 |
Оценка кратности разбавления
|
|
|
|
Оценка экологических последствий загрязнения поверхностных вод стоками промышленных предприятий.
Москва 2016
Часть I.
Физическая и математическая модели гидрологической дисперсии.
Физическая модель
Гидрологическая дисперсия – совокупность процессов переноса загрязняющих веществ (опасных компонентов в стоке) направленным потоком (течением) реки и турбулентной диффузией.
Участок реки, в которую осуществляется сброс стока, условно разделяется на зоны (рис. 1):
1. Зона разбавления (ЗР) – между створом сброса (стока) (СС) и контрольным створом (КС). В этой зоне происходит постепенное уменьшение концентрации загрязняющих веществ (разбавление). Контрольный створ – место, где в разбавлении стока начинает принимать участие весь расход воды в реке, и, следовательно, концентрация перестает меняться. В контрольном створе оценивается (контролируется) концентрация загрязняющих веществ.
Рис. 1
2. Зона водопользования. Концентрация загрязняющих веществ практически не меняется (на практике несколько падает за счет увеличения расхода воды в реке). Здесь может располагаться водозабор, который по нормативам должен быть на 1 км ниже по течению от контрольного створа.
Математическая модель
Используемые обозначения:
1) для реки:
Q – мощность потока воды в реке (расход), м3/c
U – скорость течения реки, м/с
H – средняя глубина реки, м
l – ширина реки, м
D – коэффициент турбулентной диффузии, м2/c
2) для стока:
q – мощность стока (расход стока), м3/c
Coi – средняя концентрация i-го компонента (загрязняющего вещества) в стоке (i=1,2,3,…), мг/л
pH0 – величина водородного показателя воды в стоке
3) для контрольного створа (КС)
|
|
|
Ci – средняя концентрация i-го компонента в КС, мг/л
pH – величина водородного показателя воды в КС
Допущения и упрощения, сделанные в предлагаемой математической модели:
1. Скорость течения реки постоянна.
2. Расходы воды в реке и в стоке – постоянны.
3. Площадь сечения русла реки и глубина реки постоянная по всему участку реки.
Оценка кратности разбавления
Основной величиной, характеризующей процесс разбавления рекой стока, является кратность разбавления Kp, которая показывает во сколько раз средняя (по сечению русла реки) концентрация i-ого компонента стока в данном месте (x) зоны разбавления Ci(x) уменьшилась по отношению к концентрации этого компонента в стоке Coi.
x – расстояние от створа стока до некоторой точки в зоне разбавления (рис. 1).
Связь величины Kp с расходами Qи q.
Масса примеси (компонента), поступающая в реку со стоком за tс:
Объем воды, в котором к моменту времени tраспределится (разбавится) компонент стока:
где γ – коэффициент полноты (степень полноты) разбавления. Показывает, какая часть стока реки Q принимает участие в разбавлении стока в данном месте ЗР.
γ в ЗР меняется от 0 в створе стока до1 в контрольном растворе.
Тогда
и
Таким образом, Kpв зоне разбавления меняется от 1 в створе стока до максимальной величины (Q+q)/qв контрольном створе:
2. Оценка зависимости степени полноты разбавления γ от координаты x и гидрологических факторов смешивания в ЗР.
Кратность разбавления Kp может быть выражена через расходы Q, q и безразмерный коэффициент
Где х – расстояние от СС по течению, м;
α – коэффициент, учитывающий гидрологические особенности реки (факторы смешивания):
S – коэффициент извилистости реки (отношение расстояния от СС до КС по фарватеру к тому же расстоянию по прямой).
ε – коэффициент, значение которого принимается равным 1 при сбросе стока у берега и 1.5 при сбросе в стрежень реки (по центру фарватера).
|
|
|
D – коэффициент турбулентной диффузии (м2/c), величина которого хорошо описывается соотношением (для равнинных рек)
Степень полноты разбавления 
– достаточно хорошо описывается функцией гиперболического тангенса:
Практически при z=2,th(z) близок к 1.
3. Оценка протяженности зоны разбавления 
При 
=2 x≈ 
Принимая Q≈V*H* 
, где – ширина реки
Т.е протяженность зоны разбавления – функция ширины реки, её извилистости и места выпуска стока.
|
|
|
