Раздел 3. Водная среда города 131

г де g — ускорение силы земного тяготения, м/с²; Л — глубина потока, м; п_ш — коэффициент шероховатости русла; Sh — коэффициент Шези, >/м/с.

Одним из основных внешних диффузных (равномерно распределенных по всему потоку) источников поступления в водный объект веществ является неорганизованный поверхностный сток. В этом случае интенсивность алло-хтонного поступления вещества в водный объект определяется по формуле:

^L'^w ..' " '"'У

где Q_noe и С_пов — расход и концентрация вещества в поверхностном стоке соот­ветственно, м³/с и г/м³; L — протяженность водосборной территории вдоль водного объекта, м; w — площадь живого сечения потока, м². При отсутствии диффузного поступления вещества извне величина/ принимается равной нулю.

Для консервативного вещества прогноз качества воды при наличии его внешнего диффузного поступления в водный объект производится по формуле:

_х с(х)=с_о+{х. ■ , ;...;■/

Если в водный объект поступают сточные воды одного или нескольких выпус­ ков, то прогноз качества воды осуществляется на основе баланса масс веществ с учетом их возможной трансформации в водной среде. Расчет концентрации вещества в максимально загрязненной струе производится в этом случае по фор­ муле: _{n с} _ _с

С_тах = С_ф • ехр (у- х_ф) + 2 -^—*- ехр (у- х),

где С_ф — концентрация вещества в фоновом створе, г/м³; С_СТ. — концентра­ция вещества в сточных водах і-го выпуска, г/м³; п_{ — кратность разбавления сточных вод і-го выпуска в контрольном створе; х_фи х_ст. — расстояния от фонового створа и выпусков сточных вод до контрольного створа, м; N — количество выпусков сточных вод.

Для консервативных веществ расчет ведется по этой же формуле при ве­личине коэффициента неконсервативности к = 0.

Если в водный объект одновременно поступают сточные воды организо­ванных выпусков и неорганизованный поверхностный сток с территории, то решение определяется в соответствии с принципом суперпозиции для некон­сервативных веществ по формуле:

(~* С Г

С_тт-С₀-ехр(г-х_ф)+±-^—^ехр(гх)+^(1-ехр(гх_ф)): Для консервативных веществ в этом случае используется формула:

-с* f

132 Экология города

П ри оперативном прогнозе качества воды учитывается изменчивость про­цесса его формирования во времени. В этом случае используется уравнение продольной дисперсии для неустановившихся условий:

|f = Z)ff - vi£ -k-C приС(х,0) = 0. ot дх² дх

В общем виде это уравнение не имеет аналитического решения и решает­ся численными методами. Однако в ряде частных случаев такое решение су­ществует. При прогнозе последствий аварийного залпового сброса сточных вод в водный объект процесс трансформации и переноса веществ водным потоком описывается зависимостью:

AD-t

где М — масса поступившего со сточными водами вещества, г; w — площадь живого сечения потока, м².

Двухкомпонентные модели качества воды получили широкое распростра­нение при прогнозных расчетах содержания органических веществ, оценивае­мого величиной ВПК, и растворенного кислорода в воде водоемов и водото­ков. Содержание кислорода в поверхностных водах определяется соотноше­нием его поступления, главным образом, в процессе атмосферной реаэрации и потреблением его в основном на процессы биохимического окисления орга­нических веществ.

Атмосферная реаэрация представляет собой процесс поступления кисло­рода из атмосферы в воду через свободную поверхность потока. Поступление кислорода в водный объект ограничивается его растворимостью в воде. Ко­личественной характеристикой растворимости кислорода является величина концентрации насыщения, то есть концентрации растворенного кислорода в воде, при которой кислород находится в состоянии равновесия. Величина концентрации насыщения зависит от температуры воды и определяется по таблицам или рассчитывается по эмпирической формуле:

С, = 14,62 - 0,4042 • Т+ 0,00842 Г² - 0,00009 Г³, где Т — температура воды, °С.

Скорость переноса кислорода через свободную границу потока характеризу­ется коэффициентом реаэрации. Величина этого коэффициента зависит от темпе­ратуры и солености воды, турбулентности потока, характеристик газообмена между водой и атмосферой. Экспериментально установлено, что процесс реаэрации обусловливается явлением молекулярной диффузии на границе сред "вода—воз­дух". Существует ряд эмпирических формул для определения величины коэффи­циента реаэрации. Наибольшее распространение получила формула О'Коннора-Доббинса, полученная для турбулентного потока при температуре воды 20° С:

где к₂ — коэффициент реаэрации, 1/сут.; v — скорость течения, м/с; h — глубина потока, м.