Лекция 1 Цели и задачи водохозяйственного проектирования 1.Введение в водохозяйственное планирование к проектирование

Вопросы:

1.Введение в водохозяйственное планирование к проектирование.

2.Воздействие водохозяйственных объектов на природную среду.

3.Общие положения по разработке схем комплексного использования м охраны водных ресурсов.

I. Введение в водохозяйственное планирование и проектирование

Говоря о водных ресурсах земного шара, можно одновременно сказать: воды слишком много, слишком мало, она очень грязная. Эти ее особенности и привели к необходимости анализа и планирования водных ресурсов. Инже­неры - проектировщики, экономисты, социологи, юристы и специалисты по охране водных ресурсов уже достигли значительных успехов в проектирова­нии, строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений, а также управлении природными водными ресурсами.

Необходимость планирования в целях усиления контроля над водными ресурсами часто осознается после бедствия - наводнения, засухи, эпидемии, вызванной водой. Подобные явления стимулируют организации водохозяй­ственного планирования и проектирования, различные консультативные группы в разработке и реализации водохозяйственных планов.

Водохозяйственное планирование и проектирование на современном этапе должно рассматривать комплекс потребителей, целей и критериев. Во­просы справедливости, риска, перераспределения национального богатства, качества окружающей среды также важны, как и экономическая эффектив­ность.

Возрастающая роль общественности в водохозяйственном планирова­нии изменила требования к инженерным решениям данной задачи. Она за­ставила специалистов, занимающихся планированием и проектированием, изучать более широкий спектр альтернативных планов. Ответственность за применение решений несут теперь не только инженеры - проектировщики, но и государственные и общественные деятели. Именно они отвечают за ре­шения, при которых достигается компромисс между различными обществен­ными интересами.

Проектирование водохозяйственных мероприятий представляют собой сложную задачу, и ведется в трех направлениях:

а) проектирование собственно мероприятий по эффективному использованию водных ресурсов;

б) проектирование сооружений, обеспечивающих осуществление этих
мероприятий;

в) проектирование мероприятий, связанных с вредным воздействием гидротехнических сооружений и водохранилищ на существующий режим водотока, условия жизни и хозяйство прибрежных районов.

Первое из указанных направлений проектирования и составляет круг вопросов, решаемых водохозяйственными расчетами.

Под водохозяйственными расчетами понимается совокупность расче­тов и проектных проработок, включающих в основном разделы:

1. Выявление ресурсов и режима, намечаемого к использованию водного объекта или района.

2. Выяснение требований водопотребителей и водопользователей на воду и к режиму регулирования. Согласование этих требований.

3. Установление водохозяйственного эффекта, который может быть полу­чен от намечаемых мероприятий.

4. Производство расчетов к выбору основных водохозяйственных пара­метров, определяющих размеры сооружений и водохранилищ, - величина подпора, емкостей водохранилищ, потребных для регулирования низкого и паводочного стока, размеров водосбросных отверстий, мощностей гидро­электростанций и т.п.

5. Разработка проектного режима и составление правил управления рабо­той водохранилищ, обеспечивающих реализацию намеченных мероприятий.

6. Производство расчетов регулирования стока или водной энергии и со­ставление характеристик режима работы установки или каскада установок.

Водохозяйственные расчеты представляют собой очень важную часть проектирования водохозяйственных мероприятий и поэтому они должны быть выполнены с возможной тщательностью. Необходимо, прежде всего, всесторонне изучить режим водотока и учесть влияние на этот режим суще­ствующего его использования. Необходимо также правильно оценить по­требности в воде со стороны отраслей народного хозяйства, которых при­званы выявить требования к регулированию низкого и паводочного стока и т. д.

Сопоставлением естественного режима стока намечаемым режимом его использования определяется характер и масштабы необходимого регули­рования низкого стока с целью приспособления его к нуждам народного хо­зяйства, характер и масштабы необходимого регулирования паводочного стока. Затем производятся сокращенные расчеты для выбора основных водо­хозяйственных параметров, определяющих размеры сооружений и водохра­нилищ, и, наконец, производятся подробные расчеты уже при выбранных па­раметрах. Указанные подробные расчеты, целью которых является Получе­ние характеристик режима работы установки или каскада установок, ведутся на основе специальных правил, обычно разрабатываемых применительно к выбранным параметрам сооружений и водохранилищ.

2. Воздействие водохозяйственных объектов на природную среду

Водохозяйственные объекты оказывают непосредственное воздействие на природную среду, которое проявляется как в период строительства объек­тов, так и при их эксплуатации: Так, создание водохранилищ оказывает су­щественное влияние на гидросферу - увеличивается испарение, нарушаются естественные режимы водного стока (поверхностного и подземного), изменя­ется качество воды и т. п. При сооружении крупных водохранилищ возникает дополнительная нагрузка на земную кору, интенсифицируются тектониче­ские процессы, вызывающие землетрясения. Фильтрация воды из водохрани­лища способствует изменению геологической структуры пород и их физико-химических характеристик.

При интенсивном испарении влаги с поверхности водохранилищ, а также с подтопленных прилегающих территорий возможны локальные изме­нения климата (повышение влажности воздуха, образование туманов, усиле­ние ветров и т. п.). Однако в зависимости от природных условий такие воз­действия могут иметь и положительные последствия, например, создание во­дохранилищ в засушливых зонах ведет к благоприятным изменениям клима­тических условий, повышая влажность воздуха. Однако в большинстве слу­чаев эти последствия негативны, и требуются время и большие материальные затраты для приспособления к новым условиям окружающей среды.

Водохозяйственные объекты оказывают существенное влияние и на живую природу - растительный и животный мир. Изменения параметров водной среды, атмосферы, почвы вызывают экологические нарушения, что приводит к изменению экологических систем - функциональной совокупно­сти микроорганизмов, животного и растительного мира. Например, при соз­дании водохранилищ происходит стратификация воды, когда верхние ее слои хорошо прогреваются под действием солнечной радиации, а нижние, особен­но придонные, имеют более низкую температуру. Сохранение или деформа­ция экологических систем в нижнем за водохранилищем течении реки будет зависеть от того, из каких слоев забирается и пропускается в нижний бьеф вода. При глубинном заборе в нижний бьеф будет поступать холодная вода, а она может вызвать угнетение или гибель теплолюбивых растений и микроор­ганизмов, служащих питательной средой для подводного животного мира. Это, в свою очередь, может привести к изменению видового разнообразия, например ихтиофауны.

Создание водохранилищ и других водохозяйственных объектов отно­сится к антропогенному виду воздействия на природу. Термин «антропоген­ное воздействие» подразумевает влияние хозяйственной деятельности чело­века на природу. Это влияние особенно сильно проявляется в период экс­плуатации водной системы предприятиями-водопользователями отдельных отраслей энергетики, промышленности, транспорта и сельского хозяйства.

Тепловые и атомные электростанции, сбрасывая теплые воды из систем охлаждения конденсаторов паровых турбин, нарушают тепловой режим во­доемов и водотоков. Повышение средней температуры воды на 3° С и более вызывает необратимые процессы в экологических системах. Этот вид воз­действия энергетических объектов на природную среду имеет особенно вредные последствия при сосредоточении на берегах искусственных или ес­тественных водоемов электростанций больших мощностей.

Водный транспорт, развиваемый на реках и водохранилищах, способ­ствует загрязнению воды нефтепродуктами. Основным источником их по­ступления в водоемы и водотоки является утечка топлива и масел. Значи­тельны сбросы коммунальных стоков с судов, на которых не предусмотрена их очистка или отсутствует централизованная их приемка береговыми водо­очистными сооружениями.

Интенсификация земледелия на орошаемых и осушаемых землях в бас­сейнах рек и озер связана с широким применением органических минераль­ных удобрений. При нарушении технологии удобрения почв значительная их часть выносится поверхностными и грунтовыми водами в реки и озера. В ре­зультате вода загрязняется биогенами - химическими соединениями азота и фосфора. Развитие промышленного животноводства в зоне мелиорируемого земледелия вызывает загрязнение вод отходами животноводческих ферм и комплексов. Орошение земель является самым крупным водопользователем и в отдельных случаях может вызвать истощение природных водных ресур­сов. Это еще один существенный фактор антропогенного воздействия на природную среду.

При проектировании мероприятий по мелиорации земель необходимо учитывать местные особенности природных условий. Так, орошение земель в южных районах страны может вызвать засоление почвы, если не предусмот­рены специальные агротехнические мероприятия или нарушена технология полива. В результате подъема грунтовых вод и их интенсивного испарения происходит накопление солей в почвенном слое, которое причиняет сущест­венный ущерб сельскому хозяйству, вызывает экологические нарушения в природной среде. Ликвидация последствий засоления земель - процесс до­вольно длительный и связан с большими затратами, поэтому еще на стадии проектирования необходимо предусматривать инженерные решения, которые позволили бы избежать этого неблагоприятного явления.

В низких местах, прилегающих к мелиорированным сельскохозяйст­венным угодьям, в результате интенсивного полива иногда происходит забо­лачивание земель. На таких землях появляется болотная растительность, гибнет лес и кустарник. Образование болотных местностей сопровождается изменением микроклимата, появляются болезнетворные насекомые и т. п. Недостаточный учет возможных неблагоприятных последствий в нарушении природы, связанных с интенсивной мелиорацией земель, в конечном счете, сказывается на продуктивности сельского хозяйства и условиях жизни сель­ского населения.

Отведение промышленных и коммунальных стоков - один из самых крупных и опасных источников загрязнения водной среды. Даже в условиях широкого применения очистных сооружений не удается избежать загрязне­ния стоками водоемов и водотоков. Особенно сложно регулировать поверхностные стоки с территорий городов и предприятий. Развитие промышлен­ности и сельского хозяйства, коммунальных хозяйств в районах, прилегаю­щих к создаваемым водохозяйственным объектам и системам, является со­путствующим фактором антропогенного воздействия на природу, и его необ­ходимо учитывать при планировании и проектировании объектов водного хозяйства наряду с непосредственным воздействием этих объектов на окру­жающую среду .

Все живое на Земле, в том числе и человек, зависит от сохранения це­лостности биосферы. Если слишком сильно изменить какую-либо из ее со­ставляющих, она может полностью разрушиться. Не исключено, что атмо­сфера, гидросфера и литосфера при этом сохранятся, но в их взаимоотноше­ниях уже не будет участвовать живая материя.

Каким образом человечество угрожает целостности биосферы и что следует делать, чтобы предотвратить эту катастрофу?

Водохозяйственная система (ВХС) - это комплекс взаимосвязанных водных объектов и гидротехнических сооружений, предназначенных для обеспечения рационального использования и охраны вод участниками ВХК. Определит структуру проектируемой или развивающейся ВХС - это принять решение о размещение и параметрах водохранилищ, о составе участников водохозяйственного комплекса, о параметрах водохозяйственных объектов. При принятии решений по формированию структуры развивающейся или проектируемой ВХС необходимым условием является включение в состав ограничений требований экосистем, в том числе и водных.

3. Общие положения по разработке схем комплексного использова­ния и охраны водных ресурсов

Схемы комплексного использования и охраны водных объектов (далее

— Схемы) разрабатываются в целях:

определения допустимой антропогенной нагрузки на водные объекты; определения потребностей в водных ресурсах в перспективе; обеспечения охраны водных объектов; определения основных направлений деятельности по предотвращению негативного воздействия вод.

Основной задачей разработки Схем является формирование инстру­ментария принятия управленческих решений по достижению устанавливае­мых Схемами целевых показателей качества воды водных объектов рассмат­риваемого речного бассейна и уменьшения негативных последствий навод­нений и других видов негативного воздействие вод.

Материалы утвержденных Схем предназначены для:

— планирования и реализации водохозяйственных и водоохранных меро­приятий в рамках федеральной адресной инвестиционной программы, феде­ральных, региональными ведомственных целевых программ;

— разработки региональных и муниципальных программ (планов) водо­хозяйственных и водоохранных мероприятий;

— подготовки предложений по установлению и пересмотру ставок платы за пользование водными объектами;

— регулирования водопользования, в том числе определения объемов до­пустимого забора (изъятия) водных ресурсов, объемов допустимого сброса сточных вод и/или дренажных вод.

Схемы разрабатываются для речных бассейнов, идентификация кото­рых и установление границ осуществляется при гидрографическом райони­ровании территории Российской Федерации.

Очередность разработки Схем по речным бассейнам устанавливается Графиков разработки Схем, который формируется и утверждается Федераль­ным агентством водных ресурсов исходя из следующих принципов:

— учета водохозяйственной обстановки в границах соответствующих речных бассейнов;

— сроков разработки, согласования и утверждения Схем;

— учета объема средств федерального бюджета, выделяемых на разработ­ку Схем.

График разработки Схем периодически (каждые 5 лет) корректируется в соответствии с ходом его реализации, изменением возможностей финанси­рования работ и возникновением новых задач.

Схемы разрабатываются на срок не менее 10 лет.

Целевые показатели качества воды в водных объектах, лимиты (пре­дельные объёмы забора (изъятия) водных ресурсов из водного объекта и ли­миты (предельные объемы) сброса сточных вод, соответствующих нормати­вам качества, квоты забора (изъятия) водных ресурсов из водного объекта и сброса сточных вод, соответствующих нормативам качества, выделяемые для каждого субъекта Российской Федерации, основные целевые показатели уменьшения негативных последствий наводнений и других видов негативно­го воздействий вод, перечни водохозяйственных мероприятии и мероприя­тии, направленных на сохранение и восстановление водных объектов, обес­печение устойчивого функционирований водохозяйственных систем в грани­цах речного бассейна и достижение целевых показателей качества воды в водных объектах, предполагаемые объемы необходимых для реализации Схем финансовых ресурсов устанавливаются в Схемах по этапам, продолжи­тельностью 5 лет каждый.

При разработке Схем должны учитываться:

— прогнозы социально-экономического развития Российской Федерации -долгосрочную, среднесрочную перспективу по Российской Федерации, по отраслям экономики, по регионам;

— утвержденные Схемы территориального планирования Российской Фе­дерации, субъектов Российской Федерации, муниципальных районов;

— действующие на момент начала разработки Схемы региональные и ме­стные документы по планированию развития промышленных зон, населен­ных пунктов, развития транспортной инфраструктуры, реструктуризации и развития сельского хозяйства, создание рекреационных зон и охраняемых природных территорий, планы и программы водохозяйственных и водоохранных мероприятий, а также мероприятий по защите от негативного воздей­ствия вод;

— положения международных договоров Российской Федерации в облас­ти совместного использования и охраны трансграничных водных объектов (для охватываемых Схемами трансграничных водных объектов).

Информационной основой разработки Схем являются сведения госу­дарственного водного реестра и государственного мониторинга водных объ­ектов.

Схемы разрабатываются на геоинформационной основе в соответствии с требованиями к техническим и программным средствам ведения слоев циф­ровой - картографической основы.

Документирование сведений, содержащихся в материалах, входящих в состав Схем осуществляется на бумажных и электронных носителях. При не­соответствии записей в бумажном и электронном носителях приоритет име­ют записи на бумажном носителе.

Обращение со сведениями, составляющими государственную тайну, при подготовке, согласовании, утверждении Схемы, а также реализации ме­роприятии, входящих в ее состав, осуществляется в соответствии с законода­тельством Российской Федерации о государственной тайне.

В составе Схемы разрабатывается система количественных индикато­ров достижения устанавливаемых Схемой целевых показателей и программа мониторинга реализации мероприятий Схемы.

Корректировка Схемы осуществляется на основании результатов мо­ниторинга реализации не чаще одного раза в 5 лет.

При разработке Схем выделяются следующие этапы выполнения работ:

Сбор, первичная обработка и анализ исходной информации.

Выявление и ранжирование по степени значимости проблем: использо­вания и охраны водных объектов; наличия водных ресурсов, их доступности для использование возможных негативных воздействий вод.

Формулирование основных целей, оценка их достижимости в течение планируемого периода реализации Схемы, установление целевых показате­лей.

Определение возможных наборов (вариантов) мероприятий по поэтап­ному достижению установленных целевых показателей.

Социально-экономическая оценка реализации возможных наборов мероприятий.

Выбор набора мероприятий для реализации, окончательное определе­ние положений Схемы, этапов ее реализации, индикаторов достижения целе­вых показателей и программы мониторинга хода реализации Схемы. На первом этапе осуществляется сбор, первичная обработка и анализ исходной информации, необходимой для выявления и анализа проблем управления водными ресурсами в рассматриваемом речном бассейне, сбор иной описательной и оценочной информации характеристик и проблем реч­ного бассейна.

На территории речного бассейна, для которого разрабатывается Схема, выделяется (идентифицируется) конечное число природных и искусственных водных объектов, для которых выполняются оценки антропогенных нагрузок и возможных ущербов от негативного воздействия вод.

В целях проведения оценки текущего состояния водных объектов, ос­новных природных факторов, влияющих на это состояние, наличия и доступ­ности водных ресурсов для использования, вероятности наступления при­родных событий, вызывающих наводнениям, засухи и другие виды вредного воздействия вод, осуществляется сбор физико географической, гидрологиче­ской, гидрогеологической и гидрометеорологической информации по водо­сбору и водным объектам рассматриваемого речного бассейна, включая:

— характеристики рельефа и ландшафтов речного бассейна (картографи­ческий материалы, густота речной сети, лесистость, озерность, заболочен­ность, типы почв и пр.);

— гидрологическую и гидрогеологическую изученность речного бассейна (существующая сеть наблюдений, существовавшие ранее посты наблюдений, наблюдаемые параметры, частота и периоды наблюдений и т.д.);

— основные гидрологические и морфометрические (для поверхностных водных объектов), и гидрогеологические (для подземных водных объектов) характеристики;

— гидрохимические и гидробиологические характеристики водных объ­ектов;

— гидрометеорологические (климатические) характеристики (осадки, ис­парение, температуры и т.д.).

Источниками физико-географической, гидрологической, гидрогеологи­ческой и гидрометеорологической информации по водосбору и водным объ­ектам рассматриваемом»» речного бассейна являются:

— государственный водный реестр;

— государственный водный кадастр;

— государственный земельный кадастр;

— государственный кадастр водных биологических ресурсов;

— банк данных мониторинга водных объектов по бассейновым округам, речным бассейнам, водохозяйственным участкам, территориям субъектов Российской Федерации и в целом по Российской Федерации;

— банк данных мониторинга подземных водных объектов (в случае от­сутствия данной информации в банке данных мониторинга водных объек­тов);

— единый государственный фонд данных о состоянии окружающей сре­ды, её загрязнении (в части данных о состоянии водных объектов);

— федеральный и региональные картографо-геодезические фонды Рос­сийской Федерации;

— данные по текущему состоянию государственной наблюдательной се­ти:

— данные по текущему состоянию ведомственной опорной наблюдатель­ной сети предназначенной для ведения мониторинга подземных вод с учетом государственного мониторинга состояния недр;

— результаты ранее проведенных изыскательских и научно-исследовательских работ по изучению водосборной территории и водных объектов рассматриваемого речного бассейна.

В целях оценки антропогенной нагрузки, выявления причин и источни­ков загрязнения водных объектов в результате хозяйственной деятельности, разработки целевых показателей качества воды в водных объектах и меро­приятий по их достижению осуществляется сбор информации по хозяйствен­ному освоению водосбора, забору свежей воды из водных объектов и сбро­сам сточных вод в водные объекты рассматриваемого речного бассейна.

Контрольные вопросы:

1. Какие основные задачи должны решаться при водохозяйственном проектировании на современном этапе?

2. Что Вы понимаете под водохозяйственными расчётами?

3. С какой целью разрабатываются схемы комплексного использова­ния и охраны вод.

4. Какие исходные материалы необходимы для проектирования вхс

Лекция 2

Ектов комплексного назначения

Лекция 3 Водохозяйственные расчёты на базе наблюдённых или модели­рованных многолетних рядов стока

Лекция 4 Моделирование развития и функционирования водохозяйст­венной системы

Лекция 5 Оптимизация развития водохозяйственной системы

Лекция 6Математические модели оценки и прогнозирования качества вод

Лекция 7Имитационная модель ВХС с учётом качества воды

Лекция 8 Моделирование режима управления водохранилищем по диспетчерскому графику