Комплексное использование и охрана водных ресурсов

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………......…2

1 ОПИСАНИЕ  БАССЕЙНА РЕКИ ЧУЛЫМ (НОВОСИБИРСКАЯ ОБЛАСТЬ)...3

   1.1 Водно-физические характеристики  почвогрунтов………………………...4

2  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ВЛАГОЗАПАСОВ ПОЧВОГРУНТОВ ВОДОСБОРА………7

3 ВЫДЕЛЕНИЕ  СТОКОФОРМИРУЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ РЕЧНОГО  БАССЕЙНА……………………………………………………………………………14

4  РАСЧЕТ  ГОДОВОГО СТОКА…………………………………………………….16

   4.1 Расчет стока в реальных условиях (при антропогенном воздействии)……16

4.2 Расчет  стока в естественных условиях (при отсутствии антропогенного  воздействия)……………………………………………………………………….20

5  РАСЧЕТ  ЗАГРЯЗНЕНИЯ РЕКИ БИОГЕННЫМИ  ЭЛЕМЕНТАМИ…………...21

5.1  Вынос биогенных элементов с  сельскохозяйственных угодий с  поверхностным и твердым стоком……………………………………………...21

5.2 Расчет  выноса биогенных элементов с  животноводческими стоками…..25

    5.3 Вынос биогенных элементов с  урбанизированных территорий………….27

6 ОЦЕНКА  КАЧЕСТВА ВОДЫ С УЧЕТОМ ПРОЦЕССА  САМООЧИЩЕНИЯ РЕКИ…………………………………………………………………………………...31

7 МЕРОПРИЯТИЯ  ПО УЛУЧШЕНИЮ СОСТОЯНИЯ РЕКИ…………………...34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..42

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………….43

ПРИЛОЖЕНИЯ 
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ  Б 
 

 

ВВЕДЕНИЕ

    Целью выполнения данного проекта является оценка состояния водных ресурсов малой реки, расположенной в зоне интенсивного сельскохозяйственного освоения водосбора, и разработка сценария экологически безопасной организации сельскохозяйственного производства на данной территории. Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить  физико-географические условия на водосборной территории и выделить стокоформирующие комплексы.
2. Определить влагозапасы всех типов почвогрунтов за летние месяцы с учетом атмосферных осадков и максимально возможного испарения.
3. Вычислить годовой сток для каждого стокоформирующего комплекса (СФК) и всего водосбора в целом для условий антропогенной нагрузки, определенной заданием.
4. Рассчитать вынос основных элементов–биогенов – азота и фосфора (массу и концентрацию) с каждого СФК и всего водосбора, а также от животноводческой отрасли, населения и разных видов сельскохозяйственных угодий. Сравнить с ПДК.
5. Определить естественный фон содержания биогенов в воде, для чего полностью снять с водосбора антропогенную на грузку и, сформировав заново СФК, выполнить расчеты годового стока и выноса биогенов.
6. Разработать оптимальный сценарий ведения сельского хозяйства на водосборной территории. Сформировать СФК и выполнить расчеты годового стока и выноса биогенов для замыкающего створа. Сравнить с ПДК и сделать выводы.
7. В случае неудовлетворительного состояния водных ресурсов даже в условиях минимально возможного хозяйственного освоения водосбора, разработать мероприятия по регулированию стока, систему противоэрозионных мер в бассейне реки, обосновать ограничения водопользования.

 
 

1 ОПИСАНИЕ БАССЕЙНА  РЕКИ ЧУЛЫМ (НОВОСИБИРСКАЯ ОБЛАСТЬ)

    Основой для выполнения проекта служат картографические материалы по заданному речному  бассейну и антропогенная нагрузка на него в виде численности  сельского  населения, объемов сельскохозяйственного  производства. В индивидуальном задании на курсовой проект задаются:

 – топографическая карта (или карта уклонов);

– карта землепользования на территории водосбора;

– карта почвогрунтовых условий на водосборе и залегания уровня грунтовых 

   вод (УГВ);

– сведения об антропогенной нагрузке речного бассейна:

–численность  сельского населения 33750 человек;

–численность  городского населения 1270 человек;

– поголовье крупнорогатого скота (КРС) – 41500, свиней – 51000;

– осадки годовые 545 мм/год;

– максимально возможное испарение 683 мм/год;

– глубина промерзания почвогрунтов 1,3 м;

– максимальный запас воды в снеге 0,70 м;

    Прежде  всего, необходимо внимательно изучить  исходные данные - район расположения речного бассейна, картографический материал, виды и масштабы антропогенной нагрузки, метеорологические данные, водно-физические характеристики почвогрунтов и прочие сведения. Для бассейна нужно подобрать недостающие параметры и характеристики, используя справочно-нормативную литературу. Результаты анализа описываются в первом разделе пояснительной записки. Различные характеристики лучше представлять в удобной для чтения табличной форме или в виде круговых диаграмм.

       Структура землепользования площади водосбора  р. Чулым  приведена в

таблице 1.1 
 

Таблица 1.1 – Структура землепользования площади водосбора р.Чулым

Вид угодья	Fi,км2	Fобщ,км2	доля %
1	2	3	4
пашня	191,31	1037,5	18,44
лес	776,81		74,87
болото	31,063		2,99
луг	38,313		3,69

 

Вывод: на территории водосбора преобладает лес.

В таблице 1.2 приведена структура почвогрунтов площади водосбора. 

Таблица 1.2 - Структура почвогрунтов площади водосбора р. Чулым

Почвогрунт	Fi,км2	Fобщ,км2	доля %
1	2	3	4
Легкий  суглинок	250,19	1037,5	24,11
Торф	272,5		26,27
Средний суглинок	343,13		33,07
Тяжелый суглинок	171,69		16,55

 

Вывод: на территории водосбора преобладает средний суглинок. 

    1.1 Водно-физические характеристики почвогрунтов

1. Распределение годовых осадков

   Годовая величина осадков составляет K_X = 545 мм/год

Распределение годовых осадков приведено в  таблице 1.3 

Таблица 1.3 - Распределение годовых осадков

Месяц	4	5	6	7	8	9	10	11	год
%	5,4	7,4	11,7	13	11,2	7,6	8,6	35,1	100
KX,мм	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,3	545

 

2)  Расчет  максимально возможного испарения

    Максимально возможное испарение составляет Z_м = 683 мм.

Распределение максимально возможного испарения  приведено в таблице 1.4 

Таблица 1.4 – Распределение максимально  возможного испарения

Месяц	4	5	6	7	8	9	10	11	год
%	6,8	18,2	20,5	19,4	14	10,8	5,2	5,1	100
Zm,%	37,06	99,19	111,73	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795	683

 

3) Запас  воды в снеге в лесу

 Запас воды в снеге в лесу , м , вычисляется по формуле

             

                                                                                  (1.1) 

где А – коэффициент, зависящий от климатического района и принимаемый равным 2,0;

h_п^в – максимальный запас воды в снегу в поле, м ; 

в – показатель степени в зависимости от  климатической зоны принимается равным  0,8. 
 

4) Максимальная  гигроскопичность почвогрунтов

Максимальная  гигроскопичность почвогрунтов G, мм, приведена в таблице 1.5 

Таблица 1.5 – Максимальная гигроскопичность почвогрунтов

Почвогрунт	G, мм
Торф	150
Легкий  суглинок	60
Средний суглинок	85
Тяжелый суглинок	125

 

5)  Полная  влагоемкость

    Полная  влагоемкость , мм , определяется по формуле 

 ,                                      (1.2)

 

6) Коэффициент фильтрации

      Коэффициент фильтрации К_ф , м/сут , определяется по таблице 1.6 путем интерполяции в зависимости от максимальной гигроскопичности почвогрунтов. 

Таблица 1.6 –  Связь коэффициента фильтрации с  максимальной гигроскопичностью

G, мм	20	50	100	150	200	10
Кф , м/сут	1,90	0,70	0,15	0,10	0,08	2,10

 

7)   Наименьшая влагоемкость активно слоя

    Наименьшая  влагоемкость активно слоя , мм , определяется по формуле 

                                                            ,                                           (1.3)

 

Водно-физические характеристики почвогрунтов сведены в таблицу 1.7 
 

 Таблица 1.7 – Расчет водно – физических характеристик почвогрунтов

Грунты	G,мм	Wпв, мм	Wнв, мм	Kф, м/сут	hкк,м
1	2	3	4	5	6
легкий  суглинок	60	424	212	0,20	2,5
средний суглинок	85	459	229,5	0,34	3,0
тяжелый суглинок	125	515	257,5	0,42	4,0
торф	150	550	275	0,10	0,7

 
 
 

2  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАГОЗАПАСОВ  ПОЧВОГРУНТОВ ВОДОСБОРА 

    Расчет  влажности почвы выполняется  методом гидрологических и климатических  расчетов (ГКР) [1].

       При глубоком залегании УГВ ( больше 1,5 м) влагозапасы активного слоя почвы, W_c , мм , определяются по формуле

                                      

                                             ,                                                           (2.1) 

                                                      (2.2) 

                                                 ,                                                          (2.3)

где W_c – влагозапасы активного слоя почвы,  мм;

   V_c, V₁ , V₂ – средняя, начальная и конечная в расчетном периоде влажность активного слоя в долях наименьшей влагоемкости;

   К_x – исправленные осадки, мм;

   Z_м – максимально возможное испарение, мм;

     W_HB –  наименьшая влагоемкость активного слоя, мм;

   r – параметр, зависящий от вида почв.

   Принятые  значения параметра r сведены в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Значения параметра r в зависимости от видов почв

Почвы	r
1	2
Торф	2,5
Легкий  суглинок	1,5
Средний суглинок	1,7
Тяжелый суглинок	2,0

 

   На  конец снеготаяния принимается  значение влажности почвы равное наименьшей влагоемкости – W_НВ ( V₁ = 1 ) и выполняется расчет по месяцам до

1 ноября. Зимние месяцы объединяются в один период, и в конце получается опять влажность на конец снеготаяния. Если она отличается от единицы ( V₁ 1), то расчет повторяется с новым значением V₁ до требуемой точности. Для формирования весеннего стока определяющую роль играет влажность последнего расчетного периода, характеризующая средние влагозапасы во время снеготаяния. Это значение и используется в дальнейших расчетах стока, которые сведены в таблицу 2.2

   Вычисленные влагозапасы периода снеготаяния относятся только к условиям открытых полевых участков. Для болот, пойменных участков с минерализацией переувлажненных земель с близким УГВ ( менее 1,5 м ) это значение W_c можно откорректировать по методике В.М. Калинина [1] 

                                           (2.4) 

где W_h – влагозапасы расчетного слоя почвы при влиянии УГВ, мм;

   W_c - влагозапасы при отсутствии влияния УГВ, мм;

   h_m – мощность расчетного слоя, принимаемая равной 1 м;

   h – уровень грунтовых вод, м;

   h_v – глубина грунтовых вод, при которой прекращается их заметное влияние на влажность почвы, м. 

                                                            h_v= h_KK (2-V_c)^1,5                                                                          (2.5) 

где h_KK – высота капиллярной каймы, принимаемая для торфа, среднего суглинка, легкого суглинка и тяжелого суглинка, соответственно, 0,7;3,0;2,5;4,0 м. 

Таблица 2.2 – Расчет влагозапасов почвогрунтов при УГВ > 1,5 м (суходольные территории)

мес		IV		V		VI		VII		VIII		IX		X			XI-III		год
первое  приближение(легкий суглинок)
V1		1		0,969		0,794		0,745		0,754		0,794		0,793			0,906
Zm		37,06		99,19		111,72		105,73		76,3		58,86		28,34			27,795
KX		29,43		40,33		63,765		70,85		61,04		41,42		46,87			191,29
Vc		0,979		0,849		0,761		0,751		0,781		0,793		0,867			1,328
V2		0,969		0,794		0,745		0,754		0,794		0,793		0,906			1,608
Wc		207,6		179,88		161,30		159,25		165,49		168,22		183,79			281,59
второе  приближение(легкий суглинок)
V1		1,608		1,430		1,039		0,872		0,823		0,837		0,823		0,932
Zm		37,06		99,19		111,72		105,73		76,3		58,86		28,34		27,795
KX		29,43		40,33		63,765		70,85		61,04		41,42		46,87		191,29
Vc		1,487		1,156		0,924		0,839		0,832		0,828		0,894		1,352
V2		1,430		1,039		0,872		0,823		0,837		0,823		0,932		1,628
Wc		315,23		244,98		195,90		177,79		176,46		175,54		189,53		286,51
третье  приближение(легкий суглинок)
V1	1,628		1,445		1,046		0,875		0,825		0,839		0,824		0,932
Zm	37,06		99,19		111,72		105,73		76,3		58,86		28,34		27,795
KX	29,43		40,33		63,765		70,85		61,04		41,42		46,87		191,29
Vc	1,503		1,165		0,929		0,841		0,834		0,829		0,895		1,352
V2	1,445		1,046		0,875		0,825		0,839		0,824		0,932		1,628
Wc	318,68		247,00		196,93		178,33		176,78		175,75		189,70		286,66			221,233

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Продолжение табл.2.2

месяц	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI-III	год
первое  приближение
V1	1	0,974	0,822	0,789	0,804	0,840	0,840	0,935
Zm	37,06	99,19	111,72	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,29
Vc	0,987	0,895	0,805	0,796	0,822	0,840	0,886	1,194
V2	0,974	0,822	0,789	0,804	0,840	0,840	0,935	1,524
Wc	254,14	230,45	207,34	204,97	211,61	216,35	228,26	307,51
второе  приближение(тяжелый суглинок)
V1	1,524	1,344	0,989	0,865	0,841	0,863	0,855	0,948
Zm	37,06	99,19	111,73	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,29
Vc	1,431	1,153	0,925	0,853	0,852	0,859	0,901	1,206
V2	1,344	0,989	0,865	0,841	0,863	0,855	0,948	1,534
Wc	368,57	296,82	238,16	219,71	219,46	221,26	231,88	310,54
третье  приближение(тяжелый суглинок)
V1	1,534	1,350	0,991	0,866	0,842	0,864	0,856	0,948
Zm	37,06	99,19	111,73	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,29
Vc	1,439	1,157	0,927	0,854	0,853	0,860	0,901	1,206
V2	1,350	0,991	0,866	0,842	0,864	0,856	0,948	1,534
Wc	370,58	297,90	238,62	219,91	219,56	221,33	231,93	310,581	263,805

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Продолжение табл.2.2

месяц	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI-III	год
первое  приближение(средний суглинок)
V1	1	0,971	0,806	0,764	0,776	0,815	0,815	0,920
Zm	37,06	99,19	111,73	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,3
Vc	0,983	0,870	0,781	0,771	0,799	0,815	0,875	1,262
V2	0,971	0,806	0,764	0,776	0,815	0,815	0,920	1,574
Wc	225,61	199,73	179,22	177,00	183,39	187,03	200,89	289,64
второе  приближение(средний суглинок)
V1	1,574	1,393	1,015	0,867	0,830	0,848	0,837	0,939
Zm	37,06	99,19	111,72	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,3
Vc	1,465	1,157	0,925	0,845	0,841	0,842	0,896	1,279
V2	1,393	1,015	0,867	0,830	0,848	0,837	0,939	1,589
Wc	336,23	265,46	212,32	193,87	192,89	193,19	205,58	293,62
третье  приближение(средний суглинок)
V1	1,589	1,403	1,020	0,869	0,831	0,849	0,838	0,940
Zm	37,06	99,19	111,72	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,3
Vc	1,477	1,163	0,928	0,846	0,841	0,842	0,896	1,280
V2	1,403	1,020	0,869	0,831	0,849	0,838	0,940	1,589
Wc	338,95	266,99	213,05	194,23	193,10	193,32	205,68	293,703	237,378

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Продолжение табл.2.2

месяц	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI-III	год
первое  приближение(торф)
V1	1	0,976	0,833	0,813	0,835	0,873	0,871	0,961
Zm	37,06	99,19	111,72	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,3
Vc	0,990	0,916	0,825	0,822	0,850	0,872	0,906	1,152
V2	0,976	0,833	0,813	0,835	0,873	0,871	0,961	1,513
Wc	272,29	251,82	226,88	226,11	233,78	239,80	249,18	316,87
второе  приближение(торф)
V1	1,513	1,295	0,941	0,856	0,854	0,882	0,877	0,966
Zm	37,06	99,19	111,72	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,3
Vc	1,422	1,140	0,906	0,855	0,865	0,880	0,912	1,157
V2	1,295	0,941	0,856	0,854	0,882	0,877	0,966	1,516
Wc	390,92	313,46	249,17	235,08	237,88	242,12	250,75	318,14
третье  приближение(торф)
V1	1,516	1,297	0,942	0,856	0,854	0,882	0,877	0,966
Zm	37,06	99,19	111,72	105,73	76,3	58,86	28,34	27,795
KX	29,43	40,33	63,765	70,85	61,04	41,42	46,87	191,3
Vc	1,424	1,141	0,906	0,855	0,865	0,880	0,912	1,157
V2	1,297	0,942	0,856	0,854	0,882	0,877	0,966	1,516
Wc	391,68	313,81	249,28	235,12	237,89	242,13	250,76	318,145	279,851