Расчет годового объема водопотребления участниками ВХК
Введение
На данном этапе развития сельского хозяйства и промышленности
создание экономически эффективных водохозяйственных комплексов является
актуальным, т.к. они имеют более низкую стоимость, чем отдельно возводимые
сооружения и проводимые мероприятия. Актуальность заключается в том, что
использовать и охранять водные ресурсы в комплексе более удобно, это связано с
необходимостью разработки и реализации системы мер технического, экономического
и правового характера в процессе проектирования, строительства и эксплуатации
водохозяйственных объектов.
Также важной является задача по удовлетворению в воде
различных участников водохозяйственного комплекса за счет имеющихся в наличии
водных ресурсов района. При этом природоохранные мероприятия должны исключить и
в максимальной мере уменьшать возможные негативные воздействия на окружающую
среду. В таком случае создание водохозяйственного комплекса будет наиболее
выгодным и безопасным во всех отношениях.
В работе решаются вопросы по определению годового объёма водопотребления
участниками водохозяйственного комплекса (ВХК) и возможности их удовлетворения
за счёт водных ресурсов данного района. На основе результатов прогнозных
расчётов по подтоплению оценивается изменение уровня грунтовых вод в зоне
влияния водохранилища. Технико-экономическое обоснование ВХК осуществляется
методом сравнительной экономической эффективности.
1.
Природно-экономическая характеристика административно-хозяйственного района
водохозяйственный
гидросиловой энергосистема
Река Лужесянка протекает на территории Республики Беларусь в
Витебской области. Эта река является притоком Западной Двины.
Климат района определяется как умеренно континентальный.
Основные его характеристики обусловлены расположением территории республики в
умеренных широтах, отсутствием орографических преград, преобладанием равнинного
рельефа, относительным удалением от Атлантического океана. Циркуляция атмосферы
вызывает постоянную смену воздушных масс над территорией.
Воздушные массы могут приходить с востока и северо-востока
или формироваться на месте, что сопровождается в основном ясной безоблачной
погодой. Изредка с юга приходит тропический воздух, обусловливающий
значительное повышение температуры воздуха. Господство западного переноса
приводит к преобладанию западных циклонов, приносящих влажный воздух. В
холодную пору года они вызывают потепление, часто оттепели и осадки, летом -
прохладную с дождями погоду. Значительно реже приходят циклоны с северо-запада.
При движении в юго-восточном направлении зимой они вызывают быстрое и
значительное потепление, которое после прохождения циклона сменяется резким
похолоданием, а летом - неустойчивую погоду. Равнинный характер Витебской
области и окружающей территории способствует проникновению воздушных масс с
севера, запада и юга, что увеличивает изменчивость погоды. Возвышенности
обусловливают местные климатические особенности - некоторое понижение
температуры воздуха, увеличение количества осадков и частоты туманов.
Термический режим характеризуется теплым летом и не очень
холодной зимой.
Средняя годовая температура воздуха составляет +5,1°С, самый
тёплый месяц - июль со средней месячной температурой +17,7°С. Наиболее холодный
месяц зимы - январь с температурой -7,2°С.
Первый снег в Витебской области обычно выпадает в конце
октября. Снежный покров прочно устанавливается в начале декабря. В среднем дней
со снежным покровом (по станции Витебск) 119, средняя из наибольших за зиму
высот снежного покрова 26 см, максимальная высота - 76 см., минимальная высота
- 5 см.
Витебская область относится к зоне достаточного увлажнения.
Среднегодовое количество атмосферных осадков с поправками к показаниям
осадкомера для Витебского района составляет 739мм. Наибольшее количество
осадков наблюдается в июле - 86мм., наименьшее - в апреле - 45мм. Минимальная
относительная влажность наблюдается в мае, максимальная в ноябре. В отдельные
годы в начале лета отмечается засуха. В среднем за год количество сухих дней
(количество осадков - 0 мм.) 19.
Около 70% осадков выпадает в тёплую пору года (с мая до
октября) преимущественно в жидком виде. Суммарная продолжительность выпадения
осадков 981 час в год. Около 57% осадков даёт дождь, 30% - твердых, 13% -
смешанные осадки. Летние осадки по каждому пункту в 25-33 случаях за год
сопровождаются грозами, 1-2 раза - градом. Среднее количество дней с грозой -
21 за год. Наибольшее число дней с грозой 36 в год. Среднее количество дней с
градом - 0,7 за год. Наибольшее число дней с градом 3 в год.
Преобладающими ветрами в течение года являются ветры южных
направлений. В тёплый период (апрель - сентябрь) преобладают западные и
северо-западные ветры. В холодный период (октябрь - март) господствуют ветры
юго-западного, западного и юго-восточного направлений. Среднегодовая скорость
ветра составляет 3.3м/с. Сильные ветры (15 м/с и более) наблюдаются редко и
чаще в холодное время года (ноябрь-март). Изредка отмечаются бури и смерчи. [6]
Таблица 1.1 Природно-экономическая характеристика района
|
№ п/п
|
Показатели
|
Единица
измерения
|
Значения
|
|
1.0
|
Коммунально-бытовое
хозяйство
|
млн. м3
|
4,68
|
|
1.1
|
Численность
населения
|
чел.
|
12·104
|
|
1.2
|
Степень
благоустроенности
|
|
3
|
|
1.3
|
Норма
водопотребления
|
л/сут
|
40
|
|
2.0
|
Агропромышленное
производство
|
млн. м3
|
4,2
|
|
2.1
|
Вид выпускаемой
продукции
|
|
5
|
|
2.2
|
Объём
выпускаемой продукции
|
м3
|
48·104
|
|
2.3
|
Норма расхода
воды на единицу выпускаемой прдукции
|
|
7
|
|
3.0
|
Сельскохозяйственное
производство
|
млн. м3
|
6,873
|
|
3.1
|
Вид животных
|
|
3
|
|
3.2
|
Количество
голов
|
голов
|
27·104
|
|
3.3
|
Удельная норма
водопотребления
|
|
|
|
3.4
|
Площадь
увлажняемых земель
|
га
|
1,4·103
|
|
3.5
|
Норма
увлажнения
|
м3/га
|
5
|
|
4.0
|
Мощность
энергосистемы района
|
кВт
|
210
|
2.
Определение годового объёма водопотребления участниками ВХК
.1
Агропромышленное производство
Одним из направлений интенсификации сельскохозяйственного
производстваявляется создание агропромышленных объединений и предприятий по
переработке сельскохозяйственной продукции. Они потребляют воду в технических
целях, для мойки сырья, производства пара и других нужд. [1]
Объём водопотребления предприятиями сельскохозяйственной
промышленности определяется взависимости от объёма и вида выпускаемой
продукции, характера использования воды, принятой технологии производства и
системы промышленного водоснабжения.
, (2.1.1)
где qпр - удельная норма водопотребления на единицу
выпускаемой продукции, 40м3/т; Vпр - годовой объём
выпускаемой продукции рассматриваемого промышленного предприятия, 65·104т.
Принимая равномерное распределение годового объёма
промышленного водопотребления по месяцам, получим:
. (2.1.2)
2.2
Коммунально-бытовое хозяйство
Нормы хозяйственного среднесуточного
водопотребления определяются в зависимости от степени благоустроенности
городского населения. Для каждого конкретного случая нормы водопотребления на
одного жителя и коэффициенты неравности определяются па приложению 3.
Численность населения задана в исходных данных.
Расход воды на хозяйственные нужды (Qкб) определяются из
формулы:
, (2.2.1)
где z - численность населения, 17·104чел.;
qн - норма среднесуточного водопотребления на одного жителя, 125
л/сут; kч, kс - коэффициенты часовой и суточной неравномерности, соответственно
1,12 и 1,5.
На основании Qкб определяется объем
месячного Wкбм и годового Wкбг водопотребления на коммунально-бытовые нужды:
, (2.2.2)
где t - продолжительность месяца в секундах;
. (2.2.3)
2.3
Сельскохозяйственное производство
Объём воды сельскохозяйственного водозабора Wс/х характеризуется объёмами
необходимыми для водообеспечения животноводчества Wж и увлажнения земель Wувл:
м3 (2.3.1)
В животноводчестве вода применяется для поения животных и птицы,
кормоприготовления, санитарного ухода за скотом, гидравлического удаления
навоза и других целей. Её годовой объём зависит от количества животных К и удельного
показателя водопотребления qж:
м3(2.3.2)
где t1 - число суток в году (365 суток).
Принимая равномерное распределение годового объёма по
месяцам, определяем среднемесячный объём водопотребления:
м3. (2.3.3)
Объём воды, необходимый для увлажнения сельскохозяйственных
земель в заданном административно-хозяйственном районе, определяется с
использованием исходных данных (Fувл) и результатов водобалансовых расчётов (m), выполненных в курсовом
проекте по курсу «Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации» по теме
«Гидромелиоративная система на землях неустойчивого увлажнения с разработкой
сетевых ГТС. Часть 1. Гидромелиоративные мероприятия по осушению,
сельскохозяйственному освоению, сметно-финансовые расчёты и чертежи».
м3 , (2.3.4)
где m - норма подпочвенного увлажнения, м3/га; Fувл - площадь увлажняемых
земель, га.
Расчёт по определению суммарного годового объёма
сельскохозяйственного производства производится в таблице 2.3.1.
Таблица 2.3.1 Расчёт годового объёма с/х водозабора
|
t, мес
|
qж, л/сут
|
К, млн. голов
|
Wжм, млн. м3
|
m, м3/га
|
Fувл, га
|
Wувлм, млн. м3
|
Wс/хм, млн. м3
|
|
1
|
10
|
0,25
|
0,951
|
0
|
1,4·103
|
0
|
0,951
|
|
2
|
10
|
0,25
|
0,951
|
0
|
1,4·103
|
0
|
0,951
|
|
3
|
10
|
0,25
|
0,951
|
0
|
1,4·103
|
0
|
0,951
|
|
4
|
10
|
0,25
|
0,951
|
98
|
1,4·103
|
0,1715
|
1,1225
|
|
5
|
10
|
0,25
|
0,951
|
125
|
1,4·103
|
0,21875
|
1,16975
|
|
6
|
10
|
0,25
|
0,951
|
250
|
1,4·103
|
0,4375
|
1,3885
|
|
7
|
10
|
0,25
|
0,951
|
460
|
1,4·103
|
0,805
|
1,756
|
|
8
|
10
|
0,25
|
0,951
|
220
|
1,4·103
|
0,385
|
1,336
|
|
9
|
10
|
0,25
|
0,951
|
100
|
1,4·103
|
0,175
|
1,126
|
|
10
|
10
|
0,25
|
0,951
|
25
|
1,4·103
|
0,04375
|
0,99475
|
|
11
|
10
|
0,25
|
0,951
|
0
|
1,4·103
|
0
|
0,951
|
|
12
|
10
|
0,25
|
0,951
|
0
|
1,4·103
|
0
|
0,951
|
|
Год
|
|
|
11,406
|
1278
|
|
2,2365
|
13,6485
|
2.4
Гидроэнергетика
Для определения долевого участия гидроэнергетики в
комплексном использовании водных ресурсов заданного
административно-хозяйственного района составляется уравнение водного баланса на
каждый расчетный период времени (t):
, м
, (2.4.1)
где 
, Wсбр(t) - ежемесячная гарантированная водоотдача
гидроузла и объем сброса, установленные на основании водохозяйственных
расчетов.
Объем воды, который может быть использован для получения
технической потенциальной мощности гидроэлектростанции, определяется из
выражения, считая, что гидроэнергетика является заключительным элементом в
уравнении водного баланса:
, (2.4.2)
Объем воды, который может быть использован для получения
технической потенциальной мощности гидроэлектростанции, будем рассчитывать в
табличной форме (таблица 1.4.1) для каждого месяца.
В колонку 2 записываем ежемесячную гарантированную водоотдачу
Wвод, в колонку 3 записываем
объем сброса Wсбр, в колонку 4 - объем промышленного водопотребления Wпр, в колонку 6 - с/х
потребление Wсх. Объем воды для гидроэнергетики рассчитываем по формуле (2.4.2)
Таблица 2.4.1 Определение годового объема воды для
гидроэнергетики
|
t, мес
|
 , млн. м , млн. м , млн. м , млн. м , млн. м , млн. м
|
|
|
|
|
|
|
1
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
2,519
|
|
2
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
2,519
|
|
3
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
2,519
|
|
4
|
3,67
|
13,286
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
15,805
|
|
5
|
3,67
|
0,362
|
0,35
|
0,39
|
0,828
|
2,464
|
|
6
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
1,049
|
1,881
|
|
7
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,957
|
1,973
|
|
8
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,6
|
2,33
|
|
9
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,52
|
2,41
|
|
10
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,453
|
2,477
|
|
11
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
2,519
|
|
12
|
3,67
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
2,519
|
|
Всего
|
44,04
|
13,648
|
4,2
|
4,68
|
6,873
|
41,935
|
Анализ полученных результатов в таблице 2.4.1 показывает, что
для некоторых месяцев для гидроэнергетики нехватка. В то же время приходная
часть больше расходной части. Поэтому необходимо выполнять внутригодовое
распределение стока. На основании полученных результатов производим перерасчет
годового объема воды для гидроэнергетики (таблица 2.4.2). Расчеты аналогичны
расчетам в таблице 2.4.1.
Таблица2.4.2 Определение годового объема воды для
гидроэнергетикис учетом перераспределения
|
t, мес
|
, млн. м, млн. м, млн. м, млн. м, млн. м, млн. м
|
|
|
|
|
|
|
1
|
4,351
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
3,2
|
|
2
|
4,351
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
3,2
|
|
3
|
4,401
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
3,25
|
|
4
|
4,49
|
2,376
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
5,715
|
|
5
|
5,12
|
0,448
|
0,35
|
0,39
|
0,828
|
4,00
|
|
6
|
4,969
|
|
0,35
|
0,39
|
1,049
|
3,18
|
|
7
|
4,937
|
|
0,35
|
0,39
|
0,957
|
3,24
|
|
8
|
|
0,35
|
0,39
|
0,6
|
3,28
|
|
9
|
4,47
|
|
0,35
|
0,39
|
0,52
|
3,21
|
|
10
|
4,453
|
|
0,35
|
0,39
|
0,453
|
3,26
|
|
11
|
4,351
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
3,2
|
|
12
|
4,351
|
|
0,35
|
0,39
|
0,411
|
3,2
|
|
Всего
|
54,864
|
2,824
|
4,2
|
4,68
|
6,873
|
41,935
|
По результатам выполненных расчетов строим результирующий
график годового объема водопотребления участниками ВХК (рисунок 2.4.1).
График сработки и наполнения водохранилища (рисунок 2.4.3)
строим по значениям окончательных объемов воды Vокон (таблица 2.4.3),
установленных на основании водохозяйственных расчетов с использованием
топографических характеристик (рисунок 2.4.2).
3.
Водно-энергетический расчет
Назначением вводно-энергетических расчетов является
определение энергетических параметров ГЭС и ее роли в покрытии графиков
нагрузки энергосистемы заданного административно-хозяйственного района.
3.1
Построение годового и суточного графика нагрузки энергосистемы
Для характеристики режима электропотребления строят графики
нагрузки энергосистемы для данного района. Из них наибольшей неравномерностью
отличаются суточные графики. Суточные колебания вызываются в основном резким
изменением в расходовании энергии на различные бытовые и коммунальные нужды.
Годовые изменения нагрузки энергосистемы происходят
вследствие специфики тех или иных производств, в особенности сезонности их
работы.
При построении годового и суточных графиков нагрузки энергосистемы
используются распределения мощностей энергосистемы заданного
административно-хозяйственного района, выраженные в процентах от максимального
значения мощности системы (P
) для годового графика, а для суточных -
от наибольших значений мощности соответствующего месяца. Все результаты сводим
в таблицы 3.1.1 и 3.1.2.
Таблица 3.1.1 Расчет годового графика нагрузки энергосистемы
|
t, мес
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
|
Pг, %
|
100
|
95
|
90
|
87
|
83
|
78
|
78
|
83
|
87
|
90
|
95
|
100
|
|
P, кВт
|
210
|
199,5
|
189
|
182,7
|
174,3
|
163,8
|
163,8
|
174,3
|
182,7
|
189
|
199,5
|
210
|
По результатам таблицы строим годовой график нагрузки
энергосистемы (рисунок 3.1.1).
Таблица 3.1.2 Расчет суточных графиков нагрузки энергосистемы
|
Месяцы
|
t, час
|
2
|
4
|
6
|
8
|
10
|
12
|
14
|
16
|
18
|
20
|
22
|
24
|
|
Pсут, %
|
55
|
60
|
64
|
75
|
95
|
80
|
85
|
90
|
100
|
95
|
90
|
70
|
|
1-12
|
P, кВт
|
115,5
|
126
|
134,4
|
157,5
|
199,5
|
168
|
178,5
|
189
|
210
|
199,5
|
189
|
147
|
|
2-11
|
P, кВт
|
109,7
|
119,7
|
127,7
|
149,6
|
189,5
|
159,6
|
169,6
|
179,6
|
199,5
|
189,5
|
179,6
|
139,6
|
|
3-10
|
P, кВт
|
104
|
113,4
|
121
|
141,7
|
179,5
|
151,2
|
160,6
|
170,1
|
189
|
179,5
|
170,1
|
132,3
|
|
4-9
|
P, кВт
|
100,5
|
109,6
|
116,9
|
137,0
|
173,6
|
146,2
|
155,3
|
164,4
|
182,7
|
173,6
|
164,4
|
127,9
|
|
5-8
|
P, кВт
|
95,9
|
104,6
|
111,6
|
130,7
|
165,6
|
139,4
|
148,2
|
156,9
|
174,3
|
165,6
|
156,9
|
122,0
|
|
6-7
|
P, кВт
|
90,1
|
98,3
|
104,8
|
122,9
|
155,6
|
131,0
|
139,2
|
147,4
|
163,8
|
155,6
|
147,4
|
114,7
|
Координаты кривой связи уровней воды в нижнем бьефе
определяются в табличной форме в зависимости от связи, глубины воды hНБ и значения:
Qmax=
, м3/с (3.1.1)
Таблица 3.1.3Подсчёт координат кривой связи 
|
Q, м3/с
|
0,1Q
|
0,2Q
|
0,3Q
|
0,4Q
|
0,6Q
|
0,8Q
|
|
Qнб, м3/с
|
1,16
|
2,32
|
3,48
|
4,64
|
6,96
|
9,28
|
|
hНБ, м
|
0,5
|
0,8
|
1,6
|
1,8
|
2,0
|
2,2
|
|
 НБ, м99,599,8100,6100,8101101,2
|
|
|
|
|
|
|
По результатам таблицы 3.1.3 строим график (рисунок 3.1.2).
3.2 Определение роли ГЭС в покрытии графика
нагрузки энергосистемы