2.4 Подземные воды глубоких горизонтов (артезианская вода)

Приходные воды глубоких горизонтов являются третьей составляющей в приходной части водного баланса. Эта вода имеет, как правило, малый дебит, но характеризуется очень высоким качеством, поэтому она с успехом пользуется для питьевого водоснабжения. Высокие кондиционные показатели артезианской воды обуславливают их более высокую ценность, поэтому эту воду необходимо использовать крайне рационально.

Средние многолетние эксплуатационные запасы артезианской воды могут быть вычислены по уравнению:

,

где – коэффициент эффективности использования атмосферных осадков

(α_о= 0,65, согласно таблице 2.5 [3]);

Р_о– норма осадков, мм;

К_г – коэффициент перетока вод в артезианские (К_г = 0,2)

ρ – коэффициент использования эксплуатационных запасов артезианских вод, зависящий от технической сложности их изъятия и распределения между водопотребителями (ρ=0,1 для холмистого рельефа).

.

Вычисленные значения эксплуатационных запасов артезианских вод пересчитываем на принятую обеспеченность 75%:

4,53мм.

Расчетные эксплуатационные запасы артезианских вод данного бассейна составят:

,

где – площадь земель, км².

м³.

Принимаем, что среднемесячные объемы артезианской воды на хозяйственные нужды равномерные. При равномерном отборе артезианских вод в течение года, средний расчетный дебет артезианских скважин будет равен:

,

м³/с.

2.5 Возвратный сток

Возвратный сток – это четвертая приходная статья водного баланса. Формируется возвратный сток в процессе водоотведения, за счет частичных сбросов, технических потерь, сточных вод и является частью той воды, которую потребитель взял из источника водоснабжения для удовлетворения хозяйственных нужд. В связи с этим объемы воды, возможные для повторного использования за счет водоотведения, будем определять одновременно с расчетом водопотребления на нужды каждого из участников ВХК или сразу же после этого.

3 Водопотребление

3.1 Потребление воды для орошения сельскохозяйственных культур

Пользуясь биоклиматическим методом А.М. Алпатьева, определим оросительные нормы для четырех заданных категорий сельскохозяйственных культур: 1) зерновых, 2) технических, 3) кормовых, 4) овощных. Коэффициенты биологической кривой берем из приложения А. Поскольку срок появления всходов орошаемых культур соответствует периоду, когда воздух устойчиво прогреется до +10 ^оС, за начало вегетации примем месяц май.

При этом поправку на длину светового дня lпринимаем согласно таблице 3.2 [1]. На основе данных и коэффициента биологической кривой К_б рассчитываем величину водопотребления Е и оросительной нормы для каждой из четырех заданных категорий орошаемых культур.

Так как атмосферные осадки (дождь) не полностью используются растениями, при расчетных операциях необходимо ввести поправочный коэффициент эффективность использования осадков.

Используя формулу приведения, находим комплексную оросительную норму (нетто) М_н, мм:

,

или

где – доля зерновых, технических, овощных и кормовых культур от общей площади.

Таблица 3 – Расчет суммы эффективных температур

№ п/п	Показатели	Обозначения	Период вегетации
			V	VI	VII	VIII	IX
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Среднесуточная температура воздуха		5,23	7,25	8,35	7,49	4,9
2	Расчетный период в сутках	n	31	30	31	31	30
3	Сумма среднесуточных температур		162,13	217,5	258,85	232,19	147,0
4	Поправка на длину светового дня		1,43	1,54	1,46	1,28	1,05
Продолжение таблицы 3
1	2	3	4	5	6	7	8
5	Сумма среднесуточных температур с поправкой		231,85	334,95	377,92	297,20	154,35
6	То же, нарастающим итогом		231,85	566,80	944,72	1241,92	1396,27

Таблица 4 – Расчет оросительных норм (нетто) для основных групп сельскохозяйственных культур

Показатели	Обозначения формулы	Период вегетации
		V	VI	VII	VIII	IX
1	2	3	4	5	6	7
Осадки за расчетный период		25,92	38,40	43,68	36,48	31,20
Дефицит влажности воздуха		5,88	7,34	7,46	5,76	3,05
Продолжительность периода, сутки		31	30	31	31	30
Произведение		182,28	205,52	231,26	178,56	91,50
Сумма эффективных температур		231,85	566,80	944,72	1241,92	1396,27
Зерновые культуры
Коэффициент биологической кривой		0,53	0,5	0,43	0,37	0,34
Водопотребление за расчетный период		86,61	102,76	99,44	66,07	31,11
Коэффициент капиллярного подпитывания, мм		0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Величина капиллярного подпитывания, мм		17,32	20,55	19,88	12,01	6,22
Продолжение таблицы 4
1	2	3	4	5	6	7
Разность, мм		69,29	82,21	79,56	54,06	24,89
Эффективные осадки, мм		19,44	28,80	32,54	27,63	23,40
Дефицит водного баланса		49,85	53,41	47,02	26,43	1,49
Оросительная норма (нетто), мм		49,58	103,26	150,28	176,71	178,20
Технические культуры
Коэффициент биологической кривой		0,3	0,35	0,39	0,42	0,43
Водопотребление за расчетный период		54,68	71,93	90,19	74,99	39,35
Коэффициент капиллярного подпитывания, мм		0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Величина капиллярного подпитывания, мм		22,67	28,77	36,08	30,0	15,74
Разность, мм		32,01	43,16	54,11	44,99	23,81
Эффективные осадки, мм		19,44	28,80	32,54	27,63	23,40
Дефицит водного баланса		12,57	14,36	24,57	21,57	0,41
Оросительная норма (нетто), мм		12,57	26,93	51,50	73,07	73,48
Овощные культуры
Коэффициент биологической кривой		0,3	0,39	0,52	0,52	0,50
Продолжение таблицы 4
1	2	3	4	5	6	7
Водопотребление за расчетный период		54,68	80,15	120,26	92,85	45,75
Коэффициент капиллярного подпитывания, мм		0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Величина капиллярного подпитывания, мм		16,40	24,05	36,08	27,85	13,73
Разность, мм		38,46	56,10	84,18	65,0	32,02
Эффективные осадки, мм		19,44	28,80	32,54	27,63	23,40
Дефицит водного баланса	-	19,02	27,30	51,64	37,37	8,62
Оросительная норма (нетто), мм		31,06	46,32	97,96	135,33	143,95
Кормовые культуры
Коэффициент биологической кривой		0,42	0,48	0,42	0,52	0,53
Водопотребление за расчетный период		76,56	98,65	97,13	92,85	48,46
Коэффициент капиллярногоподпитывания, мм		0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
Величина капиллярного подпитывания, мм		19,14	24,66	24,28	23,21	12,12
Разность, мм		57,42	73,99	72,85	69,64	36,34
Эффективные осадки, мм		19,44	28,80	32,54	27,63	23,40
Дефицит водного баланса	-	37,98	45,19	40,31	42,01	12,94
Оросительная норма(нетто), мм		37,98	83,17	123,48	165,49	178,43

где – оросительная норма для каждой группы культур.

Аналогично рассчитываем величины Е, и результаты расчетов сводим в таблицу 5.

Таблица 5 – Комплексные величины суммарного водопотребления Е, капиллярного подпитывания и оросительной нормы М*_н, мм

Группы культур	Обозначение формул	Месяцы года						Итого
		V	VI	VII	VIII	IX
1	2	3	4	5	6	7	8
Эффективные осадки, мм		19,44	28,80	32,54	27,63	23,40	131,81
Зерновые		4,33	5,14	4,97	3,30	1,66	19,40
Технические		4,37	5,75	7,22	5,99	3,15	26,48
Овощные		25,15	36,87	55,46	42,71	21,05	181,24
Кормовые		31,39	40,45	39,82	38,07	19,87	169,60
		65,24	88,21	107,47	90,07	45,73	396,72
Зерновые		0,87	1,03	0,99	0,66	0,33	3,88
Технические		1,75	2,3	2,89	2,4	1,26	10,60
Овощные		7,55	11,06	16,64	12,81	6,32	54,38
Кормовые		9,42	10,11	9,96	9,52	6,38	45,39
		19,59	24,50	30,48	25,39	14,29	114,25
Зерновые		2,49	2,67	2,35	1,32	0,07	8,9
Технические		1,01	1,15	1,97	1,73	0,03	5,89
Овощные		8,75	12,59	23,75	17,19	3,97	66,25
Кормовые		15,57	18,53	16,53	17,22	5,31	73,16
		27,82	39,94	44,6	37,46	9,38	159,2

Переход от оросительной нормы «нетто» М_н к оросительной норме «брутто» М_бр , мм и пересчет последней на потребный расход Q_бр, м³/с и пересчет оросительных систем выполняется по формулам:

,

,

где – коэффициент полезного действия оросительных систем( =0,90);

– коэффициент земельного использования в перспективе( =0,95);

F_ор – орошаемая площадь «брутто», км²;

84,6 – коэффициент перевода.

Расчет площади орошения ведем следующим образом.

Находим площадь, занятую под сельскохозяйственные угодья ( ), принимая следующий процент от общей площади бассейна, согласно заданию – 42,7 %.

км².

По данным площади сельскохозяйственных угодий и процентному отношению пашни к этой площади, принятой – 69 %.

км².

Принимая площадь орошаемых земель, равной 2,8 % от площади пашни, находим площадь орошения:

км².

Все результаты представлены в табличной и графической форме (рис.5).

Исходные данные и расчетные формулы	V	VI	VII	VIII	IX	Всего за вегетацию
Мн, мм	27,82	39,94	44,6	37,46	9,38	159,2
Мбр = Мн/η, мм	25,04	35,95	40,14	33,71	8,44	143,28
n, сут	31	30	31	31	30	153
Qор = Мбр·Fор·η3/86,4·ni	0,45	0,67	0,73	0,61	0,16	2,62
Объем воды на орошение, Wор, млн. м3	1,21	1,74	1,96	1,63	0,4	6,94

Рисунок 5 – График забора воды в голове оросительных систем и объемы воды на орошение

Поскольку рассматриваемый бассейн находится в зоне избыточного увлажнения, влагозарядку сельскохозяйственных культур, а также промывку засоленных почв не проводят, то есть, вода не расходуется на эти нужды и не включается соответственно в баланс.

При орошении важно учесть сброс орошаемых вод с территории или водоотведение. Расчет величины водоотведения ведется следующим образом.

Норма безвозвратного водопотребления «брутто» для ирригации составит:

,

где К_бв – коэффициент безвозвратного водопотребления, равный:

.

Коэффициент возврата оросительной воды К_вв определяется по уравнению:

,

где Е’ – суммарное водопотребление комплекса орошаемых культур, мм;

α_о – коэффициент эффективного использования осадков, в нашем случае α_о=0,65 (согласно таблице 2.5);

Р_75% – осадки соответствующей обеспеченности, в нашем случае 75%, мм;

К’_п – коэффициент учитывающий поступление в корнеобитаемый слой капиллярной влаги, изменяется от 0,1 до 0,2 (принимаем 0,15);

М’_бр – оросительная норма «брутто», мм.

Удельное водоотведение с орошаемых полей «нетто», исчисленное в мм слоя воды, составит:

,

.

Расход возвратного отведения воды с орошаемых земель вычисляется по соотношению, м³/с:

,

гдеF_ор – площадь орошения, км²;

– коэффициент земельного использования, =0,95;

– число суток в месяце.

Объем воды, возвращаемый с орошаемой территории, рассчитывается по формуле, м³:

.

Выполнив расчеты по указанным выше формулам, составим график водоотведения с орошаемых земель, сопроводив его таблицей вспомогательных расчетов.

Оценивая объемы воды данной категории, необходимо отметить, что она и может внести некоторый вклад в приходную часть водного баланса.

Вместе с тем следует иметь в виду, как это указано в задании, сбросные воды с орошаемых земель будут иметь более повышенную минерализацию (в нашем примере до 3 г/л), поэтому при повторном использовании их необходимо разбавить пресной водой.

№ п/п	Исходные данные, расчетные формулы	Период вегетации					Всего или среднее значение
		V	VI	VII	VIII	IX
1	Мбр=Мн/η, мм	48,43	76,32	83,49	68,44	32,66		309,34
2	Е', мм	74,58	113,44	126,75	106,03	57,28		478,08
3	α₀·Р75%	12,36	15,68	18,55	17,22	14,13		77,94
4	Кп	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15		0,15
5	Квв	0,31	0,31	0,30	0,30	0,29		0,30
6	Кбв	0,69	0,69	0,70	0,70	0,71		0,70
7	ωвв	14,80	23,48	25,00	20,43	9,34		93,05
8	ωбв	33,63	52,84	58,49	48,01	23,32		216,29
9	Qвв, м3/с	0,24	0,40	0,41	0,33	0,16		1,54
10	Wвв, млн.м3	0,64	1,04	1,10	0,88	0,41		4,08

Рисунок 6- График водоотведения с орошаемых земель и объёмывозвратной воды