Формирование водохозяйственного комплекса и обосновывающие водохозяйственные расчёты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формирование водохозяйственного комплекса и обосновывающие водохозяйственные расчёты

Москва 2013



Содержание

Введение

1. Водохозяйственный комплекс (ВХК)

2. Оценка располагаемых водных ресурсов

2.1 Анализ водных ресурсов

2.2 Определение необходимого объёма воды водопотребителям и водопользователям

3. Водохозяйственный баланс (ВХБ).

3.1 Увязка ВХБ. Методы регулирования водными ресурсами

4. Месячный ВХБ

5. Оптимизация водораспределения между участниками ВХБ

5.1 Определение объёма воды на распределение

5.2 Построение производственных функций участников ВХК II приоритета

5.3 Определение функции затрат

6.Экологическая оценка создания водохранилища

Список литературы



Введение

С ростом населения Земли появилась необходимость регулирования речного стока. В современное время, с появлением больших городов, мегаполисов, ростом научно-технического прогресса, человек не может обойтись без стабильной работы водопроводных сетей, канализации, электричества и т.д. Также, по тем или иным причинам, мы всё чаще сталкиваемся с нехваткой и низким качеством воды в регионах страны (а также за рубежом). Комплексное использование водных ресурсов помогает решить эти вопросы максимально качественно и с наименьшими затратами. Цель данной работы осветить основные вышеизложенные и другие проблемы на примере формирования водохозяйственного комплекса в формирующемся городе N, расположенном на реке N.

водохранилище баланс водохозяйственный затрата



1. Водохозяйственный комплекс (ВХК)

ВХК (согласно ГОСТ 19185-73) - совокупность различных отраслей народного хозяйства, совместно использующих водные ресурсы одного водного бассейна.

При обосновании ВХК необходимо учитывать три связанные между собой области:

- природную (обусловливает возможности функционирования и развития ВХК, определяет положительные и отрицательные стороны его влияния на окружающую среду);

- экономическую (учитывает интересы всех затрагиваемых отраслей и отдельных водопользователей, её задачи заключаются в максимизации экономического эффекта и минимизации ущерба при нехватке воды; эта область позволяет объективно распределить суммарные капиталовложения и издержки);

- техническую (определяет системы взаимосвязанных технических решений, сооружений и мероприятий, обеспечивающих действие ВХК в конкретных местных условиях).

ВХК должен обеспечить наибольшую экономическую эффективность для народного хозяйства в целом, а не для какой-либо отдельной отрасли; не допускать вредного воздействия на окружающую среду. Сооружения участников ВХК должны способствовать охране вод от загрязнения; обеспечить достаточно простую и надежную эксплуатацию участникам или компонентам ВХК.



2. Оценка располагаемых водных ресурсов

2.1 Анализ водных ресурсов

Для определения объёма воды, поступающего в бассейн реки за год, определяем объём речного стока, приходящий за каждый месяц расчётного маловодного года () с учётом потерь (. Результаты сводим в табл.2.1.

Табл.2.1 Определение поступающего объёма воды в бассейн реки N

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
	0,41	0,3	2,12	4,49	0,94	0,74	0,56	0,54	0,47	0,47	0,50	0,46
Qi, м3/с	6,15	4,5	31,8	67,35	14,1	11,1	8,4	8,1	7,05	7,05	7,5	6,9
, млн. м3	15,94	11,66	82,43	174,57	36,55	28,77	21,77	21,0	18,27	18,27	19,44	17,88
, млн. м3	15,14	11,08	78,31	165,84	34,72	27,33	20,69	19,95	17,36	17,36	18,47	16,99

где: относительная ордината гидрографа расчётного маловодного года (бланк задания):

расход реки в i-й месяц,

среднегодовой расход реки,

объём речного стока, приходящий за i-й месяц,

где: -количество секунд в месяце при ,

объём речного стока с учётом потерь,

где: коэффициент потерь,

Суммируя, определяем годовой объём речного стока:

Учитывая потери:

2.2 Определение необходимого объёма воды водопотребителям и водопользователям

Объём водопотребления

- Объём водопотребления городского коммунально-бытового хозяйства:

где: временной коэффициент,

/(сут.чел.) /(сут.чел.), централизованное водоснабжение холодной и горячей водой, канализация с централизованным отоплением;

численность городского населения,

КПД системы водоснабжения,

- Объём водопотребления сельского коммунально-бытового хозяйства:

где: временной коэффициент,

норма водопотребления на 1 сельского жителя,

л/(сут /(сут.чел)подвод воды к сельским домам;

численность городского населения,

КПД системы водоснабжения,

- Объём водопотребления промышленности:

где: временной коэффициент,

норма водопотребления на 1 т продукции,

/

планируемый объём выпускаемой продукции,

КПД системы водоснабжения,

- Объём водопотребления животноводческого комплекса:

где: продолжительность расчётного периода,

норма водопотребления на 1 голову,

л/(сут /(сут.гол)

численность поголовья,

КПД системы водоснабжения,

- Объём водопотребления рекреационной зоны:



где: средняя продолжительность отдыха,

норма водопотребления,

л/(сут /(сут.чел)

численность отдыхающих,

КПД системы водоснабжения,

- Объём водопотребления на орошение (растениеводство):

где: расчётный период орошения,

площадь орошения,

оросительная норма, /

КПД системы орошения,

- Объём водопотребления энергетического комплекса:

При равномерной в течение года выработке электроэнергии, требуемый годовой объём воды на ТЭС и ГЭС определяется по формулам:

где: установленная мощность ТЭС, ;

норма водопотребления на 1 кВт мощности, /кВт;



где: суммарная энергия, вырабатываемая на ГЭС за час,

напор на ГЭС,

коэффициент, учитывающий ускорение свободного падения, плотность воды и коэффициент полезного действия агрегата ГЭС (турбин и генератора).

Объём водопользования:

- ГЭС:

- Водный транспорт. На перспективный период требуется предусмотреть возможность судоходства в нижнем течении реки (обеспечение необходимых для прохода судов глубин, которые определяются объёмами попусков воды в НБ в течение навигационного периода (в данной работе: май-август)). Расчёт сводим в табл.2.2.:

Табл.2.2 Расчёт объёма водопотребления водным транспортом

Месяцы	V	VI	VII	VIII	Итого
Режим	3		3	3
	13,5	18,0	13,5	13,5
	35,0	46,66	35,0	35,0	=151.66

где: минимальный расход реки за расчётный год:

, (табл. 2.1.);

судоходный расход воды,

объём попусков воды в НБ для водного транспорта,

количество секунд в месяце при :

Суммируя, определяем годовой объём водопотребления водным транспортом: ;

- Рыбное хозяйство. В целях улучшения экологического состояния реки на перспективный период предусматриваются специальные рыбохозяйственные попуски (март-август), которые позволят улучшить условия нереста рыбы, обитающей в рассматриваемой реке. Расчёт представлен в табл.2.3.:

Табл.2.3 Расчёт объёма водопотребления рыбным хозяйством

Месяцы	III	IV	V	VI	VII	VIII	Итого
Режим п-в	3		3	2	2
	13,5	18,0	13,5	9,0	9,0	4,5
	35,0	46,66	35,0	23,33	23,33	11,66	=174.98

где: расход, который попускается в нижний бьеф в соответствии с режимом попус- ков воды на рыбное хозяйство:

объём попусков воды в нижний бьеф водного транспорта за i-тый месяц:

;

количество секунд в месяце при ,

- Санитарные попуски. Минимальный объём воды, обеспечивающий соблюдение нормативов качества воды и благоприятные условия водопользования в нижнем бьефе водохранилища, равен:



где: объём санитарных попусков за 1 месяц:

количество секунд в месяце при ,

расчётный период сан. попусков,

Расчёт возвратных вод от водопотребителей и определение объёма вод на их разбавление (табл.2.4.):

Табл.2.4 Расчёт объёма возвратных вод от водопотребителей и определение объёма вод на их разбавление

Участники ВХК	Объем полного водопотребления, млн.	Возвратные воды	Воды на разбавление
ГКБХ	11,29	0,90	10,16	10	101,60
СКБХ	0,85	0,60	0,51	10	5,10
Промышленность	126,30	0,90	113,67	20	2 273,40
Животноводческий комплекс	0,32	0,70	0,22	20	4,40
Орошение земель	60,0	0,20	12,0	8	96,0
Рекреация	0,22	0,90	0,20	7	1,40
Итого

где: объём полного водопотребления каждого из водопотребителей (пункты 1…7);

коэффициент возвратных вод;

объём возвратных вод:

объём, требующейся на разбавление возвратных вод



3. Водохозяйственный баланс (ВХБ)

Водохозяйственный баланс (ВХБ) - соотношение между нормативными и фактически используемыми объёмами воды из источников водоснабжения и объёмами отводимых сточных вод и фактическим водопотреблением.

ВХБ способствует составлению согласованных планов использования водных ресурсов, облегчает исследование сложившихся и ожидаемых пропорций в направлении их использования.

ВХБ выступает как один из источников исходной информации при планировании и эксплуатации объектов водного хозяйства и является основополагающим при экономической оценке рационального использования водных ресурсов и при введении платы за воду.

Уравнение ВХБ для данного расчётного случая:

где: объём воды, поступающий в бассейн рассматриваемого участка и представленный естественными водными ресурсами, использование которых экономически целесообразно на данном этапе развития производственных сил:

потребности в воде всего комплекса водопотребителей (ГКБХ, СКБХ, промышленность, орошение, животноводство, рекреация, ТЭС) и водопользователей (гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хоз-во):



где: объём полного водопотребления всеми участниками ВКХ:

объём воды на разбавление вод возврата:

суммарный объём попусков в нижний бьеф:

объём переброски.

Подставляя известные значения, получим:

Вывод: т.к. то мы имеем дефицит водных ресурсов, следственно, необходимы методы управления водохозяйственной системой, позволяющие получить



3.1 Увязка ВХБ. Методы регулирования водными ресурсами

В результате предварительного расчёта ВХБ получился отрицательным - имеется дефицит водных ресурсов. Необходимо использовать методы управления водными ресурсами в условиях дефицита:

- методы экономии воды;

- методы перераспределения водных ресурсов;

- методы ограничения водопотребления.

Увязку ВХБ проводим в табличной форме (табл.3.1.):

Табл. 3.1 Увязка ВХБ методами управления ВХС

№,п/п	Мет. упр-я Ст. баланса	Без управления	I	II	III	IV	V	VI	VII	ВХБ
1	Приходная часть
1.1	Речной сток
1.2	Возвратные воды
	ГКБХ	10,16	10,16	0	0	0	0	0	0	0
	СКБХ	0,51	0,51	0,51	0,51	0,51	0,51	0,51	0,51	0,51
	Промыш-ть	113,67	0	0	0	0	0	0	0	0
	Животноводство	0,22	0,22	0	0	0	0	0	0	0
	Орошение	12,0	12,0	12,0	7,91	4,99	0	0	0	0
	Рекреация	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
	Итого по п. 1.3.	136,76	23,09	12,71	8,62	5,73	0,71	0,71	0,71	0,71
Итого приходной части	579,98	466,31	455,93	451,84	448,95	443,93	443,93	443,93	443,93
2	Расходная часть
2.1	Водопотребление
	ГКБХ	11,29	11,29	11,29	11,29	11,29	11,29	11,29	11,29	11,29
	СКБХ	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85
	Промыш-ть:	126,30	6,30	6,30	6,30	6,30	6,30	6,30	6,30	6,30
	Животноводство	0,32	0,32	0,32	0,32	0,32	0,32	0,32	0,32	0,32
	Орошение	60,0	60,0	49,62	29,19	14,59	14,59	14,59	14,59	14,59
	Рекреация	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22
	ТЭС	2,90	2,90	2,90	2,90	2,90	2,90	0,29	0,29	0,29
	Итого по п. 2.1.	198,98	81,88	71,50	51,08	36,47	36,47	33,86	33,86	33,86
2.2	Макс.попуски	736,56	736,56	736,56	736,56	736,56	736,56	736,56	368,32	403,57
2.3	Вода на разбавление
	ГКБХ	101,60	101,60	0	0	0	0	0	0	0
	СКБХ	5,10	5,10	5,10	5,10	5,10	5,10	5,10	5,10	5,10
	Промыш-ть	2 273,40	0	0	0	0	0	0	0	0
	Животноводство	4,40	4,40	0	0	0	0	0	0	0
	Орошение	96,0	96,0	96,0	63,31	39,95	0	0	0	0
	Рекреация	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40	1,40
	Итого по п. 2.3.	2 481,90	208,5	102,50	69,81	46,75	6,50	6,50	6,50	6,50
Итого расх. части	3 417,44	1026,94	910,56	857,45	819,48	779,53	776,92	408,68	443,93
ВХБ	-2 837,46	560,63	454,63	405,61	375,55	335,56	-333,0	35,25	0

Метод введения оборотного водоснабжения в промышленности

Прямоточную систему водоснабжения заменяем на систему оборотного водоснабжения (в данной работе используем градирни в качестве системы охлаждения технической воды при производстве синт. каучука, когда предполагается постоянное охлаждение теплообменного оборудования).

Таким образом, объём водопотребления снизится до величины:

Тогда в возвратных водах и водах на разбавление в промышленном предприятии не будет нужды:

Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.

следственно, дефицит водных ресурсов сохранился. Переходим к следующему методу управления.

Метод введения повторного водоснабжения в орошение

В этом методе прямоточная система водоснабжения заменяется повторной. При этом используются сточные воды ГКБХ и животноводства, наиболее пригодные для данного метода, т.к. содержат меньшее количество вредных для растениеводства веществ. Использованные сточные воды подаются на орошение солевыносливых культур растений, а затем, после очистки, сбрасываются.

При орошении с/х полей возвратными водами учитываем следующее условие:

Суммарный объём возвратных вод для орошения ЗПО равны:

Проверим условие:

Тогда требуемый объём воды на орошение будет равен:

Тогда в возвратных водах и водах на разбавление в ГКБХ и животноводстве не будет нужды:

Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.

сохранился дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.

Метод борьбы с потерями в орошении

В данном методе КПД в орошении повышается до в силу модернизации конструкции и улучшения эксплуатации оросительных систем. Метод распространяется на часть орошаемых земель (исключая , орошаемое возвратными водами ГКБХ и животноводства):

где: площадь земледельческих полей орошения:

Таким образом, возвратные воды и воды на разбавление изменятся, т.е.:

Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.

дефицит водных ресурсов сохранился.

Ограничение водопотребления методом ранжирования целей

По умолчанию оросительная норма для орошения принята биологически оптимально (в связи с выпадением осадков, температурным режимом). В данном методе сокращаем норму орошения, которая рассчитана на наихудшие условия. Согласно данному методу принимаем новую, биологически оптимальную, норму орошения:

.

Тогда требуемый объём воды на орошение будет равен:

Таким образом, возвратные воды и воды на разбавление изменятся, т.е.:

Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.

сохранился дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.

Метод переноса площадей орошения в нижний бьеф

В данном методе орошаемые земли переносятся в нижний бьеф.

Требуемый объём воды на орошение останется прежним, изменится только место его забора, т.е.:

Тогда возвратные воды и воды на разбавление перестанут быть нужными:

Полученные данные вносим в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.

сохраняется дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.

Метод введения оборотной системы водоснабжения ТЭС

В данном методе прямоточная система водоснабжения ТЭС охладителей. В этом случае объём воды из водохранилища забирается исходя только из производственных потерь воды (10%) и станет равным:

сохранился дефицит водных ресурсов. Переходим к следующему методу управления.

Метод введения комплексного попуска

В данном методе вводим комплексное использование водных ресурсов, т.е. осуществляем попуски в нижний бьеф не по потребности каждого водопотребителя в сумме, а максимальный попуск, необходимый в определённый месяц.

Расчёт ведём в табличной форме (табл.3.2).:

Табл. 3.2 Определение комплексного попуска в нижний бьеф

Время мес.	Сан. поп-ки , млн. м3	Попки млн. м3	Поп-ки на рыб. хоз-во млн. м3	П-ки на вод. тр-т млн. м3	Макс. поп-ки млн. м3	Компл. поп-к , млн. м3
I	11,66	22,50	0	0	34,16	22,50	25.43
II	11,66	22,50	0	0	34,16	22,50	25.43
III	11,66	22,50	35,00	0	69,16	35,00	37.93
IV	11,66	22,50	46,66	0	80,82	46,66	49.68
V	11,66	22,50	35,00	35,00	104,16	35,00	37.93
VI	11,66	22,50	23,33	46,66	104,16	46,66	49.59
VII	11,66	22,50	23,33	35,00	92,49	35,00	37.93
VIII	11,66	22,50	11,66	35,00	80,82	35,00	37.93
IX	11,66	22,50	0	0	34,16	22,50	25.43
X	11,66	22,50	0	0	34,16	22,50	25.43
XI	11,66	22,50	0	0	34,16	22,50	25.43
XII	11,66	22,50	0	0	34,16	22,50	25.43
Сумма	139,92	270,00	174,98	151,66	736,57	368,32	403.57

где: санитарные попуски в нижний бьеф за каждый месяц, (п.2.2.);

попуски ГЭС, (п.2.2.);

попуски на рыбное хозяйство за каждый месяц в период водопользования (табл.2.3.);

попуски на водный транспорт за каждый месяц в период водопользования (табл.2.2.).

максимальные попуски воды в нижний бьеф по месяцам,

Таким образом, мы получаем суммарный комплексный попуск в нижний бьеф и вносим его в табл.3.1. и проверяем уравнение ВХБ.



ВХБ комплекса имеет положительный результат, дополнительные методы управления не требуются.

Сравниваем приходящую и уходящую части баланса путем добавления приходного невостребованного объёма воды к объёмам полезных попусков, тогда суммарные попуски будут равны:

Полученные данные вносим в табл.3.1.

водохозяйственный баланс достигнут.

4. Месячный ВХБ

Составляем месячный ВХБ, представленный в табл.4.1:

Табл.4.1 Ежемесячное распределение водных ресурсов между участниками ВХК

Месяц	Приходная часть ВХБ	Расходная часть ВХБ	Результат ВХБ, ВХБ,
			Возвратные воды ,	Итого приходная часть ВХБ,	Водопотребление ,	Разбавление ,	Итого расходная часть баланса,
			,
I	15.14			0.05				0.02	15.21	0.95	0.08	0.03	0.53		0.02	0.03	25.43		0.43				0.12	27.62	-12.41	-12.41
II	11.08			0.04				0.01	11.13	0.94	0.07	0.01	0.47		0.01	0.02	25.43		0.37				0.08	27.4	-16.27	-28.68
III	78.31			0.05				0.02	78.38	0.94	0.07	0.03	0.53		0.02	0.03	37.93		0.43				0.12	40.1	38.28	+9.60
IV	165.82			0.04				0.01	165.87	0.94	0.07	0.02	0.53		0.01	0.02	49.68		0.43				0.12	51.82	114.05	+123.65
V	34.72			0.04				0.02	34.78	0.94	0.07	0.03	0.53	1.46	0.02	0.02	37.93		0.43				0.12	41.55	-6.77	+116.88
VI	27.33			0.04				0.02	27.39	0.94	0.07	0.03	0.53	5.10	0.02	0.02	49.59		0.43				0.12	56.85	-29.46	+87.42
VII	20.69			0.05				0.02	20.76	0.94	0.07	0.03	0.53	5.10	0.02	0.03	37.93		0.43				0.12	45.2	-24.44	+62.98
VIII	19.95			0.04				0.01	20.00	0.94	0.07	0.02	0.53	2.93	0.02	0.02	37.93		0.43				0.12	43.01	-23.01	+39.97
IX	17.36			0.04				0.02	17.42	0.94	0.07	0.03	0.53		0.02	0.02	25.43		0.43				0.12	27.59	-10.17	+29.80
X	17.36			0.04				0.02	17.42	0.94	0.07	0.03	0.53		0.02	0.02	25.43		0.43				0.12	27.59	-10.17	+19.63
XI	18.47			0.04				0.01	18.52	0.94	0.07	0.03	0.53		0.02	0.03	25.43		0.43				0.12	27.6	-9.08	+10.55
XII	16.99			0.04				0.02	17.05	0.94	0.07	0.03	0.53		0.02	0.03	25.43		0.43				0.12	27.6	-10.55	0
год	443.22			0.51				0.20	443.93	11.29	0.85	0.32	6.30	14.59	0.22	0.29	403.57		5.10				1.40	443.93	0

где: объём стока в в каждом месяце расчётного маловодного года с учётом потерь;

объём переброски стока в случае нехватки водных ресурсов;

объём возвратных вод, распределенных в равном объёме в каждом месяце расчётного маловодного года;

объём водопотребления распределённый равномерно между всеми участниками ВКХ в каждом месяце расчётного маловодного года;

Размещено на http://www.allbest.ru/

месячный водохозяйственный баланс,

По результатам таблицы строим график баланса ВХК, представленный на рис.4.1.

Рис. 4.1 График баланса ВХК

Из рис. 4.1. видно, что полезный объём водохранилища составляет: .



5. Оптимизация водораспределения между участниками ВХК

Распределив годовой и месячный сток между участниками ВХК, ищем новые пути для более рентабельного пользования водных ресурсов водопотребителями и водопользователями.

5.1 Определение объёма воды на распределение

Объём, подлежащий распределению, равен:

где: приходная часть объёма воды:

где: объём годового речного стока;

объём возвратных вод СКБХ и рекреации:

объём воды, потребляемый участниками ВХК первого приоритета:

.

Таким образом, объём, подлежащий распределению,

5.2 Построение производственных функций участников ВХК II приоритета

1. В качестве участников ВХК рассматриваем: гидроэнергетику и орошаемое земледелие.

2. Распределение воды между участниками ВХК принимаем во всём объёме:

3. Рассматриваем пять вариантов распределения объёма воды на распределение между гидроэнергетикой и орошаемым земледелием, табл.5.2.:

Табл.5.2 Варианты распределения объёмов воды между участниками ВХК

Вар-ты Участки	I	II	III	IV	V
ГЭС
Орош. земледелие

4. Производственные функции участников ВХК:

- для гидроэнергетики:



где: выработка ГЭС в -м варианте распределения;

потребный объём воды на ГЭС в -м варианте распределения;

напор на ГЭС,

коэффициент, учитывающий ускорение свободного падения, плотность воды и коэффициент полезного действия агрегата ГЭС (турбин и генератора);

- для орошаемого земледелия:

где: орошаемая площадь в -м варианте распределения;

потребный объём воды на орошение в -м варианте распределения;

КПД орошения,

оросительная норма, (согласно четвёртому методу управления).

Пользуясь двумя вышеприведёнными формулами, определим производственные функции участников ВХК II приоритета. Расчёт сводим в табл.5.3.:



Табл.5.3 Производственные функции участников ВХК

Вар-ты Участки	I	II	III	IV	V
,
тыс.	25,76	19,32	12,88	6,44	0
,
,	0	39,42	78,83	118,25	157,67

На основании табл.5.3. строим графики зависимости и , представленные на рис. 5.3.:

Рис.5.3 Графики зависимости и

5.3 Определение функции затрат

При проектировании водохозяйственных систем экономические расчёты проводят для:

- определения структуры ВХК;

- выбора параметров объектов ВХК;

- определения экономической эффективности принятого варианта ВХК;

- распределения затрат между отраслями - участниками ВХК;

- обоснования эффективности водоохранных мероприятий.

Задача повышения экономической эффективности имеет важное значение, т.к. ВХК представляет собой систему капиталоёмких мероприятий, осуществляемых достаточно продолжительное время в интересах многих отраслей народного хозяйства.

Общие затраты на распределение водных ресурсов между гидроэнергетикой и орошаемым земледелием в каждом варианте распределения находятся по формуле:

где: затраты гидроэнергетики в каждом варианте распределения воды;

затраты орошения в каждом варианте распределения воды;

вариант распределения.

1. Затраты на ГЭС.

В качестве энергоустановки, заменяющей ГЭС, применяем тепловую электростанцию.

При этом необходимо соблюдение следующих условий:

- соблюдение балансов мощности и энергии в энергосистеме;

- учёт специальных функций ГЭС в энергосистеме как высокоманевренной установки (как правило, работа в пике графика нагрузки, следственно, заменяющая ТЭС должна обладать схожими характеристиками выработки электроэнергии с ГЭС);

- обеспечение одинаковой надежности энергоснабжения.

Затраты на ГЭС в каждом варианте распределения водных ресурсов находятся по следующей формуле:



где: затраты на основную составляющую гидроэнергетики при к-том варианте распределения воды:

где: мощность ГЭС при к-том варианте распределения воды:

где: выработка ГЭС в -том варианте распределения воды;

время работы ГЭС (принимаем 5500 ч из условия работы на 1/3 в пике и полупике графика нагрузки энергосистемы).

удельные затраты на получение 1кВт мощности на ГЭС,руб/кВт

нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности,

коэффициент, показывающий отношение ежегодных издержек к капитальным вложениям на ГЭС,

затраты на дополнительную составляющую гидроэнергетики (ТЭС) при к-том варианте распределения водных ресурсов:

где: мощность ТЭС при к-том варианте распределения водных ресурсов:



где: мощность ГЭС при целевом использовании (максимальная мощность);

коэффициент эквивалентности для мощности, (Юшманов О.Л. (КИОВР, 1985, с.196));

удельные затраты для получения 1 кВт мощности на ТЭС, руб/кВт

нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности,

коэффициент, показывающий ежегодные капитальные вложения на ТЭС,

удельный расход топлива на производство 1 кВтч электроэнергии, г/кВт

стоимость 1 тонны условного топлива (включая добычу и транспортировку), руб/т

выработка электроэнергии на заменяющем варианте:

где: коэффициент эквивалентности для выработки электроэнергии, .

Вышеприведенный расчёт затрат на ГЭС сводим в табл.5.4:



Табл.5.4 Определение функции затрат на ГЭС

№ варианта			тыс. кВт	тыс. руб.		тыс. кВт	млн. руб.	млн. руб.
I	278,24	25,76	4,68	126,36	0	0	0	0,126
II	208,68	19,32	3,51	94,77	6,76	1,29	1,17	1,26
III	139,12	12,88	2,34	63,18	13,52	2,57	2,34	2,40
IV	69,56	6,44	1,17	31,59	20,29	3,86	3,52	3,55
V	0	0	0	0	27,05	5,15	4,69	4,69

Затраты на орошение

В качестве заменяющего варианта рассматриваем богарное земледелие. Многие сорта сельскохозяйственных культур, возделываемых в богарных системах, адаптированы к тому, чтобы использовать влагу, содержащуюся в корневой зоне. Богарные системы можно усовершенствовать, например, использованием в севообороте растений с глубокой корневой системой, адаптируя культуры к развитию более глубокого укоренения, увеличивая потенциал почвы к сохранению влаги, улучшая водопроницаемость почвы и минимизируя поверхностное испарение использованием органической мульчи. Перехват поверхностного стока с прилегающих незасеянных земель также может продлить сроки доступности почвенной влаги.

Повышение производительности богарного сельского хозяйства во многом зависит от усовершенствования всех аспектов растениеводства. Такие факторы, как вредители и ограниченная доступность питательных веществ почвы, могут уменьшить урожай больше, чем доступность воды сама по себе. Принципы ограниченной обработки почвы, органического мульчирования и использование природного и управляемого биоразнообразия являются основоположными для рационализированного земледелия.

При данных условиях распределения воды определяем затраты на орошение:



где: основные затраты на орошение в к-том варианте распределения воды:

где: удельные затраты на организацию орошаемого участка,

руб/год;

основная площадь орошаемого участка при к-м варианте распределения воды.

затраты на богарное земледелие с учётом к-го варианта распределения воды:

где: удельные затраты на дополнительном участке,

руб/год;

площадь земель под богар при к-том варианте распределения воды:

Приведённый выше расчёт сводим в табл.5.5:



Табл.5.5 Функции затрат на орошение

№ варианта			млн.руб.		млн.руб.	млн.руб.
I	0	0	0	157,67	18130,0	18130,0
II	69,56	39,42	20300,0	118,25	13600,0	33900,0
III	139,12	78,83	40600,0	78,83	9070,0	49670,0
IV	208,68	118,25	60900,0	39,42	4530,0	65430,0
V	278,24	157,67	81200,0	0	0	81200,0

Окончательный выбор варианта распределения воды

На основании функций затрат в гидроэнергетике и орошении выбираем наилучший вариант распределения. Имеющиеся варианты сводим в табл.5.5.:

Табл.5.6 Окончательный выбор варианта распределения

№ варианта			млн.руб.	млн.руб.	, млн.руб.
I	278,24	0	0,126	18130,0	18 130,13
II	208,68	69,56	1,26	33900,0	33901,26
III	139,12	139,12	2,40	49670,0	49672,40
IV	69,56	208,68	3,55	65430,0	65433,55
V	0	278,24	4,69	81200,0	81204,69

На основании табл.5.6. строим график зависимости представленный на рис.5.4 (в).

Вывод:

Анализируя рис. 5.4 (в). приходим к выводу, что наименее затратный I вариант распределения воды. Таким образом:

- весь объём распределения отдаём на ГЭС;

- отказываемся от орошения и используем богарное земледелие (в засушливые сезоны и при неблагоприятном климате нехватку кормовых и продуктов питания можно восполнить закупкой последних в соседних регионах или за рубежом).

Рис.5.4 (а,б,в): а) График зависимости ; б) График зависимости ; в) График зависимости



6. Экологическая оценка создания водохранилища

Естественный режим речного стока в подавляющем большинстве случаев отличается большой неравномерностью и находится в резком противоречии с режимом его потребления большинством отраслей народного хозяйства. Из всех возможных способов в удовлетворении водой растущей потребности хозяйства наиболее реальным является регулирование стока водохранилищами, в которых задерживается избыточный естественный приток в периоды, когда он превышает потребность и расходуется накопленный запас, когда спрос в это время больше притока.

Вместе с тем, создание водохранилища в створе реки связано с изменением природных условий, как в самой речной системе, так и на прилегающих территориях. Решая многие водохозяйственные проблемы, водохранилище порождает и новые, в том числе экологические.

В данном задании рассматриваем 5 возможных вариантов оценки, имеющих большое значение в проектный период.

Оценка площади затопления.

Площадь зеркала водохранилища при тех или иных положениях подпорного уровня определяются планиметрированием, палеткой или весовым способом на картах площадей, ограниченных контурами горизонталей и линией продольной оси подпорного сооружения, замыкающей горизонтали с обоих берегов. При наличии топографических материалов в цифровом векторном виде соответствующего масштаба, определение площадей можно проводить средствами ГИС-технологий. Для построения зависимости площадей зеркала от уровней необходимо провести определение на картах площадей при всех горизонталях в пределах от начального уровня (уреза воды) до возможного подпорного уровня.

1. Площадь зеркала реки до создания водохранилища,

2. Зона постоянного затопления при УМО;

3. Зона временного затопления при НПУ;

4. Зона эпизодического затопления при ФПУ;

где: площадь затопления;

общая площадь затопления;

Оценка дополнительных потерь воды на испарение.

Потери воды на испарение с открытой поверхности опреде-ляют по данным ближайших метеостанций или по расчетным формулам и выражаются высотой слоя испарения. Также следует учитывать слой осадков, выпадающих в регионе, которые понижают высоту слоя испарения.

Слой дополнительного испарения определяется по формуле:

где: слой испарения с водной поверхности, мм;

слой испарения с ложа водохранилища до его заполнения, т.е. с намеченной к затоплению суши, мм.

Средний за интервал времени расход потерь на дополнительное испарение определяется по формуле:

где: средняя площадь зеркала водохранилища, которая определяется при уровне, отвечающем среднему наполнению водохранилища за расчетный интервал времени в секундах.

перевод мм в м.

Потери на испарение рассчитываются, как правило, для периода открытого русла.

Также оценка испарения с водной поверхности может быть произведена с использованием нескольких методов:

- пульсационный (учитывается плотность воздуха и пульсационные добавки скорости ветра и удельной влажности воздуха соответственно);

- водные испарители (используются водно-испарительные площадки, оборудованные стандартными сетевыми испарометрами, испарение между сроками наблюдений по испарометру вычисляется как разность между уровнями воды в нём в предыдущий и текущий сроки наблюдений плюс слой осадков за период наблюдений);

- водный и тепловой баланс (водный баланс предусматривает испарение с поверхности воды, осадки, выпадающие на поверхность воды, приток и отток подземных вод, изменение уровня в водоёме; тепловой баланс предусматривает использование теплового баланса, записанного для водной поверхности);

- турбулентная диффузия (учитывается турбулентный обмен, атмосферное и парциальное давление, скорость ветра над водоемом, давление насыщенного пара и парциальное давление на высоте 2 метра, слой испарившейся воды в сутки)

- по эмпирическим формулам (имеется большое количество эмпирических формул, но почти все они имеют структуру, предложенную Дальтоном в 1802 году, в которой учитывается скорость ветра над водоёмом)

Большое количество методов вызвано тем, что сложный механизм взаимодействия между водной поверхностью водоёма и прилегающей к ней воздушной массой полностью не раскрыт.

Оценка водообмена и его показатели для водохранилища

Интенсивность водообмена влияет на уязвимость к загрязнению водохранилища. Оценка водообмена помогает предусмотреть время смены загрязнённых вод чистыми.

В 1975 г. В.Н. Штрефан предложил средний (условный) коэффициент водообмена водохранилища, учитывающий как объём притока вод в водоём, так и сток из него (учитывается только горизонтальная составляющая, вертикальная не рассматривается):

где: коэффициент условного водообмена

приток вод в водохранилище, ;

объём сброса за расчётный интервал времени:

.

средний объём в водохранилище за расчётный интервал времени:

где: объём воды до уровня мёртвого объёма, принимаем 30% от :

полезный объём водохранилища,

Подставляем найденные значения в (1):

Тогда показатель услов...