1. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ  УСЛОВИЯ

1. 1. Анализ климатических условий для решения водохозяйственных вопросов бассейна реки Уза.

Объект  расположен в умеренно-континентальной  климатической зоне с лесостепным  типом климата.

Норма осадков= 563мм

Испарение_суш= 500 мм

_вод= 70 мм

Среднегодовая температура воздуха t_ср=5.22

Внутригодовое распределение данных параметров дано в таблице 1.1.

 

Продолжительность теплого периода=, холодного = сут. Сумма активных температурΣ ° С. Следовательно, место расположения реки находится в умеренно-теплой зоне, которая достаточно благоприятна для выращивания зерновых, кормовых, овощных культур и трав.

Величина  гидрометрического коэффициента составляет ГТК =∑Ос/∑Ес=563/500=1,126.

Таблица 1.2

Агроклиматическое районирование по условию влагообеспеченности

 

Таким образом, по условию влагообеспеченности, объект расположен в зоне достаточного увлажнения. Требуется проведение различных видов мелиоративных мероприятий, позволяющих поддерживать оптимальные для произрастания растений условия в конкретные периоды года и получать высокие гарантированные урожаи.

I. 2 Гидрологические условия

Гидрологические условия рассматриваются с целью:

• Оценки водноресурсного потенциала
• Оценки допустимого изъятия воды
• Оценки условий затопления территорий
• Оценки слияния антропогенной деятельности

I.2.1 Оценка водно-ресурсного потенциала.

Потенциал характеризуется изменчивостью  стока реки по годам и внутри года. Вода, главным образом, используется в качестве водоснабжения. Водосборная площадь реки составляет 3240 км². Длина реки составляет 188 км. Река относится к категории средних рек.

Норма стока составляет :

W = Q * τ = 9,72 * 31,54= 307 млн.м²

Среднемноголетний расход воды :

Q = = =9,72 м³/с

Где τ = 31,54 млн. секунд в году.

Таблица 1.3

Гидрологические характеристики бассейна реки.

 

Внутригодовое распределение стока представляется виде таблицы (1.4) в которой указаны объемы стока для лет 75 и 95% обеспеченности.

Таблица 1.4

Внутригодовое распределение объемов стока  воды в реке Уза в створе 1-1, млн.м³

 

I.2.2 Определение экологически допустимого стока.

Экологический сток реки – сток позволяющий сохранить  состояние устойчивого равновесия водной экосистемы. Его значение определяется индивидуально для каждой конкретной реки.

Минимальный допустимый сток – кратковременный сток, допустимый воднойбиоте.

Существует несколько  способов определения значения экологически допустимого стока :

• Способ повышения обеспеченности – метод Фащевского

 
 
 

• Способ  пропорциональных расходов;

 

• Способ  сезонных ограничений

^сез

В работе объем  экологического стока определяется методом пропорциональных коэффициентов (метод В.В. Шабанова) 
 

Внутригодовое распределение экологического стока  сделано пропорционально естественному  гидрографу.

таблица 1.5

               Внутригодовое распределение объемов  минимально допустимых объемов

                              экологически допустимого стока  воды в створе 1-1, млн.м³

 
 

I.2.3. Оценка изменения годового стока реки в результате антропогенной деятельности на водосборной площади.

Антропогенная деятельность связана с :

• Распашкой земель;
• Урбанизацией территорий;
• Добычей полезных ископаемых и т.д.

Это приводит к  изменению условий формирования речного стока. В данной работе оценивается  влияние агротехнических мероприятий  на изменение годового стока. Это  позволяет учесть изменение стока  реки при проведении водно-балансовых расчетов.

Величина изменения  годового стока за счет агротехнических  мероприятий определяется по формуле: 

Где Ос – среднегодовое  количество осадков, мм.  Ос = 563 мм

Н – глубина  залегания грунтовых вод,  см. Н = 400 см

 – соответственно, коэффициенты для оценки изменения  грунтового и склонового стока  заданной вероятности превышения. Для лесостепной зоны:

Для 95% : = 0,5        = 0,6

Для 75% : = 0,6 = 0,5

- соответственно, коэффициенты учитывающие влияние  механического состава почвогрунтов  на изменение грунтового и  склонового стока. Для лесостепной  зоны:

=0,59*=2,2  =0,85-0,003*I=0,8476

- коэффициенты, учитывающие влияние агротехники. Для песков и супесей: 

= 0,9 – коэффициент,  учитывающий водность района  в пределах природной зоны

-  относительная площадь сельскохозяйственных угодий, в долях от площади бассейна реки (распаханность)

S – запасы воды в снеге сельскохозяйственных угодьях, мм. S =100 мм

x – количество осадков за период склонового стока, мм. х = 40 мм

I – средний уклон склона в пределах сельскохозяйственных угодий ‰, I = 0,8‰

 – коэффициент,  учитывающий влияние уклона склона, в пределах сельскохозяйственных  угодий  
 
 

Оцениваем существенность влияния агротехнических мероприятий :

Где - годовой объем речного стока соответствующей обеспеченности, млн.м³

F – площадь бассейна реки, км² 
 

I.2.4.Оценка условий затопления земель при прохождении высоких половодий

Река Уза находится  в районе с максимальными превышениями уровней начала половодья на 0,8 - 1,4 м. (умеренно опасный)

В зону затопления входят : д. Бегуч, д. Яковлевка, пос. Динамоский.

Условия прохождения  половодья оценивается на основании  построения гидрографа половодья. Для  этого используются следующие данные :

• Максимальный расход воды расчетной обеспеченностью

- модуль стока  половодья расчетной обеспеченности, м³/с*км² 

- слой стока  половодья расчетной обеспеченности, мм. 

коэффициент дружности  половодья 

коэффициент, учитывающий  влияние озер на сток половодья 

коэффициент, учитывающий  влияние лесов и болот на сток половодья 

коэффициент, учитывающий  несоответствие статистических параметров слоя стока и максимального расхода 

N – коэффициент, учитывающий изменение модуля весеннего стока от площади водосбора N=0,25

 – общая  площадь водосбора, км²км² 

м³/

• Продолжительность подъема половодья и спада половодья.

 
 
 
 
 

Допустимый уровень  принимается по пропускной способности  русла.  

Для того чтобы  определить вероятность затопления строится кривая обеспеченность рис.5

_полов.

_полов = =

 

Вывод :

1. Допустимая глубина
2. 750 м³/с
3. Вероятность затопления  Р = 2%
4. 7 дней

I.3. Гидрогеологические условия.

Анализ гидрогеологических  условий проводится с целью определения  коэффициента гидравлической связи  водоносных горизонтов с рекой. На рассматриваемом  объекте расположены  два водоносных горизонта. Первый водоносный горизонт имеет гидравлическую связь с  рекой, поэтому расчет коэффициента гидравлической связи  позволит определить ущерб речному стоку за счет использования подземных вод. Второй водоносный горизонт не имеет гидравлической связи, так как он перекрыт водоупором. Расчет  производится по следующим исходным данным :

Х – расстояние от водозабора до реки Х =600 м

коэффициент фильтрации 3 м/сут.

мощность водоносного горизонта

коэффициент водоотдачи

Т – время  эксплуатации водозабора Т=10 лет=3650 суток. 
 
 

I.4. Обоснование гидромелиоративных мероприятий

Необходимость в обосновании :

• Большие объемы воды.
• Масштабы орошаемогоагроценозаÞбольшое влияние на окружающую среду.

Обоснование :

1. Экономическое
2. Биоклиматическое
3. Социальные условия

Биоклиматическое  обоснование формируется в несколько  этапов :

1. Формирование состояния севооборота (хорошо приспособленным к данным природноклиматическим условиям)
2. Обоснование орошения (требование растений и сопоставление с условиями среды.)

Для характеристики внешних условий выращивания  растений удобно использовать кривую распределения почвенной влажности. Обоснование необходимости орошения проводится для каждой сельскохозяйственной культуры : корнеплоды, овощи (капуста), картофель, многолетние травы, зерновые.

На объекте  исследования почва – супесь. Водно-физические характеристики данного типа почвы  приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Водно-физические характеристики почвы – супеси, для слоя 0…50 см почвы.

 
 
 

I.4.1 требования растений к водному режиму почв

При анализе  климатических ресурсов было получено, что в данной зоне возможно выращивание  широкого набора культур, среди которых : корнеплоды, овощи, картофель, зерновые, многолетние травы. Для данных культур строятся графики зависимости относительной урожайности S от влажности почвы с помощью уравнения: 

Где y – коэффициент, учитывающий саморегуляцию растений к условиям среды;

S – относительная урожайность сельскохозяйственных растений, представляющая собой отношение урожайности в конкретных условиях к максимально возможной урожайности в условиях конкретного района;

W – относительная влажность почвы, доли ед.;

W_opt – оптимальная относительная влажность почвы.

Задаваясь значениями W =0 ; 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1 рассчитываем величину S.

Параметры необходимые  для использования данной формулы  представлены в таблице 1.7

Таблица 1.7

Значения  параметров W_opt и y для различных видов растений.

 

Зерновые : 
 
 
 
 
 

Корнеплоды и  овощи (капуста) : 
 
 
 
 
 

Картофель : 
 
 
 
 
 
 
 

Многолетние травы : 
 
 
 
 
 

Результаты расчетов приведены на рис.

Результаты расчетов величин W₁и W₂ , мм приведены в таблице 1.8

Таблица 1.8

Значения  оптимального диапазона относительных  и абсолютных значений почвенных  влагозапасов.

 

I.4.2 Оценка степени необходимости мелиоративных мероприятий

Степень необходимости  мелиоративных мероприятий определяется по величине вероятности необходимости  орошения земель. Определить данную вероятность  можно по графику плотности распределения  почвенныхвлагозапасов и интегральной функции закона нормального распределения. Функция плотности распределения почвенных влагозапасов имеет вид : 

Где W_iи – соответственно, текущее и среднемноголетнее значение почвенных влагозапасов, мм.

= 105+90=195 мм

σ –  среднеквадратическое отклонение для  почвенных влагозапасов, мм.

σ = 35 мм. 
 
 
 
 
 

Для определения  необходимости орошения используем формулу: 

По интегральной кривой определяем необходимость орошения ( - орошение не требуется ; - орошение необходимо)

Зерновые : 

- орошение  не требуется.

Корнеплоды и  овощи (капуста) : 

- орошение  не требуется.

Картофель : 

- орошение  требуется.

Многолетние травы : 

- орошение  не требуется. 

I.5 Баланс земельных ресурсов

Уравнение баланса  земельных ресурсов имеет вид : 
 
 

Таблица 1.9

Баланс  земельных ресурсов

 
 

43% > 35% - антропогенное влияние привело  к не допустимому переформированию  земельного фонда, необходимо  планирование мероприятий по  увеличению площадей лесов, лугов  и снижению доли пашни на  сельскохозяйственных угодьях.

II. Использование водных ресурсов на современном этапе

II.1 Объемы водопотребления и водопользования

Таблица 2.1

Объемы  водопотребления для Пензенской области на современном этапе

 

Объемы  водопотребления рассчитываются по формуле : 

Где – площадь Пензенской области;

 площадь  бассейна водосбора.