Способ регулирования стока рек

(22) Заявлено 21,0379, к (21) 2752478/29-15с присоединением заявки М КзЕ 02 В 3/02Е 02 В 15/00 Государственный комитет СССР по делан изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА РЕК Изобретение относится к области охраны природы, а именно к.способам регулирования стока рек, которые могут быть использованы для охраны 5 вод, в том числе предотвращения загрязнения и истощения малых рек, комплексного использования их водных ресурсов и более рационального использования водных ресурсов каналов межбассейновых перебросок стока.Водохозяйственное строительство приобретает все большее значение для дальнейшего развития производительных сил, и значение его сохранится не только в ближайшей, но и в отдаленной перспективе, что подтверждается систематическим ростом водопотребления как в нашей стране, так и эа рубежом. В связи с этим актуальной стала проблема поддержания в надлежащем состоянии источников водоснабже-, ния, водоотдачи рек, в первую очередь малых рек - важнейших составляющихпресноводных ресурсов. 25Между 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 водо" снабжения и удовлетворения водопользователей многих сфер народного хозяйства.Так, например, по данным институ та гидробиологии АН УССР эа последние годы сток малых рек Украины уменьшился на 10-25, а в будущем ожидается уменьшение стока еще на15-20,Наряду с загрязнением .рек промышленными стоками, а также стоком с сельхозугодий и поверхностным стоком городов резко повышается засоление малых рек, которое является одним иэ видов интенсивного загрязнения. Например, в бассейнах рек Дона, Днепра и Нриаэовья 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 ретакже спос к с устрой няемых в урсов является увеличение водностималых рек наряду с улучшением качества воды в них. Наиболее оптимальнымрешением этой задачи явилось бы такое решение, которое одновременнообеспечивало улучшение количественныхи качественных параметров малых рек.Известен способ пополнения малыхрек, получивший широкое распространение в практике водохозяйственногостроительства, включающей регулирование стока рек водохранилищами. Этотспособ состоит в том,; что водохранилищами в основном задерживают стокв многоводные периоды (сезоны, годы)и в последующем воду из,них подаютв русла рек 1,Известный способ не улучшает качество воды в реке, например, путемуменьшения минералиэации до нормативных величин или интенсификации процессов самоочищения в реке. В водохранилищах, аккумулирующих поверхностный сток, накапливаются взвешенныечастицы, органические вещества и био"генные элементы, которые создают предпосылки для массового развития в нихфитопланктона, вызывая цветениеводы. Цветение воды, в свою очередь, обусловливает ее вторичное загрязнение и ухудшение качества. Данный способ не обеспечивает повышенияводности рек в .периоды повторяющегося маловодья.Строительство водохранилищ емкостью более 100 среднегодового объема:стока реки экономически нецелесооб,разно, ибо заполнение таких водохранилищ происходит лишь периодическив многоводные годы; на протяжениидлительного времени их не заполняют,а после заполнения воду снова сбрасывают. Увеличение емкостиводохранилищ увеличивает площадь затопленияземель и засоление пойм. Подходы кним затрудняются, и они часто находятся в антисанитарном состоянии.Объемы водохранилищ на малых реках ограничивают полезной емкостьюв размерах не более 100 среднегодового стока реки за многолетие, а расчетные объемы доступных к использованию водных ресурсов брутто в год95-ной обеспеченности не превышаетсреднегодового стока реки. Это обстоятельство исключает для малых пресноводных рек возможность систематического .повышения водности указаннымспособом и таким образом удовлетворение водопотребителей в нужное дляних время и в достаточных количествах. Этот способ не дает возможностисоставлять гарантированные планы водообеспечения народного хозяйства иудовлетворения всех видов водопользования,Известен Рб регулирования стока ре ством водохранилищ, запол основном зак, (пй ,4 ерасход попусков из вонилища, м /с;расход реки в К-створконцентрация 1-ингредв К-створе реки до покг/л 1концентрация 1-ингредв водохранилище, мг/л охра е,м /с;иентапусков,ента счет срезки весеннего половодья, а,также за счет возможного поступлениястока с водосборной площади с периодическими попусками воды в реку 2,Однако и этот способ имеет ряд недостатков, Он также не решает задач улучщения качества воды в малых реках,а тем более достижения определенногокачества воды, необходимого тому илииному водопользователю. Это обусловлено тем, что в водохранилищах, заполняемых водами половодья, аккумулируется поверхностный сток, которыйнесет с собой питательные веществаи биогенные элементы, создающие условия для массового развития в них в15 летнее время фитопланктона, вызываяцветение воды, которое в своюочередь обусловливает ее вторичноезагрязнение и ухудшение качества,Поскольку сроки наступления поло 2 О водья, его объемы и другие параметрыне являются определенными, исключенавозможность управления этим процессом во времени и объемах и соответственно исключена возможность управления процессом пополнения реки, исходя из нужд водопольэователей в количественных и качественных потребностях. Устройство водохранилищ в одномили нескольких створах приводит куменьшению водности и возможности регулирования стока на нижележащих участках реки.Целью изобретения является повышение эффективности способа путемувеличения водности малых рек в любой заданный период времени с одновременным улучшением качества воды вних, в также повышение эффективностикапитальных вложений за счет уменьшения стоимости строительства водохозяй 40 ственных объектов наливных водохранилищ ограниченного объема и снижениястоимости водоподготовки на водозаборах пополняемых рек,Поставленная цель достигается тем,что в известном способе регулированиястока, включающем устройство водохранилищ и заполнение их с периодическими попусками воды в реку, для заполнения водохранилищ .используютискусственные источники водоснабжения в периоды уменьшения или прекращения водопотребления из них, послечего осуществляют пополнение рекипопусками воды из водохранилищ,расход которых определяют по формуле:ц.(пдк;.)-к"1(ПДК,) - предельно допустимая концентрация -ингредиента вК-створе, иг/л;в - коэффициент неконсервативностиу- длина реки от сбросного сооружения до К-створа, м.Кроме того, в качестве искусственных источников водоснабжения могут быть использонаны оросительные каналы.Изобретение поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема системы для осуществления способа, причем в качестве искусственного источника водоснабжения использован нодоснабжаюций канал, например оросительный.Укаэанная система содержит водо- снабжающий 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 11-19 размещена контрольно-измерительная аппаратура, которая соединена с соответствующими диспетчерскими пультами 20-22Наливные 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 еотественные 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, конструкции облицованных и необлицо-. ванных закрытых лотков. Соединения 2-4 оборудуются автоматической запорной арматурой, управление которой осуществляют с диспетчерских пультов 20-22. Способ осуществляется следующим образом.Предварительно устраивают налив 1 ные водохранилища, размещение которых обосновывается в каждом реальном случае.Устройство на малых реках, находящихся в зоне влияния нодоснабжающего 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 качества, так как по каналу хозяйственнопитьевого и технического водоснабжения транспортируется вода, качество которой соответствует ГОСТУ, Этим .ГОСТом четко регламентируются важнейшие показатели качества воды, такиекак плавающие примеси (вецества),запахи, привкус, реакция РН, минеральный состав (в том числе хлоридыи сульФаты), БПК, бактериальный сос 15 тав, токсические химические вещества.Таким образом, использование наливных водохранилищ н отличие от заполняемых за счет половодья и стока с 2 О водосборной площади обеспечивает подачу н малые реки воды гарантированного качества, которая при смешивании с речной водой не. ухудшит, а улучшит ее качество.25 Заполнение наливных водохранилищводой из канала производят н периодуменьшения или прекращения отъемаводы водопотребителями, Такие периоды возникают, как правило, в осеннезимнее время, когда уменьшается подача воды на хозяйственно-питьевыенужды и совершенно прекращается подача воды, например, на орошение,обводнение пастбищ, лугов и полив территорий населенных мест. Практически в водоснабжаюцих каналах прекращается отъем воды на орошение в кевегетационный период, который н Европейской части СССР и всей Северозападной и Западной Европе длится 40 с сентября по март (6-7 месяцев нгоду) и н южной части СССР не менеечетырех месяцен. В этот период гидротехнические сооружения, насосныестанции функционируют без полнойнагрузки, уменьшается расход водыв канале. Уменьшение расхода водын открытых каналах определяет соответствуюцее уменьшение скоростейдвижения воды в них и, как следствие, вызывает повышенное развитиегидробионтов и,следовательно,сниже-:ние качества воды. Подача воды длязаполнения наливных водохранилищ улучшит ритмичность работы какала, воспрепятствует снижению качества воды 55 в нем и будет способствовать повышению эффективности работы какала.Подачу воды из канала и наливныенодохранилица производят по заранееустанонленному режиму работы н уста нонленное время, .та совершенно кезависит от метеорологических, атмсс"ферных и других природных явлений,как это имеет место при заполненииводохранилищ за счет половодья или1стока с нодосборной плошади.Незанинтр ран льно ция 1.оре фици н"5 о ору 6-ство Если гидрохимич е показывает нали нгредиентов в пре кспонента е стан симость заполнения наливных водохранилищ от укаэанных природных явлений во времени и объемах дает возможность устраивать наливные водохранилища значительно меньших размеров, что сни 1жает их стоимость и уменьшает затопление территорий.Пополнение малых рек из наливных водохранилищ производят в эависимос.ти от потребностей водопользователей, гидрологических и гидрохимических характеристик реки. Расход попуска опре деляют по приведенному выше соотношению, которое учитывает санитарно-гигиеническую обстановку в реке, количественную потребность в воде водо- пользователей, показатели качества 15 воды в наливном водохранилище, расстояние от водовыпуска до водозабора водопольэователей. Синхронизация получения информации со створов реки с показателями качества воды в наливных водохранилищах позволит автоматизировать процессы управления попусками и обеспе"., чить наиболее экономное расходование воды. Согласно изобретению пополнение малых рек производят в период, когда в водоснабжающем канале уменьшается или прекращается отъем воды. Таким периодом для каналов, из которых производят отбор воды и. на орошение, являе ся время, когда орошение не производят, водой иэ водоснабжающега канала заполняют наливные водохрани- З 5 лица, устраиваемые на малых реках, находящихся в зоне влияния водоснаб жающего канала. Затем по мере необ" ходимости из этих наливных водохранилищ малые реки пополняют попуска О ми, расход которых определяют по соотношению: ь Ц,Г(ПД)вк) - Кь. )( -(ПД 6расход попусков из водохранилища, м /с; расход реки в К-створе, м ь/с;а концентрация 1-ин в К-створе реки д кг/л; конце ация 1-ингредиента водох илище, мг/л; преде допустимая конце тра -ингредиента вК"ств , мг/л; коэф ент неконсервативн ти; длина реки б ожения до К Р ская ситуация в ре-не неконсервативныхелах норм, тогдавится равной единице, поскольку ш= 0 и уравнение принимает- вид: 8 ай(пд.к)-к"1.кф-(пдк,)Система, осуществляющая изобретение, работает следующим образом,По команде, поданной с диспетчерского пульта 20-22,включают запорныеустройства на соединениях 2-4, и вода из водоснабжающего канала 1 посоединениям 2-4 поступает в соответствующие наливные водохранилища5-7 для заполнения их до заданногоуровня.Вода, транспортируемая в водоснаб"жающий канал 1, по своим качественнымпоказателям соответствует ГОСТ17,1.3.03-77, а это значит, что поступившая в наливные водохранилища5-7 вода имеет показатели не нижепринятых для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, Наливные водохранилища заполняются водойиз водоснабжающего канала в периодкогда в этом канале уменьшается, анекоторыми водопользователями вовсепрекращается отъем воды. Эти периоды врежиме работы водоснабжающего кана)а возникают, когда прекращаются поливные работы на орошаемых землях,прекращается обводнение лугов и пастбищ, когда в осенне-зимнее времяуменьшается потребление воды на коммунальные нужды и наружные работы.Эти периоды продолжаются 5-7 месяцев,во время которых общий отъем водыиз водоснабжающего канала уменьшается на 25-30,Со створов 11-19, на которых размещена контрольно-измерительная аппаратура, регистрирующаясанитарногигиеническую обстайовку на малыхреках 8-10, в частности, показателиминерализации, рН, растворенного кислорода и другие, передается информация на .диспетчерский пульт 20-22. Наэтих пультах обрабатывается поступив"шая информация со створов 11-19 огидрохимическом составе воды наливных водохранилищ и данные о размерахводопотребления. По всем показателями данным определяется величина попусков в реки 8-10. Величина этих попусков состоит из двух слагаемых:д, - расхода, необходимого дляудовлетворения нужд водопользователейв количественном отношении, ид - расхода, необходимого дляразбавления речной воды с целью улучшения ее качества и доведения загрязняющих ингредиентов до предельно допустимых концентраций,д отличается от д вЬ д, Если Ьд = О, тогдаЕсли 6 д (О, то Я= дтарно-гигиенической оболяются приборами, размещрах 1-19, и по линиямются на диспетчерский пульт 22-24,На диспетчерском пульте эта информация, дополненная данными гидрологической характеристики реки, показа,телями качества воды наливного водохранилища, которые должны быть нениже ГОСТ 17.1.3.03-77, обрабатываются и по соотношениюв айпдк;.)-кМ- ЫВКк)1 е,е,определяется величина попусков. 10После определения величины попусков с диспетчерского пульта 20-22подают команду на управляемые водосбросные сооружения 23-25 наливныхводохранилищ 5-7, открываются затворы и вода поступает в малые реки 8-10.В результате смешения речной водыс водой, поступаюцей из наливных водохранилищ, увеличивается водностьрек и обеспечивается заданное качество воды.Использование предлагаемого способа пополнения. малых рек по сравнениюс известными даст следующий положительный эффект:Пополнение малых рек водой водоснабжающих каналов обеспечивает населенные пункты и предприятия, находящиеся в бассейнах малых рек, водойсоответствующего качестна. Это имеетособенное значение для сельских местностей центральных районов и юга страны, где потребность в воде будет постоянно возрастать в соответствии согромным размахом-строительства населе, предусматривающим приближение 35;бытовых условий сельского населенияк городскому. Это имеет большое значение в зкономическом плане, поскольку устройство водохранилищ, заполняемых водой, качество которой установлено ГОСТом, обеспечивает чистоту водоемов и малых Рек и способствуетразвитию рыбного хозяйства и широкомуиспользованию водохранилища и рекв рекреационных целях. 25 Формула изобретения 1. Способ, регулирования стока рек,включающий устройство водохранилищ изаполнение их, с периодическими попусками воды н реку, о т л и ч ающ и й с я тем, что, с целью повышения его эффективности путем увеличения водности реки и качества ноды вней, для заполнения водохранилищ используют искусственные источникиводоснабжения в периоды уменьшенияили прекращения водопотребления изних, после чего осуц 1 ествляют пополнение реки попусками воды из водохранилищ, расход которых определяют поформуле:с 4 Е(ПДИ ) - КК-(ЛДКДе"где Я - расход попускав из нодохра 6.знилиц 1, м /с;Я - расход реки в К-створе,м/с;К - концентрация 1-ингредиентао1 Кв К-створе до попусков,мг/л; 45В экономическом плане пополнение немалых рек предлагаемым способом дастэффект н целом ряде аспектов. Длярпримера рассмотрим разработанное пополнение р. Сухой ТоРец (приток второго порядка р. СевДонец), котороепринято к внедрению и утверждено всоставе технического проекта второй очереди канала Днепр-Донбасс. Пополнение р. Сухой Торецнаходящейся взоне влияния канала Днепр-Донбасс, водой из указанного канала предлагаемым способом, обеспечит водопользователей, расположенных в бассейне р. Сухой Торец питьевой и технической водой по уровню водопотребления 1990 60года, Подсчет экономической эффективности пополнения р, Сухой Торец только для нужд Барвенковского райо. на Харьковской области показывает годовой экономический эффект на сумм му 1200 тыс. Руб. Это лишь по одной реке без учета использования ее вод-, ных ресурсов для других видов водопользования. За счет резервов канала Днепр-Донбасс, когда в период сентября-марта по эпюре расходов уменьшается отъем воды на нужды орошения и другие, может быть пополнено. и улучшено качество воды н рядедругих малых рек Донбасса, высокая минерализация нод которых н настоящее время намного ограничивает использование их водных ресурсов в народнохозяйственных целях. Пополнение этих рек за счет вод канала Днепр-Донбасс даст значительный экономический эффект и несколько миллионов рублей.Анализ работы крупнейших канаЛов СССР хозяйственно-питьевого и техни" ческого назначения показал, что в двенадцати исследованных каналах общим расходом 2000 м/с 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 зоне влияния каналов. Использование таких резервон для улучшения пресноводных ресурсов страны согласно изобретению принесло бы народному хозяйству большой экономический эффект. Это следует иметь ,н виду в связи с разработкой в настоящее времямежбассейноных перебросок стока Северных и Сибирских рек на Южный склон страны, а также строительства каналов Ока-Дон-Оскол, Дунай-Днепр и др..К 2.щийВ Составитель Л, Ваксенбургтор Е. Корина Техред РОлиян Корректор С. Шекма 13 Подписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5 6245/26 ЦНИИПИ Государ по делам изо 13035, Москва, Ж- предельно допустимая концентрация 1-ингредиента вК-створе, мг/л;концентрация 1-ингредиента вводохранилище, мг/л; - коэффициент неконсервативностиу- длина реки от сбросного сооружения до К-створа, м. Способ по п. 1, о т л и ч а юс я тем, что в качестве искусственных источников водоснабженияиспользуют оросительные каналы,Источники информации,принятые вовнимание при экспертизе 5 1. Кудин С.Н. и др. Водохозяйствен" ное строительство на малых реках. Киев, 1977, с. 20-26. 2. Плешков Я,Ф. Регулирование речного стока, Л., Гидрометеоиэдат,10 1975, с, 107, 108,