Способ регулирования стока рек Советский патент 1980 года по МПК E02B3/02 E02B15/00 

Изобретение относится к области охраны природы, а именно к.способам регулирования стока рек, которые мо гут быть использованы для охраны вод, в том числе предотвращения заг рязнения и истощения малых рек, ком лексного использования их водных ресурсов и более рационального использования водных ресурсов каналов межбассейновых перебросок стока. Водохозяйственное строительство приобретает все большее значение дл дальнейшего развития производительных сил, и значение его сохранится только в ближайшей, но и в отдаленной перспективе, что подтверждается систематическим ростом водопотребле ния как в нашей стране, так и за рубежом. В связи с этим актуальной стала проблема поддержания в надлежа щем состоянии источников водоснабжения, водоотдачи рек, в первую очеред малых рек - важнейших составляющих пресноводных ресурсов. Между тем, современное состояние малых рек, вызванное воздействием факторов антропогенного происхождения, приведшее к уменьшению их водности и ухудшению качества воды, .зна чительно ограничивает возможности использования малых рек как источников питьевого и технического водоснабжения и удовлетворения водопользователей многих сфер народного хозяйства. Так, например, по данным институ та гидробиологии АН УССР за последние годы сток малых рек Украины уменьшился на 10-25%, а в будущем ожидается уменьшение стока еще на 15-2о%. Наряду с загрязнением .рек промышленными стоками, а также стоком с сельхозугодий и поверхностным стоком городов резко повышается засоление малых рек, которое является одним из видов интенсивного загрязнения. Например, в бассейнах рек Дона, Днепра и Приазовья в связи с развитием производительных сил Донбасса ожидается увеличение ежегодного сброса минерализованных шахтных вод в таких количествах, которые обусловят увеличение солесодержания малых рек в 2,5-3,5 раза, превышающую нормативную концентрацию. В связи с изложенным насущной и важнейшей задачей охраны водных ре СУрсов является увеличение водности малых рек наряду с улучшением качества воды в них. Наиболее оптимальным решением этой задачи явилось бы такое решение, которое одновременно обеспечивало улучшение количественных и качественных параметров малых рек. Известен способ пополнения малых рек, получивший широкое распространение в практике водохозяйственного строительства, включающей регулирование стока рек водохранилищами. Этот способ состоитВ том,: то водохранилищами в основном задерживают сток в многоводные периоды (сезоны, годы) и в последующем воду из .ни-х подают в русла рек 1.

Известный способ не улучшает качество воды в реке, например, путем |уменьшения минерализации до нормативных величин или интенсификации процессов самоочищения в реке. В водохранилищах, аккумулирующих поверхностный сток, накапливаются взвешенные частицы, органические вещества и биогенные элементы, которые создают предпосылки для массового развития в них фитопланктона, вызывая цветение воды. Цветение воды , в свою очередь, обусловливает ее вторичное загрязнение и ухудшение качества. Данный способ не обеспечивает повышения водности рек в периодыповторяющегося маловодья.

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

Объемы водохранилищ на малых реках ограничивают полезной емкостью в размерах не более 100% среднегодового стока реки за многолетие, а расчетные объемы доступных к использованию водных ресурсов брутто в год 95%-ной обеспеченности не превышает среднегодового стока реки. Это обстоятельство исключает для малых пресноводных рек возможность систематического .повышения водности указанным способом и таким образом удовлетворение водопотребителей в нужное для них время и в достаточных количествах. Этот способ не дает возможности составлять гарантированные планы водообеспечения народного хозяйства и удовлетворения всех видов водопользования.

Известен также способ регулирования стока рек с устройством водохранилищ, заполняемых в основном за

счёт срезки весеннегоПоловодья, а, также за счет возможного поступления стока с водосборной площади с периодическими попусками воды в реку 2, Однако и этот способ имеет ряд недостатков. Он также не решает задач улуч шения качества воды в малых реках, а тем более достижения определенного качества воды, необходимого тому или иному водопользователю. Это обусловлено тем, что в водохранилищах, заполняемых водами половодья, аккумулируется поверхностный сток, несет с собой питательные вещества и биогенные элементы, создающие условия для массового развития в них в летнее время фитопланктона, вызывая цветение воды, которое в свою очередь обусловливает ее вторичное загрязнение и ухудшение качества.

Поскольку сроки Наступления полойодья, его объемы и другие параметры не являются определенными, исключена возможность управления этим процессом во времени и объемах и соответственно исключена возможность управления процессом пополнения реки, исходя из нужд водопользователей в количественных и качественных потребнос тях. Устройство водохранилищ в одном или нескольких створах приводит к уменьшению водности и возможност-и регулирования стока на нижележащих учасках реки.

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

Поставленная Цель достигается тем что в известном способе регулирования стока, включающем устройство водохранилищ и заполнение их с периодическими попусками воды в реку, для заполнения водохранилищ используют искусственные источники водоснабжения в периоды уменьшения или прекращения водопотребления из них, после чего осуществляют пополнение,реки попусками воды из водохранилищ,расход которых определяют по формуле:

дк )-кГп1

;. ГйГош ж

где Q - расход попусков из водохранилища,

Q - расход реки в К-створе, ( - концентрация i-ингредиента

в К-створе реки до попусков g кг/л;

Ki - концентрацияi-ингредиента в водохранилище,, мг/л

(ПДК;) - предельно допустимая концентрация 1 ингредиента в К-створе, мг/л; т - коэффициент неконсервативнрсти;

л длина реки от сбросного сооружения до К-створа, м.

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

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана принципи.альная схема системы для осуществления способа, причем в качестве искусственного источника водоснабжения использован водоснабжающий канал, например оросительный.

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

На малых. реках в створах 11-1S размещена контрольно-измерительная аппаратура, которая соединена с соответствующими диспетчерскими пультами 20-22, Наливные водохранилища 5-7 имеют водосбросные-сооружения 23-25, оборудованные управляемыми затворами. Механизмы (пусковые устройства) затворов также соединены с диспетчерскими пультами 20-22 откуда осуществляют управление затворами. Наливные водохранилища устраивают преимущественно в верховьях малых рек, по возможности используя для этой цели естественные формы рельефа: балки, овраги, расположенные на небольших расстояниях от русел рек и трассы каналов.

В качестве соединений 2-4 в зависимости от условий местности, метрических размеров и экономической целесообразности могут быть приняты конструкции водоводов из бетонных, железобетонных и металлических труб, конструкций облицованных и необлицованных закрытых лотков. Соединения 2-4 оборудуются автоматической запорной арматурой, управление которой осуществляют с диспетчерских пультов 20-22,

Способ осуществляется следующим образом.

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

Устройство на малых реках, находящихся в зоне влияния водоснабжающего канала наливных водохранилищ, соединенных с этим каналом водопроводным устройством, обеспечивает в отличие от несоединенных с каналом водохранилищ заполнение наливных водохранилищ

в основном водой из канала, а не путем сбора поверхностного стока с водосборной площади и срезки половодья. В результате такого заполнения наливных водохранилищ вода в них аккумулируется достаточно высокого качест-. ва, так как по каналу хозяйственнопитьевого и технического водоснабжения транспортируется вода, качество которой соответствует ГОСТу, Этим ГОСТом четко регламентируются важней10шие показатели качества воды, такие как плавающие примеси (вещества), запахи, привкус, реакция РН, минеральный -состав (в том числе хлориды и сульфаты), ВПК, бактериальный сос15тав, токсические химические вещества. .

Таким образом, использование наливных водохранилищ в отличие от запол- . няемых за счет половодья и стока с водосборной площади обеспечивает по20дачу в малые реки воды гарантированного качества, которая при смешивании с речной водой не. ухудшит, а улучшит ее качество.

Заполнение наливных водохранилищ

25 водой из канала производят в период уменьшения или прекращения отъема воды водопотребителями, Такие периоды возникают, как правило, в осенне-зимнее время, когда уменьшается по0дача воды на хозяйственно-питьевые нужды и совершенно прекращается подача воды,-например, на орошение, обводнение пастбищ, лугов и полив территорий населенных мест. Практичес5ки в водоснабжающих каналах прекращается отъем воды на орошение в невегетационный период, который в Европейской части СССР и всей Северозападной и Западной Европе длится с сентября по март (6-7 месяцев в

0 году) и в южной части СССР не менее четырех месяцев. В этот период гидротехнические сооружения, насосные станции функционируют без полной нагрузки, уменьшается расход воды

5 в канале. Уменьшение расхода воды в открытых каналах определяет соответствующее уменьшение скоростей движения воды в них и, как следствие, вызывает повышенное развитие

0 гидробионтов и, следовательно, сниже- . ние качества воды. Подача воды для заполнения наливных водохранилищ улучшит ритмичность работы канала, воспрепятствует снижению качества воды

5 в неми будет способствовать повышению эффективности работы канала.

Подачу воды из канала в наливные водохранилища производят по заранее установленному режиму работы в установленное время,- что соЕсршенио е

0 зависит от метеорологических, атмосферных и других природных явлений, как это имеет место при заполнении водохранилищ за счет половодья или стока с водосборной площади. Независимость заполнения наливных водохранилищ от указанных природных явлений во времени и объемах дает возможност устраивать наливные водохранилища значительно меньших размеров, что сн жает их стоимость и уменьшает затопление территорий. Пополнение малых рек из наливных водохранилищ производят в зависимос ти от потребностей водопользователей гидрологических и гидрохимических ха Е)актеристик реки. Расход попуска опр деляют по приведенному выше соотноше нию, которое учитывает санитарно-гигиеническую обстановку в реке, количественную потребность в воде водопользователей, показатели качества арды в наливном водохранилище, расстояние от водовыпуска до водозабора водопользователей. Синхронизация получения информации со створов реки с показателями качества воды в наливных водохранилищах позволит автоматизировать процессы управления попусками и обеспечить наиболее экономное расходование воды. Согласно изобретению пополнение 1 малых рек производят в период, когда в водоснабжающем канале уменьшае ся или прекращается отъем воды. Таким периодом для каналов, из которых производят отбор воды и.на орошение являе ся время, когда орошение не производят, водой из водоснабжающег канала заполняют наливные водохрани лища, устраиваемые на малых, реках, находящихся в зоне влияния водоснаб жающего канала. Затем по мере необ ходимости из этих наливных водохранилищ малые реки пополняют -попусками, расход которых определяют по со отношению: . п а()-кГ; (ПДКи) где QX - расход попусков из водохр нилища, С}ц - расход реки в К-створе, р ,-« - концентрация i-ингредиента в К-створе реки до попуско J кг/л; концентрация 1-ингредиента водохранилище, мг/л; (ПДК,) - предельно допустимая конце трация i-ингредиента в ; К-створе, мг/л; . . 1П - коэффициент неконсервативн ти; Еи - длина реки от сбросного со - жения до К-створа, м. Если гидрохимическая ситуация в ке показывает наличие неконсерватив ин.гредиентов в пределах норм, тогда .экспонента е становится равной- един це, поскольку mL О и уравнение приимает вид: п8.ди(пдки)-ки1 () Система, осуществляющая изобретение, работает следующим образом. По команде, поданной с диспетчерского пульта 20-22,включают запорные устройства на соединениях 2-4, и вода из водоснабжающего канала 1 по соединениям 2-4 поступает в соответствующие наливные водохранилища 5-7 для заполнения их до заданного уровня. Вода, транспортируемая в водоснабжающий канал 1, по своим качественным показателям соответствует ГОСТ 17.1.3.03-7-7, а это значит, что поступившая в наливные водохранилища 5-7 вода имеет показатели не ниже принятых для источников хозяйственно-питьевого водоснабх ения. Наливные водохранилища заполняются .водой из водоснабжающего канала в период когда в этом канале уменьшается, а некоторыми водопользователями вовсе , прекращается отъем воды. Эти периоды в режиме работы водоснабжающего канала возникают, когда прекращаются поливные работы на орошаемыхземлях, прекращается обводнение лугов и пастбищ, когда в ocefnie-зимнее время уменьшается потребление воды на коммунальные нужды и наружные работы. Эти периоды продолжаются 5-7 месяцев, во время которых общий отъем воды из водоснабжающего канала уменьшается на 25-30%. Со створов 11-19, на которых размещена контрольно-измерительная аппаратура, регистрирующаясанитарногигиеническую обстановку- на малых реках 8-10, в частности, показатели минерализации, рН, растворенного кислорода и другие, передается информация на диспетчерский пульт 20-22. На этих пультах обрабатывается пость пившая информация со створов11-19 о гидрохимическом составе воды наливных .водохранилищ и данные о размерах водопотребления. По всем показателям и данным определяется величина попусков в реки 8-10. Величина этих no-j пусков состоит из двух слагаемых: д, - расхода, необходимого для .удовлетворения нужд водопользователей в количественном отношении, и q расхода, необходимого для разбавления речной воды с целью улучшения ее качества и доведения загрязняющих ингредиентов до предельно допустимых концентраций. gj. отличается от д на величину Ад. Если йд о, тогда gi g2. Q. Если Дд 0, то QX 3i - Данные санитарно-гигиенической обстановки,определяются приборами, размещенными в створах 11-19, и по линиям связи передаются на-диспетчерский пульт 22-24, На диспетчерском пульте эта информа ция, дополненная данньлми гидрологической характеристики реки, показа.телями качества воды наливного водо хранилища, которые должны быть не ниже ГОСТ 17.1.3,03-77, обрабатыва: ются и по соотношению -г,8 агипд1 1к)-кр,к ГК ЛППК:Л1р 1Гк UbCnAKtK le f определяется величина попусков. После определения величины попус ков с диспетчерского пульта 20-22 подают команду на управляемые водосбросные сооружения 23-25 наливных ;водохранилищ 5-7, открываются затво ры и вода поступает в малые реки 8В результате смешения речной воды с водой, поступающей из наливных во дохранилищ, увеличивается водность рек и обеспечивается згзданное качест во воды. Использование предлагаемого спосо ба пополнения.малых рек по сравнению с известными даст следующий положительный эффект: Пополнение малых рек водой водоснабжающих каналов обеспечивает населенные пункты и предприятия, находящиеся в бассейнах малых рек, водой соответствующего качества. Это имеет особенное значение для сельских мест ностей центральных районов и юга стр ны, где потребность в воде будет пос тоянно возрастать в соответствии с огромным размахом-строительства на селе, предусматривающим приближение :бытовых условий сельского населения к городскому. Это имеет большое значение в экономическом плане, посколь ку устройство водохранилищ, заполняе мых водой, качество которой установлено ГОСТом, обеспечивает чистоту во доемов и Мсшых рек и способствует развитию рыбного хозяйства и широком использованию водохранилища и рек в рекреационнь х целях. В экономическом плане пополнение iмалых рек предлагаемым .способом даст эффект в целом ряде аспектов. Для примера рассмотрим разработанное пополнение р. Сухой Торец (приток второго порядка р. Сев. Донец), которое принято к внедрению и утвержденр в .составе технического проекта второй очереди канала Днепр-Донбасс. Пополнение р. Сухой Торец, .находящейся в зоне влияния канала Днепр-Донбасс, водой из указанного канала предлагае мым способом, обеспечит водопользова телей, расположенных в бассейне р. Сухой Торец питьевой и технической Ъодой по уровню водопотребления 1990 года. Подсчет экономической эффективности пополнения р. Сухой Торец только для нужд Барвенковского района Харьковской области показывает годовой экономический эффект на сумMy 1200 тыс, руб. Это лишь по одной реке без учета использования ее водных ресурсов для других видов водопользования. За счет резервов канала Днепр-Донбасс, когда в период сентября-марта по эпюре расходов уменьш.ается отъем воды на нужды орошения.и. другие, может быть пополнено, и улучшено качество воды в ряде других малых рек Донбасса, высокая минерализация вод которых в настоящее время намного ограничивает использование их водных ресурсов в народнохозяйственных целях. Пополнение этих рек за счет вод канала Днепр-Донбасс даст значительный экономический эффект в несколько миллионов-рублей . Анализ работы крупнейших каналов СССР хозяйственно-питьевого и технического назначения показал, что в двенадцати исследованных каналах общим расходом 2000 в течение 5-7 месяцев уменьшается отъем воды на 20-30%, что составляет примерно резерв воды в 15 км/год. Эта огромная масса воды может быть использована для улучшения водных ресурсов большого количества малых рек, находящихся в эоне влияния каналов. Использование таких резервов для улучшения пресноводных ресурсов страны согласно изобретению принесло бы народному хозяйству большой экономический эффект. Это следует иметь в ВИДУ в связи с разработкой в настоящее времямежбассейновых перебросок стока Северных и Сибирских рек на Южный склон страны, а также строительства каналов Ока Дон-Оскол, Дунай-Днепр и др. Формула изобретения 1. Способ .регулирования стока рек, включающий устройство водохранилищ и заполнение их, с периодическими попусками воды в реку, о т л и ,ч аюи и с я тем, что, с целью повышения его эффективности путем увеличеия водности реки и качества воды в ей, для заполнения водохранилищ исользуют искусственные источники одоснабжения в периоды уменьшения ли прекращения водопотребления из их, после чего осуществляют пополнеие реки попусками воды из водохраилищ, расход которых определяют по ормуле:. у п8 (пдки) иМлЖ ор де QX - расход попусков из водохранилищ, Q - расход реки в К-створе, К;,, - концентрация i-ингредиента в К-створе до попусков, мг/л;