Стартовая >> Архив >> Генерация >> Основы гидротехники

Водно-земельные ресурсы СССР - Основы гидротехники

Оглавление
Основы гидротехники
Введение
Особенности и условия работы гидротехнических сооружений
Классификация гидротехнических сооружений
Назначение и классификация плотин
Фильтрация воды и основание плотины и в ее теле
Плотины из местных материалов
Деревянные плотины
Бетонные плотины
Водосбросы и водоспуски плотин
Гидротехнические затворы
Способы возведения гидроузлов
Назначение и виды сооружении переходов
Мостовые переходы
Виды мелиорации
Водно-земельные ресурсы СССР
Использование водной энергии
Технические основы использования водной энергии
Графики нагрузки, колебания мощности и выработки энергии
Понятия о водяных двигателях
Гидроэнергетические сооружения
Силовые здания ГЭС
Гидроэнергетические узлы сооружений
Работа ГЭС в энергосистемах, показатели, типы
ГАЭС
Происхождение и формирование сточных вод
Виды загрязнений водных объектов
Мероприятия по борьбе с загрязнением полных источников
Законодательные и организационные мероприятия по охране от загрязнений
Назначение водохозяйственных расчетов и исходные данные для их выполнения
Водохранилища, их типы, параметры и характеристики
Потери воды из водохранилищ

Водно-земельные ресурсы — это все используемые в сельскохозяйственном производстве и потенциально пригодные для земледелия земли, нуждающиеся в гидромелиорациях и обеспеченные водой для орошения и водоприемниками —для осушения.
Ресурсы поверхностных вод Советского Союза состоят из их возобновляемых запасов ежегодный средний сток рек 4 714 км3 (11% всех мировых водных ресурсов), вековых запасов вод в крупных пресных озерах - 26 230км3 (63%), вековых запасов вод, аккумулированных в ледниках, 10975 км3 (20%). Таким образом, суммарные ресурсы поверхностных вод составляют 4! 919 «μ3. Из них наибольший практический интерес представляет сток рек. поскольку он ежегодно возобновляется. Как указывалось (см. табл. 3), распределение речного стока по территории страны отличается крайней неравномерностью.
Сейчас на карты нашей страны нанесено около 3 млн. (точнее, 2 963 398) водотоков: речек и рек, имеющих длину более 10 км. Общая их протяженность 10 млн. км (точнее, 9 617 864 км). Они представляют практический интерес для водных мелиораций в зоне избыточного увлажнения как возможные водоприемники осушительных систем, в зоне недостаточного увлажнения—как источники орошения и обводнения.
Густота речной сети на территории Советского Союза очень неравномерна и колеблется от 0,25 0,35 км на 1 км2 в лесной зоне Европейской территории Союза до 0 0.05 км на 1 км в пустынных и полупустынных районах Прикаспийской низменности.

От величины водоносности рек и ее колебаний в многолетнем и годовом разрезах зависят возможности и масштабы их водохозяйственного использования. Годовой сток рек подвержен значительным колебаниям. В маловодные годы он составляет 0,1 нормы стока (средней многолетней его величины), а в многоводные до 2,5- 3,0 норм. Ещe большей амплитуды колебаний достигают значения максимальных и минимальных расходов воды в реках в годы различной водности, особенно в районах южных широт и в зоне многолетней мерзлоты. Чем меньше степень увлажненности речного бассейна, тем более значительны колебания речного стока по годам. В отдельных случаях в засушливых районах сток многоводных лет может в 50 раз превышать сток маловодных лет (например, р. Ишим у Целинограда).
Для многолетних колебаний речного стока характерна смена циклов маловодных и многоводных лет, зависящая в общем от солнечной активности и связанных с ней климатических процессов и циркуляции атмосферы. В разных районах нашей страны за одни и те же периоды наблюдается противоположный характер циклических колебаний речного стока.
Указанные особенности поверхностных водных ресурсов- СССР крайне затрудняют их использование для орошения и обводнения на больших площадях. По расчетам института «Гипроводхоз», при существующем распределении речного стока в стране можно оросить около 36 млн. га земель. Для этого необходимо, помимо созданных, строительство еще ряда водохранилищ и водопроводящих сооружений (каналов, трубопроводов) большой протяженности для подачи воды в зоны, где в ней ощущается недостаток. В случае переброски стока северных рек на юг представится возможным оросить свыше 100 млн. га.
Эксплуатационные ресурсы подземных вод оцениваются в 220 км3 и составляют 5% поверхностных вод, из них в РСФСР находится больше половины, в Казахской ССР—13%, в Узбекской — 12%.
Для использования без опреснения при орошении пригодны и слабо минерализованные воды ряда заливов Балтийского моря.
Источником орошения и обводнения приморских районов Арало-Каспийской низменности в перспективе могут быть опресненные воды Аральского и Каспийского морей. В настоящее время специалисты изучают возможность использования для нужд орошения я обводнения вековых запасов крупных пресных озер нашей страны и ледников. Решение этих вопросов очень сложно и тесно связано с проблемой охраны природы.

Рис. 4.1. Карта преобладающих видов мелиораций земель и СССР (по Фролову).
1 - оросительные и обводнительные, 2 — противоэрозионные мелиорации пойм, 3 — осушительные, 4 - борьба с песками. 5 — обеднение сухих степей, полупустынь и пустынь, 6 - агролесомелиорации (северная граница), 7 —укрепление оврагов, 8 —высокогорные пастбища.

Земельные ресурсы. В СССР насчитывается 608.1 млн. га сельскохозяйственных угодий, из них пашни 225 млн. га. остальные земли — пастбища, луга, в небольшом количестве усадьбы и пр.; 60 млн. га занимают естественные сенокосы. По «расчетам специалистов, при помощи мелиораций малопродуктивных и неудобных земель площадь пашни и других сельскохозяйственных угодий может быть удвоена. В зоне достаточного увлажнения расположено лишь 22% площади сельскохозяйственных угодий, из них пашни 30%; остальная площадь находится в зоне недостаточного увлажнения. В этой зоне расположено 48% площади сельскохозяйственных угодий, из них пашни 70%.
Площадь всех избыточно увлажненных земель и болот равна примерно 200 млн. га. т. е. 9% территории страны. Следует, однако, подчеркнуть, что основная часть этих земель расположена севернее земледельческой зоны. Площадь заболоченных лесов и лесных болот составляет около 140 млн. га. из которых на долю болот-торфяников приходится около 71,5 млн. га; площадь заболоченных и болотных лугов исчисляется в 20 млн. га.
Избыток влаги в северной части СССР сочетается с недостатком тепла в воздухе и почве и слабой аэрацией почв. В этой зоне нередко избыток влаги в одни периоды чередуется с ее недостатком в другие, что понижает продуктивность сельскохозяйственных культур.
Площадь земель, подверженных водной эрозии, достигает 60-80 млн. га, причем в зоне, где возможно проявление водной эрозии, расположена вся пашня страны. Водная и ветровая эрозия разрушают верхние, наиболее ценные слон почвы. В результате эрозии почв происходит вынос питательных веществ, снижение продуктивности сельскохозяйственных угодий. Снижение урожайности на слабоэродированных почвах составляет 15 -40%, а на средне- и сильноэродированных 40-80% урожайности тех же почв, не подверженных эрозии. Вешние воды выносят ежегодно в реки и водохранилища страны около 500 млн. т продуктов разрушения почв. Одновременно со смытой почвой с полей ежегодно уносится большое количество азота, фосфора и калия, необходимых для произрастания растений.

Кроме водной эрозии, много пахотных земель Советского Союза подвержено ветровой эрозии-дефляции. Главными областями пыльных бурь являются целинные земли Казахстана, юг Украины, Северный Кавказ, Заволжье, Башкирия и степное Забайкалье.
В Советском Союзе находится обширная зона, в которой одновременно проявляется разрушающее действие водной и ветровой эрозии. В эту зону входят юг Украины и Молдавии, Ростовская область. Ставропольский и Краснодарским края. Поволжье. Башкирия л др.
Представление о потребностях нашей страны в основных видах мелиоративных мероприятий дает карта (рис. 4.1).

  1. Водные мелиорации как средство воздействия на климат и природу

Воздействие на природу водных мелиорации в комплексе с агротехническими и лесокультурными мероприятиями проявляется во многих направлениях. Основные из них следующие: преобразование — окультуривание ландшафта, повышение биологической продуктивности природных ландшафтов, преобразование составляющих водного баланса в благоприятную для сельского хозяйства сторону, изменение водного режима территории. улучшение микроклимата.
Жизнь растений зависит от степени увлажнённости территории и водного режима почв; путем преобразования режима почв можно добиться коренного изменения в животном и растительном мире мелиорируемой территории и изменить ее местные климатические условия.
Уравнение теплового баланса для земной поверхности имеет
вид
(6)
где Б - радиационный баланс (остаточная радиация); П —затраты тепла на нагревание почвы, воды, растительного покрова и на формирование их собственного теплового режима: В - затраты тепла на нагревание воздуха, особенно вблизи земной поверхности, за счет турбулентного (механического) теплообмена с подстилающей поверхностью; аИ — затраты тепла на испарение с поверхности морей и океанов, суши и растительного покрова (α — коэффициент скрытой теплоты испарения или конденсации, численно равный примерно 600 кал/ч).
При современном уровне техники можно изменять каждую из составляющих теплового баланса, существенно уменьшая альбедо степей или пустынь, орошая их и создавая на них растительный покров.

В зонах недостаточного увлажнения вся вода, выпадающая в виде осадков, быстро испаряется и растения сказываются лишенными необходимой влаги. Мелиорация местного климата в этой зоне проводится мри помощи (искусственного орошения, эффективность которого повышается полезащитными лесными полосами. На полях, политых водой, значительная часть солнечного тепла (остаточная радиация) расходуется на испарение, в результате орошенная почва меньше прогревается, чем неорошенная, и создаются благоприятные условия для произрастания растений. Почва и воздух становятся менее горячими и более влажными, на месте сухой безводной степи появляются сельскохозяйственные ноля и сады.
Изменение теплового баланса и увлажненности сказывается не только на микроклимате орошаемых земель, но и на сотни метров в глубь примыкающей к ним территории.
Таким образом, орошение сотен тысяч гектаров степей, полупустынь и пустынь в нашей стране неизбежно приведет к существенным изменениям климата в целых областях и географических районах.
В климатических зонах, в которых количество получаемого летом тепла невелико, обычно испаряется только часть влаги, выпадающей в виде осадков. Это приводит к заболачиванию значительных земельных площадей, если с них не происходит стока воды. В таких условиях почти все солнечное тепло расходуется на испарение влаги. На осушенных землях, где обеспечивается отвод .избыточных вод. на испарение затрачивается тепла меньше, в связи с чем повышается температура почвы и воздуха и улучшаются климатические условия для развитая сельскохозяйственных культур.
Следовательно, осушение болот и заболоченных земель изменяет тепловой баланс, сравнительно с орошением, и обратную сторону. Остаточная радиация из-за некоторого увеличения альбедо, а главным образом вследствие повышения эффективного излучения, становится несколько меньше той, которая была до осушения. Климат в районах массового осушения болот становится теплее и суше.
Разница в температурах воздуха и почвы между осушенными и неосушенными землями достигает 2°. После осушения болот температура на возделанных полях оказывается днем на 5—10°, а ночью - на 3—4° ниже по сравнению с минеральными почвами. Причины этого кроются в теплофизических свойствах осушенных торфяников; они обладают большой теплоемкостью. Верхний слой осушенного торфа не только задерживает большую часть поступающего солнечного тепла, но и не дает прогреваться нижележащим слоям. В результате па осушенных болотах наблюдаются поздние (весенние и летние) заморозки, что ограничивает возможность возделывания на них и примыкающих к ним землях теплолюбивых сельскохозяйственных культур. Поэтому осушенные торфяные почвы требуют минерализации для увеличения теплопроводности, что достигается пескованием.
Значительное снижение уровней грунтовых вод при осушении болот тоже может отрицательно сказываться на природе окружающей местности.
В результате глубокого осушения мелеют отдельные реки и водоемы, обедняется их флора и фауна, исчезают мелкие водоемы и водотоки.
Неустойчивость водного режима осушенных торфяных почв, используемых под пропашные культуры, приводит в периоды маловодья к развитию ветровой эрозии торфяников.
Крупные и мелкие водохранилища и пруды, создаваемые при строительстве оросительных и осушительных систем, не только регулируют речной сток, питают водой осушительно- увлажнительные системы, облегчают проведение осушительно- увлажнительных мелиораций и борьбу с заболачиванием пойм, но и играют важную роль в формировании теплового и водного режимов примыкающей к ним местности, изменяя климатические и природные условия.
Вода, в отличие от почвы и снежного покрова, имеет малые альбедо и при высоком стоянии Солнца поглощает почти всю солнечную радиацию. Обладая большой теплоемкостью, она задерживает почти все тепло в тонком верхнем слое. Вместе с тем значительная часть тепла путем механического перемешивания идет на нагревание более глубоких слоев воды. На нагревание воздуха над водоемом тепла затрачивается мало. Основная часть его расходуется на испарение с поверхности водоема. В средних широтах с каждого водоема в месяц испаряется 40—60 мм, а суммарное испарение за весь теплый период составляет 20—30 см. Величина испарения лимитируется приходом солнечной радиации. Большие затраты тепла на испарение с водоемов приводят к понижению температуры воды, а следовательно, к понижению температуры прилегающего к ней воздуха. Водоемы размером 8—10 км в поперечнике понижают температуру в окружающем районе на 3—5°. В районах со слабыми ветрами небольшие водоемы понижают температуру окружающего воздуха на 1—2°. Неглубокие водоемы накапливают за лето так много солнечного тепла, что оказываются перегретыми по сравнению с сушей до поздней осени и превращаются в своеобразные тепловые аккумуляторы. В районе водохранилищ формируется местная циркуляция воздуха — возникают небольшие бризы, дующие днем с водохранилища на сушу, а ночью — наоборот. Поверхности водоемов способствуют разгону движущегося над ними воздуха, поэтому скорости ветра над водохранилищами и вблизи них намного больше чем были до создания водохранилищ.



 
« Основные технические характеристики турбогенераторов мощностью 50 МВт и более   Основы радиационной безопасности атомных электростанций »
электрические сети