POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Gospodarka wodna

Wykonały:

Monika Presnarowicz

Katarzyna Sadowiak

Grupa IOŚ

1. 
   Przenoszenie informacji hydrologicznej

Ze względu na fakt, że informacja hydrologiczna potrzebna jest w miejscu budowy ujęcia wody, gdzie nie są prowadzone pomiary hydrologiczne, wartość przepływu określona została metodą interpolacji z przekroju wodowskazowego Nowosiółki.

Metodę tą zastosowano, gdyż przekrój obliczeniowy jest niekontrolowany, ale rzeka Narew jest kontrolowana.

Określono zmianę przepływu w funkcji wielkości powierzchni zlewni zgodnie z zależnością:

gdzie:

Q_uj – wartość charakterystyki przepływu w przekroju obliczeniowym

F_uj – wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem obliczeniowym

Q_wod – wartość charakterystyki przepływu w przekroju wodowskazowym

F_wod – wielkość powierzchni zlewni zamkniętej przekrojem wodowskazowym

Dane z tematu projektu:

Q_wod – ciąg przepływów dekadowych, podane w Q_DEK.xls

F_uj = 423,0 km²

F_wod = 348,6 km²

1. Wyznaczenie przepływu nienaruszalnego (QN)

Przepływ nienaruszalny ustalany jest w poszczególnych przekrojach poprzecznych rzeki, ze względu na potrzeby ochrony środowiska przyrodniczego i życia biologicznego w wodzie oraz wymagania społeczne związane z rekreacją i wypoczynkiem.

Nie wolno pobierać wody z rzeki do celów gospodarczych w okresach niżówek, gdy przepływy osiągnęły wartość równą lub mniejszą od przepływu nienaruszalnego.

Przepływ ten określono wykorzystując jako miarę odniesienia przepływ średni niski SNQ zgodnie ze wzorem:

Współczynnik k zależny jest od rodzaju rzeki i powierzchni zlewni. Określono jego wartość z zależności (przyjmując, że zlewnia jest typu nizinnego):

Stąd:

F_uj = 423,0 km²

k = 1,5

SNQ = 0,75 [m³/s]

QN = 1,13 [m³/s]

1. Wyznaczanie G_t (QN, P_rol, P)

Na rzece Narew, w przekroju projektowanego ujęcia dla zakładu przemysłowego (jego potrzeby P) zlokalizowane jest ujęcie wody dla kompleksu nawadnianych użytków zielonych o powierzchni F = 120 ha, którego potrzeby mają charakter cykliczny P_rol .

Poniżej ujęcia wody dla zakładów należy zachować przepływ nienaruszalny QN [m³/s].

Projektowany zbiornik pracuje zgodnie z zasadami polityki standardowej połączonej z rolnictwem:

gdzie:

VU – pojemność użytkowa zbiornika retencyjnego [mln m³]

VP – napełnienie zbiornika na początku danego okresu [mln m³]

Q – objętość wody dopływającej do zbiornika w danym okresie [mln m³]

TP – objętość pożądanego odpływu ze zbiornika w danym okresie [mln m³]

T – objętość odpływu ze zbiornika w danym okresie [mln m³]

[m³/s]

Zastosowano następujący rozrząd zasobów wodnych:

Dane z tematu projektu:

VU_min = 3,40 mln m³

VU_max = 16,60 mln m³

P_min = 0,10 m³/s

P_max = 0,60 m³/s

Stąd:

Gwarancja czasowa (G_t) zaspokajania potrzeb wodnych użytkownika określa stosunek liczby przedziałów czasowych, w których zrealizowano zadanie zaopatrzenia w wodę do liczby okresów, w których zostały zgłoszone potrzeby.

Poniżej przedstawiono je tabelarycznie, zgodnie z hierarchią użytkowania:

GWARANCJA CZASOWA DLA QN – przepływu nienaruszalnego i P_rol – istniejącego już użytkownika

	Gt QN	Gt rol
VU	min	max
3,400	0,8071	0,9082
3,928	0,8202	0,9221
4,456	0,8318	0,9344
4,984	0,8395	0,9444
5,512	0,8480	0,9506
6,040	0,8549	0,9583
6,568	0,8650	0,9645
7,096	0,8696	0,9699
7,624	0,8773	0,9753
8,152	0,8827	0,9807
8,680	0,8881	0,9838
9,208	0,8935	0,9869
9,736	0,8997	0,9907
10,264	0,9051	0,9931
10,792	0,9090	0,9961
11,320	0,9120	0,9977
11,848	0,9182	1,0000
12,376	0,9213	1,0000
12,904	0,9228	1,0000
13,432	0,9252	1,0000
13,960	0,9267	1,0000
14,488	0,9306	1,0000
15,016	0,9344	1,0000
15,544	0,9352	1,0000
16,072	0,9375	1,0000
16,600	0,9390	1,0000

GWARANCJA CZASOWA DLA P – nowego użytkownika

VU \ P	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40	0,45	0,50	0,55	0,60
3,400	0,8958	0,8742	0,8488	0,8264	0,8025	0,7840	0,7623	0,7346	0,7130	0,6944	0,6736
3,928	0,9113	0,8912	0,8650	0,8434	0,8164	0,7971	0,7809	0,7539	0,7315	0,7106	0,6914
4,456	0,9244	0,9051	0,8789	0,8580	0,8318	0,8086	0,7894	0,7693	0,7515	0,7284	0,7099
4,984	0,9375	0,9221	0,8981	0,8719	0,8472	0,8233	0,8025	0,7801	0,7647	0,7461	0,7292
5,512	0,9444	0,9329	0,9097	0,8873	0,8603	0,8410	0,8117	0,7886	0,7762	0,7593	0,7423
6,040	0,9522	0,9437	0,9228	0,9012	0,8727	0,8519	0,8310	0,8009	0,7847	0,7701	0,7562
6,568	0,9576	0,9498	0,9390	0,9128	0,8837	0,8650	0,8410	0,8133	0,7948	0,7793	0,7647
7,096	0,9637	0,9552	0,9468	0,9244	0,8989	0,8758	0,8526	0,8272	0,8040	0,7878	0,7747
7,624	0,9699	0,9637	0,9514	0,9360	0,9082	0,8889	0,8619	0,8364	0,8179	0,7978	0,7824
8,152	0,9738	0,9684	0,9591	0,9414	0,9182	0,8974	0,8735	0,8457	0,8279	0,8071	0,7917
8,680	0,9815	0,9722	0,9653	0,9460	0,9244	0,9059	0,8843	0,8573	0,8356	0,8194	0,8002
9,208	0,9846	0,9784	0,9691	0,9514	0,9321	0,9136	0,8920	0,8704	0,8441	0,8264	0,8125
9,736	0,9884	0,9815	0,9745	0,9568	0,9383	0,9205	0,8989	0,8781	0,8542	0,8356	0,8194
10,264	0,9907	0,9853	0,9792	0,9606	0,9444	0,9306	0,9059	0,8850	0,8634	0,8441	0,8279
10,792	0,9961	0,9869	0,9815	0,9660	0,9483	0,9360	0,9136	0,8935	0,8735	0,8526	0,8349
11,320	0,9969	0,9900	0,9846	0,9699	0,9529	0,9406	0,9213	0,9005	0,8812	0,8619	0,8441
11,848	0,9992	0,9931	0,9861	0,9738	0,9568	0,9452	0,9267	0,9059	0,8866	0,8704	0,8488
12,376	1,0000	0,9946	0,9884	0,9769	0,9606	0,9498	0,9329	0,9144	0,8927	0,8758	0,8565
12,904	1,0000	0,9961	0,9907	0,9792	0,9653	0,9537	0,9390	0,9190	0,8974	0,8804	0,8650
13,432	1,0000	0,9969	0,9938	0,9807	0,9668	0,9583	0,9421	0,9228	0,9035	0,8866	0,8711
13,960	1,0000	0,9977	0,9946	0,9830	0,9691	0,9614	0,9452	0,9275	0,9074	0,8897	0,8758
14,488	1,0000	1,0000	0,9946	0,9853	0,9722	0,9630	0,9545	0,9313	0,9144	0,8958	0,8789
15,016	1,0000	1,0000	0,9954	0,9877	0,9747	0,9653	0,9576	0,9352	0,9174	0,9005	0,8835
15,544	1,0000	1,0000	0,9961	0,9884	0,9769	0,9676	0,9591	0,9398	0,9198	0,9059	0,8889
16,072	1,0000	1,0000	0,9977	0,9892	0,9807	0,9691	0,9614	0,9444	0,9228	0,9097	0,8920
16,600	1,0000	1,0000	0,9992	0,9900	0,9815	0,9722	0,9622	0,9460	0,9282	0,9136	0,8981

1. Wybór wariantów P – VU

Warianty P i VU, dla których spełniona jest wymagana gwarancja 0,9000 przedstawia poniższa tabela:

P [m^3/s]	VU [mln m^3]
0,10	3,928
0,15	4,456
0,20	5,512
0,25	6,040
0,30	7,624
0,35	8,680
0,40	10,264
0,45	11,320
0,50	13,432
0,55	15,016

1. Obliczenie kosztów wariantów

Koszty:

• Inwestycyjne

KI_Z – koszty inwestycyjne budowy zbiornika

KI_R – koszty inwestycyjne związane z oszczędzaniem wody

• Eksploatacyjne

KE_Z – koszty eksploatacyjne budowy zbiornika

KE_R – koszty eksploatacyjne związane z oszczędzaniem wody

Zgodnie z tematem projektu przewidywany czas trwania budowy zbiornika oraz modernizacji zakładu przemysłowego trwa 2 lata, zaś przewidywany okres eksploatacji – 25 lat.

Koszty inwestycyjne rozłożone będą równomiernie na 2 raty. Stopa procentowa wynosi p = 8%.

Obliczenia kosztów zbiornika:

α_R = 500, β_R = 0,7

δ_R = 25, ω_R = 0,7

Obliczone wartości dla systemu oszczędzania wody w zakładzie przemysłowym przedstawia tabela:

P	R = Pmax – P	Koszty redukcji	Koszty zdyskontowane
		KIR	KER
0,10	0,50	307,79	15,39
0,15	0,45	285,90	14,30
0,20	0,40	263,28	13,16
0,25	0,35	239,78	11,99
0,30	0,30	215,26	10,76
0,35	0,25	189,46	9,47
0,40	0,20	162,07	8,10
0,45	0,15	132,51	6,63
0,50	0,10	99,76	4,99
0,55	0,05	61,41	3,07

α_Z = 10,0; β_Z = 1,1

δ_Z = 1,5; ω_Z = 1,1

Obliczone wartości dla projektowanego zbiornika retencyjnego przedstawia tabela:

VU	Koszty zbiornika	koszty zdyskontowane
	KIZ	KEZ
3,928	45,04	6,76
4,456	51,74	7,76
5,512	65,38	9,81
6,040	72,30	10,85
7,624	93,41	14,01
8,680	107,74	16,16
10,264	129,55	19,43
11,320	144,29	21,64
13,432	174,16	26,12
15,016	196,88	29,53

Zestawienie zdyskontowanych kosztów całkowitych przedstawia tabela:

P	VU	Koszt
0,10	3,928	552,41
0,15	4,456	536,94
0,20	5,512	537,07
0,25	6,040	519,80
0,30	7,624	535,14
0,35	8,680	532,36
0,40	10,264	545,24
0,45	11,320	538,00
0,50	13,432	562,55
0,55	15,016	561,81

1. Wybór wariantu kosztu minimalnego

Minimalny koszt budowy i eksploatacji systemu zaopatrzenia w wodę (519,80 zł) został osiągnięty dla:

VU = 6,040 [mln m³] i P = 0,25 [m³/s]

1. Wnioski

Zbiorniki retencyjne mają bardzo duże znaczenie w gospodarce wodnej. Dają możliwość wpływania na wyrównywanie losowych rozkładów przepływów i stanów wód w rzekach. Buduje się je dla celów gromadzenia wody w okresach nadmiaru i opróżniania w okresach deficytów. Poza tym służą one też do zaspokajania potrzeb gospodarczych, energetycznych, żeglugowych, ochrony przeciwpowodziowej, przyrodniczych i rekreacyjnych.

Jednak z budową zbiorników związane są pewne problemy. Są to między innymi:

• zmiana reżimu hydrologicznego rzek, ruchu rumowiska oraz jakości wód

• zmiana stosunków wodnych i mikroklimatu w swoim otoczeniu

• przesiedlenia ludności

• wyłączenie z użytkowania (poprzez zalanie) dużych powierzchni terenów

• utrata siedlisk przyrodniczych

• bariera w wędrówkach ryb

• uszczuplanie zasobów wodnych przez zwiększenie strat wody na parowanie

W przypadku, gdy z jednego źródła zaopatrzenia korzysta kilka zakładów przemysłowych i różnego typu użytkownicy, pojawia się problem priorytetu dostarczania wody, to znaczy rozstrzygnięcia, który użytkownik powinien dostać ją jako pierwszy. Największy problem pojawia się w sytuacjach hydrologicznie ekstremalnych (niżówki, wezbrania). W hierarchii przemysł stoi najniżej, po potrzebach ludzi i przepływie nienaruszalnym.

Bardzo ważne jest również trafne wyznaczenie wszystkich parametrów i wielkości mających zarówno wpływ na pracę zbiornika, ujęcia wody, zakładu przemysłowego, jak i na środowisko przyrodnicze, którego dopasowanym elementem musi być zaprojektowany i wybudowany kompleks hydrotechniczny.

Przyjęcie kolejności priorytetów (finansowy, środowiskowy) jest w naszych czasach bardzo ważne. Ważne jest to szczególnie przy inwestycji tego typu – pogodzenie kwestii ekonomicznych z ekologią.

Koszty zdyskontowane naszego zbiornika maleją wraz ze spadkiem objętości użytkowej VU oraz wraz ze wzrostem wielkości potrzeb wodnych użytkownika P.

Przy gwarancji czasowej nie mniejszej niż G_kr=90% koszty całkowite utrzymują się na podobnym poziomie dla wszystkich rozważanych wielkości użytkowych zbiornika.

Po przeprowadzeniu dokładnej analizy kosztów związanych z budową i eksploatacją zbiornika retencyjnego stwierdziłyśmy, że najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem budowy takiego zbiornika dla zakładu przemysłowego jest zbiornik o następujących parametrach: objętości użytkowej wynoszącej 6,040 mln m³ i potrzebach wodnych 0,25 m³/s. Koszt jego budowy wyniósłby 519,80 zł.