрительную норму определим по формуле:

, (3.32)

где - годовой вынос питательных веществ с планируемым урожаем, кг/га (табл. 13 прил. Г [1]);

- коэффициент обеспеченности почвы питательными веществами;

= 1,0 -1,2;

К1 и К2 - коэффициенты использования и потерь питательных веществ при поливе сточными водами (табл. 14 прил. Г [1]);

- содержание j-го питательного вещества в осветленных сточных водах, мг/л (табл. 14 прил. Г [1]).

Удобрительную норму рассчитываем для N, Р, К; при этом за расчетную величину принимаем минимальное значение. Тогда объем водопотребления на нужды орошения составит:

(3.33)

При этом объем возвратных вод равен:

(3.34)

Результаты вычислений по формулам (3.31) - (3.33) сводим в расчет:

Верхний бьеф
Питательное вещество	В (кг/га)	Коэффициенты	Концентрация (мг/л)	Удобрительная норма м3/га
		К1	К2
Азот	140	0.7	0.85	650	398
Фосфор	40	0.6	0.9	215	379
Калий	31	0.5	0.95	345	208
За расчетную величину принимаем минимальное значение из трех найденных (Муд м3/га):
По формуле (3.31) определяем площадь орошения сточными водами (Fоссв га):
Уточненный объем водопотребления составит (3.33) Wор` (млн.м3)
Уточненный объем возвратных вод составит Wвв.ор` (млн.м3)
Нижний бьеф
Питательное вещество	В (кг/га)	Коэффициенты	Концентрация (мг/л)	Удобрительная норма м3/га
		К1	К2
Азот	140	0.7	0.85	155	1670
Фосфор	40	0.6	0.9	165	494
Калий	31	0.5	0.95	315	228
За расчетную величину принимаем минимальное значение из трех найденных (Муд м3/га):
По формуле (3.31) определяем площадь орошения сточными водами (Fоссв га):
Уточненный объем водопотребления составит (3.33) Wор` (млн.м3)
Уточненный объем возвратных вод составит Wвв.ор` (млн.м3)

В результате реализации этого метода в табл. 3.3 в столбцы «2-й метод управления» вносим изменения

и производится перерасчет ВХБ.

Если результат оказался отрицательным, то переходят к третьему методу управления.

Третьим методом управления примем введение частично оборотного водоснабжения в орошении. Такое водоснабжение производится на площади:

(3.35)

Принцип действия таких схем заключается в многократном использовании для орошения коллекторно-дренажного стока, разбавленного чистой речной водой.

Годовой объем коллекторно-дренажных вод, использование которых возможно для орошения сельхозкультур, определим по формуле:

(3.36)

Годовой объем потребления речной воды для разбавления коллекторно-дренажных вод и для полива составит:

. (3.37)

Объем возвратных вод, сбрасываемых в водоприемник после последнего полива, определим по формуле:

, (3.38)

где - поливная норма, определяемая путем деления оросительной нормы на количество поливов (з = 4-6 шт.).

Результаты вычислений по формулам (3.35) - (3.38) сводим в расчет № 5:

Верхний бьеф
Составляющая	Формула	Обозначение	Значение	Единица измерения
Площадь, пригодная для введения частично оборотного водоснабжения в орошении	3.35	Fоссв	62.5	га
Годовой объем коллекторно-дренажных вод, использование которых возможно на орошение	3.36	Wк.др	12.950	млн. м3
Годовой объем потребления речной воды для разбавления коллекторно-дренажных вод	3.37	Wор``	19.148	млн. м3
Поливная норма (Nполивов=5)			840	м3/га;
Годовой объем возвратных вод, сбрасываемых в водоприемник после последнего полива	3.38	Wвв.ор.``	2.590	млн. м3
Нижний бьеф
Составляющая	Формула	Обозначение	Значение	Единица измерения
Площадь, пригодная для введения частично оборотного водоснабжения в орошении	3.35	Fоссв	61.4	га
Годовой объем коллекторно-дренажных вод, использование которых возможно на орошение	3.36	Wк.др	12.952	млн. м3
Годовой объем потребления речной воды для разбавления коллекторно-дренажных вод	3.37	Wор``	19.157	млн. м3
Поливная норма (Nполивов=5)			840	м3/га;
Годовой объем возвратных вод, сбрасываемых в водоприемник после последнего полива	3.38	Wвв.ор.``	2.591	млн. м3

В табл. 3.3 в столбцы «3-й метод управления» вносим соответствующие изменения и расчет ВХБ выполняем вновь.

Если результат показал недостаток водных ресурсов, то переходят к следующему методу увязки.

Четвертый метод управления - применение методов борьбы с потерями воды на орошении.

Наиболее эффективные меры - повышение КПД оросительных систем и применение современной поливной техники. В результате реализации предложенных мероприятий водопотребление на орошение составит:

. (3.39)

Результаты вычислений по формулам (3.39) - (3.40) сводим в расчет № 6

Верхний бьеф
Составляющая	Формула	Обозначение	Значение	Единица измерения
Объем водопотребления на орошение при повышении КПД оросительной системы	3.39	Wор```	17.233	млн.м3
Годовой объем возвратных вод	3.40	Wвв.ор.```	2.331	млн. м3
Нижний бьеф
Составляющая	Формула	Обозначение	Значение	Единица измерения
Объем водопотребления на орошение при повышении КПД оросительной системы	3.39	Wор```	17.241	млн. м3
Годовой объем возвратных вод	3.40	Wвв.ор.```	2.332	млн. м3

Все вычисленные величины вносим в табл. 3.3 в столбцы «4-й метод управления» и рассчитываем ВХБ. Если баланс не увязан, то переходим к пятому методу.

Пятый метод - ограничение водопотреблением методом ранжирования отраслей в соответствии с их расчетной обеспеченностью. Наивысшую обеспеченность имеют: коммунально-бытовое водоснабжение, промышленность, теплоэнергетика. Более низкую расчетную обеспеченность имеют: гидроэнергетика, транспорт, рыбное хозяйство. Обеспечение потребности в воде этих отраслей осуществляется путем комплексных попусков. Их величины от максимального значения до минимального (санитарный расход) рассчитаны в табл. 3.2. В табл. 3.3 расчета ВХБ последовательно вносим величины комплексных попусков от максимального до минимального, при которых рассчитываем баланс. В результате реализации пятого метода управления возможны два исхода расчета ВХБ: 1) ВХБ остался отрицательным; 2) ВХБ стал больше нуля.

В обоих случаях переходим к шестому (увязочному) методу управления, который для первого случая, будет заключаться в переводе части отраслей на пользование подземными водами в объеме, равном отрицательной величине ВХБ в пятом методе (или в переводе на водные ресурсы другого речного бассейна). Во втором случае полученный избыток воды необходимо выделить гидроэнергетике, - как отрасли, дающей наибольший экономический эффект (путем увеличения комплексного попуска на расчетную величину). В результате ВХБ должен оказаться равным нулю.

На основании выполненных расчетов строим график изменения годового ВХБ при различных методах его увязки.



4. РАСЧЕТ И УВЯЗКА МЕСЯЧНЫХ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ БАЛАНСОВ

Пересчет годового ВХБ в месячные осложняется неравномерностью в течение года как притока водных ресурсов, так и их потребления некоторыми отраслями. Одной из таких отраслей является орошение, которое осуществляется лишь в течение периода вегетации растений, да и то неравномерно. Расчет внутригодового распределения водопотребления на орошение сводим в табл. 4.1.

Объем водопотребления на орошение по месяцам определяем по формуле

, (4.1)

где - годовой объем водопотребления на орошение (по шестому методу ВХБ);

- доля водопотребления на орошение в i-м месяце.

Объем возвратных вод на орошении по месяцам определим по формуле:

. (4.2)

Табл. 4.1
Расчет внутригод.распред-я водопотр.и водоотвед-я на орошение
Месяцы	Доля водопотребления	Объем водопотребления	Об.возвр. вод
1-3	0	0	0
4	0.05	1.724	0.233
5	0.15	5.171	0.699
6	0.20	6.895	0.933
7	0.25	8.618	1.166
8	0.20	6.895	0.933
9	0.15	5.171	0.699
10-12	0.00	0	0
За год	1.00	34.474	4.663

Неравномерность водопотребления в течение года характерна также для рыбоводного хозяйства, поэтому при определении его распределения по месяцам следует использовать результаты расчета, выполненного по формуле (3.14).

Далее производим расчет месячных ВХБ по формуле:

, (4.3)

где - объем приходной части в i-й месяц;

- объем расходной части в i-й месяц.

Приходную часть месячных ВХБ рассчитываем по формуле:

, (4.4)

где - объем речного стока в i-й месяц;

- объем возвратных BOAJ-ro участника ВХК (кроме орошения и рыбоводного хозяйства) в i-й месяц;

- объем возвратных вод рыбоводного хозяйства в i-й месяц;

- объем подземных вод, используемых участниками ВХК в i-й месяц.

Расходные части месячных ВХБ определяем по зависимости:



(4.5)

где - объемы водопотребления рыбоводного хозяйства по месяцам;

- объемы комплексного попуска по месяцам;

- годовой объем водопотребления на приоритетные нужды:

Wприор.(г) = Wг.(г) + Wс.(г) + Wж.(г) + Wпр.(г) + WТЭС (г) + Wрек.(г)

Где Wг.(г) , Wс.(г) , Wж.(г) , Wпр.(г) , WТЭС (г) , Wрек.(г) - см. формулу (3.3).

Расчет ВХБ ведем в табличной форме (табл. 4.2).

По результатам расчета строим график месячных ВХБ:

месяцы	Приходная часть	Расходная часть
				/12			/12
01	46.5	0	2.088	20.852	0	69.44	23.120	0	2.61	70.34	96.07	-26.63
02	50.1	0	12.576	20.852	0	83.528	23.120	0	15.72	70.34	109.18	-25.652
03	121.5	0	13.928	20.852	0	156.28	23.120	0	17.41	70.34	110.87	45.41
04	574.8	0.233	11.456	20.852	0	607.341	23.120	1.724	14.32	209.78	248.944	358.397
05	591	0.699	1.672	20.852	0	614.223	23.120	5.171	2.09	209.78	240.16	374.063
06	100.2	0.933	4.848	20.852	0	126.833	23.120	6.895	6.06	209.78	245.855	-119.022
07	61.5	1.166	3.624	20.852	0	87.142	23.120	8.618	4.53	209.78	246.048	-158.906
08	49.5	0.933	3.624	20.852	0	74.909	23.120	6.895	4.53	209.78	244.325	-169.416
09	42.1	0.699	3.504	20.852	0	67.155	23.120	5.171	4.38	147.84	180.511	-113.356
10	43.5	0	2.088	20.852	0	66.44	23.120	0	2.61	147.84	173.57	-107.13
11	46.5	0	2.024	20.852	0	69.376	23.120	0	2.53	70.34	95.99	-26.614
12	42.0	0	2.088	20.852	0	64.94	23.120	0	2.61	70.34	96.07	-31.13
год	1769.2	4.663	63.52	250.219	0	2087.602	277.435	34.474	79.40	1696.28	2087.593	0

5. РАСЧЕТ СЕЗОННО-ГОДИЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА

5.1 Расчет основных параметров водохранилища

Расчеты месячных ВХБ для участка реки показывают, что в отдельные сезоны года, в связи с неравномерным распределением стока и потребления, наблюдается дефицит водных ресурсов. Поэтому необходимо осуществить сезонно-годичное регулирование стока посредством строительства водохранилища. Расчет регулирования стока выполняется на расчетную обеспеченность.

В многоводные годы излишек воды будет сбрасываться из водохранилища в нижний бьеф, а в исключительно маловодные годы будет дефицит водоотдачи.

Полезный объем водохранилища (призма сработки) равен:

(5.1)

5.1.1 Расчет полезных объемов воды в водохранилище

Расчет полезных объемов воды ведем в табличной форме (табл. 5.1). При выполнении расчета год разбиваем на два периода: многоводный и маловодный, Периоды определяем на основе анализа месячных ВХБ. Многоводному периоду соответствуют месяцы, в течение которых подряд ВХБ оказались положительными. Маловодный период начинается сразу же за последним месяцем многоводного периода. С первого месяца маловодного периода начинается водохозяйственный год.

Значения ВХБ для маловодного периода заносим в табл. 5.1, а затем суммируем «ходом назад». В результате этого определяем полезные объемы воды в водохранилище в маловодный период.

Для дальнейших расчетов величину полезного объема в первый месяц маловодного периода обозначим как . Суммирование «ходом назад» производим с учетом знака, так как в маловодный период возможны отдельные значения >0 (эти значения при последовательном суммировании вычитаются).

Затем выписываем последовательно значения для многоводного периода и производим их суммирование «ходом назад». Полезные объемы определяем как разность и интегрального значения суммы для i-гo месяца

(5.2)

Таблица 5.1 - Расчет полезных объемов воды в водохранилище (в млн. м3)
Маловодный период	Многоводный период
Месяцы			Месяцы
06	-119.022	777.856	03	45.41	777.870	0
07	-158.906	658.834	04	358.397	732.46	45.396
08	-169.416	499.928	05	374.063	374.063	403.793
09	-113.356	330.512
10	-107.13	217.156
11	-26.614	110.026
12	-31.13	83.412
01	-26.63	26.63
02	-25.652	52.282

По результатам расчета строим график полезных объемов водохранилища

5.1.2 Расчет мертвого объема водохранилища

При комплексном использовании водохранилища расчет мертвого объема должен учитывать требования каждого из участников ВХК.

Рассмотрим порядок расчета из условий заиления водохранилища.

Для определения величины необходимы следующие данные:

-батиграфические кривые;

-среднемноголетний объем годового стока воды в водохранилище (при выполнении курсовой работы в качестве расчетной величины используем );

-среднемноголетняя мутность воды годового стока , г/ м3; может быть определена по картам средней мутности; для бассейна р. Дон = 500-1000, г/ м3;

-транзитная часть наносов, сбрасываемая из водохранилища зависит от относительной емкости водохранилища

при > 0,6 аккумулируются практически все наносы;

при 0,15 < < 0,6 аккумулируется от 70 до 100% поступающих наносов;

-доля донных наносов от взвешенных, поступающих в водохранилище

для равнинных рек = 0,01-0,20;

-плотность отложений , кг/м3; зависит от типа грунтов водосбора; в среднем для равнинных рек = 800 кг/м3;

-срок заиления водохранилища ; для условий курсовой работы примем = 50 лет.

Расчет мертвого объема из условий заиления производим следующим образом.

Определяем среднегодовой объем отложения наносов:

, (5.3)

где е - доля органических продуктов, накапливающаяся при евтрофировании водоема; е = 0,1-0,2.

Определяем объем отложения наносов за расчетный срок заиления:

. (5.4)

Определяем уровень воды , соответствующий

Таблица 5.2

среднемноголетняя мутность воды годового стока	, г/ м3	900
транзитная часть наносов, сбрасываемая из водохранилища		0.7
доля донных наносов от взвешенных, поступающих в водохранилище		0.2
доля органических продуктов, накапливающаяся при евтрофировании водоема	е	0.18
плотность отложений	, кг/м3	800
срок заиления водохранилища	,лет	50
среднегодовой объем отложения наносов		1.174
объем отложения наносов за расчетный срок заиления	=млн.м3	58.7
полный объем воды в водохранилище	млн.м3	836.556
отметка НПУ		105
отметка ФПУ		105.8
полный объем водохранилища при ФПУ;	млн.м3	900

После нахождения мертвого объема определяем полные объемы воды в водохранилище по месяцам

. (5.5)

Расчет полных объемов воды ведем в табличной форме (табл. 5.3).

Месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Vполн.(i)	85.33	110.982	58.7	104.096	462.493	836.556	717.534	558.628	389.212	275.856	168.726	142.112

Таблица 5.3 - Расчет полных объемов воды в водохранилище (в млн. м3)

По данным табл. 5.2 строим график наполнения-сработки водохранилища

5.1.3 Расчет потерь воды из водохранилища

Из водохранилища происходят потери воды:

-на испарение с водной поверхности ;

-на фильтрацию через ложе водохранилища;

-на фильтрацию через тело плотины и ее основание.

Учет потерь воды на испарение и фильтрацию производим за каждый месяц с учетом наполнения водохранилища, а затем определяем суммарные потери за год.

При выполнении курсовой работы объем потерь воды на испарение в i-м месяце (, млн.м3) определяем по формуле:

, (5.6)

где - слой испарения с поверхности водохранилища за i-й месяц (в мм); определяем по формуле

; (5.7)

, (5.8)

где - среднемноголетнее годовое испарение с эталонного бассейна площадью 20 м2 (принимаем по табл. 15 = 950 мм);

- поправочные коэффициенты на глубину водоема, защищенность и площадь; принимаем Кн = 0,95; Кз = 0,75; К? = 1,15;

- месячные доли испарения от годового слоя (табл. 15 прилож, Г[1]);

- площадь водохранилища при НПУ, км3; т.к. кривая

отсутствует, значение приближенно определяем из выражения

, (5.9)

где - коэффициент, учитывающий пологость берегов водохранилища; зависит также от площади, средней глубины водохранилища, высоты форсировки ФПУ относительно НПУ и др.; = 0,75-0,98;

- полный объем водохранилища при ФПУ;

- доля средней площади водохранилища в i-м месяце от ;принимаем по табл. 17 прилож. Г [I].

Объем потерь воды на фильтрацию в i-м месяце , млн.м3, ориентировочно определяем по формуле:

, (5.10)

где - слой потерь воды на фильтрацию через грунты ложа водохранилища за месяц, мм/мес. (табл. 18 прилож. Г [1]).

Объем атмосферных осадков , млн.м3, компенсирующих потери воды в i-м месяце, равен

, (5.11)



где - атмосферных осадков в i-м месяце, мм (табл. 16 прилож. Г[1]).

Объем суммарных потерь воды из водохранилища в i-м месяце определяем по зависимости

. (5.12)

Объем суммарных потерь воды из водохранилища за год равен:

(5.13)

=63.444 км3

Eq(г)=757.649 мм

Таблица 5.4- среднее значение испарения с водной поверхности

месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	год
бi	0	0	0.03	0.08	0.15	0.16	0.17	0.19	0.13	0.06	0.03	0	1.0
Eqi	0	0	22.729	60.612	113.647	121.224	128.8	143.953	98.494	45.459	22.729	0	757.649
бНПУ	0.2	0.2	1	1	1	0.9	0.75	0.6	0.5	0.4	0.3	0.25	7.1
Еисп	0	0	1.442	3.845	7.210	6.922	6.129	5.479	3.124	1.154	0.433	0	35.738

Таблица 5.5- определение объема фильтрации

месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	год
бНПУ	0.2	0.2	1	1	1	0.9	0.75	0.6	0.5	0.4	0.3	0.25	7.1
hф	60	60	60	60	60	60	60	60	60	60	60	60	7200
Vфил i	0.761	0.761	3.807	3.807	3.807	3.426	2.855	2.284	1.904	1.523	1.142	0.952	27.029

Таблица 5.6- осадки на тело водохранилища

месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	год
ч	0.11	0.1	0.08	0.07	0.07	0.1	0.1	0.06	0.05	0.07	0.08	0.11	1.0
Vос	4.299	3.908	3.127	2.736	2.736	3.908	3.908	2.344	1.954	2.736	3.127	4.299	39.082

Таблица 5.7- определение объема потерь

месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	год
Еисп	0	0	1.442	3.845	7.210	6.922	6.129	5.479	3.124	1.154	0.433	0	35.738
Vфил i	0.761	0.761	3.807	3.807	3.807	3.426	2.855	2.284	1.904	1.523	1.142	0.952	27.029
Vос	4.299	3.908	3.127	2.736	2.736	3.908	3.908	2.344	1.954	2.736	3.127	4.299	39.082
Vпот	-3.538	-3.147	2.122	4.916	8.281	3.908	5.076	5.419	2.074	-0.059	-1.552	-3.347	23.685

5.2 Расчет ВХБ водохранилища

Прежде, чем приступить к расчету ВХБ водохранилища, производим корректировку и увязку годового ВХБ (по шестому методу управления) - с учетом суммарных потерь воды. Расчет ведем в табличной форме (табл. 3.3). Ограничение водопотребления производим лишь в отношении тех участников ВХК, которые рассчитываются на меньшую водообеспеченность.

Статьи баланса	6 метод управл.	С учетом потерь
	ВБ	НБ	ВБ	НБ
Приходная часть
1. Объем реч. ст.	1769.2		1769.2
1.1. Запас подз. вод			23.685
2. Возвратные воды:
Городское КБХ	18.99		18.99
Сельское КБХ	0.55	0.55	0.55	0.55
Животноводство	0	0
Промышленность	28.62		28.62
ТЭС	201.48		201.48
Орошение	2.331	2.332	2.331	2.332
Пруд.рыб.хоз-во		63.52		63.52
Рекреация	0.029		0.029
Итого(1+2)-по бьеф	2087.582	2111.267
Расходная часть
3. Водопотреблен.
Городское КБХ	31.65		31.65
Сельское КБХ	0.91	0.91	0.91	0.91
Животноводство	0.021	0.023	0.021	0.023
Промышленность	31.8		31.8
ТЭС	212.08		212.08
Орошение	17.233	17.241	17.233	17.241
Пруд.рыб.хоз-во		79.4		79.4
Рекреация	0.041		0.041
4. Компл попуски	2450.78		2450.78
5. Сум.потери воды	0	0	23.685	0
Итого(3+4+5)-по б.	2087.582	2111.267
W=1+2-3-4-5	-	0	-	0

ЛИТЕРАТУРА

1. Косолапов А.Е., Шкура В.Н., Дандара Н.Т. Методические указания по изучению дисциплины «КИВР». - Новочеркасск: НГМА, 2002. - 72 с.

2. Шкура В.Н. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. - Новочеркасск, 2002. - 180с.

3. Информатика: Базовый курс/ Под ред. С.В. Симоновича. - СПб.: Питер, 2001. -640с

Размещено на Allbest.ru