Отчет по практике: Водохозяйственный баланс

27

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тверской государственный технический университет» (ТвГТУ)

Кафедра «Геология, переработка торфа и сапропеля»

Отчёт

по выполнению практических работ

по дисциплине: Водохозяйственные системы и водопользование

Выполнила: Тихонова Александра Викторовна

Факультет: Природопользования и инженерной

экологии

Курс: III

Группа: ПВ-1608

Проверил: Шахматов Кирилл Леонидович.

Тверь, 2019

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Основные расчетные формулы для определения водохозяйственного баланса

2. Практическая работа № 1

2.1 Расчет приходной части водохозяйственного баланса

3. Практическая работа № 2

3.1 Определение расходной части водохозяйственного баланса

4. Практическая работа № 3

5. Практическая работа № 4

6. Практическая работа № 5

Заключение

Список литературы

Введение

На базе использования поверхностных и подземных водных ресурсов бассейнов функционируют бассейновые водохозяйственные комплексы (ВХК). Управляющей основой в ВХК выступает единая водохозяйственная система. Она включает в себя природно-антропогенный комплекс взаимосвязанных естественно-природных объектов и инженерных сооружений (по регулированию поверхностного стока, добыче подземных вод, транспортировке, очистке, воспроизводству воды), совместно функционирующих для удовлетворения различных водных социально-эколого-экономических потребностей общества. Водохозяйственные системы имеют значительные территориальные границы и характеризуются сложными связями со всеми другими отраслями экономики страны.

С точки зрения планирования водохозяйственной деятельности в бассейне разумно создание оптимальной бассейновой ВХС, которая имеет целью максимальное снижение уровня загрязнения водных объектов при обязательном удовлетворении потребностей населения и объектов экономики в водных ресурсах в условиях ограниченных финансовых средств за счет использования внутренних возможностей системы.

Эта цель может быть достигнута только в том случае, когда каждая водохозяйственная система более низкого уровня (промышленный узел, предприятие) будет функционировать в рамках нормативов, установленных оптимальной деятельностью системы более высокого уровня.

1. Теоретическая часть

Достоверное определение составляющих водохозяйственных балансов территорий играет ключевую роль в решении большинства водных проблем, включая водохозяйственное прогнозирование и разработку вариантов водохозяйственных систем и сооружений (ВХС). Целью их составления является установление избытка или дефицита водных ресурсов необходимого качества для обеспечения потребностей реальных или потенциальных водопользователей, определение основных параметров намечаемых мероприятий по охране и использованию вод.

В зависимости от решаемых задач и расчетных интервалов времени различают несколько видов ВХБ:

отчетные ВХБ - водохозяйственные балансы, составленные за прошедший период и являющиеся составной частью Государственного водного кадастра в части использования водных ресурсов (ГВК ИВР);

оперативные ВХБ - водохозяйственные балансы, разрабатываемые по данным прогнозов на ближайший период (сезон, месяц) для уточнения режима работы водохозяйственных систем и сооружений и оперативного планирования водораспределения;

плановые ВХБ - водохозяйственные балансы, составляемые на расчетные уровни при планировании развития водохозяйственного комплекса с целью проверки сбалансированности предполагаемых изменений потребности в воде;

перспективные ВХБ - водохозяйственные балансы, используемые в схемах комплексного использования и охраны вод, проектах и технико-экономических обоснованиях (ТЭО) ВХС и служащие для выявления необходимости в проведении мероприятий или комплекса мероприятий по охране и использованию вод и анализа возможности удовлетворения потребности в воде необходимого качества на более или менее отдаленную перспективу (до 15-20 лет и более).

1.1 Основные расчетные формулы для определения водохозяйственного баланса

Раздел 1.Приходная часть годового ВХБ

Уравнение годового водохозяйственного баланса (ВХБ) имеет вид:

Wпр-Wрасх=?W, (1.1)

где Wпр- приходная часть годового ВХБ; Wрасх - расходная часть годового ВХБ; ?W - результирующая часть годового ВХБ.

Приходная часть годового ВХБ рассчитывается по формуле:

Wпр=Wф+Wс+?Wвg+Wп+Wпоп, (1.2)

где Wф- годовой объем стока, формирующегося в районе рассматриваемого гидроузла;

Wg - объем возвратных вод g-того потребителя, поступающих в водоем выше рассматриваемого створа;

Wп- объем пригодных для использования подземных вод, гидравлически не связанных с речным стоком;

Wпоп- попуск из вышележащего водохранилища (учитывается в том случае, если рассматриваемый гидроузел является элементом каскада гидроузлов);

Wс- годовой объем стока, формирующегося выше района рассматриваемого гидроузла (при отсутствии каскада).

Элементы приходной части можно определить следующим образом.

Годовой объем стока, формирующегося выше района рассматриваемого гидроузла (при отсутствии каскада):

Wс = ?Qi?ti, (1.3)

где Qi - расход стока в i-ом месяце;

ti - продолжительность i - того месяца.

Формирующийся в районе гидроузла полный речной сток R связан с атмосферными осадками следующим образом:

Wф=?Ri?ti, (1.4)

где Ri - полный речной сток в районе гидроузла в i-ом месяце.

R=Кс?Х, (1.5)

R=Х - E,(1.6)

где Х - объем атмосферных осадков за год;

Кс - коэффициент стока;

E - суммарное испарение с поверхности водосборной территории.

Суммарный расход определяется как Ri+Qi=Q, а также по формуле:

Q=W/А,(1.7)

гдеА - активность водообмена;

W - объем водоема или другой части гидросферы.

Объем возвратных вод Wв, поступающих в водоем выше рассматриваемого створа, рассчитывается по зависимости:

Wв=Wg?Квg,(1.8)

где Wg - годовой объем потребления воды потребителем; Квg - коэффициент возврата водопотребителя.

Объем возможных для использования подземных вод, гидравлически не связанных с речным стоком, определяется по формуле:

Wп=?Qпi?ti,(1.9)

где Qпi - расход подземного водозабора в i-ом месяце;

ti - продолжительность i-го месяца.

Объем стока Wс и объем Wп можно рассчитать по формуле:

Wс=Qсг?Т, (1.10) Wп=Qсп?Т,(1.11)

где Qсг - средний годовой расход стока;

Qсп - средний расход подземных вод;

Т - число секунд в году;

Т=??ti, Qсг=?Qi/12, Qсп=?Qпi/12.

Раздел 2.Расходная часть годового ВХБ

Расходная часть годового ВХБ рассчитывается по формуле:

Wрасх=?Wg+?Wраз g+?Wпоп j, (2.1)

где Wg - годовой объем потребления воды g-м потребителем;

Wраз g- годовой объем воды, потребный для разбавления возвратных

вод g-го потребителя поступающих в верхний бьеф;

Wпопj - объем попусков в нижний бьеф j-го вида (санитарных, энергетических, судоходных, водоснабженческих, рыбохозяйственных).

Элементы расходной части можно определить следующим образом.

Годовой объем потребления воды потребителем:

Wg=Вg?qg?t/зg, (2.2)

где Вg - объем продукции потребителя, определяющий забор воды;

qg - норма потребления воды (на единицу продукции) потребителя;

t - продолжительность периода водопотребления;

зg - коэффициент полезного действия водоподводящих устройств.

Годовой объем воды, потребный для разбавления возвратных вод потребителя:

Wраз=Wв?Кр, (2.3)

где Wв - годовой объем возвратных вод потребителя;

Кр- коэффициент разбавления возвратных вод.

Годовой объем попусков в нижний бьеф:

Wпоп=?Q поп i?ti, (2.4)

где Q поп i- расход попусков в i-го вида;

ti- продолжительность попусков i-го вида.

Раздел 3.Гидравлический расчет нагорных каналов

Расчет производят по следующим формулам:

Sв= 8,01/ F0,178, (3.1)

где Sв - модульстока весеннего паводка;

Sл = 2,54/ F0,25, (3.2)

где Sл - модуль стока для высоких летних вод

Sb = 0,816/ F0,311, (3.3)

где Sb- модуль бытового стока.

Расчет расходов воды по следующей формуле:

Q = W?V,(3.4)

где W - площадь живого сечения потока;

V - средняя скорость течения.

Расход воды для разных модулей стока определяют по следующей формуле:

Qв= S?F/1000,(3.5)

где Qв- расход воды для модуля стока весеннего паводка;

Qл = S?F/1000,

гдеQл - расход воды для модуля стока летнего паводка;

Qб = S?F/1000 ,

где Qб- расход воды для бытового модуля стока.

Расчет смоченного периметра:

ч= b + 2h ?1+ m2 ,(3.6)

где ч - смоченный(длина линии дна реки между урезами воды);

b - ширина канала по дну;

h - глубина канала по дну;

m-коэффициент заложения откосов (принимается от 1,5 до 2).

Расчет гидравлического радиуса:

R = W/ ч(3.7)

Расчет коэффициента Шези:

C = (1/n)?Ry, (3.8)

где C - коэффициент сопротивления трения по длине (коэффициент Шези), являющийся интегральной характеристикой сил сопротивления;

n - коэффициент шероховатости, который зависит от материала грунта

Для расчета используем n = 0,02

1/n = 50

y - показатель степени, зависящий от величины коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса:

при R? 1 > y = 1,5vn

при R? 1 > y = 1,3vn

Расчет сечения канала:

W = h?(b + m?h),(3.9)

где h - глубина заполнения канала;

b - ширина канала по дну;

m - коэффициент заложения откосов, для расчетов используем m = 2.

Расчет расходной части характеристики канала или модуль расхода:

K = W?C?vR,(3.10)

где K - модуль расхода;

W - модуль скорости;

Расчет фактического модуля расхода:

Kф = Qв / vi,(3.11)

гдеi - уклон.

Определение фактического уклона:

iфакт= V2доп/ C2?R,(3.12)

Vдоп-допустимая средняя скорость потока равная .

Для расчета используем Vдоп= 0,6 (м/с).

Определение фактической скорости воды в канале:

Vф = C?vR?iфакт(3.13)

необходимо соблюдение данногоусловия:VФ ? Vдоп

2. Практическая работа № 1

2.1 Расчет приходной части водохозяйственного баланса

Цель: Научиться проводить расчет приходной части годового водохозяйственного баланса.

Упражнение 1.1

Исходные данные:

Средний годовой расход воды Qсг= 10 м3/с;

Расход подземных вод, гидравлически не связанных с речным стоком, равен нулю (Qпг=0);

Попуск из вышележащего водохранилища отсутствует (Wпоп=0);

Все потребители расположены в верхнем бьефе (табл. 1.3);

Система водоснабжения прямоточная;

Объем стока, формирующегося в районе, не учитывать (Wф=0).

Таблица 2.1 - Данные о водопотребителе

Задание к работе: рассчитать приходную часть годового ВХБ (водохозяйственного баланса)

Выполнение работы:

по формуле (1.4) рассчитывается годовой объем стока Wс,

формирующегося выше района рассматриваемого гидроузла;

по формуле (1.8) рассчитывается объем возвратных вод Wвg,

поступающих в водоем выше рассматриваемого створа;

по формуле (1.2) рассчитывается приходная часть ВХБ Wпр.

Пример:

Рассчитать годовой объем стока

Wc= 10 ? 60 ? 60 ? 24 ? 365 = 315 360 000 = 315 360000(м3)

1.2. Рассчитать объем возвратных вод от каждого потребителя

Wв1= 49 ? 0,9 = 44 100 000(м3)

Wв2= 18 ? 0,85 = 15 300 000(м3)

Wв3= 27 ? 0,15 = 4 050 000(м3)

Рассчитываем общее количество возвратных вод от всех водопотребителей

Wв= 44 100 000 + 15 300 000 + 4 050 000 = 63 450 000( м3)

Рассчитываем приходную часть ВХБ

Wпр= 315 360 000 + 63 450 000 = 378 810 000(м3)

Таким образом, приходная часть водохозяйственного баланса при заданных условных значениях составляет 378 810 000 м3.

Упражнение 1.2

Исходные данные:

Средний годовой расход воды Qсг= 6,3 м3/с;

Среднегодовой расход подземных вод, гидравлически не связанных с речным стоком, составляет Qпс=5,0 м3/с;

Попуск из вышележащего водохранилища составляет Wпоп= 60 млн. м3;

Все потребители расположены в нижнем бьефе (таблица 1.1);

Система водоснабжения - прямоточная;

Объем стока, формирующегося в районе, не учитывать Wф= 0.

Задание к работе: рассчитать приходную часть годового водохозяйственного баланса.

Ход выполнения работы:

по формуле (1.4) рассчитывается годовой объем стока Wс, формирующегося выше района рассматриваемого гидроузла;