Главная Коллекция "Revolution" Геология, гидрология и геодезия Обоснование водохозяйственных мероприятий в бассейне реки

Обоснование водохозяйственных мероприятий в бассейне реки

Обоснование необходимости гидромелиоративных мероприятий. Исследование оценки влияния антропогенной деятельности на водные ресурсы. Характеристика основных норм водопотребления в коммунально-бытовом хозяйстве в зависимости от степени благоустройства.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид учебное пособие
Язык русский
Дата добавления 19.05.2018
Размер файла 695,0 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет природообустройства

Комплексного использования водных ресурсов

Учебное пособие

Обоснование водохозяйственных мероприятий в бассейне реки

В.Н.Маркин

Л.Д. Раткович

С.А.Соколова

Москва 2009

Рекомендовано

Методической комиссией

Эколого-мелиоративного факультета МГУП в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности КИОВР

ББК 31.5

УДК 628.1

Рецензенты:

В.В.Пчелкин - д.т.н., профессор кафедры мелиорации и рекультивации земель

Малисов Ю.М. - главный инженер проекта ЗАО ПО "Совинтервод"

Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Соколова С.А.

Учебное пособие - М.:МГУП, 2009. - 77 с.

ISBN 5-89231-111-2

В пособии рассматривается подход к анализу природных ресурсов и водохозяйственной обстановки. Приводятся примеры основных обосновывающих расчетов.

Пособие состоит из двух частей. В первой части рассматриваются теоретические вопросы, во второй - приводится пример выполнения работы. Учебное пособие может быть использовано студентами, обучающимися по специальности "Комплексное использование и охрана водных ресурсов" для выполнения курсовой работы и дипломного проектирования.

Таб. 65 , ил. 28 . Библиогр. назв. 13

Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Соколова С.А.

Данные методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по дисциплине «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». Состав и структура учебного проекта отображают этапы разработки схем КИОВР.

В качестве объекта исследования выбирается бассейн или часть бассейн реки.

В курсовой работе, гидрологические и гидрохимические расчеты проводятся на основе допущения об однородности условий формирования стока, что позволяет в ряде случаев использовать простые соотношения для определения гидрологических параметров.

Цель курсовой работы - обоснование первоочередных водохозяйственных мероприятий в бассейне реки на основе анализа современной водохозяйственной обстановки и природно-климатических условий.

Решаемые задачи:

характеристика природных ресурсов объекта;

оценка возможности их использования для хозяйственных целей;

оценка влияния антропогенной деятельности на водные ресурсы;

оценка водохозяйственной обстановки на современном уроне.

Выполнение работы основано на проведение ряда расчетов, требующих привлечение знаний полученных при изучении целого ряда дисциплин, таких как: гидрология, экология, гидрогеология, природопользование, мелиорация и др.

Для улучшения усвоения материала курса содержание отдельных глав связано с решением конкретных водохозяйственных вопросов с использованием современных методов проектирования. По каждой главе делаются самостоятельные выводы, которые обобщаются в «Заключение».

В работе используется выделения текста и нумерация формул для акцентирования внимания студентов на наиболее важных моментах работы.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

1.1 Климат

1.2 Гидрологические условия

1.3 Гидрогеологические условия

1.4 Обоснование необходимости гидромелиоративных мероприятий

1.5 Баланс земельных ресурсов

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ

2.1 Объемы водопотребления и водопользования

2.2 Объемы водоотведения

2.3 Характеристика качества сточных вод

2.4 Отчетный водохозяйственный баланс

3. АНАЛИЗ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

3.1 Климатические условия

3.2 Гидрологические условия

3.3 Гидрогеологические условия

3.4 Обоснование необходимости гидромелиоративных мероприятий

3.5 Баланс земельных ресурсов

3.6 Отчетный водохозяйственный баланс

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И СПРАВОЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Во Введение приводятся общие сведения об объекте исследования, позволяющие представить сложившуюся обстановку.

Название водного объекта и его месторасположение.

Характер использования водных ресурсов, с помощью краткого описания участников водохозяйственного комплекса (ВХК). Все участники ВХК делятся на водопотребителей и водопользователей. Для условий работы принимается следующий состав ВХК:

коммунально-бытовое хозяйство (к.б.х.), рекреация и животноводство - потребляют воду из подземных водоносных горизонтов;

промышленность, орошение, энергетика (ТЭС, АЭС) - используют речную воду.

в состав водопользователей входят: водный транспорт и охрана природы.

Во Введение дается схема объекта, которая оформляется в виде схемы антропогенных воздействий, с указанием (см. рис. 1.1):

· природных и антропогенных объектов (рек, озер, болот, прудов, водохранилищ, лесов, лугов, городов с промышленными предприятиями, поселений сельской местности и т.п.);

· водозабор и сброс сточных вод (в виде стрелок);

· створы гидрогеологического разреза (задается преподавателем), водно-балансовых расчетов (заключительный створ реки), створ зоне затопления земель во время полодий (задается преподавателем).

1. АНАЛИЗ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Описание природно-климатических условий проводится с целью:

- оценка пригодности их для проведения водохозяйственных мероприятий;

- оценки экологического состояния водных ресурсов;

- обоснования необходимости противопаводковых мероприятий.

Данная глава разделена на несколько разделов, каждый из которых содержит сведения необходимые для дальнейшего использования в работе. Заключением к разделу является краткое заключение о возможности использования рассматриваемых природных ресурсов для развития экономики объекта и необходимости проведения мероприятий по защите земель от затопления..

1.1 Климат

В данном разделе даются краткие сведения о типе климата (умеренный, континентальный и т.п.), среднемноголетних годовых значениях осадков (О,мм), суммарного испарения с поверхности суши (Ес,мм), испарения с водной поверхности (Ев,мм), температуре воздуха (t, С). В табличном виде (табл.1.1) оформляются исходные данные среднемноголетних месячных значений осадков, испарения с суши и водной поверхности, температур (эти данные можно получить в /1/,/5/,/9/, приложение).

Таблица 1.1 Средне многолетние, месячные значения осадков (О,мм), испарения с суши (Ес,мм) и водной поверхности (Ев,мм), температуры воздуха (t, С).

Фактор

Месяцы

Год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

О,мм

Ес,мм

Ев,мм

t, С

Климатические условия характеризуются: продолжительностью теплого (Ттепл., сут) и холодного (Тхол., сут) периодов, суммой активных температур ( (t акт0С)) и значением гидротермического коэффициента (ГТК). Сумма активных температур - сумма положительных среднесуточных температур после их устойчивого перехода через 0С. В курсовой работе данную величину можно оценить по среднемесячным температурам, представляемых в таблице 1.1, используя выражение

(t акт0С)= (t 0С)*30.

Значение ГТК определяется по формуле:

ГТК = Ос / Ес

Указанные выше данные используются для оценки развития сельского хозяйства на основе агроклиматического районирования и возможности развития рекреации. В соответствии с агроклиматическим районированием поверхность суши делится по условиям тепло- и влагообеспеченности. По условиям влагообеспеченности, с помощью показателя ГТК, различают следующие агроклиматические зоны:

Агроклиматическое районирование по условию влагообеспеченности

ГТК

<0,3

0,3-0,5

0,5-0,7

0,7-1

1-1,5

>1,5

Агроклиматическая

зона

Очень сухая

сухая

засушливая

Не достаточное

достаточное

избыточное

увлажнение

По условию тепло обеспеченности различают агроклиматические районы по показателю суммы активных температур:

В сухой и засушливой зоне невозможно выращивание и получение высоких урожаев сельскохозяйственных растений без регулярного орошения.

В зоне избыточного увлажнения возрастает необходимость осушения земель.

(tакт0С )

<1000

1000-2000

2000-4000

4000-8000

>8000

Агроклиматическая

зона

холодная

прохладная

умеренно-теплая

теплая

жаркая

В зоне недостаточного и достаточного увлажнения требуется проведение различных видов мелиоративных мероприятий, позволяющих поддерживать оптимальные для произрастания растений условия в конкретные периоды года и получать высокие гарантированные урожаи. Например, орошение влаголюбивых культур в засушливые периоды засушливых лет, выборочное осушение временно избыточно переувлажненных земель.

В холодной зоне выращивание растений не возможно в условиях открытого грунта.

В прохладной зоне выращиваются светолюбивые растения, но с коротким вегетационным периодом (ранний картофель, турнепс).

Умеренная зона достаточно благоприятна для сельского хозяйства, где выращивается большинство сельскохозяйственных культур.

В теплой и жаркой зоне выращиваются теплолюбивые растения, возможно получение двух урожаев в год.

1.2 Гидрологические условия

Основные гидрологические характеристики

В данном разделе указывается основной водный объект - река, который используется для водопотребления и сброса загрязненных сточных вод. Следует указать, к какой категории водных объектов она принадлежит (ручей, малая река, средняя река, крупная река - см. таблицу «Классификация рек по площади водосбора и длине»).

Классификация рек по площади водосбора и длине.

Группы рек

Площадь водосбора,

тыс. км2

Длина реки, км

Ручьи

0.1

10

Малые

0.1 - 2

10 - 100

Средние

2 - 50

100 - 500

Большие

50

500

Данная классификация очень важна, так как позволяет, в первом приближении. представить: возможности использования реки в хозяйственных целях; объемы воды; параметры русла и даже преобладающий тип водного сообщества водных организмов, оказывающих наибольший вклад в самоочищение воды.

Прилагается карта бассейна реки с горизонталями. Для этого делается копия бассейна реки, увеличивается (при необходимости) или уменьшается, так чтобы в пояснительной записке карта объекта была представлена на отдельном листе формата А4.

Рис. 1.1 Схема бассейна реки

Например: малая река - относительно однородные условия формирования стока на водосборной площади т.е. модуль стока (g const) по площади, годовой сток порядка 200-300 млн.м3, средняя глубина воды в реке 0.5-2 м, ширина русла 5-15 м, преобладает макрофитное сообщество водных организмов. В народном хозяйстве используется в основном для целей орошения и рыбного прудового хозяйства, рекреации. Возможно использование для выработки электроэнергии с помощью микро - и малых ГЭС.

Гидрологические расчеты выполняются в соответствии с СНиП 2.01.14-83 "Определение расчетных гидрологических характеристик".

Гидрологическими характеристиками водосбора реки являются: водосборная площадь F, км2 , длина реки L,км, модуль стока воды g,л/с*км2 , заозеренность fоз, заболоченность fбол, залесенность fл и распаханность fпаш территории. К гидрологическим характеристикам реки относятся: норма стока воды в реке Wр, млн.м3, среднегодовой расход воды Qр, м3/с , коэффициенты вариации Cv и асимметрии Cs, уклон реки Iр, %о. Все эти данные представляются в табличном виде (табл.1.2).

Табл. 1.2 Гидрологические характеристики бассейна реки

Створ

L км

F, км2

g,л/с*км2

Iр,%о

Qр, м3/с

Cv

Cs

Площадь угодий,%

fоз

fбол

fл

fпаш

1-1

Исходные данные: L, F, fоз, fбол, fл, fпаш - определяются по физической карте или берутся в /7/. Значения g, Cv - можно определить по картам изолиний /1/. При отсутствии сведений об уклоне реки его значение рассчитывается по формуле Iр = А/F0.35, где А = 0.0142 для возвышенностей, А=0.0085 для равнин, А= 0.0036 для холмистых равнин; F площадь водосбора , км2.

Норма стока и среднемноголетний расход воды рассчитываются по формуле:

W = Q*. , млн. м3

Q = g*F, м3/с

где = 31.54 млн. секунд в году.

Строится график кривой обеспеченности годового стока воды в реке (рис.1.2). Кривая обеспеченности позволяет определить объем стока в годы заданной расчетной обеспеченности (в данной работе водно-балансовые расчеты проводятся для лет с обеспеченностью Р = 75% и 95%).

Внутригодовое распределение стока представляется в виде таблицы (1.3) в которой указываются объемы стока для лет 75 и 95% обеспеченности (эти данные будут использованы для водно-балансовых расчетов).

Табл. 1.3 Внутригодовое распределение объемов стока воды в створе 1-1, млн.м3

Р,%

Месяцы

Год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

95

75

В условиях курсового проекта можно использовать типовое внутригодовое распределение речного стока представленное в Приложении.

Рис.1.2 Кривая обеспеченности годового стока реки в створе 1-1.

Определение минимально допустимого экологического стока реки

Экологический сток рек - сток позволяющий сохранить состояние устойчивого равновесия водной экосистемы. Его значение определяется индивидуально для каждой конкретной реки. При этом экологический сток должен удовлетворять следующим условиям:

- обеспечение достаточного для водной биоты объема воды, как объема жизненного пространства;

- он должен быть переменным во времени по годам и внутри года (как это наблюдается в естественных условиях);

- обеспечивать сохранение параметров водного потока в пределах диапазона их оптимальных значений (глубина, скорость течения воды, площадь мелководий, площадь заливных земель и продолжительность их затопления и др.).

В работе значения экологически допустимого стока принимаются по методу Фащевского, по методу пропорциональных расходов или методу сезонных ограничений.

Способ повышения обеспеченности - метод Фащевского

В год заданной обеспеченности Р % величина годового экологического стока принимается равной природному объему стока воды в реке (не подверженной антропогенной деятельности) для года более высокой обеспеченности, в соответствии со схемой:

Q95эк >Q97-99 месяч. мин

Q75 эк > Q95 месяч. мин,

Q50 эк > Q75 месяч. мин.

Способ пропорциональных расходов

В этом случае, в год расчетной обеспеченности (Р) величина экологически допустимого стока определяется как доля от природного речного стока в год данной обеспеченности (Qрр):

Qэкp = К* Qрр,

где К- эмпирический постоянный для всех лет коэффициент принимаемый в пределах (0.9-0.5) - в зависимости от конкретных условий. По предложению Шабанова В.В., величина экологического стока определяется по схеме:

Q50 эк ? 0,7*Q50p,

Q75 эк ? 0,8*Q75р,

Q95эк ? 0,9*Q95p.

В двух первых способах, внутригодовое распределение экологически-допустимого стока делается пропорционально естественному гидрографу.

В этом случае, для учета природных функций, выполняемых рекой в разные периоды года, выделяются два периода: весна (половодье) и лето-осень-зима (лоз), для которых определяются значения: среднемноголетних расходов и среднеквадратических отклонений. Полученные величины используются для определения расходов экологического стока для двух выделенных периодов года (рис.1.3):

Qэк. весна i = Qр%весна, если (Q веснаcp. мн. - весна) ? Qр%р веснаi

Qэк.веснаi = (Q веснаcp. мн. - весна), если (Q веснаcp. мн. - весна) Qр% рвеснаi

Qэк. лоз i = Qр%лоз, если (Q лозcp. мн. - лоз) ? Qр%р лозi

Qэк.лозi = (Q лозcp. мн. - лоз), если (Q лозcp. мн. - лоз) Qр%р лозi

и в целом за год: Qэк = Qэк.i /12

где Q P%pi - природный расход воды в реке в i-й месяц конкретного сезона, в год обеспеченностью Р%; Q веснаcp. мн., Q лозcp. мн. - среднемноголетний расход воды в реке в природных условиях в конкретный период года; весна , лоз - среднеквадратическое отклонение сезонных расходов.

Рис.1.3 Определение объемов экологического стока методом сезонных ограничений в маловодные годы заданной обеспеченности.

Результаты определения объемов минимального экологически допустимого стока представляются в табличном виде (табл. 1.4)

Табл. 1.4 Внутригодовое распределение объемов минимально допустимых объемов экологически допустимого стока воды в створе 1-1, млн.м3

Р,%

Месяцы

Год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

95

75

Оценка изменения годового стока реки в результате антропогенной деятельности на водосборной площади

Антропогенная деятельность на водосборной площади приводит к изменению условий формирования стока, поэтому оказывает косвенное воздействие на объемы речного стока. В данной работе оценивается влияние агротехнических мероприятий на изменение годового стока. Это позволяет учесть изменение стока реки при проведении водно-балансовых расчетов.

Величина изменения годового стока за счет агротехнических мероприятий определяется по следующим формулам / 2 /.

1. Лесная зона:

W= (0.002*Oc*HO.52*((2.5/ (H+1)0.45)-0.06))*Kwp*K'w*K”w*fn- ((S+x)*(0.0144*I0.54+0.02)/ (0.1*I+l) 0.56) * К ур *K'y*K"y*Kxy *fn, мм (1.4)

2. Лесостепная зона:

W = (0.007*Oc*H0.4*((1 .92/(Н+1)°.45) -0.02)*Kwp*K'w*K"w*fn) + (0.11*Oc*Н°.27 *((1.42/(Н+1)°.45) - 0.02))* Кwp*:Kj*K”w*fn - (0.78*(S+x)*(0.01*I0.61 +0.02)/(0.1*I+1)0.56 ) * К yp*K'y*K"y* Kxy *fn - (0.01*I0.61 + 0.02) *(S +x)*1.2*Kyp* K'y *fn , мм (1.5)

3. Степная зона:

W =0.003*Oc*H0.69*((1.42/ (H+1) °.45) -0.02)*Kwp*K'w*K”w*fn + 0.11*Oc*H 0.27 *((1.42/(H+1)0.45 ) - 0.02)* Кwp*K'w*K”y*fn - (0.05*(S+x) *0.0145*I0.44/ (0.1*I+1)0.26) * Кyp*K'y*K”y *Kxy*fп -0.022*I0.44*(S+x)*1.2*Kyp*К'y*fп

где Oc - среднегодовое количество осадков, мм; Н - глубина залегания грунтовых вод, см (в условиях курсовой работы при отсутствии данных, принимается в пределах 3-5 м), Кwp, К ур - соответственно, коэффициенты для оценки изменения грунтового и склонового стока заданной вероятности превышения (табл.1.5).

Табл. 1.5 Значения коэффициентов Кwp/К ур

Природная

зона

Обеспеченность, %

5

10-25

50

75-90

95

Лесная

1.4/0.5

1.2/0.5

1/1

0.7/1.2

0.6/1.4

Лесостепная

0.7/0.4

0.7/0.5

1/1

0.6/0.5

0.5/0.6

Степная

1.4/0.5

1.3/0.6

1/1

0.4/0.3

0.3/0.2

K'w, K'y - соответственно, коэффициенты учитывающие влияние механического состава почвогрунтов на изменение грунтового и склонового стока (табл.1.6);

Табл. 1.6 Значения K'w, K'y

Природная зона

K'w

K'y

Лесная

0.65*Н0.22

0.8

Лесостепная

0.59*Н0.22

0.85-0.003*I

Степная

0.50*Н0.22

0.72-0.003*I

K”w, K”y - коэффициенты учитывающие влияние агротехники;

K”w=1.2 для песков и супесей; K”w =1.1 - для суглинков;

K”y = 2.0 - для песков и супесей: K”y = 1.5 - для суглинков;

Кху =0.9 - коэффициент, учитывающий водность района в пределах природной зоны;

fп - относительная площадь сельскохозяйственных угодий, в долях от площади бассейна реки (распаханность);

S - запасы воды в снеге на сельскохозяйственных угодьях, мм. Данная величина определяется по таблице 1.7 или по табл.1.1. В последнем случае подсчитывается сумма осадков за период года с отрицательными температурами.

Х - количество осадков за период склонового стока (табл.1.7), мм

I - средний уклон склона в пределах сельскохозяйственных угодий, (берется из /6/ или определяется карте объекта с горизонталями), 0/00;

Кi - коэффициент, учитывающий влияние уклона склона, в пределах сельскохозяйственных угодий: Кi =1 при I 200/00 , Кi = 1.5 при 200/00I500/00 , Кi =2 при I500/00.

Табл. 1.7 Значения S и х, мм

Природная зона

S

х

Лесная

160-200

0.3*S

Лесостепная

70-100

0.4*S

Степная

15-40

0.6*S

По приведенным выше формулам определяется величина увеличения объема годового стока (+) или его снижения (-) в мм, для лет обеспеченностью 75 и 95%. После чего оценивается существенность влияния агротехнических мероприятий:

w = W*F/(10*Wp), %

где Wp - годовой объем речного стока соответствующей обеспеченности, млн.м3;

F - площадь бассейна реки, км2.

В случае если величина w превышает 5%, ее учитывают при проведении расчетов, путем добавления к объему стока реки (с учетом знака + или -): Wp + W. Результаты заносятся в таблицу 1.8. В случае если величина W 5% она считается не существенной и не учитывается в расчетах.

Табл. 1.8 Внутригодовое изменение объемов речного стока с учетом влияния антропогенной деятельности на водосборной площади, млн. м3

Р,%

Месяцы

Год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

95

75

Оценка условий затопления земель при прохождении высоких половодий

В курсовой работе принимается, что в нижнем течении реки во время весеннего половодья происходит затопление земель. В пределы зоны затопления попадает сельский поселок, находящийся в створе 3-3 (см. схему 1.1). Оценка опасности затопления в этом случае проводится для обеспеченности половодья Рп=0.5% /СНиП 2.01.15-90/.

Для условий учебной работы, принимается, что в заданном створе у реки широкая пойма. Уклон поверхности поймы берется равным уклону реки: Iп = Iр. Для данного створа строится зависимость глубины воды в реке от расходов, учитывая, что во время половодья вода проходит: по руслу реки, глубиной hрусл, и пойме максимальным слоем hп.

Средние значения глубины и ширины русла реки (в курсовой работе) принимаются в зависимости от класса реки: малые реки hрусл = 1-2 м и b = 10-60м; средние реки hрусл =3 - 5м и b = 60-200м; крупные реки hрусл = 5 - 8 м и b 200м.

Зависимость расходов воды в реке от глубины строится по формуле Шези, которая записывается для двух участков: речного русла (прямоугольного сечения) и пойменного участка (трапециидальной формы): Q = Qр + Qп. расчетная схема представлена на рис. 1.4.

Qр = wр*Rр0.2*/n

wр= bр*hр Rр= wр/(2*hр+bр) n=0.025

Пойменный участок::

Qп = wп*Rп0.2*/n wп = (bр +hп/Iп)*hп Rп = wп/(bр+2*(hп2 + hп2 / Iп2) )

Ширина затапливаемого пойменного участка для одного берега реки составит:

bп = bр + 2*hп/Iп

Задаваясь средней глубиной воды в реке h = hр + hп , при известной средней ширине речного русла, рассчитываются значения расходов воды, для участка речного русла , где

h hр и участка поймы, где h hр. По результатам расчетов строится график зависимости Q = f(h).

Рис.1.4 Расчетная схема русла реки и пойменного участка в пределах зоны затопления

Используя полученные значения строится зависимость ширины затапливаемого участка поймы (для одного берега) b'п от глубины воды на пойме hп (рис.1.5). Данный график позволит определить требуемую высоту дамбы обвалования, зная на каком расстоянии расположены сельские постройки от реки Lсп (в курсовой работе Lсп принимается равным 300м).

Расчетный расход воды в реке во время весеннего половодья определяется по формуле.

*Kp%, м3/с

где hcp - среднемноголетний слой стока половодья, мм;

F2 - площадь водосбора подвешенная к створу 3-3, км2 (площадь можно оценить по пропорции F2=F*(Lp-L2-2)/Lp);

Ko - коэффициент дружности половодья (табл. 1.9);

N - коэффициент учитывающий изменение модуля весеннего стока от площади водосбора (табл. 1.9).

Рис. 1.5 Вид зависимости ширины затапливаемого участка поймы b'п от глубины воды на пойме hп

Табл. 1.9 Значения параметров N и Ko

Природная зона

N

K0

a 1

a = 1…0.5

a 0.5

Тундра и лесная зона

Европейская часть РФ

0.17

0.010

0.008

0.006

Западная Сибирь

0.25

0.015

0.013

0.010

Лесостепь и степь

Европейская часть РФ

0.25

0.030

0.017

0.012

Западная Сибирь

0.25

0.030

0.025

0.017

а = Iр/Iт - параметр, учитывающий тип рельефа.

Iт = 25/

1 - коэффициент, учитывающий влияние озер на сток половодья:

1 = 1/(1+С*fоз)

С = 0.2 (если hcp100мм) и С=0.4 (если hcp20 мм);

2 - коэффициент, учитывающий влияние лесов и болот на сток половодья:

2 = 1 - 0.8 * lg (0.05 * fл + 0.1 * fб + 1)

- коэффициент, учитывающий несоответствие статистических параметров слоя стока и максимального расхода (табл.1.10).

Табл. 1.10 Значения параметра

Природная зона

Обеспеченность, %

0.1

0.5

1.0

5.0

Европейская часть РФ

1.10

1.06

1.00

0.92

Западная Сибирь

1.04

1.02

1.00

0.96

Лесостепь и степь

1.05

1.03

1.00

0.94

Kp% - коэффициент перехода к году заданной обеспеченности. Значение данного коэффициента определяется по таблице табл.1.11 в зависимости от коэффициента вариации слоя стока половодья Сvполов. и коэффициента асимметрии для стока половодья Csполов.

Табл.1.11 Значения коэффициентов Кр% (Сs =2*Сv).

Р,%

Коэффициент изменчивости Сv полов

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5 0.6

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.1

1.34

1.73

2.19

2.70

3.27

3.87

4.56

5.30

6.08

6.91

0.5

1.28

1.59

1.94

2.32

2.74

3.20

3.68

4.19

4.74

5.30

1.0

1.25

1.52

1.82

2.16

2.51

2.89

3.29

3.71

4.15

4.60

2.0

1.22

1.56

1.73

1.97

2.32

2.59

2.96

3.32

3.68

4.06

В курсовой работе Csполов=2* Сvполов. Коэффициент вариации стока половодья определяется по картам изолиний /1/. Расчетная обеспеченность принимается равной Р=0.5%.

Максимальный уровень воды в реке, приводящий к затоплению земель, определяется по кривой связи расходов воды и глубины воды в реке (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Зависимость глубины воды в реке от расходов в створе 3-3

Условия прохождения половодья оцениваются на основе построения гидрографа половодья (рис.1.7). Для этого используются следующие данные: максимальный расход воды расчетной обеспеченностью (Qмах), продолжительность подъема половодья (принимается равной tпод tп/3) и спада половодья tс = tп - tпод. Продолжительность половодья рассчитывается по формуле:

tп = 38.7 * hp%/(1000*qp%)

где hp% - слой стока половодья расчетной обеспеченности, мм;

qp% - модуль стока половодья расчетной обеспеченности, м3/с*км2.

hp% = hср * Кр% , мм qp% = , м3/с*км2

Вид гидрографа половодья для створа 3-3

По гидрографу половодья определяется продолжительность затопления территории tзат., по значению допустимого расхода воды Qдоп.

1.3 Гидрогеологические условия

Рассмотрение гидрогеологических условий позволяет определить коэффициенты гидравлической связи () подземных водоносных горизонтов с рекой, которые учитываются при проведении водно-балансовых расчетов. Для этого строится гидрогеологический разрез по створу 2-2 (см. рис.1.8), который назначается в месте, где в дальнейшем возможно расположение водохранилища.

Коэффициент гидравлической связи изменяется в пределах от 0 до 1, что зависит как от места расположения водозаборных скважин, так и от гидрогеологической обстановки. В случае совершенного вскрытия руслом реки водоносного горизонта подземных вод = 0. Это означает, что водозабор из подземных вод в объеме Wподз. приводит к снижению речного стока на ту же величину Wподз. В случае отсутствия связи = 1, например, если водоносный горизонт подземных вод перекрыт слоем водоупора или водозаборные скважины расположены на значительном удалении от реки. При наличии гидравлической связи, в случае: безнапорного, однородного водоносного горизонта, располагающегося на горизонтальном водоупоре, коэффициент гидравлической связи можно рассчитать по формуле:

= 1-erfc(z), z = x/(2*) , = kф * hв /

erfc(z) - специальная функция значения которой даны в таблице 1.12, представляющая собой экспоненциальный ряд; z - вспомогательная переменная; х - расстояние от водозабора до реки (в курсовой работе принимается 500-800м); a - коэффициент уровнепроводимости, м2/сут ; kф - коэффициент фильтрации, м/сут ( принимается в зависимости от механического состава грунтов водоносного горизонта. В курсовом проекте водоносный горизонт располагается в песках с Кф= 0.5…5м/сут); hв- мощность водоносного горизонта (определяется по гидрогеологическому разрезу), м; м-коэффициент водоотдачи. Для песков м=0.1…0.3; Т - время эксплуатации водозабора (в курсовой работе принимается равным 30-50лет.).

Табл. 1.12 Значения функции erfc(z)

Z

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.0

erfc(z)

1.00

0.777

0.572

0.396

0.258

0.090

0.048

0.024

0.011

0.005

0.002

По условиям курсовой работы, на объекте исследования располагаются два водоносных горизонта. Первый водоносный горизонт, гидравлически связанный с рекой 1, используется для обеспечения водой сельского коммунально-бытового хозяйства и животноводства. Второй водоносный горизонт, гидравлически не связанный с рекой 2=1, используется для целей водоснабжения города и рекреации.

Рис. 1.8 Типовой гидрогеологический разрез по створу 3-3, принимаемый для условий курсовой работы, как типовой.

1.4 Обоснование необходимости гидромелиоративных мероприятий

Орошаемое земледелие является крупным водопотребителем и относится к площадным источникам загрязнения водных ресурсов. Развитие орошения связано с крупномасштабным изменением условий среды, как на орошаемых землях, так и на прилегающих к ним участках, что говорит о необходимости строгого обоснования проведения данных мероприятий.

Обоснование необходимости развития орошаемого земледелия проводится с помощью биоклиматического метода Шабанова В.В., который заключается в сопоставлении требований растений к факторам внешней среды. В данной работе обоснование проводится по водно-термическим условиям. Т.е. рассматриваются: влажность (w,% объема почвы) почвы и температура воздуха (t С). Для этого, необходимо:

1. выявить какой фактор лимитирует рост и развитие растений. Например, если Sw St то лимитирующим фактором является температура воздуха. В этом случае проведение гидромелиоративных мероприятий не приведет к повышению урожайности. Если Sw St., то лимитирующим фактором являются почвенные влагозапасы и проведение орошения позволит повысить урожайность до плановой величины, но не выше чем St.

2. Определить вероятность необходимости орошения (Рw,%), которая показывает, сколько лет из ста требуется орошение. Например, если Рw=22%, значит 22 года из 100 лет необходимо орошение.

Для обоснования необходимости орошения строятся графики

- требований растений к почвенным влагозапасам и температурам воздуха;

функции плотности распределения почвенных влагозапасов, характеризующие условия произрастания растений;

Обоснование необходимости орошения проводится для каждой сельскохозяйственной культуры (по условиям данной работы каждый студент делает расчеты для 4-х культур)

Требования растений к водному режиму почв

Требования растений к факторам внешней среды - количественное выражение зависимости их продуктивности от значений рассматриваемого фактора.

Строится график зависимости относительной урожайности S от влажности почвы с помощью уравнения:

S = (w/wopt) y *wopt * ((1-w)/(1-wopt))Y*(1-wopt),

где Y - коэффициент, учитывающий саморегуляцию растений к условиям среды (см. табл. 1.13); S - относительная урожайность сельскохозяйственных растений, представляющая собой отношение урожайности в конкретных условиях к максимально возможной урожайности в условиях конкретного района; w - относительная влажность почвы, доли ед.; wopt - оптимальная относительная влажность почвы (см. таб. 1.13).

Рис.1.9 Требования растений к влажности почвы

Представленная на рисунке 1.9 зависимость показывает, что при влажности почвы на уровне влажности завядания и меньше, рост большинства культурных растений невозможен из-за отсутствия доступной для них влаги. В диапазоне изменения влажности почвы от Wвз до Wopt рост растений лимитируется недостатком влаги. В диапазоне изменения влажности почвы от Wopt до Wпв рост растений лимитируется нехваткой кислорода для корневого дыхания. При оптимальном соотношении воздуха и воды в почве, которое достигается при оптимальной влажности, продуктивность - максимальна.

Таблица 1.13 Значения параметров w'opt и Yw для различных видов растений

Вид растений

wopt, дол.ед

Yw

Зерновые

0.54

5.6

Корнеплоды

0.67

5.3

Овощи (капуста)

0.67

5.3

Картофель

0.62

5.6

Мн. травы

0.57

6.2

Задаваясь значениями w = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 рассчитывается величина S. По данным значениям строится график (рис. 1.9), на который добавляется вторая шкала абсцисс на которой даются значения влагозапасов слое почвы 0…50см. Значения относительной влажности пересчитываются в величины влагозапасов по формуле:

w = w'*( wпв - wвз ) + w вз , мм

где wпв , wвз - соответственно, влагозапасы на уровне полной влагоемкости и влажности завязания, мм. Влажность почвы, выраженная в процентах объема почвы, пересчитывается в почвенные влагозапасы слоя 0…50 см по формуле: w = w*5, мм.

Значения влажности завядания растений и полной влагоемкости, учитывающие механический состав почв, представлены в таблице 1.14

Таблица 1.14 Значения влажности завядания растений (wвз) и полной влагоемкости (wпв) в зависимости от типа почв по механическому составу, в % объема почв

Тип почв по мех. составу

wвз

%

wпв

%

Песок

Супесь Суглинок

Глина

Торф: верховой низинный

15

18

24

13

35

32

40

46

50

45

95

85

По кривой требований растений к водному режиму почв (см. рис.1.9) определяется оптимальный диапазон регулирования почвенных влагозапасов (w1 …w2 ,мм) при уровне плановой продуктивности Sw=0.8.

растений к температурному режиму

Температура воздуха является одним из основных факторов, влияющих на развитие растений. Функция продуктивности растений от температур почвы описывается куполообразной кривой (рис. 1.10).

St= (t'/t'opt) Yt*topt *((1-t')/(1-t'opt)) Yt*(1-t'opt),

t'= (t - tmin)/(tmax - tmin)

где t' - относительная температура; t'opt - оптимальная относительная температура; Yt -параметр, учитывающий саморегуляцию растений к температурному режиму почв; tmin, tmax - соответственно минимальная и максимальная температура почвы, при которых растение не может развиваться. В таблице 1.15 приведены значения параметров модели (1.14).

Таблица 1.15 Значения параметров tmin, topt, tmax (С), Yt для различных сельскохозяйственных культур

Вид растений

tmin

topt

tmax

Yt

зерновые

Кормовые

Овощи

Картофель

Травы мн.

9

5

2

6

4

19

20

20

18

21

28

30

30

24

34

0.40

0.52

0.80

0.72

0.62

Рис.1.10 Требования растений к температурам воздуха.

Данная зависимость показывает, что при некоторых экстремальных температурных условиях растение погибает, так как: становится слишком холодно, и биохимические процессы в растениях практически приостанавливаются, или слишком жарко и, например, происходит разрыв сплошности потока воды в почве, притекающего к растению, из-за увеличивающейся скорости транспирации, при ограниченной скорости передвижения влаги в почве. В диапазоне от минимальной температуры до ее оптимального значения, продуктивность растений лимитируется недостатком тепла. В диапазоне температур от оптимального значения до максимального, развитие растений ограничивается необходимостью траты большого количества энергии на охлаждение, при этом растение меньше энергии отдает на увеличение продуктивности. При оптимальных температурах, растение затрачивает минимум энергии на борьбу с неблагоприятными температурными условиями, что сопровождается достижением максимального урожая.

По кривой требований растений к температурам воздуха (см. рис.1.10) определяется продуктивность растений в конкретных рассматриваемых условиях (в курсовой работе - для условий среднемноголетнего года). Для этого по данным таблицы (1.1) рассчитывается средняя температура за теплый период года (tср), которая откладывается на графике (рис.1.10) для определения продуктивности Stср.

Характеристика водно-термических условий внешней среды

Для описания условий внешней среды по конкретному фактору используется функция плотности распределения, т.к. она полностью характеризует поведение объекта по рассматриваемому фактору. Плотность распределения почвенных влагозапасов хорошо описываются функцией нормального закона распределения. Для построения кривой функции распределения в этом случае необходимо знать значения: средние влагозапасы за период вегетации и среднеквадратическое отклонение. Для выполнения данного раздела Работы используются исходные данные: средние влагозапасы в слое 0…50см почвы (для большинства сельскохозяйственных культур основная масса корневой системы располагается в данном слое) за вегетационный период Wcp и среднеквадратическое отклонение w значений почвенных влагозапасов в конкретный период вегетации от среднего значения (см. таб. 1.16)

Почвенные влагозапасы

Функция плотности распределения почвенных влагозапасов имеет вид:

w = exp(-(W - Wcp)2/(2*2w))

где w , wcp - соответственно, текущее и среднемноголетнее значение почвенных влагозапасов,мм ; w - среднеквадратическое отклонение для почвенных влагозапасов,мм.

Вид графика функции плотности распределения представлен на рис. 1.11. На графике функции плотности распределения откладывают значения оптимального диапазона регулирования почвенных влагозапасов (раздел 1.4.1). Значения w1 и w2 делят график на три части (А,В,С).

Рис. 1.11 Плотность распределения почвенных влагозапасов.

Площади этих зон представляют собой вероятности: А - необходимости орошения Р; В - оптимальных условий среды Рорт; С - необходимости осушения временно избыточно пере увлажненных зональных почв Р. Площади зон определяются с помощью графика (рис. 1.12), который представляет собой интеграл функции плотности распределения. Для этого откладываем на графике значения w1 и w2:

w'1 = 5 - (wcp- w1)/w w'2 = 5+ (wcp- w2)/w

Используя данные значения определяются: вероятность необходимости орошения Р1 Р при w'1 и Р2 при w'2., С помощью величины Р1 определяется величина вероятности необходимости орошения:

Р = Р1 - Рвз

где значение Рзв определяется по значению w'зв = (wcp- wзв)/2*w.

С помощью величины Р2 определяется значение Р: вероятность необходимости осушения временно избыточно переувлажненных зональных почв:

Р = 100 - Р2

Рис.1.12 Интегрированная функция закона нормального распределения

Необходимость мелиорации можно оценить на основании данных следующей таблицы:

Вероятность необходимости мелиоративных воздействий Р,%

Необходимость мелиоративных мероприятий

< 10

10 - 30

> 30

Низкая

Средняя

Высокая

Обоснование необходимости орошения земель

Выполнение данного раздела основано на положениях СНиП 2.06.03-85 "Мелиоративные системы и сооружения".

В предыдущих разделах были определены вероятности необходимости орошения, но делать окончательный вывод можно после сопоставления температурных и водных условий почвы. Так как в условиях с достаточно низкими температурами, даже, если вероятность необходимости орошения будет велика, эффекта от орошения не будет. Это определяется «Законом Либиха», согласно которому - продуктивность растений определяется лимитирующим фактором среды. Поэтому сопоставим значения продуктивности растений по темперному (St) и водному (Sw) факторам. Если St Sw, то лимитирующим фактором является влажность почвы, что подтверждает потребность в орошении. Если St Sw , то лимитирующим фактором являются температуры воздуха, которые в пределах сельскохозяйственного поля активно регулироваться не могут. В этом случае оросительные мелиорации эффекта не принесут.

Величину относительной продуктивности по температурному фактору определяется с помощью средней за вегетацию температуре (tсра), которая определяется по данным таблицы (1.1):

tср = (t0) /nt

где nt - количество периодов с положительными температурами; (t0) - сумма положительных температур.

Используя полученную по формуле (1.18) величину, определяется значение St по графику (рис. 1.10). Аналогично, с помощью графика (рис. 1.9) определяется величина Sw по значению:

Wср = (W) /n w (1.19)

где nw - количество значений почвенных влагозапасов в ряду исходных данных за период вегетации; (W) - сумма почвенных влагозапасов в ряду исходных данных за период вегетации.

На основании проведенных расчетов, развитие орошения на рассматриваемом объекте рекомендуется в случае, если St Sw и Р 10 %.

Таб. 1.16 Средние продуктивные влагозапасы в слое 0…50см почвы за вегетационный период Wcp и среднеквадратическое отклонение почвенных влагозапасов w

Область, край

Wcp

w

Область, край

Wcp

w

Ленинградская

200

70

Рязанская

117

40

Новгородская

195

60

Брянская

106

52

Псковская

198

60

Тульская

98

41

Вологодская

180

60

Орловская

119

35

Ульяновская

150

60

Саранская

129

32

Архангельская

193

75

Пензенская

105

35

Смоленская

192

70

Саратовская

80

30

Ярославская

133

50

Тамбовская

121

60

Владимирская

135

40

Курская

87

30

Костромская

120

32

Воронежская

110

58

Ивановская

165

56

Белгородская

98

54

Тверская

145

52

Волгоградская

96

41

Кировская

135

60

Ставропольский

70

36

Московская

130

48

Краснодарский

98

44

Калужская

130

65

Ростовская

115

50

Самарская

90

35

1.5 Баланс земельных ресурсов

В данной работе баланс земельных ресурсов необходим для определения объемов веществ поступающих в водный объект от рассредоточенных источников: леса, луга, сельскохозяйственных угодий, болота.

Уравнение баланса земельных ресурсов имеет вид:

Fб = Fлес + Fлуг + Fбол + Fс/х +Fур + Fоз, км2

Fс/х = Fор + Fос + Fбог

где Fб - площадь бассейна реки; Fлес , Fлуг , Fбол , Fоз - соответственно площади лесов, лугов, болот и озер; Fс/х - площадь сельскохозяйственных угодий, включая орошаемые, богарные и осушаемые земли; Fур - площадь урбанизированной территории (города, деревни, дороги. свалки и т.п.).

Площади бассейна реки, лесов, болот, сельскохозяйственных угодий можно определить на основе промера площадей по картографическому материалу или по данным Водного кадастра. На долю урбанизированной территории приходится примерно 6-8% территории. Площадь лугов (в условиях курсовой работы) определяется из баланса при известных значениях всех других величин.

Имея результаты земельного баланса можно оценить экологическое состояние водосборной площади на основе сравнения площади занятой лесами и лугами с экологически допустимой площадью для условий конкретного объекта /3/ (таб.1.17): Fэк. В случае: Fэк.(Fлес + Fлуг) - антропогенное влияние привело к не допустимому переформированию земельного фонда.

Табл.1.17 Экологически допустимые площади естественных угодий, %.

Область, край

Fэк

Область, край

Fэк

Ленинградская

80

Рязанская

35

Новгородская

45

Брянская

30

Псковская

45

Тульская

30

Вологодская

45

Орловская

35

Ульяновская

45

Саранская

35

Архангельская

80

Пензенская

35

Смоленская

30

Саратовская

40

Ярославская

30

Тамбовская

25

Владимирская

30

Курская

35

Костромская

40

Воронежская

35

Ивановская

30

Белгородская

35

Тверская

30

Волгоградская

40

Кировская

30

Ставропольский

40

Московская

30

Краснодарский

35

Калужская

25

Ростовская

40

Самарская

40

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены