III.2 Уравнение и структура водохозяйственного баланса

17. Структура стандартного водохозяйственного баланса включает приходную П и расходную Р части, а также результат водохозяйственного баланса. Определенные составляющие баланса являются отражением инженерных решений, связанных с рациональным водопользованием, регулированием стока и его территориальным перераспределением. Результат ВХБ характеризуется наличием резервов (П Р) или дефицитов (П<Р)стока.

18. При выборе расчетного интервала времени для водохозяйственного баланса следует принимать во внимание категорию реки, значительную внутримесячную неравномерность стока, наличие регулирующих емкостей, соотношение объема и режима водопотребления, а также специальных весенних попусков и водного режима реки. В зависимости от названных факторов устанавливается месячные, декадные, пентадные, или даже суточные расчетные интервалы. Чаще всего на малые интервалы разбивается период половодья, паводка – то есть период значимой неравномерности стока.

19. Размерность составляющих водохозяйственного баланса обычно принимается в млн.м³, для малых рек с объемом стока порядка 20-50 млн.м³ в тыс.м³. При больших расходах, свойственных крупным рекам, балансы удобнее рассчитывать в расходах, сохраняя размерность объемов стока за год в млн.м³ или км³. Перевод расходов в объемы стока производится умножением расходов на соответствующие переходные коэффициенты с учетом продолжительности расчетного интервала.

20. Для расчетов водохозяйственного баланса в общем случае используется следующее основное уравнение (в единицах объема воды за расчетный интервал времени):

В = W _вх + W _бок + W _пзв +W _вв + W _дот ± ΔV ± W _л -W _исп -W _ф –W _у -W _пер –W _вдп –W _кп (1)

где:

W _вх – объём стока, поступающий за расчетный период с вышележащих участков рассматриваемого водного объекта, млн.м³;

W _бок – объём воды, формирующийся за расчетный период на расчетном ВХУ (боковая приточность);

W _пзв – объём водозабора из подземных вод, использование которых возможно в соответствии с законодательством;

W _вв – возвратные воды на водохозяйственном участке:подземные и поверхностные воды, стекающие с орошаемых территорий, или воды, сбрасываемые промышленными предприятиями, установками бытового водоснабжения, коммунальными предприятиями. Фактически учитывается объем воды, попадающий на рассматриваемый водохозяйственный участок со стороны действующей системы водоотведения, которая определяет суммарное количество всех видов сточных вод (в том числе коллекторно-дренажные), отводимых в водоемы, подземные горизонты и бессточные понижения, а также подаваемых на очистные сооружения;

W _дот – дотационный объем воды, поступающий на водохозяйственный участок из систем территориального перераспределения стока (межбассейновые и внутрибассейновые переброски);

± ΔV – сработка или наполнение прудов и водохранилищ на расчетном водохозяйственном участке;

± W _л– потери воды при оседании льда на берега при зимней сработке водохранилища и/или возврат воды в результате таяния льда весной;

W _исп – потери на дополнительное испарение с акватории водоемов;

W _ф – фильтрационные потери из водохранилищ, каналов, других поверхностных водных объектов в пределах расчетного водохозяйственного участка;

W_у – уменьшение речного стока, вызванное водозабором из подземных водных объектов, имеющих гидравлическую связь с рекой;

W_пер – переброска части стока (объема воды) за пределы расчетного водохозяйственного участка;

W _вдп – суммарные требования всех водопользователей данного расчетного водохозяйственного участка;

W _кп – требуемая величина стока в замыкающем (выходном) створе расчетного водохозяйственного участка (транзитный сток или комплексный попуск, в котором суммированы санитарно-экологические и хозяйственные попуски);

В – результирующая составляющая (избыток или дефицит водных ресурсов) водохозяйственного участка.

Результаты водохозяйственного баланса фиксируют величину дефицита водных ресурсов Def, резерв воды W_рез и проектный (транзитный) сток W_пс на следующий водохозяйственный участок.

При B 0 резерв водных ресурсов равен балансу W_рез = B, адефицит Def = 0; При B < 0 резерв водных ресурсов равен нулю W_рез = 0, адефицит Def = – B.

21. Величина сработки или наполнения водохранилища за расчетный интервал времени (±ΔV) определяется в ходе расчета водохозяйственного баланса как поправка к располагаемым водным ресурсам, выравнивающая приходную и расходную части баланса. Водные ресурсы, аккумулированные в водохранилище в период повышенной водности, расходуются в период межени, при этом к началу следующего гидрологического года сезонная составляющая емкости водохранилищ, как правило, полностью срабатывается для аккумуляции половодного (паводочного) стока.

Таким образом, наполнение водохранилища определяется объемом суммарного притока в водохранилище за вычетом объемов специальных попусков, безвозвратного водопотребления, а также сработки водохранилища в интересах водопользователей нижнего бьефа, если таковые имеются. Объем наполнения водохранилища на конец интервала (V_нап) ограничен сверху отметкой НПУ (V_нпу), снизу – уровнем мертвого объема (V_умо).

V_умо V_нач ± DV=V_нап ≤ V_нпу (2)

где:

V_нач – объем водохранилища на начало расчетного интервала.

Кроме ограничений (2) режим сработки и наполнения водохранилищ регламентирован Правилами использования водных ресурсов соответствующего водохранилища, каскада водохранилищ или водохозяйственной системы (диспетчерские графики).

22. За начало расчетного интервала водохозяйственного года принимается момент наступления наиболее многоводного сезона (половодья), причем для водохранилищ сезонного регулирования начальный объем заполнения полезной емкости водохранилища обычно принимается равным нулю (V_нач = 0). В случае переходящих объемов, как на Волжско – Камском каскаде водохранилищ, наполнение на конец года устанавливается на отметке СНУ – нормальной предполоводной сработки.

При многолетнем регулировании стока наполнение на начало первого года расчетного ряда определяется путем нескольких итераций до совпадения объемов наполнения на начало и конец расчетного многолетнего ряда. В качестве первого приближения можно принять половину многолетней емкости.

Если суммарный приток воды в водохранилище в период повышенной водности превышает объем свободной емкости водохранилища, осуществляются дополнительные попуски воды (холостые сбросы).

23. Если створ плотины водохранилища является замыкающим для расчетного водохозяйственного участка, то в водохозяйственном балансе для данного водохозяйственного участка учитываются требования водопользователей, расположенных ниже гидроузла.

24. В случае совместной работы прудов и водохранилищ, расположенных на одном водном объекте в пределах одного расчетного водохозяйственного участка, значения наполнения и сработки могут быть определены путем введения водохранилища-эквивалента с емкостью и площадью акватории, равной сумме емкостей и площадей акваторий отдельных водохранилищ при соответствующих отметках нормального подпорного уровня.

В ряде случаев суммарной поправкой к стоку вводятся сработка и наполнение малых водохранилищ, таких как рыбохозяйственные пруды, водоемы-охладители тепловых и атомных электростанций (водохозяйственный баланс р.Дон).

25. Обычно составляющие водохозяйственного баланса со знаком плюс относятся к приходной части баланса, со знаком минус – к расходной. Во многих случаях удобно сработку (+) и наполнение (–) водохранилища сосредоточить в приходной части баланса для наглядности определения располагаемых ресурсов. Форма балансовой таблицы для водохозяйственного баланса водохозяйственного участка приведена в приложении 1.

26. Для расчета проектного (транзитного стока) в створе, замыкающем водохозяйственный участок, используется формула (3):

W_пс = W_кп – Def_кп + W_рез, (3)

где Def_кп – дефицит комплексного попуска в расчетном временном интервале.

Соответствие объемов, площадей и уровней водохранилища определяется батиграфическими зависимостями, которые устанавливаются путем планиметрирования горизонталей на топографических картах масштаба от 1:10000 до 1:50000 с шагом сечения рельефа в зависимости от создаваемого напора.

27. В случае, если стандартная форма водохозяйственного баланса не позволяет отразить особенности водохозяйственной системы, требуется разработка макетов таблиц водохозяйственного баланса, учитывающих структуру водохозяйственной системы. Такими особенностями являются, например, разветвления магистральных каналов в составе водохозяйственной системы (в этом случае детализируется расходная часть водохозяйственного баланса); типы водозаборных сооружений (так, при бесплотинном водозаборе возможный объем изъятия речного стока не превышает 20-30% расхода реки); наличие трансграничных створов со своей спецификой совместного использования водных ресурсов; наличие внерусловых регулирующих емкостей (объем притока к наливному водохранилищу ограничен пропускной способностью подводящего канала или водовода, производительностью насосных станций, допустимостью отбора воды по экологическим или хозяйственным причинам). В каждом из названных примеров требуется внесение дополнительных строк в приходной и расходной части баланса.