Спосіб регулювання стоку річок

Союз Советских Социалистических Республик (61) Дополнительное кавт свид-ву (22) Заявлено 21.СШ9Л (21) 2752478/29-15 ч Е 02 В 3/02 Е 02 В 15/00 с присоединением заявки № Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет Опубликовано 15.0980. Бюллетень № 34 Дата опубликования описания 15,09,80 (53)УДК627.42 (088.8) (72) Авторы изобретения СВ. (71)Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (54) Большинский, Ф.В. Стольберг, Л . С . Свашенко и Ю.П. Беличенко СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА РЕК Изобретение относится к области охраны природы, а именно к способам регулирования стока рек, которые могут быть использованы для охраны вод, в том числе предотвращения загрязнения и истощения малых рек, комплексного использования их водкых ресурсов и более рационального использования водных ресурсов каналов межбассейновых перебросок стока. Водохозяйственное строительство приобретает все большее значение для дальнейшего развития производитель- • ных сил, и значение его сохранится не только в ближайшей, но и в отдален- 15 ной перспективе, что подтверждается систематическим ростом водопотребления как в нашей стране, так и за рубежом. В связи с этим актуальной стала проблема поддержания в надлежа,_20 щем состоянии источников водоснабженияf водоотдачи рек, в первую очередь малых рек - важнейших составляющих пресноводных ресурсов. 25 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 институт та гидробиологии АН УССР зэ последние годы сток малых рек Украины уменьшился на 10-25%, а в будущем ожидается уменьшение стока еще на 15-20%. 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 солесодер*ания малых рек в 2,5-3,5 раза, превышающую нормативную концентрацию. В связи с изложенным насущной и важнейшей задачей охраны всдных ре 763510 "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 состоит в том, что водохранилищами в основном задерживают сток в многоводные периоды (сезоны, годы) и в последующем воду из них подают в русла рек [ 1 j . 15 Известный способ не улучшает качество воды в реке, например, путем їуменьшєния минерализации до нормативных величин или интенсификации процессов самоочищения в реке. В водо20 хранилищах, аккумулирующих поверхностный сток, накапливаются взвешенные частицы, органические вещества и биогенные элементы, которые создают предпосылки для массового развития в них 25 фитопланктона, вызывая ''цветение'' воды. ''Цветение воды' 1 , в свою очередь, обусповливает ее вторичное заг"рязнение_ и ухудшение качества. Данный способ не обеспечивает повышения водности рек в периоды повторяющего- 30 ся маловодья. to Строительство водохранилищ емкостью более 100% среднегодового объема стока реки экономически нецелесообразно, ибо заполнение таких водохранилищ происходит лишь периодически в многоводные годы; на протяжении длительного времени их не заполняют, а после заполнения воду снова сбрасывают. Увеличение емкости: водохранилищ 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 " нужное для в 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 35 40 45 50 55 счет срезки весеннего половодья, а также за счет возможного поступпения стока с водосборной площади с периодическими попусками воды в реку [2], Однако и этот способу 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, который 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 половодья, 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 потребностях. Устройство водохранилищ в одном или нескольких створах приводит к уменьшению водности и возможности регулирования стока на нижележащих участках реки. Целью изобретения является повышение эффективности способа путем увеличения водности малых рек в люЬой заданный период времени с одновременным улучшением качества воды в них, в также повышение эффективности капитальных вложений за счет уменьшения стоимости строительства водохозяйственных 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 і реку, для заз полнения 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: где QK - расход попусков из водохранилища, м 3 /с; Q* - расход реки в К-стЕоре, м ь / с ; К? - концентрация і-ингредиента в К-стБоре реки до полусков, кг/л; Kl ~ концентрация і-ингрєдиента в водохранилище, мг/л; 763^10 (ПДК1К) - предельно допустимая концентрация і-ингредиента в К-створе, мг/л; m L - коэффициент неконсерва-іивности; %^ - 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 принципиальная 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 11-19 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, распопоженные 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 необлицованных закрытых лотков. Соединения 2-4 оборудуются автоматической запорной арматурой, управление которой осуществляют с диспетчерских пультов 20-22. 10 15 в основном водой из канала, а не путем сбора поверхностного стока с водосборной плоцади 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, такие как плавающие примеси (вещества), запахи, привкус, реакция РН, минеральный состав (в том числе хлориды и сульфаты) , БПК, бактериальный состав , токсические химические вещества. Таким образом, использование наливных водохранилищ в отличие от эапол- . няемых за счет половодья и стока с 20 водосборной площади обеспечивает подачу 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 осеннезимнее время, когда уменьшается по30 дача воды на хозяйственно-питьевые нужды и совершенно прекращается подача воды, например, на орошение, обводнение пастбищ, лугов и полив территорий населенных мест. Практичес35 ки 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 40 году} и в южной части СССР не менее четырех месяцев. В этот период гидротехнические сооружения, насосные станции функционируют без полной нагрузки, уменьшается расход воды 45 в канале. Уменьшение расхода воды в открытых каналах определяет соответствующее уменьшение скоростей движения воды в них и, как следствие, вызывает повышенное развитие 50 гидробионтов и,следовательно,снижение качества воды. Подача воды для заполнения наливных водохранилищ улучшит ритмичность работы канала, восСпособ осуществляется следующим препятствует снижению качества воды образом. 55 в нем и будет способствовать повышеПредварительно устраивают наливнию эффективности работы канала. 1ные водохранилища, размещение котоПодачу воды из канала в наливные рых обосновывается в каждом реальном водохранилища производят по заранее случае. установленному режиму работы в устаУстройство на малых реках, находящихся в зоне влияния водоснаьжающего 60 новленное ВрЗМЛ / ЧТО СОЕСр^СНПО "Є зависит от метеорологических, «тмесканала наливных водохранилищ, соедиферных и других природных явлений, ненных с этим каналом водопроводным как это имеет место при заполнении устройством, обеспечивает в отличие водохранилищ за счеі половодья или от несоединенных с каналом водохранистока с водосборной площади. Нсзавилищ заполнение наливных водохранилищ 763510 симостъ заполнения наливных водохранилищ от указанных природных явлений во времени и объемах дает возможность устраивать наливные водохранилища значительно меньших размеров, что снижает' их стоимость и уменьшает затопление территорий. Пополнение малых рек иэ наливных водохранилищ производят в зависимости от потребностей водогольэователей, ^гидрологических и гидрохимических характеристик реки. Расход попуска определяют по приведенному выше соотношению, которое учитывает санитарно-гигиеническую обстановку в реке, количественную потребность в воде водопользователей, показатели качества в.рды в наливном водохранилище, р а с стояние от водовыпуска до водозабора водопользователей» 8 це, поскольку т ь = 0 и уравнение принимает вид: 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 водоснаб15 жающий канал 1, по своим качественным показателям соответствует ГОСТ 17.1.3.03-77, а это значит, что поступившая в наливные водохранилища 5-7 вода имеет показатели не ниже принятых для источников хозяйственСинхронизация получения информано-питьевого водоснабжения. Наливции со створов реки с показателями ные водохранилища заполняются водой качества воды в наливных водохранииз водоснабжающего канала в период лищах позволит автоматизировать прокогда в этом канале уменьшается, а цессы управления попусками и обеспенекоторыми водопользователями вовсе ,_чить наиболее экономное расходование 25 прекращается отъем воды. Эти периоды в воды. режиме работы водоснабжающего( канал а возникают, когда прекращаются поСогласно изобретению пополнение щивные работы на орошаемых землях, -малых рек производят в период, когпрекращается обводнение лугов и пастда в водоснабжающем канале уменьшает30 бищ, когда в осенне-зимнее время ся или прекращается отъем зоды. Тауменьшается потребление воды на комким периодом для каналов, из которых мунальные нужды и наружные работы. производят отбор воды и на орошение,* Эти периоды продолжаются 5-7 месяцев, являемся время, когда орошение не во время которых общий отъем воды производят, водой иэ водоснабжающего канала заполняют наливные^ водохрани- 35 иэ водоснабжающего канала уменьшается на 25-30%, лища, устраиваемые на малых реках, находящихся в зоне влияния водоснабСо створов 11-19, на которых р а з жающего канала. Затем по мере необмещена контрольно-измерительная аппаходимости иэ этих наливных водохраратура, регистрирующая санитарнонилищ малые реки пополняют попуска40 гигиеническую обстановку на малых ми, расход которых определяют по сореках 8-Ю, в частности, показатели отношению: минерализации, рН, растворенного кислорода и другие, передается информация на диспетчерский пульт 20-22. На этих пультах обрабатывается поступивгде СЛ - расход попусков иэ водохра- 45 шая информация со створов 11-19 о нилища, м / с ; гидрохимическом составе воды наливрасход реки в К-створе, ных водохранилищ и данные о размерах водопотребления. По всем показателям концентрация і-ингредиента и данным определяется величина пов К-створе реки до попусков, 50 пусков в реки 8-10. Величина этих по*кг/л; пусков состоит из двух слагаемых: К; - концентрация і-ингредиента в дх - расхода, необходимого для водохранилище, мг/л; удовлетворения нужд водопользователей предельно допустимая конценв количественном отношении, и трация і~ингредиєнта в 55 gfc - расхода, необходимого для К-створе, мг/л; разбавления речной воды с целью улучкоэффициент неконсервативносшения ее качества и доведения загрязти; няющих ингредиентов до предельно доЕ к - длина реки от сбросного соору пустимых концентраций. жения до К-створа, м. д г отличается ст д* на величину Ад. Если йд ~ 0, тогда gt = дг= Q K . Если Дд