- •Предисловие
- •Оглавление
- •Глава 1. Водные ресурсы и водопользование 8
- •Глава 2. Регулирование водного стока 30
- •Глава 3. Контроль и планирование водопользования 35
- •Глава 4. Контроль качества вод 71
- •Глава 5. Гидроэнергетика 81
- •Введение
- •Глава 6. Водоподпорные сооружения 101
- •Глава 7. Юридические и экономические вопросы водопользования 118
- •Глава 1. Водные ресурсы и водопользование
- •Сущность водной проблемы и пути ее решения
- •1.2. Круговорот воды в природе и понятие о водном стоке
- •1.3. Понятие о водных ресурсах
- •1.4. Понятие о природопользовании в целом и водопользовании в частности
- •1.5. Понятие о водном хозяйстве и водохозяйственном комплексе
- •1.6. Задачи, решаемые водным хозяйством, и средства для их реализации
- •1.7. Компоновка вхк и состав компонентов водохозяйственного комплекса
- •Глава 2. Регулирование водного стока
- •2.1. Виды регулирования.
- •2.2. Косвенное и прямое регулирование
- •2.2.1. Прямое или непосредственное регулирование
- •2.2.2. Косвенное регулирование
- •2.3. Регулирование водохранилищами.
- •2.4. Значение водохранилищ по отраслям:
- •2.5. Истощение подземных и поверхностных вод
- •Глава 3. Контроль и планирование водопользования
- •3.1. Классификация вхк
- •3.1.1. Автоматизированная система управления вхк (асуб)
- •3.2. Водное хозяйство – вх
- •3.3. Основные направления использования водных ресурсов
- •3.4. Структура водного хозяйства
- •3.4.1. Единая водохозяйственная система страны - евхс
- •3.4.2. Региональная водохозяйственная система (рвхс)
- •3.4.3. Бассейновые водохозяйственные системы (бвхс)
- •3.4.4. Водохозяйственные комплексы (вхк)
- •3.5. Водохозяйственное районирование территории рф и стран снг
- •3.5.1. Принципы районирования
- •3.5.2. Методология водохозяйственного районирования
- •3.6. Схема Комплексного использования водных ресурсов - киовр
- •3.7. Задачи комплексного использования и охраны водных ресурсов
- •3.8. Основные задачи генеральной схемы киовр
- •3.9. Участники водохозяйственного комплекса
- •3.9.1. Особенности коммунально-бытового водоснабжения
- •Высокие требования к качеству воды по физико-химическим показателям:
- •Третья особенность коммунального водоснабжения
- •3.9.2. Промышленные предприятия как участники вхк
- •3.7.2.1. Водоснабжение промышленных предприятий
- •3.9.2.2. Системы промышленного водоснабжения
- •3.9.2.3. Требования к качеству воды в промышленности и виды промышленного загрязнения
- •3.9.2.4. Эффективность использования водных ресурсов в промышленности
- •3.9.2.5. Рациональное использование водных ресурсов в промышленности
- •3.9.2.6. Пути экономии воды в промышленности
- •3.9.2.7. Влияние промышленности на других участников вхк и окружающую среду
- •3.10. Комплексное регулирование и водохозяйственный баланс
- •3.10.1. Выполнение плана водохозяйственного комплекса (вхк)
- •3.10.1.1. Расчет водного баланса для прямоточной системы (1 вариант)
- •3.10.1.2. Расчет водного баланса с использованием очищенных сточных вод при замкнутых циклах водоснабжения (2 вариант)
- •3.10.1.3. Составление балансовой схемы водопотребления и водоотведения промышленного предприятия железнодорожного узла, населенного пункта
- •3.10.2. Примеры составления водохозяйственного баланса воды
- •3.10.2.1. Пример составления баланса воды для варианта 1
- •1.10.2.2. Анализ водного баланса 1 и 2 вариантов
- •3.10.2.3. Расчет степени разбавления сточных вод для первого и второго
- •Глава 4. Контроль качества вод
- •Мониторинг антропогенных загрязнений биосферы
- •Критерии оценки состояния среды
- •Контроль качества окружающей природной среды
- •Государственный учет вод и их использования
- •Организация системы наблюдения и контроля за качеством воды
- •4.6. Организация работ по наблюдению и контролю качества поверхностных вод
- •Глава 5. Гидроэнергетика
- •Суточный график нагрузки
- •Гидроэнергетический потенциал рек
- •Мощность и энергия речного потока
- •Мощность гэс и ее энергоотдача (выработка).
- •Оборудование гидроэлектростанций. Состав оборудования
- •Турбины и их установка на гэс.
- •Наиболее распространённые типы турбин
- •Реактивные гидротурбины
- •Технические схемы выработки энергии
- •Приплотинные здания гэс
- •Компоновка гэс при деривационной схеме использования энергии:
- •Принципиальные схемы гидроэлектростанций
- •Безнапорная деривация
- •Напорная деривация
- •Гидроаккумулирующие электростанции (гаэс)
- •Работа гаэс:
- •Приливные электрические станции (пэс)
- •Глава 6. Водоподпорные сооружения
- •6.1. Основные виды классификации плотин:
- •6.2. Взаимодействие река-плотина
- •6.2.1. Основные проектные уровни в водохранилище
- •6.2.4. Фильтрация
- •6.3. Типы плотин
- •6.3.1. Бетонные и железобетонные плотины
- •6.3.2. Массивные гравитационные плотины
- •6.3.3. Устройство плотин
- •6.3.4. Особенности при скальном основании
- •6.4. Арочная плотина
- •6.5. Плотины из грунтовых материалов
- •6.5.1. Земляные насыпные плотины:
- •6.3.5. Особенности на мягких основаниях
- •6.5.2. Земляные намывные плотины
- •6.6. Каменная наброска и сухая кладка плотины
- •6.7. Деревянные плотины и из прочих материалов
- •6.8. Гидротехнические затворы
- •Глава 7. Юридические и экономические вопросы водопользования
- •Основные документы, отражающие экологические права
- •7.1.1. Лимитирование природопользования
- •Основы водного законодательства
- •Водный кодекс
- •Государственный водный кадастр (гвк)
- •7.2.2.1. Структура издания гвк
- •Плата за пользование водными объектами
- •Понятие платы за пользование водными объектами
- •Расчет платы за использование водных ресурсов
- •Плата за загрязнение окружающей природной среды
- •Понятие платы за загрязнение окружающей природной среды
- •Расчет платы за сбросы загрязняющих веществ в водные объекты
- •Расчет платы за размещение отходов
- •Расчет различных видов ущерба от загрязнения водных объектов
- •Эффективность водоохранных мероприятий
- •Оценка ущерба от загрязнения водных объектов
- •Экологическое страхование
- •Минимально допустимые изъятия воды из речной системы
- •Чрезвычайные экологические ситуации
- •Использованная литература
- •Приложения Приложение 1. Выписка из программы учебной дисциплины
- •I. Организационно-методические указания
- •II объем и распределение часов курса по видам занятий. Формы контроля
- •Общая трудоёмкость дисциплины 109 часов
- •III. Содержание курса
- •Раздел 1. Введение (2л)
- •Раздел 2. Водные ресурсы и водопользование (2л 2с)
- •Раздел 7. Юридические и экономические аспекты водопользования (3л 3с)
- •Iy самостоятельная работа
- •Автор программы:
- •Рецензенты:
- •Приложение 2. Экзаменационные вопросы (первые-общие и вторые-краткие) к лекционному курсу:
- •Приложение 3. Экзаменационные вопросы (третьи для гидрологов) к лекционному курсу:
- •Приложение 4. Чертежи и рисунки элементов гидроузлов к лекционному курсу:
1.3. Понятие о водных ресурсах
Основные особенности многих природных ресурсов:
многоцелевое использование,
«обогащение» природного тела,
возможность «превращения» в ресурс природного тела и его транспортировка.
Вода - многоцелевой ресурс, но и НЕЗАМЕНИМЫЙ для многих биологических процессов производственных и социальных функций человека и общества.
Улучшение качества воды (ОЧИСТКА, ПОДОГРЕВ, ОПРЕСНЕНИЕ и др.) аналогичен процессам обогащения руд и создания полуфабрикатов (кокс)
Транспортировка - водопроводы сто лет назад единицы, сейчас десятки в несколько сот км, а не десятков км.
Перспективы транспорта можно охарактеризовать с вертикальным перемещением воды отсюда увеличиваются площади потенциально пригодных к орошению земель. А также перспективы строительства каналов и водохранилищ. от 30 до 100 млн га потенциально пригодных для орошения земель в Средней Азии.
Водные ресурсы необходимо оценивать одновременно в нескольких аспектах:
наличие ресурсов,
потребности и возможности их использования и восполнения,
охрана водных источников как компонента окружающей среды с учетом использования, охраны и восполнения среды в целом.
Такое рассмотрение необходимо, так как растут возможности транспортировать воду как из далеких районов, так и из глубоких горизонтов, добывать из морских и минерализованных, а также из очищенных - те есть вода в принципе неисчерпаема.
Поэтому на перспективу водные ресурсы это:
Речной сток, водохранилища, озера, верхние горизонты грунтовых вод.
Воды внутренних морей, прибрежные и территориальные воды открытых морей, слабоминерализованные воды верхних и пресные воды глубоких горизонтов.
Ледники.
Воды болот и почвенная влага в районах избыточного увлажнения.
Льды Арктики и Антарктиды.
Воды Мирового океана.
Атмосферная влага.
Вода химически связанная в различных природных телах, сверхглубокие и ювенильные воды, воды Космоса.
Использование водных ресурсов связано все более с международными правами, обязательствами и торговлей пресной водой. Поэтому воды делят на:
национальные,
межгосударственные,
всеобщие.
Использование последних все более связано с охраной окружающей среды в целом.
Понятие «водные ресурсы» используется чрезвычайно широко не только в научной, учебной, производственной, но и научно-популярной литературе, однако различные авторы вкладывают в него разный смысл. Даже специалисты в области гидрологии, экологии, природоведения трактуют этот термин по-разному. Так, например, в гидрологическом словаре А.И. Чеботарева утверждается:
«Водные ресурсы – запасы поверхностных и подземных вод какой-либо территории», и далее «имея в виду относительно небольшой объем используемой подземной и заключенной в озерах воды, под водными ресурсами крупных территорий и государств понимают лишь величину годового стока рек».
Другой известный гидролог О.А. Спенглер в своей книге «Слово о воде» писал: «Под водными ресурсами в широком смысле слова понимаются запасы пресных поверхностных (речных, озерных, болотных, ледниковых) и подземных вод какой-либо территории».
М.И. Львович в монографии «Мировые водные ресурсы и их будущее» так объясняет этот термин: «под водными ресурсами мы понимаем пригодные для использования воды, практически все воды Земли: речные, озерные, морские, подземные, почвенную влагу, лед горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы, исключая «связанные», входящие в состав минералов и биомассы. К водным ресурсам относятся также водные объекты – моря, реки, озера, а также искусственно созданные каналы, водохранилища, поскольку они широко используются для судоходства, рыболовства, отдыха, туризма и других целей без изъятия из них воды».
Даже анализируя только эти три определения известных гидрологов, можно заметить, что они во многом отличаются друг от друга. Если О.А. Спенглер считает, что водные ресурсы – запасы подземных вод и, к тому же, в разных водных объектах, то А.И. Чеботарев при определении этого термина не говорит о том, что это только пресные воды, но зато «привязывает» это понятие к территории. В итоге он отождествляет водные ресурсы только с годовым стоком рек. Н.И. Львович рассматривает водные ресурсы уже не как просто запасы воды (как это делают два предыдущих автора), а как «пригодные для использования воды», связывая это понятие с хозяйственной деятельностью человека. С другой стороны, М.И. Львович отождествляет понятие «водные ресурсы» и «водные объекты». Можно привести и другие примеры различных трактовок понятия «водные ресурсы» в гидрологической и географической литературе.
Если обратиться к работам в области рационального использования природных ресурсов и экономики природопользования, можно удостовериться в том, что многочисленные монографии и учебники по этой тематике, часто содержащие целые разделы под названием «водные ресурсы» или «использование водных ресурсов», также не дают четкого определения понятия «водные ресурсы», хотя в них и приводится разнообразная информация об их неравномерном распределении, охране от загрязнения, рациональном использовании и т.д,. Поэтому представляется весьма важным рассмотрение вопроса о том, какой же все-таки смысл несет в себе понятие «водные ресурсы». Для этого прежде всего нужно выяснить, как трактуется более общее понятие – «природные ресурсы».
Как ни странно, в трактовках этого понятия разными авторами существуют отличия. Например, В.И. Каракеян в своей монографии (10) дает следующее определение: «природными ресурсами являются элементы и силы природы, которые могут быть использованы в производственной и непроизводственной сферах для удовлетворения потребностей людей».
В то же время, согласно учебнику, «под природными ресурсами понимают природные тела, явления и процессы, которые человек использует в производственной деятельности».
Как видим, эти определения имеют два принципиальных различия: в отношении времени использования (могут быть использованы или уже используются) и сфер использования природных элементов (только в производственной сфере или в непроизводственной тоже). Отвлечемся пока от этих различий и подчеркнем главный смысл понятия «природные ресурсы», который отмечается практически всеми ведущими специалистами в области географии, экологии и природопользования – термин «природные ресурсы» отражает непосредственную связь природы с деятельностью человека.
Так, Д.Л. Арманд и И.П. Герасимов под природными ресурсами понимают «элементы природы, используемые в хозяйстве, являющиеся средствами существования человеческого общества: почвенный покров, полезные дикие растения, животные, полезные ископаемые, вода (для водоснабжения, орошения, промышленности, энергетики, транспорта), благоприятные климатические условия (главным образом тепло и влага осадков), энергия ветра».
Вернемся теперь к тем двум различиям, о которых шла речь выше. Если считать, что к природным ресурсам относятся элементы природы, которые могут быть использованы (например, в ближайшем или отдаленном будущем), то в принципе все запасы того или иного элемента на нашей планете можно рассматривать в качестве ресурса. Рядом авторов в связи с этим введены понятия реальных и потенциальных природных ресурсов. Ко второй категории относятся, например, элементы природы, которые нужны для производства, но по каким-либо причинам (к примеру, вследствие недостаточной технической оснащенности) не могут быть вовлечены в него (3). По мере развития общества возрастают объемы потребления природных ресурсов и степень их общественной значимости. Большое значение при этом имеет уровень технологических возможностей их использования. Потенциальные ресурсы при этом постепенно переходят в категорию реальных. На наш взгляд, такой подход весьма логичен, так как позволяет рассматривать запасы какого-либо элемента природы, не вовлеченного еще в хозяйственную деятельность, в качестве будущего ресурса (например, запасы полезного ископаемого или запасы воды в ледниках, которые могут быть использованы только в перспективе).
Что касается второго разногласия, то более логичным представляется подход тех авторов, которые считают правомерным рассматривать использование природных ресурсов применительно к обеим сферам – производственной и непроизводственной. Действительно, многие элементы природы активно используются человеком для удовлетворения своих эстетических потребностей или в рекреационных целях (например, лес, водные объекты). Поэтому нет достаточных оснований относить, как это делает, например, А.А. Минц к природным ресурсам только «тела или силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы в для удовлетворения потребностей человеческого общества в форме непосредственного участия в материальной деятельности» (16).
Приведенные выше соображения в отношении термина «природные ресурсы» позволяют дать следующее определение понятию «водные ресурсы» – воды Земли, которые используются или могут быть использованы обществом для удовлетворения своих потребностей.
Согласно этому определению, практически все воды гидросферы – воды рек, озер, водохранилищ, морей, океанов, подземные воды, воды ледников, воды атмосферы и т.д. можно рассматривать в качестве водных ресурсов. Именно так термин «водные ресурсы» понимают М.И. Львович, М.Ф. Стрибный и ряд других ученых. В данном случае речь идет об общих водных ресурсах, которые могут быть подразделены на реальные и потенциальные. Реальные водные ресурсы – это те запасы воды, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности используются и могут быть использованы в интересах человека. К потенциальным водным ресурсам следует отнести те запасы воды, которые человек сможет использовать лишь в будущем. Четкой границы между реальными и потенциальными ресурсами водными ресурсами не существует, и по мере развития производительных сил и социальных потребностей человека потенциальные водные ресурсы переходят в категорию реальных.
Важной особенностью воды является многогранность ее использования. В отличие от других природных ресурсов (например, угля, нефти, леса), вода, за редкими исключениями, не используется непосредственно для создания продукции с преобразованием в другое вещество и изъятием из природного круговорота.
В ходе материального использования водные запасы либо вообще количественно не меняются (например, при их использовании в гидроэнергетике, рыбном хозяйстве, для судоходства, лесосплава и др,), либо их часть изымается из источника (на нужды орошения, промышленности и коммунального хозяйства, наполнения водохранилищ и др.), составляя безвозвратные потери для данной территории или водного объекта, но не изменяя при этом общих запасов воды на Земле.
Кроме того, человек использует для удовлетворения своих социальных и духовных потребностей. Отдых у воды, купание, водный туризм – все это виды использования воды, где она также выступает в качестве водного ресурса.
В силу указанных причин невозможно надежно оценить масштабы использования воды применительно к сколько-нибудь крупной территории, не говоря уже и территориях государств или континентов. И с этой точки зрения все оценки водных ресурсов крупных регионов следует рассматривать как приближенные. Тем не менее, поскольку рассматриваемое понятие социально-экономическое, то составить представление о водных ресурсах территории или водного объекта можно лишь в результате их оценки. Этот аспект подчеркнут в Международном словаре Юнеско, где водные ресурсы определены как «запасы воды на площади или в данном объеме, выраженные в виде количества доступных для использования вод надлежащего качества».
Водные ресурсы являются не только основой водохозяйственных расчетов, но и объектом регулирования. Поэтому их учету и распределение отводится чрезвычайно важное значение. Общий запас воды в гидросфере (по оценкам на 2013 г.) составляет 1533000000 км3, причем на воды суши приходится только 6 %.
В этих огромных запасах подавляющая часть (98 %) сильно минерализована и непригодна для непосредственного использования населением и народным хозяйством. Не случайно в жизненных процессах гораздо большее значение имеет "динамический" запас, т.е. речные воды, поскольку они пресные и непрерывно возобновляются. Суммарный средний годовой сток всех рек оценивается округленно в 47000 км3. Речной сток неравномерно распределен по территории суши.
По удельному стоку с единицы поверхности суши на первом месте стоит Южная Америка (685000 м3/км2). Самый низкий удельный скок имеет Африка (153000 м3/км2). Удельный сток с территории РФ почти в 1,5 раза ниже среднего удельного стока по миру.
Еще более пеструю картину представляет распределение удельного стока на душу населения в связи с чрезвычайным разнообразием как распределения ресурсов, так и, в особенности, плотности населения. Если на 1-гo жителя Европы приходится 4,4 тыс.м3/год речной воды, то на 1-го жителя Южной Америки приходится в 12 раз больше.
Низкая водообеспеченность на душу населения наблюдается в Китае (2,6 тыс.м3/год), наиболее высокая (103 тыс.м3/год) – в Канаде. Заметный дефицит в воде испытывают многие европейские государства. Так, в Бельгии и Венгрии на одного человека в год приходится не более 1 тыс. м3/год речного стока. Значительно больше среднего (18 тыс. м3/год) приходится на одного жителя в РФ.
Основным законом, регулирующим водные ресурсы и их потребление на территории Российской Федерации является Водный Кодекс (ВК). Согласно статье 1 ВК, водные ресурсы – поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и используются или могут быть использованы.
В количественном отношении водные ресурсы России слагаются из статических (вековых) и возобновляемых запасов. Первые считаются неизменными и постоянными в течение длительного времени, возобновляемые ресурсы оцениваются объемом годового стока.
Оценка запасов водных ресурсов Российской Федерации на 2012 г., приведена в таблице 1 (Госдоклад о состоянии окружающей среды на территории РФ, 2012 г.).
Таблица 1.
Оценка запасов водных ресурсов Российской Федерации (данные Росводресурсов, 2012 г.)
Ресурсы |
Средний многолетний объем (возобновление), км3/год |
Статический запас, км3 |
Речной сток |
4270 |
- |
Озера |
532 |
26600 |
Болота |
1000 |
3000 |
Ледники |
110 |
39890 |
Подземные воды |
869* |
28000 |
Почвенная влага |
3500 |
- |
Всего |
8384 |
Более 97000 |
* – Данные по подземным водам представлены Роснедрами
