2.4. Подземные воды глубоких горизонтов (артезианская вода)

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

Средние многолетние (нормальные) эксплуатационные запасы артезианской воды могут быть вычислены по уравнению

_ав=₀·Р₀·К_г·, (2.10)

где: ₀– коэффициент эффективности использования атмосферных

осадков, берётся из табл. 2.5;

Р₀– норма атмосферных осадков, мм;

К_г– коэффициент перетока атмосферных вод в артезианские

(табл. 2.4.);

 – коэффициент использования эксплуатационных запасов артезианских вод, зависящий от технической сложности их изъятия и распределения между водопотребителями.

Ориентировочные параметры данного коэффициента принимаются следующими:

1) при равнинном рельефе = 0,20;

2) при холмистом и горном = 0,10.

Полученную величину пересчитаем на принятую обеспеченность по осадкам.

Расчётные эксплуатационные запасы (объёмы) артезианских вод данного бассейна составят

W_ав=_50%·F_б, (2.11)

где F_б– площадь бассейна, км².

Принимаем, что среднемесячные объёмы артезианской воды на хозяйственные нужды равномерные.

Этот объём воды необходимо вписать в свободную таблицу.

При равномерном отборе артезианских вод в течение, года средний расчётный дебит артезианских скважин будет равен

Q_ав= W_ав/Т, (2.12)

где Т – число секунд в году.

5. Возвратный сток

Возвратный сток – это четвёртая приходная статья водного баланса. Формируется (образуется) возвратный сток в процессе водоотведения, за счёт 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 объёмы воды, возможные для повторного использования за счёт водоотведения, будем определять одновременно с расчётом водопотребления на нужды каждого из участников ВХК или сразу же после этого.

3.В одопотребление

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 1. Поскольку срок появления всходов (т.е. начало вегетационного периода) орошаемых культур соответствует периоду, когда воздух устойчиво про­греется до +10°C, за начало вегетации принимаем месяц май.

Сумму эффективных среднесуточных температур воздуха, обуславливающую интенсивность роста растений, а следовательно, их водопотребление, применительно к исходным климатическим данным приво­дим в табл. 3.1. При этом поправку на длину светового дня l, заимствованную из климатических справочников, принимаем согласно табл. 3.2.

На основе данных табл. 3.1 и коэффициента биологической кри­вой Кб рассчитываем величину водопотребления Е и оросительной нормы Мбр для каждой из четырех заданных категорий орошаемых культур. Результаты расчетов сводим в таблицу 3.4.

Taк как атмосферные осадки (дождь) не полностью используются растениями, при расчетных операциях необходимо ввести поправочный коэффициент ₀ эффективность использования осадков. Числен­ные значения этого коэффициента ₀ даны в табл. 2.5. Кроме того, при расчетах необходимо учесть поправку на подпитывание корнеобитаемого слоя за счет капиллярного поднятия влаги из низлежащих горизонтов почвенно-грунтовой толщи. Значения коэффициентов подпитывания К_п приведены в табл. 3.3.

Используя известную формулу приведения, находим комплексную оросительную норму (нетто) М_н^*, мм

М_н^* = ₁М₁ + ₂М₂ + ₃М₃ + ₄М₄ (3.1)

или М_н ^* = _iМ_i, (3.2)

где ₁,₂,₃,₄- доля зерновых, технических, овощных и кормовых культур от общей площади.

Таблица 3.1 Расчет суммы эффективных температур

№	Показатели	Обозна­- чения	Период вегетации
п/п			V	VI	VII	VIII	IX
1	Среднесуточная температура воздуха	t50%
2	Расчетный период в сутках	n
3	Сумма среднесуточных температур	t n
4	Поправка на длину светового дня /согласно табл.1.2/	l
5	Сумма среднесуточных темпера­тур с поправкой	t nl
6	То же, нарастающим итогом	(t nl)

Таблица 3.2 Примерные значения коэффициентов удлинения светового дня

в различных зонах РОССИИ

Зона	Северная	Месяцы года
	широта, град	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
I	60 - 55	1,00	1,25	1,43	1,54	1,46	1,28	1,05	0,84
II	55 - 50	0,90	1,20	1,30	1,40	1,30	1,25	1,10	1,00
III	50 - 45	0,85	1,10	1,25	1,30	1,25	1,20	1,05	0,90
IV	45 - 40	0,80	0,90	1,20	1,25.	1,20	1,12	0,93	0,92

Таблица 3.3 Значения коэффициентов капиллярного подпитывания

№	Группы с/х культур	Водоподъемная способность почв
п/п		слабая	средняя	повышенная
I	Зерновые	0,05	0,10	0,20
2	Технические	0,15	0,20	0,40
3	Овощные	0,01	0,10	0,30
4	Кормовые	0,10	0,20	0,25

Таблица 3.4 Расчет оросительных норм (нетто) для основных групп

сельскохозяйственных культур

Показатели	Обознач.	Период вегетации
	формулы	V	VI		VII		VIII		IX
1	2	3	4		5		6		7
Осадки за расчётный период	P50%
Дефицит влажности воздуха	d25%
Продолжительность периода, сутки	n
Произведение	dn
Сумма эффект. температур	(t nl)
Зерновые культуры
Коэффициент биологической кривой	Кб
Водопотребление за расчётный период	Е1=Кбdn
Коэффициент капиллярного подпит.	Кп
Величина капиллярного подпитывания., мм	Е1Кп
Разность, мм	Е1- Е1Кп
Эффективные осадки, мм	0 P50%
Дефиц. водного баланса D1 = E1 – (EKп) - 0 P50%	
Оросительная норма (нетто), мм	М1 = D1
Технические культуры
Коэффициент биологич. кривой	Кб
Водопотребление за расчётный период	Е2=Кбdn
Величина капиляр. подпит., мм	Кп
Величина капиллярного подпитывания., мм	Е1Кп
Разность, мм	Е1- Е1Кп
Эффективные осадки, мм	0 P50%
Деф. водн. баланса D2=E2-(E2Kп)-0P50%	
Оросительная норма (нетто), мм	М2 = D2

М₁, М₂, М₃, М₄– оросительная норма для каждой группы культур (табл. 3.4) .

Аналогично рассчитываем величины Е^*,E^*K_п. Результаты расчётов сводим в таблицу 3.5

Таблица 3.5 Комплексные величины суммарного водопотребления Е^*

капиллярного подпитывания Е^*К_пи оросительной нормы М^*_н, мм

Группы культур	Обозн. формул	М е с я ц ы г о д а					Итого
		V	VI	VII	VIII	IX
Эффект. осадки, мм	0Р50%
Зерновые	1Е1
Технические	2Е2
Овощные	3Е3
Кормовые	4Е4
Е^*н=IEi
Зерновые	Е1Кп
Технические	Е1Кп
Овощные	Е1Кп
Кормовые	Е1Кп
Ен К^*п=I Ei Кп
Зерновые	Дi
Технические	Дi
Овощные	Дi
Кормовые	Дi
М^*н=IДi

Переход от оросительной нормы «нетто» М^*к оросительной норме “брутто” М_бр , мм и пересчет последней на потребный расходQ_бр, м³/с и пересчёт оросительных систем выполняется по формулам:

М_бр^*= М_н^*/(3.3)

Q_бр= М_брF_ор₃/ 86,4m(3.4)

где - коэффициент полезного действия оросительных систем (даётся в задании). В нашем примере принимаем равным 0.80;

₃– коэффициент земельного использования оросительных систем (КЗИ) (дается в задании), в нашем примере принимаем равным 0,85;

F_ор– орошаемая площадь “брутто”, км²;

84,6 – коэффициент перевода.

Расчёт площади орошения ведём следующим образом:

1. Находим площадь, занятую под сельскохозяйственные угодья, принимая следующий процент от общей площади бассейна (согласно заданию):

а) северная подзона – 42,7 %

б) южная подзона – 60,7 %

2. По данным площади сельскохозяйственных угодий и процентному отношению пашни к этой площади, принятой

а) северная подзона – 69 %;

б) южная подзона – 78 %,

F_п= 298569 / 100, или 29850,69 = 2060 км², или 206 тыс. га

Принимая площадь орошаемых земель, ровной 2,8 % oт площади пашни, находим площадь орошения

F_ор= 20602,8 / 100, или 20600,028 = 58 км², или 5800 га.

Все результаты расчётов представляем в табличной и графи­ческой форме (рис. 3.1).

Q_ор, м³/с

Исходные данные и расчётные формулы	V	VI	VII	VIII	IX	Всего за вегетацию
Мн^*, мм
Мбр^* = Мн^* /, мм
ni , сут
Qор = Мбр^* Fор  n3 /86,4  ni
Объём воды на орош. Wор, м^3

Рис. 3.1. График забора воды в голове оросительных систем

и объём воды на орошение W_ор

Пояснение к расчёту.

1. Объем воды на орошение W_оррассчитывается по формулеW_ор=Q_ор86400n_I

2. Средневегетационный расход Q_орнаходится как среднеарифметическое из всех месяцев вегетационного пери­ода.

Поскольку рассматриваемый бассейн находится в зоне избыточ­ного увлажнения (К_у>I), влагозарядку сельскохозяйственных куль­тур, а также промывку засоленных почв не проводят, т.е. 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

_бв= М^*_брК_бв(3.5)

где К_бв– коэффициент безвозвратного водопотребления, равный

К_бв= 1 – К_вв(3.6)

Коэффициент возврата оросительной воды Квв определяется по уравнению

, (3.7)

где Е^*- суммарное водопотребление комплекса орошаемых культур (табл. 1.5), мм.

₀– коэффициент эффективного использования осадков [ 1, табл. 2.5]

в нашем варианте ₀= 0,8;

Р_50%- осадки соответствующей обеспеченности, в нашем случае 50 %, мм;

К^*_п– коэффициент, учитывающий поступление в корнеобитаемый слой капиллярной влаги, изменяется от 0,10 до 0,20 (принимаем 0,15);

М^*_бр– оросительная норма «брутто», мм.

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

_вв= М^*_брК_вв(3.8)

_вв= М^*_бр-_бв. (3.9)

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

Q= (_ввF_ор ₃)(86,4n_i), (3.10)

где – F_ор– площадь орошения, км²;

₃– коэффициент земельного использования,₃= 0,85;

ni– число суток в месяце.

Объём воды, возвращаемый с орошаемой территории, рассчитывается по формуле, м³.

W_вв= 86400n_iQ_вв. (3.11)

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

Оценивая объёмы воды данной категории, необходимо отметить, что она составляет определённую величину 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. Методика расчёта необходимых объёмов воды для такого разбавления даётся ниже.

Q_вв, м³/с

	Исходные данные,	Период вегетации					Всего или
	расчётные формулы	V	VI	VII	VIII	IX	средн. за год
1	М*бр = М*н:3, мм
2	Е*, мм
3	0  Р50%, мм
4	Кп
5
6	Кбв = 1 – Квв, мм
7	вв = Мбр  Квв, мм
8	бв = Мбр  Кбв, мм
9	, м^3/с
10	Wвв=Qвв86400ni , м^3

Рис. 3.2. График водоотведения с орошаемых земель

и объёмы возвратной воды