Формирование структуры водохозяйственного комплекса на существующем водохранилище реки Дон

W_{вв с} = 0,3 · 0,46 = 0,108 млн. м³

- животноводство – разведение коров - :

W_{вв ж} = 0,3 · 0,876 = 0,263 млн. м³

- орошение - :

W_{вв ор} = 0,15 · 30,93= 4,64 млн. м³

- промышленность :

W_{вв пр} = 0,9 · 457,8= 412,02 млн. м³

Общий объем возвратных вод в верхнем бьефе составляет:

Σ W^ВБ _вв = 11,08 + 0,108 + 0,26+ 4,64 + 412,02= 428,11млн. м³

Нижний бьеф

- сельское коммунально-бытовое хозяйство - :

W_{вв с} = 0,3 · 0,36 = 0,108 млн. м³

- животноводство – разведение телят - :

W_{вв ж} = 0,3 · 0,13= 0,039 млн. м³

- орошение - :

W_{вв ор} = 0,15 · 30,93 = 4,64 млн. м³

- рекреация - :

W_{вв р} = 0,8 · 0,04 = 0,03 млн. м³

Общий объем возвратных вод в нижний бьеф составит:

Σ W^НБ _вв = 0,108+ 0,039 + 4,64 + 0,03 = 4,82 млн. м³ .

Определяем объемы воды, необходимые для разбавления сточных вод

W _{разб i} = К_р · W _{вв i} , (12)

Где: К_р – коэффициент разбавления;

W_{вв i} – объем возвратных вод i-го участника ВХК.

Верхний бьеф

- городское коммунально-бытовое хозяйство и рекреация: К_р = 5

W_{разб г} = 5 · 11,08 = 55,4 млн. м³

- сельское коммунально-бытовое хозяйство: К_р = 10

W_{вв с} = 10 · 0,108 = 1,08 млн. м³

- животноводство – разведение коров: К_разб = 10

W_разб = 10 · 0,263= 2,63 млн. м³

- орошение: К_р = 5

W_{разб ор} = 5 · 4,64 = 23,2 млн. м³

- промышленность: К_р = 10

W_{разб п} = 10 · 412,02= 4120,2млн. м³

Общий объем вод для разбавления в верхнем бьефе:

Σ W^ВБ _разб = 55,4+1,08+2,63+23,2+4120,2=4202,51 млн. м³

Нижний бьеф

- сельское коммунально-бытовое хозяйство: К_р = 10

W_{вв с} = 10 · 0,108= 1,08 млн. м³

- животноводство – разведение телят: К_р = 10

W_{разб пт.} = 10 · 0,039 = 0,39 млн. м³

- орошение: К_р = 5

W_{разб ор} = 5 · 4,64 = 23,2 млн. м³

- рекреация: К_р = 5

W_{разб р} = 5 · 0,03 = 0,15 млн. м³

Общий объем вод на разбавление в нижний бьеф:

Σ W^НБ _разб = 1,08+0,39+23,2+0,15= 24,8 млн. м³

Расчет объемов попусков в нижний бьеф

а) на нужды ГЭС:

W _ГЭС = , (13)

Где: Э_ГЭС – годовая выработка электрической энергии, Э_ГЭС = 172 тыс. МВт;

Н – напор на ГЭС, Н = 60 м.

W_ГЭС = = 1,2 млн. м³

б) санитарные попуски:

(14)

t_i – число секунд в году, t_i =2,63.10⁶ сек

- объемы рыбохозяйственных попусков представлены в таблице

Таблица 8 – Расчет объемов попусков в нижний бьеф по месяцам, млн.м

∑W_поп =7 5,26+515,78=115,72млн.м³

Расчет объемов первоначального потребления воды

Примем:

, (15)

, (16)

где: - годовой объем стока;

- расход расчетного гидрографа в i-м месяце;

- число секунд в месяце.

, (17)

млн. м³ .

млн. м³ ;

= 516,8+51,45+4202,51+115,72+43,85=4930,33 млн.м³

4.4.2.Приходная часть водохозяйственного баланса

W _прих = Σ W _ст + Σ W ^ВБ _возвр ,млн. м³ . (18)

W_прих = 438,58+428,11=866,69 млн.м³

Результирующая часть годового водохозяйственного баланса определяется по формуле:

ΔW = W _прих – W _расх , (19)

ΔW =866,69-4930,33= – 4063,64 млн. м³

4.4.3 Увязка годового водохозяйственного баланса

Анализ показывает, что в качестве управляющего воздействия можно будет принять оборотную систему водоснабжения на промышленных предприятиях.

Тогда в верхнем бьефе объем безвозвратного водопотребления на нужды промышленности составит:

млн. м³ .

=16,09 млн. м³ .

млн. м³ .

млн. м³ .

млн. м³ .

млн.м³

Тогда результирующая часть годового ВХБ окажется равной:

=454,68-443,89=10,78 млн. м³

Так как , то водохозяйственный баланс увязан.

Излишек воды предлагается использовать для выработки дополнительной электроэнергии на ГЭС.

Характеристика потребителей поверхностной воды после увязки приведена в таблице 9.

Таблица 9- Характеристика потребителей поверхностных вод

Все данные по расчету приходной и расходной частей ВХБ, а также данные по его увязке представлены в таблице 10.

Таблица 10 Расчет и увязка годового ВХБ, млн. м³

Статьи баланса	Без управления		I метод управления
	ВБ	НБ	ВБ	НБ
1	2	3	4	5
1.1 Поверхностный сток	438,58		438,58
1.2 Возвратные воды:
- городское к.-б. хоз-во	11,08	-	11,08	-
- сельское к.-б. хоз-во	0,108	0,108	0,108	0,108
- животноводство	0,263	0,039	0,263	0,039
- промышленность	412,02	-	0	-
- рекреация	-	0,03	-	0,03
- орошение	4,64	4,64	4,64	4,64
Итого п.1.2	428,11	4,817	16,09	-
ИТОГО по п.1	866,69		454,68
2.1 Потребление прежнее (безвозвратное)	43,85	-	43,85	-
2.2 Участники ВХК
- городское к.-б. хоз-во	13,81	-	13,81	-
- сельское к.-б. хоз-во	0,36	0,36	0,36	0,36
- животноводство	0,876	0,13	0,876	0,13
- промышленность	457,8	-	91,56	-
- рыбозавод	-	19,99	-	19,99
- рекреация	0,04	0,04	0,04	0,04
- ТЭС	13	-	13	-
- орошение	30,93	30,93	30,93	30,93
- max попуски	-	115,72	115,72
Итого по бьефам	516,8	167,17	150,58	167,17
Итого п. 2.2	683,97		317,75
2.3 Объем воды на разбавление сточных вод
- городское к.-б. хоз-во	55,4	-	55,4	-
- сельское к.-б. хоз-во	1,08	1,08	1,08	1,08
- животноводство	2,63	0,39	2,63	0,39
- промышленность	4120,2	-	0	-
- рыбозавод	-	-	-	-
- орошение	23,2	23,2	23,2	23,2
- рекреация	-	0,15	-	0,15
Итого п. 2.3	4202,51	-	82,31	-
ИТОГО по п. 2	4930,33		443,89
	-4063,64		10,79

5. Основные участники водохозяйственного комплекса, их влияния на водный объект

Коммунально-бытовое хозяйство

Доля коммунально-бытового водоснабжения в общем, водопотреблении не велика, но значение его огромно. Водоснабжение населения – важнейшая задача любого города или села.

В нашей стране принцип приоритета коммунально-бытового водоснабжения закреплен в Основах Водного Законодательства и заключается в том, что в любых условиях население должно быть обеспечено водой в первую очередь.

В водохозяйственной практике, в отношении коммунально-бытового водоснабжения, принимают самый высокий показатель обеспеченности (99% по числу бесперебойных лет).

Коммунально-бытовое хозяйство как водопотребитель имеет ряд особенностей, это, прежде всего, предъявляемые им высокие требования к качеству воды как по физическим свойствам (t, прозрачность, цветность, запах, привкус), так и по химическим показателям (кислотность, жесткость, величина сухого остатка, содержание тяжелых металлов и т.п.). Важнейшим требованием является отсутствие в воде патогенных микроорганизмов.

Для приведения качества воды в соответствие санитарно-эпидемиологическим требованиям, ее подвергают специальной обработке.

Следующей особенностью коммунально-бытового водоснабжения является достаточно равномерное потребление воды в течение года, и резко неравномерное в течение суток.

При повышении температуры воздуха потребление воды несколько возрастает, однако сезонные колебания не превышают 15-20%, в то же время суточные колебания значительны, т.к. более 70% потребляется днем. Норма хозяйственно-питьевого водоснабжения зависит от уровня благоустройства жилого фонда, населенного пункта и климатических условий.

В качестве путей экономии воды в коммунально-бытовом хозяйстве применяются:

- борьба с утечками воды;

- внедрение раздельного водопотребления для нужд коммунально-бытового водоснабжения и промышленных;

- более широкое внедрение канализации;

- повторное использование сточных вод с коммунально-бытового хозяйства на нужды промышленности;

- использование городских сточных вод для орошения земледельческих полей.

Сельскохозяйственное водоснабжение обеспечивает хозяйственно-бытовые потребности в воде сельских населенных пунктов, полевых станов, животноводческих ферм и комплексов машинно-транспортного парка. Водоснабжение сельских населенных пунктов (по сравнению с городским водоснабжением) имеет следующие особенности:

- большая часовая неравномерность;

- значительные объемы безвозвратного водопотребления;

- меньшее удельное водопотребление.

С ростом благоустройства сельских населенных пунктов, эти различия сглаживаются.

Как участник ВХК коммунально-бытовое хозяйство вступает в противоречие с такими участниками как промышленность и орошаемое земледелие, сточные воды которых неблагоприятно действуют на качество воды. Такое же влияние оказывает водный транспорт, рекреация.

Рекреация

Вода используется для отдыха и лечения населения, водного транспорта и т.д. Поэтому большую часть рекреационных учреждений располагают либо непосредственно на берегах водоемов, либо вблизи от них.

Рекреация как участник ВХК предъявляет собственные требования к уровенным режимам и качеству воды.

Рекреация на водохранилищах выступает, в основном, как водопользователь. Как водопотребитель рекреация использует воду для питьевого водоснабжения и других коммунальных нужд отдыхающих.

Высокое качество воды должно быть в бассейнах водоемов, предназначенных для купания и спортивного рыболовства. Организованные места массового отдыха на воде включают в зоны санитарной охраны.

Основное отрицательное влияние рекреационного использования водохранилищ проявляется в загрязнении водоемов при купании, водном туризме (моторные лодки и катера). Поэтому запрещают рекреационное использование водохранилищ в зонах, примыкающих к водозаборам хозяйственно-питьевого назначения, акваториям, используемым для рыборазведения и заповедных участков.

В свою очередь на рекреацию отрицательно влияют промышленное и коммунально-бытовое водоснабжение, водный транспорт, которые загрязняют водохранилища при сбросе сточных вод, а так же гидроэнергетика, в интересах которой производят суточное регулирование стока, вызывающее резкое колебание воды.

Энергетика

Электрическая энергия больше чем какая-либо отрасль народного хозяйства определяет уровень экономического развития и национального дохода общества.

ТЭС используют электроэнергию, получаемую за счет сжигаемого органического топлива (нефть, уголь, газ и пр.). ГЭС занимает одно из ведущих мест в гидроэнергетике, энергия, вырабатываемая ГЭС имеет низкую себестоимость. Маневренность ГЭС позволяет использовать их в качестве резерва энергосистемы.

На современном этапе гидроэнергетика выступает как сопутствующий компонент ВХК, интересы которого сочетаются, а иногда и полностью подчиняются режиму, удовлетворяющему требования других участников ВХК.

Часть гидроэнергетических ресурсов рек, которую можно использовать, создавая современные гидроэлектростанции, составляет технический гидроэнергетический потенциал рек.

Увеличение выработки электроэнергии ГЭС, а следовательно экономия водных ресурсов может быть достигнута за счет организационных и технических мероприятий, направленных:

- на улучшение среднесуточного КПД;

- снижение потерь напора, в частности в подводящих сооружениях: каналах, трубопроводах, в турбинных водоводах, на сороудерживающих решетках;

- уменьшение потерь расхода.

Промышленность

В системе водного хозяйства промышленность выступает как один из крупнейших потребителей воды, предъявляющий различные требования к ее качеству и количеству.

Для промышленного водопотребления характерны большие объемы водопотребления и водоотведения; незначительный процент безвозвратного водопотребления; значительная зависимость водозабора от технологии производства и системы водоснабжения; разнообразия функций использования воды; равномерность потребления воды в течение года; высокий удельный вес в загрязнении источников воды.

Промышленность – один из наиболее ответственных потребителей, требующих высокой надежности подачи воды. Расчет обеспеченности водоподачи для промышленности составляет 95-97% (по числу бесперебойных лет). Промышленное водоснабжение базируется на использовании речного стока. Поэтому высокую надежность водоснабжения может обеспечить только регулирование стока. Требования промышленного водоснабжения к режиму уровней водохранилищ комплексных гидроузлов аналогичны требованиям КБХ. Промышленные стоки ухудшают качество воды в водохранилище. Большой удельный вес в загрязнении воды имеют сточные воды предприятий нефтяной, металлургической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности.

Для уменьшения вредного воздействия сточных вод, необходимо совершенствование методов очистки. Однако даже совершенные очистные сооружения не обеспечивают полную охрану окружающей среды от негативного влияния промышленных стоков. Поэтому более перспективно уменьшение водоотведения, а, следовательно, и уменьшение загрязнения водных объектов.

На объемы воды, используемые в промышленности, большое влияние оказывают схемы водоснабжения.

Объем безвозвратного водопотребления зависит от функции воды в промышленности и системы водоснабжения.

Уменьшение объема сточных вод возможно при оборотном и повторном водоснабжении. Эти системы водоснабжения – элементы безотходной технологии, а, следовательно, рационального использования ресурсов и бережного отношения к природе.

Применение бессточных технологий – один из путей экономии свежей воды в промышленности. Внедрение бессточных технологий устраняет загрязнение водоемов сточными водами. Исчезает необходимость разбавления сточных вод.

Для промышленных целей рационально использование не только очищенных сточных вод, но и морских вод в прибрежных районах. Стимулом для снижения водопотребления, внедрения прогрессивных технологий и систем водоснабжения послужило внедрение платы за воду.

Рыбное хозяйство

Внутренние моря, реки, озера, водохранилища России богаты ихтиофауной. В них производится более 90% мировых запасов осетровых и более 60% лососевых.

При регулировании рек каскадами водохранилищ условия воспроизводства рыб, резко изменяются. Преграждаются пути миграции их на нерестилище и обратно при скате рыбной молоди в месте нагула, сокращаются ареалы обитания и площади нерестилищ в верхних бьефах, изменяются температурные и уровенные режимы нижних бьефов, усыхают дельтовые протоки, сокращаются паводковые расходы, обеспечивающие обводнение нерестилищ в низовьях рек для полупроходных рыб. Рыба очень требовательна к качеству воды. Даже небольшие залповые сбросы неочищенных вод предприятий пищевой, химической и другой промышленности, животноводческих комплексов, а также смывы удобрений и ядохимикатов с полей приводят к массовой гибели рыбы.

Губительно действует на рыбу и кислородная недостаточность воды, вызванная окислением органики, поступающей со сточными водами или в результате интенсивного развития, а затем отмирания сине-зеленых водорослей и водной растительности.

Для создания благоприятных условий обитания в прудах, водоемах, на нерестилищах и путях миграции рыбы осуществляют паводковые попуски воды из водохранилищ для регулирования водного, солевого и гидробиологического режимов морей и озер.

Создание водохранилищ дает новые огромные водные пространства, которые могут и должны использоваться для разведения рыбы. Однако, для этого еще при строительстве необходимо провести специальные рыбохозяйственные мероприятия: расчистку ложа водохранилища от леса и кустарника, мелиорацию нерестилищ, строительство рыбоводных заводов. Строительство водохранилищ на реках резко изменяет ихтиологические условия. Вместо быстротекущих рек образуются слабопроточные водоемы, изменяются уровенные и температурные режимы. Это приводит к смене видового состава рыб.

Значительный ущерб рыбному хозяйству наносят водозаборные сооружения, необорудованные рыбозащитными устройствами. Крупные насосные станции оросительных систем засасывают вместе с водой огромное количество рыбной молоди.

Рыбозащитные сооружения предупреждают попадание рыб в опасные для них зоны гидроузлов и в различные водозаборы.

Орошение

Интенсивный рост населения происходит одновременно со снижением пахотных земель. Необходимость обеспечения населения продуктами питания требует развития интенсивных способов животноводства и выращивания сельскохозяйственных культур. Но интенсивное развитие орошения все больше сдерживается нехваткой водных ресурсов.

Большое значение оросительные мелиорации имеют в развитии комплексных мелиораций в нашей стране. Оросительные системы, снабженные устройствами для подачи удобрений с оросительной водой, системами мелкодисперсного дождевания, для борьбы с заморозками и суховеями, могут существенно увеличить продуктивность орошаемых земель и увеличить плодородие почв.

Включение оросительной мелиорации в состав участников ВХК не всегда очевидно по ряду причин. С одной стороны, режим водопотребления растениями зависит от погодных условий, с другой стороны, урожайность орошаемого поля зависит и от теплового и питательного режимов, своевременности проведения агротехнических мероприятий и т.д. Т.о., включение орошения в состав участников ВХК должно быть обосновано с учетом стохастической природы основных факторов и особенно водного.

Животноводство

В животноводстве водопотребление зависит от вида поголовья, условий его содержания и степени технической оснащенности ферм.

Сточные воды промышленных животноводческих комплексов делятся на хозяйственно-бытовые, производственные и жидкий навоз. Эффективными способами их утилизации является орошение кормовых культур. Использование животноводческих стоков возможно только после соответствующей технологической водоподготовки.

Вода, используемая для нужд животноводства в основном должна удовлетворять тем же требованиям, что и для хозяйственно-питьевого водоснабжения. По некоторым показателям (цветность, прозрачность, запах) требования к воде, используемой в животноводстве, могут быть несколько снижены.

6. Экономическое обоснование принятой структуры ВХК

6.1 Расчет экономической эффективности принятой структуры ВХК без учета комплексных затрат.

Окончательное решение о структуре ВХК можно принять после определения коэффициента общей экономической эффективности ВХК:

, (20)

где – суммарная стоимость продукции всех участников ВХК;

- стоимость продукции j-го участника ВХК, зависящая от объема водопотребления;

С_ВХС – годовые издержки при эксплуатации ВХК;

К_ВХК – суммарные капиталовложения в создание ВХК.

, , (21)

где , - ежегодные издержки и капитальные вложения на строительство и эксплуатацию комплексных сооружений;

, - ежегодные издержки и капитальные вложения на строительство и эксплуатацию водохозяйственных сооружений j-го участника ВХК.

Расчет затрат

- на строительство и эксплуатацию комплексных сооружений:

, (22)

где , - удельные затраты на строительство плотины и на водохранилище (подготовка ложа водохранилища и компенсация ущербов);

руб./кВт; коп./м³ ;

- установленная мощность на ГЭС:

, (23)

МВт;

- дополнительный объем водохранилища:

млн. м³ .

млн. руб.

Комплексные ежегодные издержки подсчитываются по формуле:

, (24)

где - коэффициент, .

млн. руб.

- затраты на строительство и эксплуатацию отраслевых сооружений:

а) коммунально-бытовое хозяйство, рекреация, животноводство., (25)

где - суточные объемы водопотребления на нужды городского и сельского коммунально-бытового водоснабжения, животноводства и рекреации;

29-04-2015, 00:52