Объём водопотребления предприятиями сельскохозяйственной промышленности определяется в зависимости от объёма и вида выпускаемой продукции, характера использования воды, принятой технологии производства и системы промышленного водоснабжения.

где q_пр - удельная норма водопотребления на единицу выпускаемой продукции, 40м³/т; V_пр - годовой объём выпускаемой продукции рассматриваемого промышленного предприятия, 65?10⁴т.

Принимая равномерное распределение годового объёма промышленного водопотребления по месяцам, получим:

Коммунально-бытовое хозяйство

Нормы хозяйственного среднесуточного водопотребления определяются в зависимости от степени благоустроенности городского населения. Для каждого конкретного случая нормы водопотребления на одного жителя и коэффициенты неравности определяются па приложению 3.

Численность населения задана в исходных данных.

Расход воды на хозяйственные нужды (Q_кб) определяются из формулы:

где z - численность населения, 17?10⁴чел.; q_н - норма среднесуточного водопотребления на одного жителя, 125 л/сут; k_ч, k_с - коэффициенты часовой и суточной неравномерности, соответственно 1,12 и 1,5.

На основании Q_кбопределяется объем месячного W_кб^м и годового W_кб^гводопотребления на коммунально-бытовые нужды:

где t - продолжительность месяца в секундах;

31) Построение диспетчерских графиков работы водохранилищ на всех уровнях иерар-хии управления производится путем проведения серии расчетов регулирования стока на заданную отдачу в различных условиях водности реки (или рек). Результаты указанных расчетов обобщаются затем в систему правил назначения отдачи ГЭС (или гидростанций каскада) в зависимости от текущего момента времени и состояния уровня воды в том или ином водохранилище..

Рассмотрим построение диспетчерского графика в простейшем случае, когда по условиям оптимизации необходимо обеспечить гарантированные расходы воды и наиболее полно использовать водные ресурсы.

При построении графиков считаются заданными обеспеченность р в процентах и гарантированный расход воды Qp, который определяется на основе расчетов регулирования стока.

При годичном регулировании расходов в течение маловодного года расчетной обес-печенности водохранилище наполняется до НПУ и срабатывается до УМО. В первую очередь строится противоперебойная линия, отделяющая зону гарантированного расхода Qp от зоны повышенных расходов воды. Для периода сработки водохранилища отбирают годы с меженным стоком Л4, близким к стоку расчетной обеспеченности Мр. Для всех отобранных лет сток приводится к расчетному путем умножения расхода каждого месяца межени на отношение объемов Л4р/Мг и затем проводятся расчеты регулирования «ходом назад», идя от опорожненного водохранилища и поддерживая постоянный зарегулированный расход Qp.

В результате для периода сработки будут получены кривые наполнений водохра-нилищ, верхняя огибающая которых наносится на диспетчерский график и считается противоперебойной линией

32) Регулирование речного стока

В естественных условиях реки характеризуются крайне неравномерным распределением стока в многолетнем, годовом и сезонном разрезах.

Регулирование речного стока является необходимым условием рационального использования рек и осуществляется водохранилищами путем перераспределения во времени объема естественного стока в соответствии с требованиями водопользователей.

В естественных условиях речной сток формируется под влиянием следующих связанных между собой факторов:

климатических условий, включая осадки, температуру, влажность воздуха и др.;

ландшафта водосборной площади (рельефа, почв, инженерно-геологических условий, растительности);

морфометрических и гидравлических характеристик (размеры и конфигурация водосборной площади и речной сети, уклоны и строение русла и др.).

Из них главным фактором являются климатические условия.

В современных условиях существенное влияние на формирование речного стока также может оказывать хозяйственная деятельность человека.

Стоком реки называют количество воды, протекающее по реке за определенный отрезок времени: год, сезон, месяц, неделю, сутки и др. Расход реки в м ³ /с характеризует интенсивность стока в тот или иной момент времени. Зависимость между ними характеризуется соотношением:

W= Q· t, где W – объем стока за период времени t ; Q – средний расход за этот же период времени.

Модуль стока характеризуется расходом воды, стекающей за одну секунду с единицы площади речного бассейна, и выражается обычно в литрах за секунду с 1 км ² площади бассейна.

33) Водохранилище — искусственный водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.

Водохранилища делятся на 2 типа: озёрные и речные. Для водохранилищ озёрного типа характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водохранилища речного (руслового) типа имеют вытянутую форму, течения в них, обычно, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.

Основными параметрами водохранилища являются объём, площадь зеркала и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.

Водохранилище состоит из трех основных частей: озерной, озерно-речной и речной.

Озерная часть - это зона водохранилища, примыкающая к плотине и простирающаяся вверх по течению на значительное расстояние (70-150 км) от створа. Она наиболее глубоководна при любых уровнях воды, скорость течения незначительна, волнение наибольшее по сравнению с другими частями водохранилища.

Озерно-речная часть - средняя зона водохранилища. При сработке ниже нормального уровня она характеризуется незначительными глубинами на пойме, судоходство осущест­вляется только по судоходным трассам. Наблюдается сильное волнение, а также течение воды по направлению главного русла реки.

Речная часть даже при высоких уровнях представляет собой мелкий водоем. Волнение слабое, скорость течения значительна. При низких уровнях вода входит в меженное русло реки.

Типы водохранилищ.

По морфологии ложа:

Долинные – ложе которых часть речной долины. Есть уклон дна и увеличивается глубина от верхней части к плотине.

Русловые – в пределах русла и низкой поймы.

Пойменно-долинные – русло, высокая пойма и часть террас.

Котловинные – подпруженные озера и водохранилища, расположенные в изолированных низинах и впадинах, отгороженных от моря заливах, лиманах, лагунах, а также в карьерах.

По способу заполнения водой:

Запрудные – заполняет вода водотока, на котором они расположены.

Наливные – заполняются водой рядом расположенного водотока или водоема.

По географическому положению:

Горные – на горных реках. Имеют напор.

Предгорные. Высотой напора 50-100 м.

Равнинные. Обычно мелкие, высотой напора не более 30 м.

Приморские – в морских лиманах, заливах, лагунах и эстуариях. Высотой напора несколько метров.

По месту в речном бассейне:

верховые

низинные

По степени регулирования речного стока:

многолетнего регулирования

сезонного регулирования

суточного регулирования

34) Водохранилище – искусственный водный объект, созданный с целью накопления, хранения и использования воды для нужд производства и народного хозяйства. Строится при помощи плотин в долине реки.

Нормативные уровни водохранилища (НУВ) – плановые отметки уровня воды, характеризующие ее запасы (самые большие и малые из допустимых). Обозначаются они в метрах по Балтийской системе высот, по локальным либо условным системам высот (устанавливаются при проектировании).

Различают следующие НУВ водохранилищ:

нормальный подпорный уровень (НПУ);

форсированный подпорный уровень (ФПУ);

уровень мертвого объема (УМО);

минимальный навигационный уровень.

Важные цели при проектировке данного типа объектов:

вычисление мёртвого и полезного объемов;

подбор оптимальных значений НПУ и УМО.

Нормальный подпорный уровень – оптимальный и постоянно поддерживаемый уровень воды, который обеспечивается подпоркой (например, плотиной); нужен для нахождения полезного объема.

Форсированный подпорный уровень – уровень водной поверхности, находящийся выше НПУ за счет паводков или половодья. ФПУ еще называют резервным, так как подъем воды выше него грозит возникновением аварийных ситуаций. Зависит от возможностей подпорок (плотин).

Уровень мертвого объема – максимально минимальный уровень воды, при котором возможно нормальное функционирование водохранилища, то есть характеризует его наибольшее опорожнение; оценивается из известных параметров: скорость заиления, объем воды для зимовки рыб и других обитателей водоёма, условий притока, количества транспортирующих насосов и т. д. Необходим для расчета полезного и мертвого объема.

Минимальный навигационный уровень – наименьшая отметка, при которой обеспечиваются необходимые глубины для безопасного судоходства; используется для водохранилищ речного (руслового) типа. Его ещё называют уровнем навигационной сработки.

Мертвый объем – не выходит за пределы УМО и является наименьшим из возможных объемов использования без ущерба для водных жителей и интересов производителей.

Полезный объём – емкость водных запасов, находящаяся в границах сверху НПУ, а снизу УМО.

Полный объем водохранилища – сумма мертвого и полезного объемов; соответствует НПУ.

35) Важным направлением водохозяйственной деятельности является строительство и эксплуатация крупных гидротехнических систем, позволяющих перераспределять речной сток из регионов, имеющих избыток водных ресурсов, в районы с их дефицитом. В настоящее время в России действует 34 системы подобного рода с суммарной протяженностью около 3 тыс. км. Ими перераспределяется около 15 км³ воды в год.

Для улучшения водообеспечения безводных сельскохозяйственных районов широко используются групповые водоводы. Их протяженность составляет от нескольких десятков до нескольких сотен километров.

Глубоководные каналы

Такие каналы бывают двух типов: первые представляют собой кратчайший путь для кораблей между двумя океанами или иными водными бассейнами, вторые позволяют океанским судам подходить к портам, расположенным вдали от морских побережий.

К важнейшим глубоководным каналам относятся Панамский (между Атлантическим и Тихим океанами), Суэцкий (между Средиземным и Красным морями) и Кильский (между Балтийским и Северным морями). Если бы не было этих каналов, то грузы приходилось бы перевозить кружным морским путем либо с перевалкой на наземный транспорт, что требует больших затрат времени, труда и средств.

Некоторые судоходные каналы строились не только в целях развития торговых путей, но и для быстрой переброски из одного бассейна в другой военных кораблей, вследствие чего эти каналы приобрели стратегическое значение.

Большинство глубоководных каналов строилось в 19 и начале 20 в., и лишь редкие из них способны пропускать самые крупные современные суда. Шлюзы каналов узки или коротки для таких судов, или при полной загрузке судов большого водоизмещения, сами каналы недостаточно глубоки.

Мелководные каналы

Большинство судоходных каналов мира составляют каналы, по которым могут проходить лишь суда с малой осадкой. Мелководными каналами обычно соединяются реки и озера, а их сеть образует систему водных путей внутри региона. Особенно важна транспортировка по этим путям для стран Европы - России, Польши, Германии, Франции, Нидерландов и Бельгии.

Обводные каналы и реки, превращенные в каналы

Некоторые каналы прокладывали параллельно рекам и озерам. Каналы такого типа называются обходными или обводными. Например, в Нидерландах существует Юлиана-канал, проложенный вдоль русла реки Маас между городами Маастрихт и Маасбрахт, в России - Старо- и Новоладожский каналы вдоль южного берега Ладожского озера.

Обводные каналы обычно строились в обход несудоходных участков рек. Однако возможности современной техники позволяют так управлять режимом рек, что они становятся подобны каналам. На реках возводятся плотины с многокамерными судоходными шлюзами, что превращает эти реки в судоходные каналы. В США именно так преобразованы река Огайо и верховье реки Миссисипи, в России - среднее и нижнее течение р. Москвы, которая стала частью водного пути до Оки и Волги.

Шлюзы

Наиболее интересным по принципам работы и эксплуатационным особенностям гидротехническим узлом судоходного канала является шлюз - водонепроницаемая камера, в которой судно поднимается или опускается до тех пор, пока уровень воды в шлюзе не сравняется с уровнем того участка канала, куда направляется судно. Канал может состоять из нескольких участков с различными уровнями воды в них, и на каждом перепаде устраивают один или несколько шлюзов. Лишь немногие экономически важные каналы соединяют реки или иные водоемы с одинаковым уровнем воды в них, и рельеф их местности таков, что уровень воды на всем протяжении этих каналов одинаков, поэтому там не нужны шлюзы. Таковы Суэцкий и Кильский каналы.

Уровень воды в шлюзе изменяют, прогоняя ее насосами по водопроводным галереям в днище или стенках шлюза, либо она поступает через них самотеком. Когда судно направляется из верхнего бьефа в нижний, вода в шлюзе поднимается до уровня в верхнем бьефе, чтобы судно могло войти в шлюз. В каждом торце шлюзовой камеры расположен водонепроницаемый гидротехнический затвор, обычно представляющий собой ворота из двух створок, которые, поворачиваясь, смыкаются под тупым углом, смотрящим в сторону верхнего бьефа. Верхние ворота открываются, судно входит в шлюз, и ворота за ним плотно закрываются, опять образуя водонепроницаемый затвор. Затем вода из шлюза отводится до уровня в нижнем бьефе, после чего нижние ворота открываются и судно выходит из шлюза. Когда судно движется вверх, все происходит в обратном порядке. Обычно вода для повышения уровня в шлюзе поступает через водопроводные галереи из верхнего бьефа, а для понижения уровня в шлюзе - сливается через аналогичные галереи в нижний бьеф.

36) Воздействие водохозяйственных объектов на природную среду

Водохозяйственные объекты оказывают непосредственное воздействие на природную среду, которое проявляется как в период строительства объектов, так и при их эксплуатации. Так, создание водохранилищ оказывает существенное влияние на гидросферу — увеличивается испарение, нарушаются естественные режимы водного стока (поверхностного и подземного), изменяется качество воды и т. п. При сооружении крупных водохранилищ возникает дополнительная нагрузка на земную кору, интенсифицируются

тектонические процессы, вызывающие землетрясения. Фильтрация воды из водохранили-ща способствует изменению геологической структуры пород и их физико-химических характеристик.

При интенсивном испарении влаги с поверхности водохранилищ, а также с подтопленных прилегающих территорий возможны локальные изменения климата (повышение влажности воздуха, образование туманов, усиление ветров и т. п.). Однако в зависимости от природных условий такие воздействия могут иметь и положительные последствия, например, создание водохранилищ в засушливых зонах ведет к благоприятным изменениям климатических условий, повышая влажность воздуха. ¦Однако в большинстве случаев эти последствия нега-тивны, и требуются время и большие материальные затраты для приспособления к новым условиям окружающей среды.

Водохозяйственные объекты оказывают существенное влияние и на живую природу — растительный и животный мир. Изменения параметров водной среды, атмосферы, почвы вызывают экологические нарушения, что приводит к изменению экологических систем — стратификация воды, когда верхние ее слои хорошо про-греваются под действием солнечной радиации, а нижние,, особенно придонные, имеют более низкую температуру (рис. 6.1). Сохранение или деформация экологических систем в нижнем за водохранилищем течении реки будет зависеть от того, из каких слоев забирается и пропускается в нижний бьеф вода. При глубинном заборе з нижний бьеф будет поступать холодная вода, а она может вызвать угнетение или гибель теплолюбивых растений и микроорганизмов, служащих питательной средой для подводного животного мира. Это, в свою очередь,, может привести к изменению видового разнообразия, например ихтиофауны.

Создание водохранилищ и других водохозяйственных объектов относится к антропогенному виду воздействия на природу. Термин «антропогенное воздействие» подразумевает влияние хозяйственной деятельности человека на природу. Это влияние особенно сильно проявляется в период эксплуатации водной системы предприятиями-водопользователями отдельных отраслей энергетики, промышленности, транспорта и сельского хозяйства.

Тепловые и атомные электростанции, сбрасывая теплые воды из систем охлаждения конденсаторов паровых турбин, нарушают тепловой режим водоемов и водотоков. Повышение средней температуры воды на 3°С и более вызывает необратимые процессы в экологических системах. Этот вид воздействия энергетических объектов на природную среду имеет особенно вредные последствия при сосредоточении на берегах искусственных или естественных водоемов электростанций больших мощностей.

Водный транспорт, развиваемый на реках и водохра-нилищах, способствует загрязнению воды нефтепродуктами. Основным источником их поступления в водоемы и водотоки является утечка топлива и масел. Значительны сбросы коммунальных стоков с судов, на которых не предусмотрена их очистка или отсутствует централизованная их приемка береговыми водоочистными сооружениями.

Интенсификация земледелия на орошаемых и осушаемых землях в бассейнах рек и озер связана с широким применением органических минеральных удобрений. При нарушении технологии удобрения почв значительная их часть выносится поверхностными и грунтовыми водами в реки и озера. В результате вода загрязняется биогенами— химическими соединениями азота и фосфора. Развитие промышленного животноводства в зоне мелиорируемого земледелия вызывает загрязнение вод отходами животноводческих ферм и комплексов. Орошение земель является самым крупным водопользователем (табл. 6.1) и в отдельных случаях может вызвать истощение природных водных ресурсов. Это еще один существенный фактор антропогенного воздействия на природную среду.

37) Наводнение — это затопление значительной части суши в результате подъема выше обычного уровня.

Очагом поражения при наводнении называется территория, в пределах которой произошли затопление местности, повреждения и разрушения зданий и других объектов, сопровождающиеся поражением и гибелью людей.