2.3 Процес розбавлення стічних вод у проточному водному об’єкті

При моделюванні процесу розбавлення стічних вод у проточному водному середовищі (водотоці, річці, каналі) кратність розбавлення стоків у річці обчислюється за формулою

n_р = (К_с Q_р + Q_с) / Q_с , (2.7)

де Q_р - річкова витрата 95% забезпеченості, куб.м/с;

Q_с - витрата стоків, куб.м/с;

К_с - коефіцієнт змішування.

Цей показник характеризує, у скільки разів у деякому розрахунковому створі річки на деякій відстані від місця випуску нижче за течією збільшився об’єм води, що бере участь у розбавленні стоку, порівняно з первинним об’ємом стічних вод.

У загальному випадку інтенсивність процесу розбавлення стічних вод у річці кількісно характеризується показником інтенсивності розбавлення за формулою

n_рс = (Сс-Ср ) / (См-Сс), (2.8)

де Сс - концентрація речовини у стічних водах, г/куб.м;

Ср - концентрація цієї речовини вище місця випуску стоку, г/куб.м;

См - максимально можлива концентрація даної речовини у розрахунковому створі, г/куб.м.

Інтенсивність процесу розбавлення стічних вод у потоці характеризує зниження концентрації даної речовини у розрахунковому створі на деякій відстані від місця випуску нижче за течією відносно її концентрації у стічній воді.

Отже, під розбавленням стоків розуміють процес зниження концентрації домішки, яка входить до складу стічних вод, за рахунок перемішування стоків з водою водного об’єкта.

Облік розбавляючої здатності водного середовища, що rрунтується на гідрологічних даних водного об’єкта та на його самоочищувальній здатності, дозволяє встановити режим скидання забруднених стоків у водойму та оцінити допустиму кількість стоків, тобто критичне екологічне навантаження.

При цьому враховують також природний стік та хімічний склад як водного середовища, так і стічних вод.

Отже, показники розбавлення стоків та перемішування їх з водою водного об’єкта є характеристиками зниження вмісту домішок у просторі і часі.

2.4 Період повного обміну стічних вод

Період повного обміну води у водоймищі, необхідний для повного перемішування стічних вод з водою всього об'єму водоймища, розраховується за формулою

Т_в = Q_в / (Q_в + Q_с – Q_п) , (2.9)

де Q_в – об'єм водоймища (витрата води у річці);

Q_с – об'єм стоку (витрата);

Q_п – втрати об'єму води без винесення домішки.

Тема 3 Моделювання факторів впливу на процеси розповсюдження забруднюючих речовин у воді водного об’єкта

1. Фактори, що впливають на процеси перемішування та

розбавлення стічних вод у воді водного об’єкта

Чинники, що мають вплив на розповсюдження речовин у воді водного об’єкта у зоні випуску стічних вод, обумовлені перш за все декількома групами факторів впливу: параметрами джерела скидів стічних вод, параметрами стічних вод, параметрами водного об'єкта та його води.

Розглянемо характеристики водойми, які впливають на розбавлення стічних вод.

Так, у озерах і водосховищах на процеси перемішування вплив чинять перш за все гідрологічні і метеорологічні умови. Тому для оцінки перемішування стічних вод необхідні розрахунки вітрових течій, врахування мінливості гідровеличин і гідроелементів, що підлягають впливу коливання вітру над водою. Найбільш характерні умови розбавлення при швидкості вітру різної забезпеченості Р наведені у табл.3.1.

Таблиця 3.1 - Найбільш характерні умови розбавлення

при швидкості вітру різної забезпеченості Р

Умови перемішування	Забезпеченість швидкості вітру Р, %
Сприятливі	1
Середні	50
Несприятливі	90

Перехід від швидкості вітру на суші Wc на висоті флюгера 10 м до швидкості вітру над водною поверхнею Wв на цій самій висоті здійснюється за спеціальним графіком (рис.3.1).

Дані про швидкості вітру над водною поверхнею Wв використовують для визначення швидкості вітрової течії Wт у досліджуваному водному об'єкті.

За відсутності графіка (рис.3.1) чи інших необхідних даних можна для наближеного розрахунку користуватися наступним підходом. Для цього для переведення швидкості вітру над сушею Wc на висоті 10 м у швидкість вітру Wв над водою на висоті 2 м вводиться коефіцієнт переведення Кw = 0,85.

Отже, швидкість вітру W₂ над водою на висоті 2 м визначається значенням

W_в = К_w W_c = 0,85 W_c . (3.1)

Рисунок 3.1 - Номограма для визначення середньої швидкості

вітру над водною поверхнею Wв (вісь ОУ) за даними

швидкості вітру на суші Wc на висоті флюгера 10 м

Середню вітрову швидкіть течії Wт у водному середовищі рекомендується визначати за номограмою (рис.3.2).

Рисунок 3.2 - Номограма для визначення середньої

вітрової швидкості течії Wт

За відсутності номограми (рис.3.2) можна для наближеного розрахунку користуватися такою залежністю:

W_вс = K_к W₂ , (3.2)

де K_к – коефіцієнт, що залежить від обліку схилу дна русла;

W₂ – швидкість вітру на висоті 2 м над водою, м/с;

h - середня висота хвилі 1% забезпеченості в даній системі хвиль для даної ділянки русла, м.

Висота хвилі h є величина більш-менш постійна протягом визначеного періоду, тобто h=const.

Розглянемо характеристики водотоку, що впливають на дифузійні процеси перемішування стоків. Так, для розрахунку турбулентного перемішування у ріках важливим є показник витрати води. Як розрахункову витрату звичайно беруть мінімальну витрату 95 % забезпеченості.

Відповідно до розрахункової витрати Q (куб.м/с) визначаються: площа живого перетину створу S (кв.м), середня швидкість течії Wт (м/с), схил водної поверхні У (%о), середня ширина В (м), середня глибина на розрахунковій ділянці Н (м).

Схил У розраховується за формулою

У = ∆Н / 1000 , (3.3)

де ∆Н - падіння висоти дна русла над рівнем моря на відрізку 1000 м досліджуваної ділянки.

Падіння висоти дна русла над рівнем моря на відрізку 1000 м досліджуваної ділянки вимірюється різницею між початковою висотою Нп і кінцевою Нк, тобто ∆Н = Нп-Нк. Саме це падіння висоти дна русла над рівнем моря, тобто водної поверхні, спричиняє течію водних мас, тобто водотік.

За наявності змінних схилів обчислюється коефіцієнт схилу за формулою

К _сх = W_т / , (3.4)

де W_т – середня швидкість течії, м/с;

Нр - середня глибина русла на розрахунковій ділянці, м;

W_т – середня швидкість течії на ділянці, м/с;

У – схил водної поверхні, ‰ .

За відсутності даних про схили коефіцієнт схилу дна русла обчислюється за формулою

К _сх = = 33 , (3.5)

де – ефективний діаметр частинок донних відкладень, мм;

Нр – середня глибина русла, м.

Формула 3.5 також подана у вигляді номограми (рис.3.3). Це дозволяє визначати Ксх (вісь ОХ) без трудомістких розрахунків за результатами відношення Нр / de .

Рисунок 3.3 - Номограма для визначення значення

коефіцієнта схилу дна К _сх

Ефективний діаметр частинок донних відкладень в умовах озер і водосховищ визначається за інтегральною кривою гранулометричного складу як діаметр, обмежений 10% найбільш великих частинок.

Крім того, у діапазоні 10 К_сх 60 визначається функція коефіцієнта схилу за формулою

f _сх = 0,7 К _cх + 6 . (3.6)

При значеннях К_сх > 60 функція коефіцієнта схилу є const і дорівнює f _сх = 48.

Значення Ксх і Кк пов'язані між собою такою залежністю, наведені у табл. 3.2 .

Таблиця 3.2 - Значення коефіцієнта Кк залежного від значень коефіцієнта схилу Ксх

Ксх	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
К к	10	18	27	34	42	50	55	60	64	68