Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Грихальва Можаева 2011-12.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
21.11.2019
Размер:
6.24 Mб
Скачать

3.4. Оценка результата определения стока

По данным сайта http://www.geol.lsu.edu/WDD/ (THE WORLD DELTA DATABASE) [11] среднегодовой расход воды в р. Грихальва в устьевом створе оставляет 3079 м3/с, что соответствует величине стока в 97,1 км3/год. По результатам расчётов , полученных в работе с использованием данных, представленных в Атласе мирового водного баланса [4], среднегодовой расход воды составил 5748 м3/с, а среднегодовой сток воды – 182 км3.

Абсолютная ошибка в определении расхода воды равна 2679 м3/с, для среднегодового стока воды она составила 84,9 км3, это соответствует величине относительной ошибки 47%. Завышенные результаты расчётов по Атласу мирового водного баланса связаны с антропогенной деятельностью на водосборе: недоучётом потерь на безвозвратное водопотребление, а также потерь на испарение с поверхности водохранилищ.

Глава 4. Состав речной воды

На основе схематической карты зон гидрохимических фаций Г.А. Максимовича, бассейн р. Грихальва был отнесён к двум зонам: горной (вертикальной) зоне в верховья и среднем течении и зоне преобладания кремнезёмных и гидрокарбонатно-кремнезёмных фаций рек тропиков (и субтропиков) в нижнем течении. Воды богаты органическим веществом (SiO2 – HCO3 – Ca, SiO2 – HCO3 – Na, HCO3 – SiO2 – Ca, HCO3 – SiO2 – SO4 и др.) Из-за большого содержания растворённых органических веществ и оксидов железа цветность вод в этой зоне высока, и воды окрашены в тёмно-бурый цвет. Так как горная зона занимает по площади бОльшую часть водосбора, то среднегодовая минерализация изон равна 50 мг/л [5].

Рассчитаем величину ионного стока реки Ми и среднегодового модуля ионного стока с водосбора речной системы mи, с учётом площади бассейна Арс = 134400 км2 и стока воды V = 182 км3:

;

.

Большая минерализация обусловлена особенностями рельефа, горных пород и большой эрозией.

По карте вероятной интенсивности современной эрозии суши (рис. 4.1) определяем модуль стока наносов (как средневзвешенную величину между изолиниями), в результате получаем, что mн = 738 т/(год·км2). Тогда вероятная величина стока взвешенных наносов Mн определяется, как , а средняя мутность реки . Естественно, что в периоды маловодья значение мутности меньше, чем в многоводные периоды, когда происходит активный размыв русла и вынос в реку большого количества наносов.

Рис. 4.1. Интенсивность современной эрозии суши в бассейне р. Грихальва, т/(год·км2)

Глава 5. Хозяйственная освоенность водосбора и ее влияние на гидрологический режим и качество речной воды

Плотность населения в бассейне Грихаливы 40 чел/км2. Крупнейшие города – столица штата Тобаско – Вильяэрмоса, столица штата Чьяпас – Тустла-Гутьеррес, Комитан-де-Домингес, Чилон. Численность населения Вильяэрмосы, по данным переписи 2005 год, составляет 335 778 чел. [7], численность населения Тустла-Гутьерреса - 537 102 чел., Комитан-де-Домингеса - 97 537 чел., Чилона - 7368 чел. Информация для последних трех городов взята по данным переписи 2010 года [7]. Штаты, в которых располагается водосбор Грихальвы, имеют больший поверхностный сток - свыше 10 тыс. литров на человека в год.

Рассмотрим, как влияет водозабор воды для водоснабжения крупных городов на сток. Самые крупные города на р. Грихальва – Вильяэрмоса (335 778 чел.) и Тустла-Гутьеррес (537 102 чел.). Общая численность населения этих городов составляет 872880 человек. Предположим, что суточная норма водопотребления на 1 жителя равна 400 л/(сут*жит.) =0,4 м3/(сут*жит.), тогда потребление воды составит около 349·103 м3/сут. Эта величины мала по сравнению с расходом реки, соответственно, речная водная масса практически не испытывает трансформации под влиянием этих городов.

Экономика региона ориентирована, прежде всего, на сельское хозяйство (рис. 5.1). Природные условия на территории обеспечивают идеальные условия для его развития, так как большая часть земли состоит из плодородной почвы с многочисленными источниками пресной воды. Основными культурами, возделываемыми на полях являются кукуруза, бобы, соя, сорго, арахис, кунжут, кофе, какао, сахарный тростник, рис, кокосовые, апельсины, манго, бананы и пальмовое масло.

Впрочем, сельское хозяйство региона остаётся малопродуктивным и слабо развитым. Лишь 4 % полей являются орошаемыми, остальные площади сильно зависят от сезонных колебаний осадков. В высокогорных районах распространено пастбищное животноводство.

Рис. 5.1. Экономическая карта бассейна р. Грихальвы

Кроме того, здесь сосредоточены богатые запасы нефти. Промышленность ограничена небольшими нефтеперерабатывающими предприятиями, предприятиями по переработке сельскохозяйственной продукции, производству автозапчастей, мебели, строительных материалов и текстиля, полиграфическую и пищевую промышленности, различные традиционные ремёсла.

Грихальва судоходна для судов малой осадки на расстояние 95 км от устья, приток Грихальвы Усумасинта - на 100 км выше по течению от ее устья.

На реке Грихальва создан каскад из 4 ГЭС (Нецауалькойотль (Мальпасо), Ангостура, Чикоасен и Пенитец) суммарной установленной мощностью 4,8 млн. кВт (рис. 5.2-5.5). Крупнейшая из этих ГЭС — Чикоасен (2,4 млн. кВт) (16°57′ с. ш., 93°06′ з. д.). Мощность 1-й очереди ГЭС Мальпасо 720 тыс. кВт.

Рис. 5.2. Водохранилище Ангоструа

Рис. 5.3. Водохранилище Чикоасен

Рис. 5.4. Водохранилище Нецауалькойотль (Мальпасо)

Рис. 5.5. Водохранилище Пенитец

Имеющиеся технические средства регулирования речного стока не обеспечивают рациональное использование водных ресурсов и охрану природной среды региона: происходят частые затопления земель сельскохозяйственного пользования и селительных территорий, не обеспечивается использование высокого энергетического потенциала рек, это в целом причиняет большой экономический ущерб хозяйству региона.

Водохранилища Нецауалькойотль (Мальпасо) и Ангостура – наиболее крупные по объему воды и площади. Они относятся к долинным морфологически сложным водохранилищам. Водохранилище Нецауалькойотль (Мальпасо), созданное в 1968 году, имеет плотину высотой 110 м (17⁰00’с.ш., 93⁰ 30’ з.д.). Объем водохранилища 13,0 км2, площадь – 300 км2, длина – 85 км. Главное его предназначение – ирригация, гидроэнергетика, судоходство, предотвращение наводнений. Второе крупное водохранилище – Ангоструа – было запущено в 1974 году. Высота его плотины 140 м. Объем водохранилища 9,2 км2, длина – 140 км. Используется для ирригации и гидроэнергетики [1]. Для оценки влияния гидротехнических сооружений на трансформацию речной массы воздействие водохранилищ Чикоасен и Пенитец принято незначительным.

Методом палетки определены площади водосборов водохранилищ: Нецауалькойотль – 42442 км2, Ангостура – 28295 км2 (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Границы бассейнов водохранилищ Нецауалькойотль (1) и Ангостура (2)

  • водохранилище Ангостура

По картам из Атласа Мирового Водного Баланса были получены величины модуля стока с водосбора водохранилища Ангостура у = 1107 мм, осадков на водное зеркало х0=900 мм, испарения с поверхности водоема z0=1375 мм (также, равно испаряемости с суши).

Объем приток воды в водохранилище составляет:

Vпр=y*A=0,001107*28295=31,3 км3/год

Средний приток воды к водохранилищу равен:

Qпр = Vпр/T =31,3·109/(365·86400) = 993 м3

По уравнению водного баланса водоема можно определить среднегодовой сброс из водохранилища:

Vсб=Vпр+( х0 - z0)*10-6* F0=31,3+(900-1375)* 10-6*700=31,0 км3/год

F0 - площадь водохранилища = L*Вср = 140*5=700 км2

Qсб = Vсб/T =31,0·109/(365·86400) = 983 м3

Т.е. после прохождения водохранилища сток воды уменьшается на 0,3 км3/год. Снижение величины сброса может быть связано с неточностью определения элементов водного баланса, поскольку использовались мелкомасштабные карты, т.е. с учётом возможной ошибки величины притока и сброса в водохранилище примерно равны друг другу. С другой стороны, на водосборе водохранилища выпадает больше осадков, чем над его зеркалом.

Коэффициент водообмена водохранилища рассчитывается по формуле:

Кв=Vпр/ Wвдхр=31,3/9,2=3,40 год-1

Поскольку объем приток к водохранилищу больше, чем объем воды в нем, то тогда Кв показывает сколько раз в течении года происходит смена воды, для Ангостура эта смена происходит 3 раза в год.

Тогда среднее время пребывания воды в водоеме – период водообмена:

τ = 1/ kв= 1 / 3,4год-1= 0,29 года (примерно 3,5 мес.)

Коэффициент проточности Кп, характеризующий среднюю скорость перемещения вдоль продольной оси водного объекта границы практически не смешивающихся между собой новых и старых водных масс, для водохранилища составляет

Кп = Кв*L/365= 3,4*140км/365 = 1,3 км/сут

Таким образом, получаем, что водохранилище сезонного регулирования стока, относящееся к аккумулятивно-транзитной группе водных объектов по гидрологической классификации Б.Б. Богословского (1973) [5]. Согласно расчетам, водохранилище практически не изменяет среднегодовой сток реки, но, осуществляя сезонное регулирование, сильно изменяет гидрограф.

Определим трансформацию состава первичной речной водной массы. Водосбор водохранилища относится к горной гидрохимической зоне, для которой характерна средняя минерализация 50 мг/л. С учётом притока воды в водохранилище объём притока растворённых веществ составляет:

Mv = изон·W = 50000·31,3 = 1565000 т/год = 1565·103 т/год.

Тогда минерализация основной водной массы, сбрасываемой в нижний бьеф определяется следующим образом:

ΣиQ=Mv/(W+P-E)= Mv/Q = (1565·103 / 31,0*109)*10-6 = 50,4 мг/л

Т.е. водохранилище распресняет речные воды, что связано с обилием осадков регионе или ошибкой определения элементов водного баланса. В связи с быстрым водообменом происходит небольшое сглаживание колебаний минерализации.

По карте современной интенсивности эрозии суши модуль стока наносов mн для исследуемого бассейна составляет около 750 т/(км2·год), тогда вероятная величина стока взвешенных наносов равна:

Мн= mн * А =750*700=525000 т/год=0,53 млн т/год,

а мутность воды:

S= Мн*106/ W=525000*106/ 31,3*109 = 16,8 г/м3.

Чтобы определить долю наносов, которые перехватываются водохранилищем применим следующие формулы.

Коэффициент удержания речных наносов (в % от массы взвешенных наносов, поступающих в водоем за год):

kн=99,6-2,32*Кп = 96,6 %.

Значит, в нижний бьеф поступает лишь 0,02 млн т/год наносов.

  • водохранилище Нецауалькойотль

По картам из Атласа Мирового Водного Баланса были получены величины модуля стока с водосбора водохранилища Нецауалькойотль у = 967 мм, осадков на водное зеркало х0=1400 мм, испарения с поверхности водоема z0=1375 мм (также, равно испаряемости с суши).

Объем притока воды в водохранилище рассчитывается как сумма сброса из вышележащего водохранилища и боковой приток с площади водосбора между плотинами.

Vбок=Fбокбок=14000км2*802 мм/год= 11,2 км3/год

Vпр=31,0+11,2=42,2 км3/год

Средний приток воды к водохранилищу равен:

Qпр = Vпр/T =42,2·109/(365·86400) = 1338 м3

По уравнению водного баланса водоема можно определить среднегодовой сброс из водохранилища:

Vсб=Vпр+( х0 - z0)*10-6* F0=42,2+(1400-1375)* 10-6*300=42,2 км3/год

Qсб = Vсб/T =42,2·109/(365·86400) = 1338 м3

По результатам расчетов величины притока и сброса в водохранилище оказались равны друг другу.

Коэффициент водообмена водохранилища рассчитывается по формуле:

Кв=Vпр/ Wвдхр=42,2/13=3,25 год-1

Поскольку объем приток к водохранилищу больше, чем объем воды в нем, то тогда Кв показывает сколько раз в течении года происходит смена воды, для Нецауалькойотль эта смена происходит 3 раза в год.

Тогда среднее время пребывания воды в водоеме – период водообмена:

τ = 1/ kв= 1 / 3,25год-1= 0,31 года (примерно 3,5 мес.)

Коэффициент проточности Кп, характеризующий среднюю скорость перемещения вдоль продольной оси водного объекта границы практически не смешивающихся между собой новых и старых водных масс, для водохранилища составляет

Кп = Кв*L/365= 3,25*85км/365 = 0,76 км/сут

Таким образом, получаем, что водохранилище сезонного регулирования стока, относящееся к аккумулятивно-транзитной группе водных объектов по гидрологической классификации Б.Б. Богословского (1973) [5]. Согласно расчетам, водохранилище практически не изменяет среднегодовой сток реки, но, осуществляя сезонное регулирование, сильно изменяет гидрограф.

Определим трансформацию состава первичной речной водной массы. Водосбор водохранилища относится к горной гидрохимической зоне, для которой характерна средняя минерализация 50 мг/л. С учётом притока воды в водохранилище объём притока растворённых веществ составляет:

Mv = изон·W = 50000·42,2 = 2110000 т/год = 2110·103 т/год.

Тогда минерализация основной водной массы, сбрасываемой в нижний бьеф, определяется следующим образом:

ΣиQ=Mv/(W+P-E)= Mv/Q = (2110·103 / 42,2*109)*10-6 = 50,0 мг/л

По карте современной интенсивности эрозии суши модуль стока наносов mн для исследуемого бассейна составляет около 750 т/(км2·год), тогда вероятная величина стока взвешенных наносов равна:

Мн= mн * А =750*300=225000 т/год=22,5 млн т/год,

а мутность воды:

S= Мн*106/ W=225000·106/ 42,2·109 =5,33 г/м3.

Чтобы определить долю наносов, которые перехватываются водохранилищем применим следующие формулы.

Коэффициент удержания речных наносов (в % от массы взвешенных наносов, поступающих в водоем за год):

kн=99,6-2,32*Кп = 97,8 %.

Значит, в нижний бьеф поступает лишь 0,49 млн т/год наносов.

В итоге можно сделать вывод, что влияние водохранилищ Нецауалькойотль и Ангоструа на речную систему главным образом проявляется в сезонном перераспределении стока и в перехвате огромного количества взвешенных наносов, которыми были насыщены горные притоки.