В данной статье рассматриваются различные приемы и мероприятия по проведению рационального водопользования. На современном этапе развития общества, возникает всё большая потребность не только в количестве и качестве водных ресурсов, но и в электроэнергии, продуктах питания. При рассмотрении вопросов водоснабжения коммунально-бытовой и сельскохозяйственной отраслей решением могут выступить мероприятия по повторному использованию сбросных вод и устройству накопительных водных резервуаров. Свежим словом в гидроэнергетической отрасли выступает гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) — используемая для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки.
Ключевые слова: водные ресурсы, водопользование, гидроаккумулирующая электростанция, резервуархранения воды, повторное использование, сбросные воды.
Проблемы количества водных ресурсов остро наблюдаются в регионах с засушливым климатом, исторически сложившимися условиями рельефа местности, мест водоисточников и т. д. Люди, проживающие на территориях с ограниченными водными ресурсами, вынуждены прибегать к их экономии, поиску альтернативных источников поступления воды, в крайнем случае, к миграции на более благоприятные и водообеспеченные территории. Вода является важным ресурсом не только для бытового, но и для промышленного хозяйства. Без воды не может обойтись сельское хозяйство, гидроэнергетика, атомная энергетика, бумажные и алюминиевые производства, рыбоводство, судоходство и др.
Использование водных ресурсов подразделяется на водозабор и водопользование. По способу использования водных объектов водопользование подразделяется на:
1) водопользование с забором(изъятием) водных ресурсов из водных объектов при условии возврата воды в водные объекты;
2) водопользование с забором(изъятием) водных ресурсов из водных объектов без возврата воды в водные объекты;
3) водопользование без забора(изъятия) водных ресурсов из водных объектов [1].
В энергетической отрасли активно развивается использование гидроаккумулирующих электростанций. Первые ГАЭС появились в конце 19 века. Первые ГАЭС в начале 20 века имели КПД не больше 40 %, КПД современных ГАЭС составляет 70–75 %. Так, в 1882 г. в Швейцарии, в окрестностях Цюриха, была построена установка Леттен (Letten) с двумя насосами общей мощностью в 103 кВт. Спустя 12 лет подобная установка заработала на одной из итальянских прядильных фабрик. Если к началу 20 века общее число ГАЭС в мире не превышало 4-х, то уже к началу 1960-х гг. оно достигло 72, а к 2010 г. — 460. В России имеется всего две ГАЭС — маленькая Кубанская ГАЭС на Ставропольском канале мощностью 15,9 МВт и Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт.
ГАЭС использует в своей работе либо комплекс генераторов и насосов, либо обратимые гидроэлектроагрегаты, которые способны работать как в режиме генераторов, так и в режиме насосов. Во время ночного провала энергопотребления ГАЭС получает из энергосети дешевую электроэнергию и расходует ее на перекачку воды в верхний бьеф (насосный режим). Во время утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, вырабатывает при этом дорогую пиковую электроэнергию, которую отдает в энергосеть (генераторный режим). Верхний бассейн может не иметь естественной приточности, работая исключительно на запасённой в наносный период воде. Такие ГАЭС принято называть «чистыми». Также функционируют «смешанные» гидроаккумулирующие станции, верхний бассейн которых имеет дополнительную естественную приточность. При этом в турбинном режиме используется и аккумулированная, и поступающая естественным образом вода.
Одним из решений проблем дефицита водных ресурсов выступает устройство искусственных резервуаров для хранения воды [3]. Как правило, такие резервуары являются запасными, при использовании основного инструмента водопользования, но на время реконструкции или отсутствия основного источника водных ресурсов, накопительные резервуары станут основными в локальном водопользовании. Большинство таких объектов в России выполняют функцию накопителей естественного стока с хранением добавляемого искусственно, с целью имения технической воды для пожаротушения. Для иных целей резервуары хранения воды требуют конкретного назначения и условий содержания. Для целей коммунально-бытового хозяйства вода должна отвечать санитарным нормам, для целей орошения содержаниями растворенных веществ оптимальных для роста орошаемых культур. Создание множества резервуаров займёт обширную территорию, но в то же время поможет водопользователям в маловодные годы. Для сохранения ценных земельных ресурсов, такие резервуары можно устраивать в естественных понижениях рельефа с обеспечением гидроизоляции и систему трубопроводов или каналов отвода воды к потребителям. Главная задача эксплуатации объекта — сохранение заданного объёма воды в резервуаре, до появления потребности в них
Повторное использование сбросных вод — устоявшаяся практика, используемая для орошения, особенно в засушливых странах. Это уменьшает дефицит и снижает нагрузку, оказываемую деятельностью человека на естественные водоисточники. Повторное использование сбросных вод экономически выгодное решение проблем нехватки водных ресурсов. Подача воды на орошение в каждый сезон является крупной статьёй расходов хозяйства, создание оборотной системы подачи сбросных вод потребует затрат на первоначальное возведение и на эксплуатацию. В этом случае водопользование становится с изъятием водных ресурсов без их возврата, либо с частичным возвратом [4]. Открытым остаётся вопрос о качестве воды, при сбросе и её повторном использовании, особенно это актуально на рисовых мелиоративных системах с затоплением чеков. На данный момент очистные сооружения слишком дорогостоящи для очистки сбросных вод, предназначенных на повторное орошение. Решением вопроса качества сбросных вод для повторного орошения могут выступить поля орошения, либо устройство локальных очистных сооружений, направленных на удаление определённых элементов.
Решение проблем нехватки водных ресурсов с каждым годом находит новые подходы к рациональному водопользованию на территории с удовлетворением потребностей всех потребителей. ГАЭС поможет выровнять график электропотребления и потенциально отказаться от использования ГЭС, а плотину использовать с целью орошения, судоходства и хранения водных ресурсов в водохранилище. Повторное использование сбросных вод — это необходимая опция для сельскохозяйственного производства, но не до конца изученная и дорогостоящая.
Литература:
- «Водный кодекс Российской Федерации» от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 01.05.2022).
- Волынов М. А., Жезмер В. Б., Сидорова С. А. Алгоритм формирования региональных схем обеспечения водными ресурсами оросительных мелиораций // Мелиорация и водное хозяйство. 2014. № 5–6. С. 47–50.
- Волынов М. А., Жезмер В. Б., Сидорова С. А. Некоторые аспекты оценки обеспеченности водными ресурсами объектов АПК // Природообустройство. 2014. № 4. С. 53–60.
- Жезмер В. Б. Системное решение проблемы водообеспеченности объектов мелиоративного комплекса // В сборнике: Научно-методическое обеспечение развития мелиоративно-водохозяйственного комплекса. Сборник научных трудов. Москва, 2020. С. 316–323.
