3 Моделювання факторів впливу на

процеси поширення забруднюючих

речовин у воді водного об’єкта

3.1 Фактори, що впливають на процеси

перемішування та розбавлення стічних вод у воді водного об’єкта

Чинники, що мають вплив на поширення 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 впливають 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 графіком (рис.3.1).

Дані про швидкість 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.

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 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 урахування 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, ‰, 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 (рис.3.3).

Саме це падіння висоти дна русла над рівнем моря, тобто водної поверхні, спричиняє течію водних мас, тобто водотік.

Рисунок 3.3 – Ілюстрація до визначення поняття схилу У водної поверхні і ефективного діаметра частинок донних відкладень

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;

Нр – середня глибина русла, м.

Формула 3.5 також подана у вигляді номограми (рисунок 3.4). Це дозволяє визначати Ксх без трудомістких розрахунків за результатами відношення Нр / de .

Рисунок 3.4 - 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