МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006
 

УДК 330.15

НЕОБХОДИМОСТЬ УЧЕТА ВОДЫ В УСЛОВИЯХ

ПЛАТНОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

 

И.В. Кожемяченко – к.т.н., доцент,  О.В Гуцол, О.Н.Жихарева

ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.Вавилова»,

г. Саратов, Россия

 

Развитие мелиорации в России характеризуется несколькими этапами, отличающимися друг от друга интенсивностью строительства и направленностью оснащения водомерными устройствами.

На начальном этапе развития мелиорации (до 40-х годов XX-го столетия) велась разработка и внедрение простейших водомерных сооружений. Основными средствами водоучета на данном этапе являлись градуированные гидротехнические сооружения, водомерные рейки, самописцы и датчики уровня.

Этап интенсивного развития мелиорации подразделяется на два периода:

1. Начало 40-х – конец 60-х годов  XX-го столетия – основными средствами водоучета являются водомерные пороги, лотки, приставки и вертушки.

2. Начало 70-х – конец 80-х годов  XX-го столетия – период разработки и повсеместного внедрения, совершенных водоучитывающих устройств с автоматической обработкой измеряемых данных, а именно уровнемеров, перепадомеров, расходомеров, датчиков уровня и расхода, основанных на использовании ультразвука, теплообменных процессов, индукции и электромагнитных сил.

Этап кризисного состояния мелиоративной отрасли (90-е годы  XX-го столетия), связанный с изменением экономических отношений в стране характеризуется застоем в области разработки средств водоучета. Новые средства водоучета не выпускаются и не внедряются, а существующие разрушаются и списываются. Водоучет с большими погрешностями ведется по косвенным показателям.

Этап восстановления мелиорации (начало  XXI-го столетия). Новые экономические отношения в стране в целом, и в агропромышленном комплексе России в частности, создают необходимость восстановления повсеместного водоучета с заданными погрешностями измерения.

Об этом говорится в Водном Кодексе РФ и Национальной программе «Вода России – XXI век».

Основными задачами водоучета на оросительных системах являются:

1. Определение запасов воды водного объекта, являющегося водоисточником и установление его гидрологического режима;

2. Учет расходов и объемов поступления воды в оросительную систему из водных объектов, внутрисистемных водохранилищ, сбросной и коллекторно-дренажной сети;

3. Учет расходов воды в точках вододеления;

4. Учет расходов воды в точках выдела водопользователям;

5. Учет расходов воды на границах административно-хозяйственных районов;

6. Учет расходов воды, поступающей за пределы системы;

7. Определение баланса водных ресурсов и потерь воды;

8. Обеспечение оптимальной технической эксплуатации каналов и сооружений.

9. Проведение специальных исследований.

Водоучет, в зависимости от выполняемых функций, подразделяют на технологический (технический) и коммерческий.

Для нормального функционирования оросительной системы с одной стороны необходимо, чтобы происходило постоянное командование уровней воды старших каналов над младшими, то есть в каналах постоянно должны поддерживаться уровни выше определенного минимального значения, а с другой стороны, уровни не должны подниматься выше максимального расчетного уровня воды в канале, чтобы не было переполнения.

 Выше указанные задачи решает технологический водоучет, который ведется с целью обеспечения нормальной работы оросительной системы и для оперативного управления и контроля за использованием и распределением водных ресурсов между водохозяйственными системами и водопользователями.

Технологический водоучет на мелиоративных системах осуществляется водохозяйственной организацией. Коммерческий водоучет может осуществляться водопотребителем, который за свой счет на своей территории имеет право построить и оснастить контрольный пункт водоучета [1, ст. 92]. Контроль точности коммерческого водоучета со стороны водохозяйственной организации должен осуществляться на балансовых постах, учитывающих вододеление и совместное потребление воды несколькими потребителями.

При технологическом водоучете  допустимая погрешность измерения расхода воды устанавливается проектом и может не соответствовать требованиям Госстандарта, допуская отклонения ±10 %. Предметом технологического водоучета являются уровни и расходы воды.

Выбор метода измерения при технологическом водоучете определяется техническими характеристиками гидротехнических сооружений, максимальными значениями измеряемых расходов и экономическими взаимоотношениями между водопользователями. Средствами водоучета могут служить фиксированные русла, градуированные гидротехнические сооружения, гидрометрические пороги различного профиля, водосливы с тонкой стенкой различного профиля и т.д.

В последние годы в России в связи с развитием новых экономических отношений начал проявляться интерес к организации коммерческого водоучета на оросительных системах, являющегося основой осуществления платного водопользования. Такой подход вызывает необходимость концептуальных изменений принципов организации водоучета и кардинальной перестройки оснащения оросительных систем средствами водоучета.

Новые экономические отношения в стране заставляют смотреть на воду как на экономический ресурс. Платное водопользование стоит во главе политики в сфере использования, восстановления и охраны водных объектов. Появляются новые требования к водоучету, возникает потребность в коммерческом водоучете.

Целью коммерческого водоучета является расчет между водопотребителями и водохозяйственной организацией. Коммерческий водоучет ведется с целью определения количества воды, взятого из водоисточника и поданного потребителю в необходимые сроки с заданным расходом и требуемого качества.

При коммерческом водоучете необходимо, чтобы общая относительная погрешность метода и технического средства измерения не превышала требуемых Госстандартом значений ±4¸5% по расходу. Такая погрешность должна гарантироваться средствами измерений, выпускаемыми промышленностью и использованием методов и приборов, метрологически аттестованных ведомственной и государственной метрологической службой.

Предметом коммерческого водоучета является и сток воды (объем за определенный промежуток времени).

Орошение в Саратовской области начало развиваться с начала XIX века, но только в послевоенные годы прошлого столетия в результате строительства каскада плотин гидроэлектростанций на Волге была создана прочная материально – техническая база для борьбы с засухой. Период наибольшей интенсивности мелиоративного строительства в области пришелся на 1970-1980 годы. За это время площадь орошаемых земель увеличилась с 32 тысяч гектаров до 480 тысяч.

В годы перестройки орошаемому земледелию был нанесен жесточайший урон. Недальновидная и непоследовательная политика по отношению к мелиорации и нуждам сельских производителей повлекла за собой резкое уменьшение финансирования отрасли и ухудшение использования орошаемых земель (из 480 тыс. га списано около половины). Начался спад объемов ремонта насосных станций, каналов, гидротехнических сооружений, прекращены работы по замене трубопроводов, потерялся производственный потенциал отрасли.

На рисунке  представлена кривая изменения интенсивности ввода орошаемых площадей в эксплуатацию. На рисунке мы видим, что до 1987 г. шел рост ввода орошаемых площадей, затем начался спад, и в 1996 г. цифра замерла на отметке 257,3 тыс. га.        

Сокращение площадей орошения  вызвало уменьшение головной водоподачи, а так как сами каналы и сооружения остались в прежнем состоянии, то произошло резкое снижение уровней одной из крупнейших оросительных систем Саратовского Левобережья является Энгельсская оросительно-обводнительная система, созданная в 1935 году. В 1980-е годы гидротехнические сооружения Энгельсской оросительной системы были переоборудованы в водомерные с использованием приставок Краснова В.Е. прямоугольного сечения.

 

годы

 

 

Ввод орошаемых площадей в эксплуатацию

 

Принцип действия вышеуказанных водомерных приставок следующий: при прохождении воды через приставку создается разность напоров в сечениях верхнего бьефа перед входом и в приставке за входом. Получившаяся разность давлений служит водомерным перепадом при определении расхода воды, проходящего через гидротехническое сооружение.

Внедрение водомерных сооружений на Энгельсской оросительной системе способствовало решению следующих задач производственного значения:

оснащение точек вододеления и балансовых постов средствами автоматизированного учета расходов воды;

организация на оросительной системе службы эксплуатационной гидрометрии;

производственная оценка технических и эксплуатационных качеств водомеров – регуляторов с приставками.

Внедрение водомерных приставок на сооружениях ЭООС (43 хозяйственных водовыпуска, головная насосная станция, сбросные сооружения) позволило изучить режим работы каналов и сооружений оросительной системы с машинным водоподъемом и работой дождевальных машин, а также внедрить диспетчеризацию системы.

Обобщая результаты записывающих устройств (данные по уровню) было установлено:

каналы работают в переменно-подпорном режиме;

уровни постепенно снижаются даже без регулировки расходов затворами;

в конце магистрального канала уровни резко снижаются, порой не обеспечивая командование хозяйственных и внутрихозяйственных водовыпусков.

Наблюдения за магистральным каналом ЭООС в 2002-2004 гг. в процессе его эксплуатации показали, что уровни воды в нем упали (с 4-х метров до 2,5), происходит резкое изменение горизонтов в течение суток, особенно днем. В отдельные периоды колебания уровней достигают значений от 30 до 180 см. Изменения уровней воды в каналах объясняются неравномерным режимом подачи воды, неучтенным водозабором в хозяйственные отводы, а также недостаточно четкой работой перегораживающих сооружений. Такие резкие перепады уровней воды в каналах влияют на режим работы водомерной части сооружений, кроме того, значительно сократились площади орошения (с 17,3 тыс. га до 2,7 тыс.га), уменьшилась длина канала І очереди ЭООС (с 22 км до 12), произошла частичная ликвидация гидротехнических сооружений. Все это привело к резкому изменению режима эксплуатации оросительной системы, особенно ее работы в верхнем бьефе перед сооружениями.

Одним из необходимых условий нормальной работы водомерной части сооружения является наполнение воды в верхнем бьефе перед входом в приставку для выполнения условия  НВБ 1,5a или  НВБ 1,5D, где  а, D – соответственно высота и диаметр живого сечения водомерной приставки.

Проведя обследование этих изменений, выявлена необходимость создания новых типов водомерных устройств, позволяющих их использование  в современных измененных уровнях  воды в каналах.

Новые водомерные устройства должны иметь коэффициент расхода близкий к 1,0, потому что применяемые приставки прямоугольного и круглого сечения имели соответственно коэффициент расхода С = 0,71 и С = 0,62. При переоборудовании действующего гидротехнического сооружения, необходимо выбрать тип водомерного устройства, так как от этого зависит коэффициент расхода водомерной части.

Расчет производится по формуле

                                                   ,                                                         (1)

где C – коэффициент водомера; w - площадь живого сечения водомерной части, м;

      q – ускорение свободного падения, м/с;   h – водомерный  перепад, м.

Зная расход сооружения, коэффициент водомера, выделяем площадь живого сечения водомерного устройства и конструктивно в зависимости от размера входного оголовка назначаем высоту и ширину приставки, поэтому коэффициент расхода водомера имеет не мало важное значение.

В лаборатории СГАУ им. Н.И.Вавилова было разработано (вернее усовершенствовано) водомерное устройство по ав. св. № 1747910 Краснова В.Е., Кожемяченко И.В. типа забральной стенки с козырьком и косынкой за входом. Выполнена модель усовершенствованной конструкции и проведены лабораторные исследования на гидравлическом лотке. По сравнению с аналогом (ав. св. № 1747910) имеющим водомерный коэффициент, равный 0,87, мы получили коэффициент равный 0,93-0,95 при различных соотношениях сторон живого сечения.

С увеличением коэффициента водомера уменьшается площадь водомерной части, а вместе с этим и высота живого сечения, что позволит переоборудовать существующие гидротехнические сооружения, работающие  каналах с заниженными горизонтами наполнения  в верхнем бьефе сооружения и условие НВБ 1,5a (D) будет выполняться.

В период перестройки экономических отношений в России резко снизилось финансирование научных исследований. В процессе разгосударствления проектных организаций была утеряна значительная часть проектных разработок, материалов изысканий, отчетов и другой информации о состоянии сооружений на оросительной системе. Отсутствие систематических наблюдений (мониторинга) за существующими сооружениями на оросительной сети привело к отсутствию системы единых рекомендаций по организации водоучета.

В последние годы в России в вязи с развитием новых экономических отношений начал проявляться интерес к организации коммерческого водоучета на оросительных системах, являющегося основой осуществления платного водопользования [Водный кодекс Российской Федерации. Официальный текст. – М.: Издательская группа НОРМА – ИНФРА М, 2001. с. 82]. Такой подход вызывает необходимость концептуальных изменений принципов организации систем средствами водоучета.

Несмотря на то, что водохозяйственные организации и водопользователи заинтересованы в применении средств водоучета на водохозяйственных и мелиоративных системах, ситуация в области водоучета осложняется рядом проблем.

Основными проблемами, осложняющими внедрение водоучета на мелиоративных и водохозяйственных системах являются:

1.                        Неудовлетворительное техническое состояние постов водоучета;

2.                        Моральный износ сохранившихся средств водоучета;

3.                        Отсутствие разработок новых средств водоучета в связи с прекращением финансирования в период кризиса мелиоративной отрасли;

4.                        Отсутствие прошедших государственную аттестацию, рекомендованных к применению и соответствующих требованиям Госстандарта средств водоучета;

5.                        Отсутствие государственных стандартов на средствах водоучета, отвечающих современным требованиям;

6.                        При оборудовании пунктов водоучета в России обязательно требуются дополнительные финансовые издержки на обеспечение охраны данного пункта. 

 

 

 

   
Вернуться к Оглавлению...