Калинин В.М. Экологическая гидрология

Подождите немного. Документ загружается.

Расчетным называется максимальный расход сточных вод, пропуск

которого должны обеспечить канализационные сооружения на

расчетный период.

Для различных сооружений рассчитывают средние и

максимальные суточные, часовые и секундные расходы. Обычно

суточный и часовой расходы (Q) определяют в кубических метрах,

секундный расход (q) в литрах.

Гидрологические расчеты при водоотведении:

- минимальный 30-дневный расход 95 % обеспеченности;

- расчет НДС;

- расчет положения створа полного смещения.

2.4 Потребление воды гидроэнергетикой и сельским

хозяйством.

Основные потери воды при гидроэнергетическом использовании

рек связаны с водохранилищами. Создание водохранилищ приводит к

коренному преобразованию распределения речного стока во времени,

к увеличению водных ресурсов района в лимитирующие периоды и в

маловодные годы. Вместе с тем в результате затопления больших

территорий водохранилища значительно увеличивают испарение с

водной поверхности (особенно в районах недостаточного

увлажнения), что приводит к уменьшению суммарных водных ресурсов

региона. В данном случае водохранилища выступают в качестве

одного из потребителей воды. Число водохранилищ в нашей стране,

как и во всем мире, непрерывно растет. В разных районах бывшего

СССР сооружено около 3919 водохранилищ объемом более 1 млн. м

каждое, в том числе 139 водохранилищ объемо м свыше 100 млн. м

Суммарная площадь водного зеркала водохранилищ в СССР

превышала 98 тыс.км

. В России насчитывается 2650 водохранилищ

объемом более 1 млн. м

каждое.

Дополнительные потери на испарение в результате создания

водохранилищ достигают одного и более км

в год. В таблице 2.2

приведены значения ежегодных дополнительных потерь воды на

испарение для трех крупных водохранилищ СНГ

Рост числа водохранилищ и соответствующее увеличение

площади их зеркала приводит к постоянному увеличению потерь воды

на испарение (водопотребление водохранилищами). Водопотребление

водохранилищами для земного шара в целом оценивалось на 1970г. в

70 км

, а на 2000г. - в 240 км

Таблица 2.2

Потери воды за счет испарения с поверхности водохранилищ

Водохранилище

Потери воды, км

Куйбышевское

1,2

Волгоградское

1,1

Бухтарминское

1,5

Рис 2.1 Гидроэлектростанция. (Фото из материалов

Environment Agency, Upper Severn area office,

Великобритания)

Сельское хозяйство в настоящее время является одним из

основных потребителей воды, что связано в первую очередь с

увеличением площадей орошаемого земледелия. Его развитие

диктуется необходимостью обеспечения человечества продуктами

питания. Несмотря на то, что в настоящее время орошается немногим

более 15 % площади всех сельскохозяйственных земель, доля

сельскохозяйственной продукции с орошаемых земель составляет

более 50 % всей продукции в стоимостном выражении. В условиях

быстрых темпов роста населения и острого недостатка продуктов

питания, который испытывает сейчас 2/3 жителей Земли, орошению

отводится все большая роль в повышении эффективности

земледелия.

Площадь орошаемых земель в мире постоянно возрастает: в

начале XX в. она составляла 40 млн. га, к 1970 г. она достигла 235

млн. га, т. е, увеличилась в шесть раз, а орошаемая площадь на 2000

г. составляет 420 млн. га.

Суммарные затраты воды на орошение зависят от площади

орошаемых земель, удельного водопотребления, вида

сельскохозяйственных культур и количества возвратных вод.

Удельное водопотребление выражается в м

воды, расходуемой на

орошение 1 гектара земли.

В нашей стране для основных культур приняты следующие

пределы оросительных норм (таблица 2.3).

Удельное водопотребление и количество возвратных вод зависят

от физико-географических условий района, состава выращиваемых

сельскохозяйственных культур, технического состояния оросительных

систем и применяемого способа полива. Количество возвратных вод

выражается в % от водозабора.

Таблица 2.3

Средние значения оросительных норм

Культура

Оросительная

норма

/га

Хлопчатник

5000 - 8000

Сахарная свекла

2500 – 6000

Зерновые

1500 – 3500

Многолетние травы

2000 – 8000

Рис

8000 - 15000

Безвозвратные потери воды при орошении (за счет испарения}

достигают огромных значений. По данным различных авторов они

колеблются от 20 до 60 % от водозабора. Общий объем воды,

расходуемой в СНГ на орошение, составляет 136 км

/год, что

соответствует 57 % общего водопотребления или 75 %

сельскохозяйственного водопотребления.

Суммарное водопотребление сельским хозяйством в мире

постоянно растет: в начале века оно составляло 350 км

/год, в 1970г.

1900 км

/год, в 2000г. - 3400 км

/год.

Гидрологические расчеты при орошении включают:

- при проектировании водохранилищ рассчитывают

среднегодовой, максимальный сток для определения притока воды в

водохранилища и устойчивости плотины;

- при мелиорации методом водного баланса рассчитывается

режим орошения (поливная и оросительная нормы), при осушении

предпосевной, посевной, максимальный сток водоприемника.

2.5 Водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство.

Водный транспорт - важный компонент водохозяйственных

систем, в которых реки, озера, водохранилища и крупные каналы

используются в судоходных целях для грузовых и пассажирских

перевозок.

Грузооборот речного транспорта составляет небольшую долю

{около 4%) в общем грузообороте, что объясняется сезонностью его

работы, несовпадением в некоторых районах внутренних водных путей

с основным направлением грузопотоков, наличием перекатов и

порожистых участков и другими причинами. Несмотря на это он имеет

существенное значение для различных отраслей народного хозяйства.

Водный транспорт удобен для перевозки грузов на большие

расстояния и особенно эффективен в районах, богатых полезными

ископаемыми, но лишенных шоссейных и железных дорог.

Себестоимость перевозок водным транспортом по сравнению с

железнодорожным, автомобильным и воздушным значительно ниже.

Требования водного транспорта сводятся к тому, чтобы на водных

путях в навигационный период поддерживались необходимые для

плавания габариты пути: глубина, ширина и радиусы закругления. Эти

габариты устанавливаются на всем протяжении эксплуатируемого

водного пути в зависимости от типов и размеров судов, лесосплавных

устройств и т. д. Движение судов на внутренних водных путях

допускается не по всей их ширине, а только по той части водного

пространства, которая подготовлена для судоходства и обозначена на

местности специальными знаками. Эту часть называют судовым

кодом. Минимальные (нормируемые) глубина, ширина и радиус

закругления судового хода отсчитываются от отметки низкого

меженного уровня, называемого проектным (ПУ). Отметка проектного

уровня находится по многолетней кривой продолжительности

среднесуточных уровней за период навигации при определенной

обеспеченности. Обеспеченность назначается в зависимости от

значения реки или ее участка как транспортного пути и заключена в

пределах 95 - 99 % - для водных путей с интенсивным судоходством

или сплавом леса в плотах, 90 - 95 % -для путей с менее интенсивным

судоходством, 80 - 90% - для путей с не регулярным судоходством.

Рис 2.4 Волго-Донской канал (Фото с сайта http:/www/locman/net)

Гарантированные габаритные размеры пути и отметка проект ного

уровня по опорному гидрологическому посту устанавливаются в

настоящее время на основании технико-экономических расчетов.

Обеспечить нормальные условия для судоходства возможно

проведением ряда мероприятий: шлюзованием (созданием подпора),

землечерпанием и скалоуборкой, а также выправлением или

дноуглублением русла.

Наиболее эффективным, а иногда единственным средством

улучшения сети водных путей служат водохранилища. С созданием

водохранилища длина судового хода по сравнению с длиной хода по

реке сокращается в среднем на 5 - 15 %. В несколько раз

увеличивается ширина судового хода, что позволяет повысить

скорость движения судов на 10 - 15%. Благодаря значительным

судоходным попускам из водохранилища в течение периода открытого

русла в нижнем бьефе обеспечиваются нормируемые глубины воды на

водных путях. Следует заметить, что производство судоходных

попусков сокращает возможность забора воды для орошения и

накладывает ограничения на режим работы ГЭС в зимний период.

Создание водохранилищ и регулирование ими стока имеет и

неблагоприятные последствия для водного транспорта: усиление

ветра и увеличение волны на водохранилищах; резкие и значительные

колебания расходов и уровней воды в нижних бьефах; осложнения в

работе водного транспорта в периоды перекрытия р усла и

первоначального заполнения водохранилища.

Преобразование режима рек водохранилищами в России сыграло

решающую роль в развитии речного транспорта. Это особенно

наглядно видно на примере Волги, Енисея, Камы и др. Судоходные

глубины возросли от 1,5 - 2,0 раз на Волге до 2,0 -2,5 раз на Каме.

Это позволило перейти на эксплуатацию самоходных судов с большой

грузоподъемностью вместо использовавшихся ранее барж.

Строительство гидроузлов и образование водохранилищ способствуют

созданию единой глубоководной системы внутренних водными путей

европейской части бывшего СССР. Уже в настоящее время грузы в

судах из его внутренних районов без перевалки перевозятся в порты

Балтийского, Каспийского, Белого, Черного и Средиземного морей.

Превращение рек в каскады водохр анилищ и зарегулирование их

стока существенным образом изменили условия лесосплава.

Перевозка леса в судах практически полностью ликвидировала

аварийность, потери древесины и засорение ею водохранилищ.

Решающим фактором при определении нормируемой глубины

судового хода являются перекаты. По длине одной и той же реки

перекаты располагаются неравномерно - группами. Участок, где

расположена группа перекатов, называется перекатным участком. Так

как течение воды на перекате всегда неравномерное, а часто бывает

и плавно изменяющееся, то перекаты подвержены сильным

деформациям. Для путевых работ наибольшее значение имеют

ежегодно повторявшиеся циклы намыва и размыва перекатов. Их

называют сезонными деформациями перекатов. Во время стояния

высоких половодных уровней, когда расход русловых наносов

достигает максимальных значений, на большинстве перекатов

происходит отложение наносов. Плесовые лощины в это время

размываются. Во второй половине спада половодья и в межень на

перекатах идет размыв, а в плесовых лощинах - аккумуляция наносов.

Весенняя заносимость перекатов обусловливает необходимость

ежегодных дноуглубительных работ.

Опыт последних десятилетий мирового рыболовства

свидетельствует об истощении рыбных запасов в океане и,

следовательно, уменьшении улова рыбы. Поэтому в настоящее время

значительное внимание уделяется развитию рыбоводства и рыбного

хозяйства на внутренних водоемах. Мировой улов рыбы на внутренних

водоемах составляет 10 - 15% общего улова рыбы и морепродуктов,

хотя внутренние водоемы составляют всего немногим более 1 %

площади гидросферы. Это свидетельствует о высокой продуктивности

внутренних водоемов - в среднем по земному шару она составляет в

пересчете на всю площадь 2,5-3 т/кв км.

Внутренние моря, реки, озера, водохранилища богаты

ихтиофауной. Рыбопродуктивность внутренних водоемов зависит от

степени эвтрофикации, характера хозяйствования на них и изменяется

от нескольких килограммов до сотен килограммов с 1 гектар акватории

водоема, причем для малых и средних озер она составляет 3 - 10

кг/га, а в Цимлянском и некоторых днепровских водохранилищах

достигает 25 - 40 кг/га. Наибольшая продуктивность отмечается на

малых водоемах южной части бывшего СССР, составляя многие

десятки и даже сотни килограммов рыбы с 1 гектар акватории.

Рыбное хозяйство во внутренних водоемах и водотоках является

наиболее требовательным участником водохозяйственного комплекса,

причем большей частью интересы рыбного и сельского хозяйства,

гидроэнергетики и водного транспорта не совпадают. Для

нормального развития и успешного воспроизводства различных пород

рыб необходимо, чтобы в воде содержалось достаточное количество

растворенного кислорода, не было вредных примесей. Кроме того,

следует поддержать соответствующие глубины и температуру воды,

что особенно важно в период нереста рыб и развития молоди, а также

обеспечивать рыбу необходимым количеством пищи.

Вредное влияние на развитие рыбного хозяйства оказывают

многие факторы.

1. Загрязнение водоемов и водотоков плохо очищенными и

неочищенными сточными коммунальными и промышленными водами,

также удобрениями и ядохимикатами, молевой сплав и сопутствующее

ему утопление значительного количества древесины.

2. Маловодье приводит к сокращению водной поверхности водных

объектов, что резко ограничивает пространство обитания рыб , а

следовательно их воспроизводство и улов. Так, маловодные периоды

на Волге (1930-1940гг.), Каспийском море, озерах Западной Сибири

(Чаны, Убинское, Сартлан) привели к сокращению уловов в 2 -3 раза.

3. Нарушение установленных правил регулирования рыболовс тва.

Там, где эти правила соблюдаются, достигается заметный рост улова

рыбы.

4. Гидротехническое строительство и создание водохранилищ. С

одной стороны, плотины на реках являются преградами на пути рыб

во время их прихода к местам нерестилищ. С другой сто роны,

создание водохранилищ дает новые водные пространства, которые

могут и должны быть использованы для разведения рыбы. Общая

площадь крупных водохранилищ превышает 5 млн га, а уловы

составляют около 5% общей добычи рыбы во внутренних водоемах.

Расчеты показывают, что при рациональном ведении рыбного

хозяйства на водохранилищах ежегодно может быть получено 1,5 -2

млн ц рыбы. Кроме того, появление водохранилищ на реках приводит

к смене видового состава рыб. Ценные «аборигены» исчезают,

заменяются преимущественно «сорной» рыбой. Низкие уловы и

изменение породного состава обусловлены несвоевременным

строительством рыбохозяйственных объектов (рыборазводных

заводов по выращиванию молоди ценных пород рыб и искусственных

нерестилищ в водотоках с нарушенным гидроло гическим режимом и

др.), загрязнением воды; глубокой сработкой водохранилищ (до 40 м)

в зимний период, что приводит к оседанию льда на мелководных

участках и в ряде случаев к придавливанию и замору рыб;

неудовлетворительной работой рыбопропускных сооружени й;

недостатком нерестовых площадей в водохранилищах для ценных

проходных пород рыб; значительными изменениями гидрологического,

гидрохимического и температурного режимов воды в зоне

водохранилища (начинаются процессы цветения водохранилищ, что

связано с появлением вредных сине-зеленых водорослей).

Создание крупных водохранилищ сопровождается не только

затоплением нерестилищ в верхнем бьефе, но и их обсыпанием на

протяжении нижнего бьефа из-за снижения полноводных и паводочных

расходов в период накопления воды в водохранилищах. Смягчить

данный негативный фактор можно только за счет периодических

попусков воды из расположенных выше по течению водохранилищ для

обводнения нерестилищ, строительства вододелителей и очистки

путей движения рыбы.

2.6 Борьба с наводнениями

Наводнение - затопление территории водой, являющееся

стихийным бедствием, в результате подъема уровня воды в реке,

озере или море, вызываемого различными причинами. От наводнений

в большей или меньшей степени страдает население и хозяйство

практически всех стран мира. Частые и порою разрушительные

наводнения бывают и в ряде районов нашей страны.

Наводнения при весенних половодьях и летних паводках. В

зависимости от количества и интенсивности поступления воды с

водосбора, размеров основного русла, хар актера речной долины

уровень в реках в половодье и паводки поднимается до 10 - 15 м, а

иногда и значительно больше. Расходы воды при этом увеличиваются

в десятки, сотни и даже тысячи раз по сравнению с меженными их

значениями. Половодные и паводочные расхо ды обычно не

вмещаются в основное русло, вода изливается в долину, затопляя

большие пространства.

Наводнения от половодий и паводков распространены в странах

Юго-Восточной Азии, Дальнего Востока, Европы и др. В нашей стране

такие наводнения имеют место на Дальнем Востоке, на Кавказе,

Севере и Северо-Западе, в Центральных районах и т. д.

Наводнения при заторах и зажорах льда . Кроме весенних, летних

и осенних наводнений на реках нашей страны бывают еще зимние

заторные и зажорные наводнения. Они могут продолжаться до 1,5 -2,0

месяцев и сопровождаться не менее тяжелыми последствиями.

Высокие подъемы уровней от заторов льда во время весеннего

ледохода характерны для рек, вскрытие которых начинается с

верховьев. Обычно это свойственно рекам, текущим с юга на север.

Большие массы льда поступают к нижним участкам, где еще

сохраняется ледостав. При этом забивается живое сечение,

происходит нагромождение льдин, образуются своего рода плотины и,

как следствие, подпор уровней. Сильные заторы и высокие подъемы

уровней наблюдаются на реках Сухоне, Северной Двине, Иртыше,

Днестре, Енисее и многих других.

Зажоры льда с катастрофическими подъемами уровня образуются

в период ледостава. Такие подъемы уровней чаще всего наблюдаются

на реках Северо-Запада (Нева, Нарва), Карелии (Нижний Выг), Севера

(Северная Двина), Сибири (Ангара, Енисей).

Наводнения при ветровых нагонах и приливах в устьях рек.

Нагонные явления, возникающие обычно при сильных ветрах на

пологих участках побережья при глубине моря менее 20 м, вызывают

довольно сильные наводнения, которые наблюдаются на Каспийском,

Азовском морях, в устьях Даугавы, Невы, Северной Двины.

Характерными особенностями их являются: внезапность,

кратковременность и интенсивность подъема и спада уровня воды.

Рис. 2.5 Наводнение в Ленинграде в 1924 г.

Невский проспект, вода уходит.

(Фото с сайта http:/www/mnemosyne.ru)

Наводнения от прорыва защитных дамб случаются повсеместно,

где эти дамбы построены - в России, Европе, Китае, Индии, Иране и

др.

Наводнения от прорыва озер имеют место в горах Средней Азии,

на Кавказе, в Карпатах. Так, например, сель, образовавшийся 7 июля

1963 г. в Заилийском Алатау в результате таяния горных снегов и

выпадения ливневого дождя, вошел в оз. Иссык, возникше е несколько

тысячелетий назад в результате завала высотой 300 м, и поднял его

уровень на 1,5 м. Вода перелилась через гребень плотины, быстро

размыла низовой откос и прорвала плотину. Весь объем озера, около

80 млн м куб, был сброшен в русла горных рек. Наводнение