Способ регулирования стока рек

Способ регулирования стока рек

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических, Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«» 7635 1I 0 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 210379, (21) 2752478/29-15

Ъ с присоединением заявки № (51)М, Кл.з

E 02 В 3/02

Е 02 В 15/00

Государственный комитет

СССР по делан изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.09,80. Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 1509,80 (53) УДК 827. 42 (088. 8) С.В. Большинский, Ф.В. Стольберг, Л.С. Свашенко и Ю.П. Беличенко (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА РЕК

Изобретение относится к области охраны природы, а именно к способам регулирования стока рек, которые могут быть использованы для охраны S вод, в том числе предотвращения загрязнения и истощения малых рек, комплексного использования их водных ресурсов и более рационального использования водных ресурсов каналов межбассейновых перебросок стока.

Водохозяйственное строительство приобретает все большее значение для дальнейшего развития производитель- . ных сил, и значение его сохранится не только в ближайшей, но и в отдаленной перспективе, что подтверждается систематическим ростом водопотребления как в нашей стране, так и эа рубежом. В связи с этим актуальной стала проблема поддержания в надлежащем состоянии источников водоснабже-, ния, водоотдачи рек, в первую очередь малых рек — важнейших составляющих г пресноводных ресурсов. 25

Между тем, современное состояние малых рек, вызванное воздействием факторов антропогенного происхождения, приведшее к уменьшению их водности и ухудшению качества воды, зна:чительно ограничивает возможности использования малых рек как источников питьевого и технического водоснабжения и удовлетворения водопользователей многих сфер народного хозяйства.

Так, например, по данным институ та гидробиологии AH УССР за последние годы сток малых рек Украины уменьшился на 10-25%, а в будущем ожидается уменьшение стока еще на

15-20%.

Наряду с загрязнением .рек промышленными стоками, а также стоком с сельхозугодий и поверхностным стоком городов резко повышается засоление малых рек, которое является одним иэ видов интенсивного загрязнения.

Например, в бассейнах рек Дона, Днепра с развитием производительных сил:Донбасса ожидается увеличение ежегодного сброса минерализованных шахтных вод в таких количествах, которые обусловят увеличение солесодержания малых рек в 2,5-3,5 раза, превышающую нормативную концентрацию.

В связи с изложенным насущной и важнейшей задачей охраны водных ре76 3510 урсов является увеличение водности малых рек наряду с улучшением качества воды в них. Наиболее оптимальным решением этой задачи явилось бы такое решение, которое одновременно обеспечивало улучшение количественных и качественных параметров малых рек.

Известен способ пополнения малых рек, получивший широкое распространение в практике водохозяйственного строительства, включающей регулирование стока рек водохранилищами. Этот способ состоит в том, что водохранилищами в основном задерживают сток в многоводные периоды (сезоны, годы) и в последующем воду из,них подают в русла рек (1) .

Известный способ не улучшает качество воды в реке, например, путем

1 уменьшения минералиэации до нормативных величин или интенсификации процессов самоочищения в реке. В водохранилищах, аккумулирующих поверхностный сток, накапливаются взвешенные частицы, органические вещества и био" генные элементы, которые создают предпосылки для массового развития в них фитопланктона, вызывая цветение воды. Цветение воды, в свою очередь, обусловливает ее вторичное загрязнение и ухудшение качества. Данный способ не обеспечивает повышения водности рек в .периоды повторяющегося маловодья.

Строительство водохранилищ емкостью более 100% среднегодового объема: стока реки экономически нецелесооб,разно, ибо заполнение таких водохранилищ происходит лишь периодически в многоводные годы; на протяжении длительного времени их не заполняют, а после заполнения воду снова сбрасывают. Увеличение емкости водохранилищ увеличивает площадь затопления земель и засоление пойм. Подходы к ним затрудняются, и они часто находятся в антисанитарном состоянии.

Объемы водохранилищ на малых реках ограничивают полезной емкостью в размерах не более 100Ъ среднегодового стока реки за многолетие, а расчетные объемы доступных к использованию водных ресурсов брутто в год

95%-ной обеспеченности не превышает среднегодового стока реки. Это обстоятельство исключает для малых пресноводных рек возможность систематического повышения водности указанным способом и таким образом удовлетворение водопотребителей в нужное для них время и в достаточных количествах. Этот способ не дает возможности составлять гарантированные планы водообеспечения народного хозяйства и удовлетворения всех видов водопольэования.

Известен также способ регулирования стока рек с устройством водохранилищ, заполняемых в основном за счет срезки весеннего половодья, а, также за счет возможного поступления стока с водосборной площади с периодическими попусками воды в реку (2), Однако и этот способ имеет ряд недостатков. Он также не решает задач улуч щения качества воды в малых реках, а тем более достижения определенного качества воды, необходимого тому или иному водопользователю. Это обусловлено тем, что в водохранилищах, заполняемых водами половодья, аккумулируется поверхностный сток, который несет с собой питательные вещества и биогенные элементы, создающие условия для массового развития в них в летнее время фитопланктона, вызывая цветение воды, которое в свою очередь обусловливает ее вторичное загрязнение и ухудшение качества, Поскольку сроки наступления полоgp водья, его объемы и другие параметры не являются определенными, исключена возможность управления этим процессом во времени и объемах и соответственно исключена возможность управления процессом пополнения реки, исходя из нужд водопольэователей в количественных и качественных потребнос. тях. Устройство водохранилищ в одном или нескольких створах приводит к уменьшению водности и возможности регулирования стока на нижележащих участках реки.

Целью изобретения является повышение эффективности способа путем увеличения водности малых рек в любой заданный период времени с одновременным улучшением качества воды в них, в также повышение эффективности капитальных вложений за счет уменьшения стоимости строительства водохозяйQQ ственных объектов наливных водохранилищ ограниченного объема и снижения стоимости водоподготовки на водозаборах пополняемых рек.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе регулирования стока, включающем устройство водохранилищ и заполнение их с периодическими попусками воды в реку, для заполнения водохранилищ .используют искусственные источники водоснабжения в периоды уменьшения или прекращения водопотребления из них, после чего осуществляют пополнение реки попусками воды из водохранилищ,раСход которых определяют по формуле:, q „((ïäê„„>-w"ÄÄ 5 - (мР" где Я„ — расход попусков из водохранилища, м /c.

Я„- расход реки в К-створе, м /с;

Р

К„„ - концентрация 1-ингредиента в К-створе реки до попускоВ, кг/л;

К„ — концентрация i-ингредиента в водохранилище, мг/л;

763510 (ПДК;„) - предельно допустимая концентрация 1. †ингредиен B

К-створе, иг/л;

m„ — коэффициент неконсервативностир — длина реки от сбросного сооружения до К-створа, м.

Кроме того, в качестве искусственных источников водоснабжения могут быть использонаны оросительные каналы.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема системы для осуществления способа, причем в качестве искусственного источника водоснабжения использован водоснабжаюц|ий канал, например оросительный.

Укаэанная система содержит водоснабжающий канал 1, с которым посредством соединений 2-4 связаны наливные водохранилища 5-7, устроенные на соответствующих малых реках 8-10, находящихся в зоне водоснабжающего канала 1.

На малых. реках в створах 11-19 размещена контрольно-измерительная аппаратура, которая соединена с соответствующими диспетчерскими пультами 20-22 ° Наливные водохранилища

5-7 имеют водосбросные.сооружения

23-25, оборудованные управляемыми затворами. Механизмы (пусковые устройства) затворов также соединены с диспетчерскими пультами 20-22„ откуда осуществляют управление затворами.

Наливные водохранилища устраивают преимущественно в верховьях малых рек, по возможности используя для этой цели естественные формы рельефа: балки, овраги, расположенные на небольших расстояниях от русел рек и трассы каналов.

В качестве соединений 2-4 в зависимости от условий местности, метрических размеров и экономической целесообразности могут быть приняты конструкции водоводов из бетонных, железобетонных и металлических труб, конструкции облицованных и необлицо-. ванных закрытых лотков. Соединения

2-4 оборудуются автоматической запорной арматурой, управление которой осуществляют с диспетчерских пультов

20-22.

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно устраивают налив ные водохранилища, размещение которых обосновывается в каждом реальном случае.

Устройство на малых реках, находящихся в зоне влияния водоснабжающего канала наливных водохранилищ, соединенных с этим каналом водопроводным устройством, обеспечивает в отличие от несоединенных с каналом водохранилищ заполнение наливных водохранилищ в основном водой из канала, а не путем сбора поверхностного стока с водосборной площади и срезки половодья.

В результате такого заполнения наливных водохранилищ вода в них аккумулируется достаточно высокого качества, так как по каналу хозяйственнопитьевого и технического водоснабжения транспортируется вода, качество которой соответствует ГОСТУ, Этим .

ГОСТом четко регламентируются важнейшие показатели качества воды, такие как плавающие примеси (вецестна), запахи, привкус, реакция РН, минеральный состав (в том числе хлориды и сульфаты), БПК, бактериальный сос15 тав, токсические химические вещества.

Таким образом, использование наливных водохранилищ н отличие от заполняемых за счет половодья и стока с

2О водосборной площади обеспечивает подачу н малые реки воды гарантированного качества, которая при смешивании с речной водой не. ухудшит, а улучшит ее качество.

25 Заполнение наливных водохранилиц водой из канала производят н период уменьшения или прекращения отъема воды водопотребителями. Такие периоды возникают, как правило, в осеннезимнее время, когда уменьшается подача воды на хозяйственно-питьевые нужды и совершенно прекращается подача воды, например, на орошение, обводнение пастбиц, лугов и полив территорий населенных мест. Практически н водоснабжаюцих каналах прекрацается отъем воды на орошение в кевегетационный период, который в Европейской части СССР и всей Северозападной и Западной Европе длится

4Р с сентября по март (6-7 месяцев н году) и н южной части СССР не менее четырех месяцен. В этот период гидротехнические сооружения, насосные станции функционируют без полной

45 нагрузки, уменьшается расход воды в канале. Уменьшение расхода воды н открытых каналах определяет соответствуюцее уменьшение скоростей движения воды н них и, как следствие, вызывает повышенное развитие гидробионтов и,следовательно,сниже-: ние качества воды. Подача воды для заполнения наливных водохранилищ улучшит ритмичность работы какала, воспрепятствует снижению качества воды н нем и будет способствовать повышению эффективности работы какала.

Подачу воды из канала и наливные нодохранилица производят по заранее устанонленному режиму работы н установленное время, та сонерше;;ко ке зависит от метеорологических, атмосферных и других природных явлений, как это имеет место при заполнении водохранилищ за счет половодья или

I стока с водосборной плошади . Нез ани763510

Синхронизация получения информации со створов реки с показателямй качества воды в наливных водохранилищах позволит автоматизировать процессы управления попусками и обеспе-., чить наиболее экономное расходование воды.

Согласно изобретению пополнение малых рек производят в период, когда в водоснабжающем канале уменьшается или прекращается отъем воды. Таким периодом для каналов, из которых производят отбор воды и. на орошение, являе ся время, когда орошение не производят, водой иэ водоснабжающега канала заполняют наливные водохранилища, устраиваемые на малых реках, находящихся в зоне влияния водоснаб жающего канала. Затем по мере необходимости из этих наливных водохранилищ малые реки пополняют попусками, расход которых определяют по соотношению: ь 9» t AKi ») — K »

" (И,-(ПИ..>)е. расход попусков нилища, м /с; расход реки н К-створе, м /c концентрация i-ингредиента в К-створе реки до попусков, кг/л; концентрация 1-ингредиента в водохранилище, мг/л; предельно допустимая концентрация i-ингредиента в: 55

К"створе, мг/л; коэффициент неконсернативности; длина реки от сбросного сооружения до К-створа, м. 60

» из водохрагде Q„

К к

Если гидрохимическая ситуация в реке показывает наличие неконсерватинных ингредиентов в пределах норм, тогда ,экспонента е становится равной единисимость заполнения наливных водохранилищ от укаэанных природных явлений во времени и объемах дает возможность устраивать наливные водохранилища значительно меньших размеров, что сни-.

I жает их стоимость и уменьшает затопление территорий.

Пополнение малых рек из наливных водохранилищ производят в зависимос) .ти от потребностей водопользонателей, гидрологических и гидрохимических характеристик реки. Расход попуска опре- 0 деляют по приведенному выше соотношению, которое учитывает санитарно-гигиеническую обстановку в реке, количественную потребность в воде водопользователей, показатели качества 15 воды в наливном водохранилище, расстояние от водовыпуска до водозабора нодопользователей. це, поскольку m„- 0 и уравнение принимает- вид:

g „((llg,K.,.,>- К";,) к ;-(пдк„,)

Система, осуществляющая изобретение, работает следующим образом.

По команде, поданной с диспетчерского пульта 20-22,включают запорные устройства на соединениях 2-4, и вода из водоснабжающего канала 1 по соединениям 2-4 поступает в соответствующие наливные водохранилища

5-7 для заполнения их до заданного уровня.

Вода, транспортируемая в водоснабжающий канал 1, по своим качественным показателям соответствует ГОСТ

17.1.3.03-77, а это значит, что поступившая в наливные водохранилища

5-7 вода имеет показатели не ниже принятых для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Наливные водохранилища заполняются водой из водоснабжающего канала в период когда в этом канале уменьшается, а некоторыми водопользонателями вовсе прекращается отъем воды. Эти периоды в режиме работы водоснабжающего., канаГ а возникают, когда прекращаются поливные работы на орошаемых землях, прекращается обноднение лугов и пастбищ, когда в осенне-зимнее время уменьшается потребление воду на коммунальные нужды и наружные работы.

Эти периоды продолжаются 5-7 месяцев, но время которых общий отъем воды из водоснабжающего канала уменьшается на 25-30%.

Со створов 11-19, на которых размещена контрольно-измерительная аппаратура, регистрирующая санитарногигиеническую обстайовку на малых реках 8-10, в частности, показатели минерализации, рН, растворенного кислорода и другие, передается информация на диспетчерский пульт 20-22. На этих пультах обрабатывается поступившая информация со створов 11-19 о гидрохимическом составе воды наливных водохранилищ и данные о размерах нодопотребления. По всем показателям и данным определяется величина попусков в реки 8-10. Величина этих по;.

1 пусков состоит из двух слагаемых:

g — расхода, необходимого для удовлетворения нужд водопользователей в количественном отношении, и

g — расхода, необходимого для разбавления речной воды с целью улучшения ее качестна и доведения загрязняющих ингредиентов до предельно допустимых концентраций.

gz отличается от g на величину

Л g. Если hg = О, тогда gi = gp.= Q„. в

Если 6 g (О, то Я„= g„. Данные санитарно-гигиенической обстановки,определяются приборами, размещенными в створах 11-19, и по линиям связи переда7á3510

10 ются на диспетчерский пульт 22-24, На диспетчерском пульте эта информация, дополненная данными гидрологической характеристики реки, показа,телями качества воды наливного водохранилища, которые должны быть не ниже ГОСТ 17.1.3.03-77. обрабатыва- 5 ются и по соотношению

-ц, g""„„((Лд,.)- K „„j

" (К (ПдК;„)1е- е определяется величина попусков. (O

После определения величины попусков с диспетчерского пульта 20-22 подают команду на управляемые водосбросные сооружения 23-25 наливных водохранилищ 5-7, открываются затворы и вода поступает в малые реки 8-10.

В результате смешения речной воды с водой, поступающей из наливных водохранилищ, увеличивается водность рек и обеспечивается заданное качество воды.

Использование предлагаемого способа пополнения малых рек по сравнению с известными даст следующий положительный эффект:

Пополнение малых рек водой водоснабжающих каналов обеспечивает населенные пункты и предприятия, находящиеся в бассейнах малых рек, водой соответствующего качестна. Это имеет особенное значение для сельских мест- 30 ностей центральных районов и юга страны, где потребность в воде будет постоянно возрастать в соответствии с огромным размахом-строительства на селе, предусматривающим приближение 35

;бытовых условий сельского населения к городскому. Это имеет большое значение в зкономическом плане, поскольку устройство водохранилищ, заполняемых водой, качество которой установлено ГОСТом, обеспечивает чистоту водоемов и малых рек и способствует развитию рыбного хозяйства и широкому использованию водохранилища и рек в рекреационных целях.

25

Формула изобретения

1. Способ, регулирования стока рек, нключающий устройство водохранилищ и заполнение их, с периодическими попусками воды н реку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения его эффективности путем увеличения водности реки и качества ноды в ней, для заполнения водохранилищ используют искусственные источники водоснабжения в периоды уменьшения или прекращения водопотребления из них, после чего осуществляют пополнение реки попусками воды из водохранилищ, расход которых определяют по формуле: .

g 4Е(ЛМи)- К, )

1к„ -(лдк;Де ° где Я вЂ” расход попускав иэ нодохра6 х .з нилищ, м /с;

Я„ — расход реки в К-створе, м /с;

К - концентрация i-ингредиента о

1К в К-створе до попусков, мг/л;

В экономическом плане пополнение

1малых рек предлагаемым .способом даст эффект н целом ряде аспектов. Для р примера рассмотрим разработанное пополнение р. Сухой ТоРец (приток второго порядка р. Сев. Донец), которое принято к внедрению и утверждено в

° составе технического проекта второй очереди канала Днепр-Донбасс. Пополнение Р. СУхой Торец,:находящейся в зоне влияния канала Днепр-Донбасс, водой из указанного канала предлагаемым способом, обеспечит водопользователей, расположенных в бассейне р.

Сухой Торец питьевой и технической водой по уровню водопотребления 1990 60 года. Подсчет экономической эффективности пополнения р. Сухой Торец только для нужд Барвенковского райо. на Харьковской области показывает годовой экономический эффект на сумм- 65 му 1200 тыс. Руб. Это лишь по одной реке без учета использования ее вод-, ных ресурсов для других видов водопользования. 3а счет резервов канала Днепр-Донбасс, когда в период сентября-марта по эпюре расходов уменьшается отъем воды на нужды орошения и другие, может быть пополнеI но. и улучшено качество воды н ряде других малых рек Донбасса, высокая минерализация нод которых н настоящее время намного ограничивает использование их водных ресурсов в народнохозяйственных целях. Пополнение этих рек за счет вод канала

Днепр-Донбасс даст значительный экономический эффект и несколько миллионов. рублей.

Анализ работы крупнейших канаЛов

СССР хозяйственно-питьевого и технического назначения показал, что в двенадцати исследованных каналах общим расходом 2000 м /с в течение

5-7 месяцев уменьшается отъем воды на 20-30%, что составляет примерно резерв воды в 15 км /год. Эта огромная масса воды может быть использована для улучшения водных ресурсов большого количества малых рек, находящихся в зоне влияния каналов. Использование таких резервон для улучшения пресноводных ресурсов страны согласно изобретению принесло бы народному хозяйству большой экономический эффект. Это следует иметь ,н виду в связи с разработкой в настоящее время межбассейноных перебросок стока Северных и Сибирских рек на Южный склон страны, а также строительства каналов Ока-Дон-Оскол, Дунай-Днепр и др.

7Ü 3510

12 (ПДК,„) . K„

m„

2. щий

Составитель Л. Ваксенбург

Редактор Е. Корина Техред Р..Олиян Корректор С. Шекмар

Заказ 6245/26 Тираж 713 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

- предельно допустимая концентрация i-ингредиента в

К-створе, мг/л; концентрация 1-ингредиента в водохранилище, мг/л;

- коэффициент неконсервативностиу

- длина реки от сбросного сооружения до K-створа, м.

Способ по п. 1, о т л и ч а юс я тем, что в качестве искусственных источников водоснабжения используют оросительные каналы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 1. Кудин С.Н. и др. Водохозяйственное строительство на малых реках.

Киев, 1977, с. 20-26.

2. Плешков Я,Ф. Регулирование речного стока, Л., Гидрометеоиэдат, )Q 1975, с. 107, 108.