Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Комплексное использование водных ресурсов. Учебное пособие-1
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИБСТРИН)
(
Н.В. Синеева, Г.Т. Амбросова
КОМПЛЕКСНОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Учебное пособие
НОВОСИБИРСК 2016
УДК 628.1
ББК Ж5
С 382
Синеева, Н. В.
Комплексное использование водных ресурсов : учеб. пособие /
Н. В. Синеева, Г. Т. Амбросова ; Новосиб. гос. архитектур.строит. ун-т (Сибстрин). – Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин),
2016. – 88 с.
ISBN 978-5-7795-0803-2
В учебном пособии рассматриваются вопросы, связанные с
разработкой методов управления водными ресурсами, контроля
затопления, улучшения качества водных ресурсов, учета мероприятий по экономии водных ресурсов при проведении воднобалансовых расчетов на стадии «Схемы КИОВР».
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» (профиль «Комплексное использование и охрана водных ресурсов»), для выполнения практических
заданий, курсового проекта и выпускной квалификационной
работы.
Печатается по решению издательско-библиотечного совета
НГАСУ (Сибстрин)
Рецензенты:
В.В. Дегтярёв, д-р техн. наук, профессор,
зав. кафедрой ГТСБЭ НГАСУ (Сибстрин);
В.В. Шамова, канд. техн. наук, доцент кафедры
водных изысканий и экологии СГУВТ
ISBN 978-5-7795-0803-2
Синеева Н.В., Амбросова Г.Т.,
2016
Новосибирский государственный
архитектурно-строительный
университет (Сибстрин), 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................ 5
Глава 1. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РОССИИ
1.1. Количественная характеристика водных ресурсов ..................... 7
1.2. Хозяйственное использование водных ресурсов ........................ 9
1.3. Перспективы использования водных ресурсов ......................... 11
Глава 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОСТИ В ВОДЕ
И ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СТОЧНЫХ ВОД
2.1. Определение перспективных объемов
водопотребления для различных объектов экономики
2.1.1. Жилищно-коммунальное хозяйство ................................ 14
2.1.2. Промышленность .............................................................. 15
2.1.3. Животноводство ................................................................ 16
2.1.4. Рекреация ........................................................................... 18
2.1.5. Орошение ........................................................................... 18
2.1.6. Рыбное прудовое хозяйство ............................................. 19
2.2. Объемы водоотведения................................................................ 21
2.3. Объемы водопользования
2.3.1. Водный транспорт ............................................................. 22
2.3.2. Рыбное хозяйство на базе естественных
водных объектов ............................................................... 23
2.3.3. Гидроэнергетика ................................................................ 24
2.3.4. Расчет экологических попусков ....................................... 24
2.3.5. Расчет комплексных попусков ......................................... 26
2.4. Характеристика загрязненности сточных вод ........................... 27
2.4.1. Городское жилищно-коммунальное хозяйство .............. 28
2.4.2. Сельское жилищно-коммунальное хозяйство ................ 29
2.4.3. Промышленность .............................................................. 30
2.4.4. Животноводство ................................................................ 31
2.4.5. Рекреация ........................................................................... 32
2.4.6. Растениеводство ................................................................ 32
2.4.7. Показатели загрязненности сточных вод ........................ 34
Глава 3. ВОДНОБАЛАНСОВЫЕ РАСЧЕТЫ ................................... 36
3.1. Мероприятия по управлению водными ресурсами на основе
их рационального использования и регулирования
качества вод ................................................................................. 38
3.1.1. Ограничение водопользования ........................................ 40
3.1.2. Введение водооборотной системы водоснабжения ....... 40
3
3.1.3. Введение повторной системы водоснабжения ............... 41
3.1.4. Очистка сточных вод ........................................................ 43
3.1.5. Устройство водоохраной зоны ......................................... 43
3.1.6. Очистка дренажных вод осушительной системы ........... 45
3.2. Водохозяйственные балансы расчетного года
для рекомендуемого варианта водохозяйственных
мероприятий в месячных интервалах времени ......................... 50
Глава 4. ВОДНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
4.1. Основные сооружения и оборудование гидроузлов ................. 59
4.2. Определение обеспеченных напоров ......................................... 63
4.3. Определение установленной мощности ГЭС ............................ 65
Глава 5. ПРОТИВОПАВОДКОВЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ .................. 68
5.1. Противопаводковое водохранилище .......................................... 69
5.2. Обвалование территории ............................................................. 70
Глава 6. ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
6.1. Расчет изменения загрязненности воды по длине реки ............ 75
6.1.1. Определение объемов загрязняющих веществ,
поступающих в реку ......................................................... 76
6.1.2. Распределение объемов воды по длине реке .................. 78
6.1.3. Расчет концентраций загрязняющих веществ
по участкам реки ............................................................... 79
6.2. Оценка качества речной воды в многолетнем разрезе.............. 80
Глава 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
МЕРОПРИЯТИЙ
7.1. Затраты на проведение водохозяйственных мероприятий ....... 81
7.2. Определение величины предотвращенного ущерба
от загрязнения.............................................................................. 82
7.3. Затраты на противопаводковые мероприятия ........................... 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................... 86
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................ 87
4
ВВЕДЕНИЕ
Комплексное использование водных ресурсов – одна из задач природопользования, направленная на разработку принципов осуществления водохозяйственной деятельности, связанной
с непосредственным использованием водных объектов или изменяющими воздействиями на водные ресурсы.
Комплексное использование – это такое использование, при
котором находят экономически оправданное применение все
полезные свойства того или иного объекта для удовлетворения
разнообразных потребностей всех заинтересованных водопользователей – населения и хозяйствующих объектов экономики.
Большинство водных объектов служат одновременно источниками хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, транспортными путями, источниками энергии, производственной базой рыбного хозяйства, зоной рекреации и т.п.
В их эксплуатации заинтересовано большое количество государственных органов, коммунальных, промышленных, сельскохозяйственных, энергетических, транспортных и других предприятий, учреждений, организаций, а также население. Важно
согласовать и совместить противоречивые интересы разнообразных водопользователей, чтобы, например, водоснабжение не
создавало помех транспорту, рыбному хозяйству, а развитие
энергетики не приводило к истощению рыбных запасов и т.д.
Водное законодательство РФ рекомендует разработку генеральных и бассейновых (территориальных) схем комплексного
использования и охраны водных ресурсов (КИОВР), включающих водохозяйственные и другие мероприятия, осуществляемые
в целях удовлетворения перспективных потребностей в воде населения и объектов экономики.
Планирование водохозяйственной деятельности, как и всей
экономической деятельности, является одним из важнейших
достижений человечества, которое изменило характер управления развитием, превратив его из стихийного процесса в регулируемый. Коренные изменения в водном хозяйстве открывают
возможности для повышения эффективности использования и
5
охраны водных ресурсов. В этих условиях усиливается социально-экономическая роль планирования и прогнозирования. Для
принятия обоснованных хозяйственных решений необходимо:
− прогнозировать изменение количественных и качествен-
ных характеристик экономического развития страны в целом, ее
регионов, областей;
− оценить влияние водохозяйственных мероприятий по
улучшению экономической, социальной и экологической обстановки.
Осуществление плановости основано на разработке схем
КИОВР, основой которых являются воднобалансовые расчеты.
Их трудоемкость и необходимость учета многочисленных факторов и критериев приводит к необходимости использования
различных программных средств, в частности, программных
продуктов фирмы-разработчика: DHI Water & Environment (Дания) Mike basin, Mike 11, средств Microsoft Excel, имитационной
модели Д. Лаукса и др. Все это позволяет перейти к автоматизированию проектирования как одной из важнейших составляющих современного водохозяйственного планирования и проектирования. В российской водохозяйственной практике для
большинства отечественных проектов разрабатываются модели,
решающие конкретные задачи, так как использование универсальных модулей нецелесообразно, в частности, из-за низкой
эффективности. Направленное исследование в данной области
связано с необходимостью научных разработок по следующим
проблемам:
− моделирование требований участников водохозяйствен-
ного комплекса (ВХК);
− автоматизированный расчет санитарно-экологических
попусков;
− имитационное моделирование водохозяйственных систем;
− автоматизация построения диспетчерских графиков
управления гидроузлами.
В учебном пособии представлена методология решения
вопросов проектного обоснования водохозяйственных мероприятий.
6
Глава 1. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РОССИИ
1.1. Количественная характеристика водных ресурсов
Водные ресурсы в широком смысле – это все природные
воды Земли, представленные водами рек, озер, водохранилищ,
болот, ледников, водоносных горизонтов, океанов, морей.
Водные ресурсы в Водном кодексе Российской Федерации
[8] определены как «запасы поверхностных и подземных вод,
находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы».
Наиболее ценные пресные водные ресурсы складываются
из статических (вековых) запасов воды и непрерывно возобновляемых водных ресурсов (стока рек).
Статические (вековые) запасы пресных вод представлены
не подверженной заметным ежегодным изменениям частью
водных объемов озер, ледников, подземных вод.
Возобновляемые водные ресурсы – это те воды, которые
ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на
земном шаре. Их часто оценивают с помощью уравнения водного баланса. Так, в целом для суши атмосферные осадки, материковый сток и испарение составляют соответственно 119, 47 и
72 тыс. км3 воды в год. Таким образом, в среднем для всей суши
из всего объема атмосферных осадков 61 % расходуется на испарение, а 39 % поступает в Мировой океан. Материковый сток
и составляет возобновляемые водные ресурсы земного шара.
Российская Федерация – одно из богатейших государств
планеты по запасам пресных водных ресурсов, суммарный объем которых составляет около 60 тыс. км3. Наиболее доступными
для использования населением и объектами хозяйственного
комплекса страны являются ежегодно возобновляемые водные
ресурсы рек, а также подземные воды верхних водоносных горизонтов.
По объему речного стока Россия занимает второе место в
мире. Средняя многолетняя величина возобновляемых водных
ресурсов России составляет 4348 км3/год (табл. 1.1). Из этой величины на территории России ежегодно формируется сток объе-
7
мом 4113 км3; из-за пределов страны поступает дополнительно
235 км3/год (это, например, сток Иртыша, некоторых притоков
Амура, Селенги и др.).
Таблица 1.1
Средние многолетние (1930 – 2000) водные ресурсы России
Экономический
район
Северный 1466 504 18,3 8,2 522
Северо-Западный 211 52 64,5 38,2 116
Центральный 485 92 24,9 0,5 117
ЦентральноЧерноземный
Волго-Вятский 26 51 109 0,0 160
Поволжский 563 35 251 0,0 286
Северо-Кавказский 355 47 25,1 6,3 73
Уральский 824 131 7,03 0,6 138
Западно-Сибирский 2427 506 78,7 28,8 585
Восточно-Сибирский 4123 1108 36 32,2 1144
Дальневосточный 6216 1571 297 120,0 1867
Россия 17025 4113 916,6 235,0 4348
Площадь
террито-
рии,
2
тыс. км
168 16 5,05 0,3 21
Средний годовой объем, км3/год
Мест-
ный
сток
Приток извне
Всего
Из-за
границы
Общие
ресурсы
Сравнение оценок возобновляемых водных ресурсов России 1936 – 1960 и 1985 – 2003 гг., сделанное Государственным
гидрологическим институтом в 2004 г., указывает на то, что
водные ресурсы страны возросли на 7,5 %. Это объясняется интенсификацией циркуляции атмосферы, смещением траектории
циклонов к югу и увеличением повторяемости циклонов атлантического происхождения с повышенным содержанием влаги,
ростом количества атмосферных осадков (в основном зимних).
Несмотря на благоприятное в целом состояние возобновляемых водных ресурсов РФ, в ряде районов имеются серьезные
проблемы с водообеспечением населения и хозяйства. Эти проблемы связаны с крайне неравномерным и не соответствующим
8
потребностям в воде распределением водных ресурсов по территории России и высокой загрязненностью вод. Свыше 71 %
объема речного стока приходится на районы Сибири и Дальнего
Востока. На районы европейской части России, где сосредоточено до 80 % населения и производственного потенциала, приходится лишь 8 % речного стока.
В связи с ожидаемым дальнейшим потеплением климата и
увеличением атмосферных осадков в первой половине XXI в.
ожидается возрастание и водных ресурсов России, особенно возобновляемых, на большей части территории страны.
1.2. Хозяйственное использование водных ресурсов
Водноресурсный потенциал РФ – это десятки миллионов
рек с суммарной протяженностью около 3 млн км, 2300 средних
и крупных водохранилищ с общей емкостью 800 км3 воды. Основную часть водного фонда ВХК составляют системы территориального перераспределения и регулирования стока: десятки
тысяч гидротехнических объектов, водозаборных и водовыпускных сооружений, прудов, водохранилищ и накопителей жидких отходов с напорными гидроузлами; защита городов и населенных пунктов, объектов экономики и сельского хозяйства
примерно десятью тысячами километров защитных дамб.
Основную часть производственных фондов ВХК составляют системы территориального перераспределения стока (40 %),
гидросооружения, гидроузлы для целей регулирования стока
(25 %), а также системы и сооружения для орошаемого земледелия и сельскохозяйственного водоснабжения.
Крупные системы переброски воды для различных целей
сосредоточены на Европейской территории РФ. Здесь действуют 37 систем межбассейнового перераспределения стока, включая воднотранспортные соединения Волга – Дон, Балтийское
море – Волга и др. (табл. 1.2).
В XX в. произошло резкое увеличение водопотребления,
что видно из табл. 1.3, в которой представлены данные по водопотреблению на территории бывшего СССР.
9
Таблица 1.2
Крупные водохозяйственные системы
в европейской части России
Канал или гидротехническая
система
Канал им. Москвы 1937 128 Водоснабжение
Вышневолоцкая система 1946 18 Транспорт
Волго-Донский канал 1952 101 Транспорт, орошение
Большой Ставропольский канал 1957 159 Орошение
Канал Волга-Уводь 1966 78 Водоснабжение
Волго-Балтийский водный путь 1966 361 Транспорт
Год
ввода
Длина,
км
Основное
назначение
Таблица 1.3
Динамика водопотребления (км3/год)
по видам хозяйственной деятельности
Водопотребитель 1900 1940 1960 1970 1980 1990 2000
Сельское хозяйство 41,6 79,6 92,4 130,5 193,6 227,4 250,5
Промышленность 1,0 10,0 29,0 70,0 110,0 122,0 130,0
ЖКХ 1,6 3,0 5,0 9,7 20,3 30,0 34,0
Водохранилища 0,0 0,5 6,6 14,6 19,5 21,3 23,4
В целом 44,0 93 133 225 343 400 440
В настоящее время общий объем водозабора в целом по
Российской Федерации оценивается примерно в 80 км3/год,
в том числе:
− на тепловую и атомную энергетику – около 40 %;
− агропромышленный комплекс – примерно 25 %;
− жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) – около 20 %;
− другие виды водопользования – примерно 15 %.
В перспективе потребуется увеличение гарантированного
объема водных ресурсов соответствующего качества.
Проблемы ВХК РФ:
− нерациональное использование водных ресурсов;
− дефицит водных ресурсов в отдельных регионах Россий-
ской Федерации;
−
несоответствие качества питьевой воды (для значительной части населения) гигиеническим нормативам;
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]