С ростом населения Земли появилась необходимость регулирования речного стока. В современное время, с появлением больших городов, мегаполисов, ростом научно-технического прогресса, человек не может обойтись без стабильной работы водопроводных сетей, канализации, электричества и т.д. Также, по тем или иным причинам, мы всё чаще сталкиваемся с нехваткой и низким качеством воды в регионах страны (а также за рубежом).
Комплексное использование водных ресурсов помогает решить эти вопросы максимально качественно и с наименьшими затратами. Цель данной работы осветить основные вышеизложенные и другие проблемы на примере формирования водохозяйственного комплекса в формирующемся городе N, расположенном на реке N.
водохранилище баланс водохозяйственный затрата
1. Водохозяйственный комплекс (ВХК)
ВХК (согласно ГОСТ 19185-73) — совокупность различных отраслей народного хозяйства, совместно использующих водные ресурсы одного водного бассейна.
При обосновании ВХК необходимо учитывать три связанные между собой области:
природную
экономическую
техническую
ВХК должен обеспечить наибольшую экономическую эффективность для народного хозяйства в целом, а не для какой-либо отдельной отрасли; не допускать вредного воздействия на окружающую среду. Сооружения участников ВХК должны способствовать охране вод от загрязнения; обеспечить достаточно простую и надежную эксплуатацию участникам или компонентам ВХК.
2. Оценка располагаемых водных ресурсов
2.1 Анализ водных ресурсов
Для определения объёма воды, поступающего в бассейн реки за год, определяем объём речного стока, приходящий за каждый месяц расчётного маловодного года () с учётом потерь (. Результаты сводим в табл.2.1.
Табл.2.1 Определение поступающего объёма воды в бассейн реки N
|
Месяцы |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
|
|
0,41 |
0,3 |
2,12 |
4,49 |
0,94 |
0,74 |
0,56 |
0,54 |
0,47 |
0,47 |
0,50 |
0,46 |
||
|
Q i , м3 /с |
6,15 |
4,5 |
31,8 |
67,35 |
14,1 |
11,1 |
8,4 |
8,1 |
7,05 |
7,05 |
7,5 |
6,9 |
|
|
, млн. м 3 |
15,94 |
11,66 |
82,43 |
174,57 |
36,55 |
28,77 |
21,77 |
21,0 |
18,27 |
18,27 |
19,44 |
17,88 |
|
|
, млн. м 3 |
15,14 |
11,08 |
78,31 |
165,84 |
34,72 |
27,33 |
20,69 |
19,95 |
17,36 |
17,36 |
18,47 |
16,99 |
|
где: относительная ордината гидрографа расчётного маловодного года (бланк задания):
расход реки в i -й месяц,
среднегодовой расход реки,
объём речного стока, приходящий за i -й месяц,
где : -количество секунд в месяце при ,
объём речного стока с учётом потерь,
где: коэффициент потерь,
Суммируя, определяем годовой объём речного стока:
Учитывая потери:
2.2 Определение необходимого объёма воды водопотребителям и водопользователям
Объём водопотребления
- Объём водопотребления городского коммунально-бытового хозяйства:
где: временной коэффициент,
/(сут.чел.) /(сут.чел.), централизованное водоснабжение холодной и горячей водой, канализация с централизованным отоплением;
численность городского населения,
КПД системы водоснабжения,
- Объём водопотребления сельского коммунально-бытового хозяйства:
где: временной коэффициент,
норма водопотребления на 1 сельского жителя,
л/(сут /(сут.чел)подвод воды к сельским домам;
численность городского населения,
КПД системы водоснабжения,
- Объём водопотребления промышленности:
где: временной коэффициент,
норма водопотребления на 1 т продукции,
/
планируемый объём выпускаемой продукции,
КПД системы водоснабжения,
- Объём водопотребления животноводческого комплекса:
где: продолжительность расчётного периода,
норма водопотребления на 1 голову,
л/(сут /(сут.гол)
численность поголовья,
КПД системы водоснабжения,
- Объём водопотребления рекреационной зоны:
где: средняя продолжительность отдыха,
норма водопотребления,
л/(сут /(сут.чел)
численность отдыхающих,
КПД системы водоснабжения,
- Объём водопотребления на орошение (растениеводство):
где: расчётный период орошения,
площадь орошения,
оросительная норма, /
КПД системы орошения,
- Объём водопотребления энергетического комплекса:
При равномерной в течение года выработке электроэнергии, требуемый годовой объём воды на ТЭС и ГЭС определяется по формулам:
- где: установленная мощность ТЭС, ;
- норма водопотребления на 1 кВт мощности, /кВт;
где: суммарная энергия, вырабатываемая на ГЭС за час,
напор на ГЭС,
коэффициент, учитывающий ускорение свободного падения, плотность воды и коэффициент полезного действия агрегата ГЭС (турбин и генератора).
Объём водопользования:
- ГЭС:
— Водный транспорт. На перспективный период требуется предусмотреть возможность судоходства в нижнем течении реки (обеспечение необходимых для прохода судов глубин, которые определяются объёмами попусков воды в НБ в течение навигационного периода (в данной работе: май-август)).
Расчёт сводим в табл.2.2.:
Табл.2.2 Расчёт объёма водопотребления водным транспортом
|
Месяцы |
V |
VI |
VII |
VIII |
Итого |
|
|
Режим |
3 |
3 |
3 |
|||
|
13,5 |
18,0 |
13,5 |
13,5 |
|||
|
35,0 |
46,66 |
35,0 |
35,0 |
=151.66 |
||
где: минимальный расход реки за расчётный год:
- , (табл. 2.1.);
судоходный расход воды,
объём попусков воды в НБ для водного транспорта,
количество секунд в месяце при :
- Суммируя, определяем годовой объём водопотребления водным транспортом: ;
— Рыбное хозяйство. В целях улучшения экологического состояния реки на перспективный период предусматриваются специальные рыбохозяйственные попуски (март-август), которые позволят улучшить условия нереста рыбы, обитающей в рассматриваемой реке. Расчёт представлен в табл.2.3.:
Табл.2.3 Расчёт объёма водопотребления рыбным хозяйством
|
Месяцы |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
Итого |
|
|
Режим п-в |
3 |
3 |
2 |
2 |
||||
|
13,5 |
18,0 |
13,5 |
9,0 |
9,0 |
4,5 |
|||
|
35,0 |
46,66 |
35,0 |
23,33 |
23,33 |
11,66 |
=174.98 |
||
где: расход, который попускается в нижний бьеф в соответствии с режимом попус- ков воды на рыбное хозяйство:
объём попусков воды в нижний бьеф водного транспорта за i-тый месяц:
;
количество секунд в месяце при ,
- Санитарные попуски. Минимальный объём воды, обеспечивающий соблюдение нормативов качества воды и благоприятные условия водопользования в нижнем бьефе водохранилища, равен:
где: объём санитарных попусков за 1 месяц:
количество секунд в месяце при ,
расчётный период сан. попусков,
Расчёт возвратных вод от водопотребителей и определение объёма вод на их разбавление (табл.2.4.):
Табл.2.4 Расчёт объёма возвратных вод от водопотребителей и определение объёма вод на их разбавление
|
Участники ВХК |
Объем полного водопотребления, млн. |
Возвратные воды |
Воды на разбавление |
|||
|
ГКБХ |
11,29 |
0,90 |
10,16 |
10 |
101,60 |
|
|
СКБХ |
0,85 |
0,60 |
0,51 |
10 |
5,10 |
|
|
Промышленность |
126,30 |
0,90 |
113,67 |
20 |
2 273,40 |
|
|
Животноводческий комплекс |
0,32 |
0,70 |
0,22 |
20 |
4,40 |
|
|
Орошение земель |
60,0 |
0,20 |
12,0 |
8 |
96,0 |
|
|
Рекреация |
0,22 |
0,90 |
0,20 |
7 |
1,40 |
|
|
Итого |
||||||
где: объём полного водопотребления каждого из водопотребителей (пункты 1…7);
- коэффициент возвратных вод;
объём возвратных вод:
объём, требующейся на разбавление возвратных вод
3. Водохозяйственный баланс (ВХБ)
Водохозяйственный баланс (ВХБ) — соотношение между нормативными и фактически используемыми объёмами воды из источников водоснабжения и объёмами отводимых сточных вод и фактическим водопотреблением.
ВХБ способствует составлению согласованных планов использования водных ресурсов, облегчает исследование сложившихся и ожидаемых пропорций в направлении их использования.
ВХБ выступает как один из источников исходной информации при планировании и эксплуатации объектов водного хозяйства и является основополагающим при экономической оценке рационального использования водных ресурсов и при введении платы за воду.
Уравнение ВХБ для данного расчётного случая:
где: объём воды, поступающий в бассейн рассматриваемого участка и представленный естественными водными ресурсами, использование которых экономически целесообразно на данном этапе развития производственных сил:
потребности в воде всего комплекса водопотребителей (ГКБХ, СКБХ, промышленность, орошение, животноводство, рекреация, ТЭС) и водопользователей (гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хоз-во):
где: объём полного водопотребления всеми участниками ВКХ:
объём воды на разбавление вод возврата:
суммарный объём попусков в нижний бьеф:
объём переброски.
Подставляя известные значения, получим:
Вывод: т.к. то мы имеем дефицит водных ресурсов, следственно, необходимы методы управления водохозяйственной системой, позволяющие получить
3.1 Увязка ВХБ. Методы регулирования водными ресурсами
В результате предварительного расчёта ВХБ получился отрицательным — имеется дефицит водных ресурсов. Необходимо использовать методы управления водными ресурсами в условиях дефицита:
- методы экономии воды;
- методы перераспределения водных ресурсов;
- методы ограничения водопотребления.
Увязку ВХБ проводим в табличной форме (табл.3.1.):
Табл. 3.1 Увязка ВХБ методами управления ВХС
|
№,п/п |
Мет. упр-я Ст. баланса |
Без управления |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
ВХБ |
|
|
1 |
Приходная часть |
||||||||||
|
1.1 |
Речной сток |
||||||||||
|
1.2 |
Возвратные воды |
||||||||||
|
ГКБХ |
10,16 |
10,16 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
СКБХ |
0,51 |
0,51 |
0,51 |
0,51 |
0,51 |
0,51 |
0,51 |
0,51 |
0,51 |
||
|
Промыш-ть |
113,67 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
Животноводство |
0,22 |
0,22 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
Орошение |
12,0 |
12,0 |
12,0 |
7,91 |
4,99 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
Рекреация |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
||
|
Итого по п. 1.3. |
136,76 |
23,09 |
12,71 |
8,62 |
5,73 |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
||
|
Итого приходной части |
579,98 |
466,31 |
455,93 |
451,84 |
448,95 |
443,93 |
443,93 |
443,93 |
443,93 |
||
|
2 |
Расходная часть |
||||||||||
|
2.1 |
Водопотребление |
||||||||||
|
ГКБХ |
11,29 |
11,29 |
11,29 |
11,29 |
11,29 |
11,29 |
11,29 |
11,29 |
11,29 |
||
|
СКБХ |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
||
|
Промыш-ть: |
126,30 |
6,30 |
6,30 |
6,30 |
6,30 |
6,30 |
6,30 |
6,30 |
6,30 |
||
|
Животноводство |
0,32 |
0,32 |
0,32 |
0,32 |
0,32 |
0,32 |
0,32 |
0,32 |
0,32 |
||
|
Орошение |
60,0 |
60,0 |
49,62 |
29,19 |
14,59 |
14,59 |
14,59 |
14,59 |
14,59 |
||
|
Рекреация |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
0,22 |
||
|
ТЭС |
2,90 |
2,90 |
2,90 |
2,90 |
2,90 |
2,90 |
0,29 |
0,29 |
0,29 |
||
|
Итого по п. 2.1. |
198,98 |
81,88 |
71,50 |
51,08 |
36,47 |
36,47 |
33,86 |
33,86 |
33,86 |
||
|
2.2 |
Макс.попуски |
736,56 |
736,56 |
736,56 |
736,56 |
736,56 |
736,56 |
736,56 |
368,32 |
403,57 |
|
|
2.3 |
Вода на разбавление |
||||||||||
|
ГКБХ |
101,60 |
101,60 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
СКБХ |
5,10 |
5,10 |
5,10 |
5,10 |
5,10 |
5,10 |
5,10 |
5,10 |
5,10 |
||
|
Промыш-ть |
2 273,40 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
Животноводство |
4,40 |
4,40 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
Орошение |
96,0 |
96,0 |
96,0 |
63,31 |
39,95 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
Рекреация |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
1,40 |
||
|
Итого по п. 2.3. |
2 481,90 |
208,5 |
102,50 |
69,81 |
46,75 |
6,50 |
6,50 |
6,50 |
6,50 |
||
|
Итого расх. части |
3 417,44 |
1026,94 |
910,56 |
857,45 |
819,48 |
779,53 |
776,92 |
408,68 |
443,93 |
||
|
ВХБ |
-2 837,46 |
560,63 |
454,63 |
405,61 |
375,55 |
335,56 |
-333,0 |
35,25 |
0 |
||
Метод введения оборотного водоснабжения в промышленности
Прямоточную систему водоснабжения заменяем на систему оборотного водоснабжения (в данной работе используем градирни в качестве системы охлаждения технической воды при производстве синт. каучука, когда предполагается постоянное охлаждение теплообменного оборудования).
Таким образом, объём водопотребления снизится до величины:
Тогда в возвратных водах и водах на разбавление в промышленном предприятии не будет нужды:
Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.
следственно, дефицит водных ресурсов сохранился. Переходим к следующему методу управления.
Метод введения повторного водоснабжения в орошение
В этом методе прямоточная система водоснабжения заменяется повторной. При этом используются сточные воды ГКБХ и животноводства, наиболее пригодные для данного метода, т.к. содержат меньшее количество вредных для растениеводства веществ. Использованные сточные воды подаются на орошение солевыносливых культур растений, а затем, после очистки, сбрасываются.
При орошении с/х полей возвратными водами учитываем следующее условие:
Суммарный объём возвратных вод для орошения ЗПО равны:
Проверим условие:
Тогда требуемый объём воды на орошение будет равен:
Тогда в возвратных водах и водах на разбавление в ГКБХ и животноводстве не будет нужды:
Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.
сохранился дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.
Метод борьбы с потерями в орошении
В данном методе КПД в орошении повышается до в силу модернизации конструкции и улучшения эксплуатации оросительных систем. Метод распространяется на часть орошаемых земель (исключая , орошаемое возвратными водами ГКБХ и животноводства):
где: площадь земледельческих полей орошения:
Таким образом, возвратные воды и воды на разбавление изменятся, т.е.:
Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.
дефицит водных ресурсов сохранился.
Ограничение водопотребления методом ранжирования целей
По умолчанию оросительная норма для орошения принята биологически оптимально (в связи с выпадением осадков, температурным режимом).
В данном методе сокращаем норму орошения, которая рассчитана на наихудшие условия. Согласно данному методу принимаем новую, биологически оптимальную, норму орошения:
Тогда требуемый объём воды на орошение будет равен:
Таким образом, возвратные воды и воды на разбавление изменятся, т.е.:
Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.
сохранился дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.
Метод переноса площадей орошения в нижний бьеф
В данном методе орошаемые земли переносятся в нижний бьеф.
Требуемый объём воды на орошение останется прежним, изменится только место его забора, т.е.:
Тогда возвратные воды и воды на разбавление перестанут быть нужными:
Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.
сохраняется дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.
Метод введения оборотной системы водоснабжения ТЭС
В данном методе прямоточная система водоснабжения ТЭС охладителей. В этом случае объём воды из водохранилища забирается исходя только из производственных потерь воды (10%) и станет равным:
сохранился дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.
Метод введения комплексного попуска
В данном методе вводим комплексное использование водных ресурсов, т.е. осуществляем попуски в нижний бьеф не по потребности каждого водопотребителя в сумме, а максимальный попуск, необходимый в определённый месяц.
Расчёт ведём в табличной форме (табл.3.2).:
Табл. 3.2 Определение комплексного попуска в нижний бьеф
|
Время мес. |
Сан. поп-ки , млн. м3 |
Попки млн. м3 |
Поп-ки на рыб. хоз-во млн. м3 |
П-ки на вод. тр-т млн. м3 |
Макс. поп-ки млн. м3 |
Компл. поп-к , млн. м3 |
||
|
I |
11,66 |
22,50 |
0 |
0 |
34,16 |
22,50 |
25.43 |
|
|
II |
11,66 |
22,50 |
0 |
0 |
34,16 |
22,50 |
25.43 |
|
|
III |
11,66 |
22,50 |
35,00 |
0 |
69,16 |
35,00 |
37.93 |
|
|
IV |
11,66 |
22,50 |
46,66 |
0 |
80,82 |
46,66 |
49.68 |
|
|
V |
11,66 |
22,50 |
35,00 |
35,00 |
104,16 |
35,00 |
37.93 |
|
|
VI |
11,66 |
22,50 |
23,33 |
46,66 |
104,16 |
46,66 |
49.59 |
|
|
VII |
11,66 |
22,50 |
23,33 |
35,00 |
92,49 |
35,00 |
37.93 |
|
|
VIII |
11,66 |
22,50 |
11,66 |
35,00 |
80,82 |
35,00 |
37.93 |
|
|
IX |
11,66 |
22,50 |
0 |
0 |
34,16 |
22,50 |
25.43 |
|
|
X |
11,66 |
22,50 |
0 |
0 |
34,16 |
22,50 |
25.43 |
|
|
XI |
11,66 |
22,50 |
0 |
0 |
34,16 |
22,50 |
25.43 |
|
|
XII |
11,66 |
22,50 |
0 |
0 |
34,16 |
22,50 |
25.43 |
|
|
Сумма |
139,92 |
270,00 |
174,98 |
151,66 |
736,57 |
368,32 |
403.57 |
|
где: санитарные попуски в нижний бьеф за каждый месяц, (п.2.2.);
- попуски ГЭС, (п.2.2.);
- попуски на рыбное хозяйство за каждый месяц в период водопользования (табл.2.3.);
- попуски на водный транспорт за каждый месяц в период водопользования (табл.2.2.).
максимальные попуски воды в нижний бьеф по месяцам,
Таким образом, мы получаем суммарный комплексный попуск в нижний бьеф и вносим его в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.
ВХБ комплекса имеет положительный результат, дополнительные методы управления не требуются.
Сравниваем приходящую и уходящую части баланса путем добавления приходного невостребованного объёма воды к объёмам полезных попусков, тогда суммарные попуски будут равны:
Полученные данные вносим в табл.3.1.
водохозяйственный баланс достигнут.
4. Месячный ВХБ
Составляем месячный ВХБ, представленный в табл.4.1:
Табл.4.1 Ежемесячное распределение водных ресурсов между участниками ВХК
|
Месяц |
Приходная часть ВХБ |
Расходная часть ВХБ |
Результат ВХБ, ВХБ, |
||||||||||||||||||||||||
|
Возвратные воды , |
Итого приходная часть ВХБ, |
Водопотребление , |
Разбавление , |
Итого расходная часть баланса, |
|||||||||||||||||||||||
|
, |
|||||||||||||||||||||||||||
|
I |
15.14 |
0.05 |
0.02 |
15.21 |
0.95 |
0.08 |
0.03 |
0.53 |
0.02 |
0.03 |
25.43 |
0.43 |
0.12 |
27.62 |
-12.41 |
-12.41 |
|||||||||||
|
II |
11.08 |
0.04 |
0.01 |
11.13 |
0.94 |
0.07 |
0.01 |
0.47 |
0.01 |
0.02 |
25.43 |
0.37 |
0.08 |
27.4 |
-16.27 |
-28.68 |
|||||||||||
|
III |
78.31 |
0.05 |
0.02 |
78.38 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
0.02 |
0.03 |
37.93 |
0.43 |
0.12 |
40.1 |
38.28 |
+9.60 |
|||||||||||
|
IV |
165.82 |
0.04 |
0.01 |
165.87 |
0.94 |
0.07 |
0.02 |
0.53 |
0.01 |
0.02 |
49.68 |
0.43 |
0.12 |
51.82 |
114.05 |
+123.65 |
|||||||||||
|
V |
34.72 |
0.04 |
0.02 |
34.78 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
1.46 |
0.02 |
0.02 |
37.93 |
0.43 |
0.12 |
41.55 |
-6.77 |
+116.88 |
||||||||||
|
VI |
27.33 |
0.04 |
0.02 |
27.39 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
5.10 |
0.02 |
0.02 |
49.59 |
0.43 |
0.12 |
56.85 |
-29.46 |
+87.42 |
||||||||||
|
VII |
20.69 |
0.05 |
0.02 |
20.76 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
5.10 |
0.02 |
0.03 |
37.93 |
0.43 |
0.12 |
45.2 |
-24.44 |
+62.98 |
||||||||||
|
VIII |
19.95 |
0.04 |
0.01 |
20.00 |
0.94 |
0.07 |
0.02 |
0.53 |
2.93 |
0.02 |
0.02 |
37.93 |
0.43 |
0.12 |
43.01 |
-23.01 |
+39.97 |
||||||||||
|
IX |
17.36 |
0.04 |
0.02 |
17.42 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
0.02 |
0.02 |
25.43 |
0.43 |
0.12 |
27.59 |
-10.17 |
+29.80 |
|||||||||||
|
X |
17.36 |
0.04 |
0.02 |
17.42 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
0.02 |
0.02 |
25.43 |
0.43 |
0.12 |
27.59 |
-10.17 |
+19.63 |
|||||||||||
|
XI |
18.47 |
0.04 |
0.01 |
18.52 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
0.02 |
0.03 |
25.43 |
0.43 |
0.12 |
27.6 |
-9.08 |
+10.55 |
|||||||||||
|
XII |
16.99 |
0.04 |
0.02 |
17.05 |
0.94 |
0.07 |
0.03 |
0.53 |
0.02 |
0.03 |
25.43 |
0.43 |
0.12 |
27.6 |
-10.55 |
0 |
|||||||||||
|
год |
443.22 |
0.51 |
0.20 |
443.93 |
11.29 |
0.85 |
0.32 |
6.30 |
14.59 |
0.22 |
0.29 |
403.57 |
5.10 |
1.40 |
443.93 |
0 |
|||||||||||
где: объём стока в в каждом месяце расчётного маловодного года с учётом потерь;
- объём переброски стока в случае нехватки водных ресурсов;
- объём возвратных вод, распределенных в равном объёме в каждом месяце расчётного маловодного года;
- объём водопотребления распределённый равномерно между всеми участниками ВКХ в каждом месяце расчётного маловодного года;
месячный водохозяйственный баланс,
По результатам таблицы строим график баланса ВХК, представленный на рис.4.1.
Рис. 4.1 График баланса ВХК
Из рис. 4.1. видно, что полезный объём водохранилища составляет: .
5. Оптимизация водораспределения между участниками ВХК
Распределив годовой и месячный сток между участниками ВХК, ищем новые пути для более рентабельного пользования водных ресурсов водопотребителями и водопользователями.
5.1 Определение объёма воды на распределение
Объём, подлежащий распределению, равен:
где: приходная часть объёма воды:
- где: объём годового речного стока;
объём возвратных вод СКБХ и рекреации:
объём воды, потребляемый участниками ВХК первого приоритета:
Таким образом, объём, подлежащий распределению,
5.2 Построение производственных функций участников ВХК II приоритета
1. В качестве участников ВХК рассматриваем: гидроэнергетику и орошаемое земледелие.
2. Распределение воды между участниками ВХК принимаем во всём объёме:
3. Рассматриваем пять вариантов распределения объёма воды на распределение между гидроэнергетикой и орошаемым земледелием, табл.5.2.:
Табл.5.2 Варианты распределения объёмов воды между участниками ВХК
|
Вар-ты Участки |
I |
II |
III |
IV |
V |
|
|
ГЭС |
||||||
|
Орош. земледелие |
||||||
4. Производственные функции участников ВХК:
для гидроэнергетики:
- где: выработка ГЭС в -м варианте распределения;
- потребный объём воды на ГЭС в -м варианте распределения;
напор на ГЭС,
коэффициент, учитывающий ускорение свободного падения, плотность воды и коэффициент полезного действия агрегата ГЭС (турбин и генератора);
для орошаемого земледелия:
- где: орошаемая площадь в -м варианте распределения;
- потребный объём воды на орошение в -м варианте распределения;
КПД орошения,
оросительная норма, (согласно четвёртому методу управления).
II приоритета.
Табл.5.3 Производственные функции участников ВХК
|
Вар-ты Участки |
I |
II |
III |
IV |
V |
|
|
, |
||||||
|
тыс. |
25,76 |
19,32 |
12,88 |
6,44 |
0 |
|
|
, |
||||||
|
, |
0 |
39,42 |
78,83 |
118,25 |
157,67 |
|
На основании табл.5.3. строим графики зависимости и , представленные на рис. 5.3.:
Рис.5.3 Графики зависимости и
5.3 Определение функции затрат
При проектировании водохозяйственных систем экономические расчёты проводят для:
- определения структуры ВХК;
- выбора параметров объектов ВХК;
- определения экономической эффективности принятого варианта ВХК;
- распределения затрат между отраслями — участниками ВХК;
- обоснования эффективности водоохранных мероприятий.
Задача повышения экономической эффективности имеет важное значение, т.к. ВХК представляет собой систему капиталоёмких мероприятий, осуществляемых достаточно продолжительное время в интересах многих отраслей народного хозяйства.
Общие затраты на распределение водных ресурсов между гидроэнергетикой и орошаемым земледелием в каждом варианте распределения находятся по формуле:
- где: затраты гидроэнергетики в каждом варианте распределения воды;
- затраты орошения в каждом варианте распределения воды;
- вариант распределения.
1. Затраты на ГЭС.
В качестве энергоустановки, заменяющей ГЭС, применяем тепловую электростанцию.
При этом необходимо соблюдение следующих условий:
- соблюдение балансов мощности и энергии в энергосистеме;
- учёт специальных функций ГЭС в энергосистеме как высокоманевренной установки (как правило, работа в пике графика нагрузки, следственно, заменяющая ТЭС должна обладать схожими характеристиками выработки электроэнергии с ГЭС);
- обеспечение одинаковой надежности энергоснабжения.
Затраты на ГЭС в каждом варианте распределения водных ресурсов находятся по следующей формуле:
где: затраты на основную составляющую гидроэнергетики при к-том варианте распределения воды:
где: мощность ГЭС при к-том варианте распределения воды:
- где: выработка ГЭС в -том варианте распределения воды;
- время работы ГЭС (принимаем 5500 ч из условия работы на 1/3 в пике и полупике графика нагрузки энергосистемы).
удельные затраты на получение 1кВт мощности на ГЭС,руб/кВт
нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности,
коэффициент, показывающий отношение ежегодных издержек к капитальным вложениям на ГЭС,
затраты на дополнительную составляющую гидроэнергетики (ТЭС) при к-том варианте распределения водных ресурсов:
где: мощность ТЭС при к-том варианте распределения водных ресурсов:
- где: мощность ГЭС при целевом использовании (максимальная мощность);
- коэффициент эквивалентности для мощности, (Юшманов О.Л.
(КИОВР, 1985, с.196));
удельные затраты для получения 1 кВт мощности на ТЭС, руб/кВт
нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности,
коэффициент, показывающий ежегодные капитальные вложения на ТЭС,
удельный расход топлива на производство 1 кВтч электроэнергии, г/кВт
стоимость 1 тонны условного топлива (включая добычу и транспортировку), руб/т
выработка электроэнергии на заменяющем варианте:
где: коэффициент эквивалентности для выработки электроэнергии, .
Вышеприведенный расчёт затрат на ГЭС сводим в табл.5.4:
Табл.5.4 Определение функции затрат на ГЭС
|
№ варианта |
тыс. кВт |
тыс. руб. |
тыс. кВт |
млн. руб. |
млн. руб. |
||||
|
I |
278,24 |
25,76 |
4,68 |
126,36 |
0 |
0 |
0 |
0,126 |
|
|
II |
208,68 |
19,32 |
3,51 |
94,77 |
6,76 |
1,29 |
1,17 |
1,26 |
|
|
III |
139,12 |
12,88 |
2,34 |
63,18 |
13,52 |
2,57 |
2,34 |
2,40 |
|
|
IV |
69,56 |
6,44 |
1,17 |
31,59 |
20,29 |
3,86 |
3,52 |
3,55 |
|
|
V |
0 |
0 |
0 |
0 |
27,05 |
5,15 |
4,69 |
4,69 |
|
Затраты на орошение
В качестве заменяющего варианта рассматриваем богарное земледелие. Многие сорта сельскохозяйственных культур, возделываемых в богарных системах, адаптированы к тому, чтобы использовать влагу, содержащуюся в корневой зоне. Богарные системы можно усовершенствовать, например, использованием в севообороте растений с глубокой корневой системой, адаптируя культуры к развитию более глубокого укоренения, увеличивая потенциал почвы к сохранению влаги, улучшая водопроницаемость почвы и минимизируя поверхностное испарение использованием органической мульчи. Перехват поверхностного стока с прилегающих незасеянных земель также может продлить сроки доступности почвенной влаги.
Повышение производительности богарного сельского хозяйства во многом зависит от усовершенствования всех аспектов растениеводства. Такие факторы, как вредители и ограниченная доступность питательных веществ почвы, могут уменьшить урожай больше, чем доступность воды сама по себе. Принципы ограниченной обработки почвы, органического мульчирования и использование природного и управляемого биоразнообразия являются основоположными для рационализированного земледелия.
При данных условиях распределения воды определяем затраты на орошение:
где: основные затраты на орошение в к-том варианте распределения воды:
где: удельные затраты на организацию орошаемого участка,
руб/год;
- основная площадь орошаемого участка при к-м варианте распределения воды.
затраты на богарное земледелие с учётом к-го варианта распределения воды:
где: удельные затраты на дополнительном участке,
руб/год;
площадь земель под богар при к-том варианте распределения воды:
Приведённый выше расчёт сводим в табл.5.5:
Табл.5.5 Функции затрат на орошение
|
№ варианта |
млн.руб. |
млн.руб. |
млн.руб. |
||||
|
I |
0 |
0 |
0 |
157,67 |
18130,0 |
18130,0 |
|
|
II |
69,56 |
39,42 |
20300,0 |
118,25 |
13600,0 |
33900,0 |
|
|
III |
139,12 |
78,83 |
40600,0 |
78,83 |
9070,0 |
49670,0 |
|
|
IV |
208,68 |
118,25 |
60900,0 |
39,42 |
4530,0 |
65430,0 |
|
|
V |
278,24 |
157,67 |
81200,0 |
0 |
0 |
81200,0 |
|
Окончательный выбор варианта распределения воды
На основании функций затрат в гидроэнергетике и орошении выбираем наилучший вариант распределения. Имеющиеся варианты сводим в табл.5.5.:
Табл.5.6 Окончательный выбор варианта распределения
|
№ варианта |
млн.руб. |
млн.руб. |
, млн.руб. |
|||
|
I |
278,24 |
0 |
0,126 |
18130,0 |
18 130,13 |
|
|
II |
208,68 |
69,56 |
1,26 |
33900,0 |
33901,26 |
|
|
III |
139,12 |
139,12 |
2,40 |
49670,0 |
49672,40 |
|
|
IV |
69,56 |
208,68 |
3,55 |
65430,0 |
65433,55 |
|
|
V |
0 |
278,24 |
4,69 |
81200,0 |
81204,69 |
|
На основании табл.5.6. строим график зависимости представленный на рис.5.4 (в).
Вывод:
I вариант
- весь объём распределения отдаём на ГЭС;
богарное земледелие
Рис.5.4 (а,б,в): а) График зависимости ; б) График зависимости ; в) График зависимости
6. Экологическая оценка создания водохранилища
Естественный режим речного стока в подавляющем большинстве случаев отличается большой неравномерностью и находится в резком противоречии с режимом его потребления большинством отраслей народного хозяйства. Из всех возможных способов в удовлетворении водой растущей потребности хозяйства наиболее реальным является регулирование стока водохранилищами, в которых задерживается избыточный естественный приток в периоды, когда он превышает потребность и расходуется накопленный запас, когда спрос в это время больше притока.
Вместе с тем, создание водохранилища в створе реки связано с изменением природных условий, как в самой речной системе, так и на прилегающих территориях. Решая многие водохозяйственные проблемы, водохранилище порождает и новые, в том числе экологические.
В данном задании рассматриваем 5 возможных вариантов оценки, имеющих большое значение в проектный период.
Оценка площади затопления.
Площадь зеркала водохранилища при тех или иных положениях подпорного уровня определяются планиметрированием, палеткой или весовым способом на картах площадей, ограниченных контурами горизонталей и линией продольной оси подпорного сооружения, замыкающей горизонтали с обоих берегов. При наличии топографических материалов в цифровом векторном виде соответствующего масштаба, определение площадей можно проводить средствами ГИС-технологий. Для построения зависимости площадей зеркала от уровней необходимо провести определение на картах площадей при всех горизонталях в пределах от начального уровня (уреза воды) до возможного подпорного уровня.
1. Площадь зеркала реки до создания водохранилища,
2. Зона постоянного затопления при УМО;
3. Зона временного затопления при НПУ;
4. Зона эпизодического затопления при ФПУ;
- где: площадь затопления;
- общая площадь затопления;
- Оценка дополнительных потерь воды на испарение.
Потери воды на испарение с открытой поверхности опреде-ляют по данным ближайших метеостанций или по расчетным формулам и выражаются высотой слоя испарения. Также следует учитывать слой осадков, выпадающих в регионе, которые понижают высоту слоя испарения.
Слой дополнительного испарения определяется по формуле:
- где: слой испарения с водной поверхности, мм;
- слой испарения с ложа водохранилища до его заполнения, т.е.
с намеченной к затоплению суши, мм.
Средний за интервал времени расход потерь на дополнительное испарение определяется по формуле:
где: средняя площадь зеркала водохранилища, которая определяется при уровне, отвечающем среднему наполнению водохранилища за расчетный интервал времени в секундах.
перевод мм в м.
Потери на испарение рассчитываются, как правило, для периода открытого русла.
Также оценка испарения с водной поверхности может быть произведена с использованием нескольких методов:
пульсационный
водные испарители
водный и тепловой баланс
турбулентная диффузия
по эмпирическим формулам
Большое количество методов вызвано тем, что сложный механизм взаимодействия между водной поверхностью водоёма и прилегающей к ней воздушной массой полностью не раскрыт.
Оценка водообмена и его показатели для водохранилища
Интенсивность водообмена влияет на уязвимость к загрязнению водохранилища. Оценка водообмена помогает предусмотреть время смены загрязнённых вод чистыми.
В 1975 г. В.Н. Штрефан предложил средний (условный) коэффициент водообмена водохранилища, учитывающий как объём притока вод в водоём, так и сток из него (учитывается только горизонтальная составляющая, вертикальная не рассматривается):
где: коэффициент условного водообмена
приток вод в водохранилище, ;
объём сброса за расчётный интервал времени:
средний объём в водохранилище за расчётный интервал времени:
где: объём воды до уровня мёртвого объёма, принимаем 30% от :
полезный объём водохранилища,
Подставляем найденные значения в (1):
Тогда показатель услов…
