Формирование качества воды на приречных водозаборах

Прогноз качества воды, извлекаемой приречными водозаборами, базируется на предполагаемой структуре баланса эксплуатационного водоотбора.
Наиболее уязвимым компонентом являются привлекаемые ресурсы, т.к. качество воды в речном стоке очень часто бывает "неважным" в связи с естественной русловой метаморфизацией (в частности, биологические процессы), многочисленными бытовыми и промышленными сбросами (отнюдь не всегда через очистные сооружения), судоходством и т.д. Поэтому важнейший вопрос - размер зоны захвата, в первую очередь - положение "водораздельной" точки А. Если приведенный расход < 1, то опасности загрязнения из реки нет, т.к. нет привлекаемого потока. В противном случае надо рассчитывать предельное загрязнение; необходимая для этого доля привлекаемых ресурсов может быть оценена либо аналитически (при относительно небольшом несовершенстве реки), либо на модели. Каждый блок модели, содержащий контур граничного условия 3 рода длиной , в исходных данных обеспечивается значением "дополнительной проводимости" :

= (для "широких" рек, являющихся внешней границей модели)

= (для "узких" рек).

Исходя из полученных на модели значений уровней H (или понижений S) подземных вод и заданных граничных уровней , рассчитываются расходы привлечения из реки для тех блоков, где (или ):

или .

Для оценки угрозы бактериального загрязнения из реки рассчитывается время "добегания" речной воды до водозабора. Очевидно, что скорость движения воды на участке между урезом реки и водозабором будет заметно меняться - увеличиваться по мере приближения к водозабору (радиальная структура течения). Поэтому нужно использовать дифференциальное описание. При совершенном характере реки условие нулевого понижения на урезе учитывается введением зеркально (относительно уреза) отображенной скважины с равным дебитом противоположного знака (рис. 7.8).

Рис.7.8. К расчету времени добегания речной воды до водозабора

Градиент напора в любом потоке . Градиент напора в произвольной точке М равен сумме градиентов от действия р еальной (с дебитом ) и о траженной () скважин:

.

Скорость фильтрации в радиальном потоке:

,

откуда .
Действительная скорость движения воды к водозабору . С другой стороны, в точке М ее можно выразить через скорость фильтрации и активную пористость:

.

Теперь можно записать дифференциальное уравнение

с разделяющимися переменными

.

Интегрируя его в пределах от 0 до t по времени и соответственно от L ₀ до 0 по длине, получаем:

откуда окончательно

.

Для "типового" набора параметров (Q = 3 тыс. куб.м/сут, L ₀ = 200 м, m = 20 м, n ₀ = 0.1) время добегания речной воды составляет около 55 суток, т.е. заметно меньше времени выживания болезнетворных микроорганизмов в подземных водах. Некоторый запас в этом расчете может дать несовершенство реки за счет глинистых подрусловых отложений, которые могут выполнять роль "грунтового фильтра", однако достоверной методики расчетов для таких условий пока нет.
При обосновании размеров зоны санитарной охраны для приречных водозаборов руководствуются следующими соображениями:

• Если приведенный расход < 1 (т.е. привлечение из реки отсутствует), то расчет ЗСО производится как для неограниченного пласта.
• В размер ЗСО вниз по потоку включается весь участок между водозабором и урезом реки (). При этом надо иметь в виду, что граница пояса II может не достигать уреза реки, если время добегания речной воды будет больше 200 ÷ 400 суток. В вышерассмотренном примере такая ситуация существовала бы, если бы водозабор был удален от реки на расстояние , т.е. более, чем на 380 м. Попутно отметим, что при таком удалении от реки привлечение речных вод в ощутимых размерах будет существовать только при расходах естественного потока 1.5÷2 кв.м/сут.
• Размер ЗСО вверх по потоку (вглубь берега) вычисляется из уравнения:

,

где , , имеет смысл нормативного времени для расчета размера поясов II и III.

• Полуширина ЗСО вычисляется по зависимости

Все зависимости приведены для совершенной реки. Они могут быть использованы и при относительно небольшом несовершенстве с заменой расстояния на () во всех выражениях, включая расчет . При значительном несовершенстве реки (в частности, для "узких" рек) использование аналитических расчетов может давать некорректные результаты; в таких случаях целесообразно прибегнуть к моделированию.