7.2.2.Розповсюдження теплових викидів в гідросфері.

У водоймища і водотоки передається велика частка теплоти води, що охолоджує технологічне обладнання в різних галузях господарства. Розповсюдження викидів теплоти у водоймищах залежить від розподілу температури води в них, від перегріву скидної води щодо температури води в точці скидання, від конструкції водоскидних пристроїв, течій і інших чинників, що визначають характер зміни температур і протяжність зони змішення нагрітої води з водою водоймища (див. рис. 7.6). Тому для оцінки розповсюдження теплового скиду у водоймищі необхідна інформація про закономірності зміни теплового режиму [10].

Аналітичне рішення задачі розповсюдження теплових викидів в конкретному водоймищі утруднене складністю опису гідрологічних умов, вітрової дії і багатьох випадкових чинників.

В умовах сталої стратифікації температури у водоймищі скидання нагрітої води в зоні гіполімніону або металімніону може викликати різке порушення сталого природного рівноважного теплового режиму водоймища. Процеси тепло- і масопереносу супроводжуються специфічними гідродинамічними процесами, як, наприклад, виникненням термоклину, що ослабляє турбулентний обмін між горизонтальними шарами води, зменшенням розчинності кисню у воді, уповільненням процесів аерації і ін. Для наближених оцінок реальні гідродинамічні процеси замінюють спрощеними. Поважно відзначити, що у всіх випадках при сталому процесі вся теплота, що потрапила від технологічних об'єктів у водоймища, передається зрештою в атмосферу.

t, С

12

а b c d e

6

II I

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 , хв.

Малюнок 7.6. Характер зміни температури охолоджувальноїводи при скиданнях у відвідний канал (1) або через дифузор (2): І і ІІ - зони змішення; а - вхід в конденсатор; b - вихід з конденсатора; с - вихід з труби; d - вихід з дифузора; e -вихід з каналу.

7.3 Оцінка дії теплового забруднення на природне середовище

Розрізняються три масштабні рівні впливів теплового забруднення на природне середовище: локальні впливи окремих об'єктів; регіональні впливи сукупності об'єктів; глобальні впливи. Розглядаючи впливи теплових викидів на навколишнє середовище на будь-якому масштабному рівні, необхідно враховувати природні взаємозв'язки теплових процесів і режимів геосфер. Оцінка на будь-якому масштабному рівні повинна виходити з обґрунтованих норм допустимості відхилень від природних умов [10]. Подібні норми встановлені тільки для річок і водоймищ. Для морів, океанів, літосфери, атмосфери такі норми відсутні.

7.3.1. Вплив теплових викидів на атмосферу.

Допустимо, що вся теплота, що виділяється зрештою в навколишнє середовище при споживанні енергоресурсів, поступає в атмосферу. Тоді з достатньою точністю можна записати [10]

(7.4)

Теплова енергія, що виділяється всіма джерелами і що поступає в атмосферу, складається з двох складових:

(7.5)

де - частка теплової енергії, що поступає в атмосферу і витрачається на нагрів повітря (з одним штрихом - безпосередньо в атмосферу, з двома - через гідросферу); - частка теплової енергії, що поступає в атмосферу від всіх джерел у вигляді випареної води.

Відповідно до умов, визначуваних рівнянням (7.4), кількість теплоти, що поступає в атмосферу, визначається теплотою згорання палива. Значна частка всієї енергії виділяється в атмосферу в зоні розташування джерела, що підвищує локальну температуру повітря в цій зоні. Такі області називають «островами тепла». «Острови тепла» над одиничними об'єктами нестійкі в часі із-за дії вітру і інших атмосферних чинників.

Представляє інтерес розгляд теплових викидів в атмосферу від сукупності об'єктів, тобто розгляд ефекту на регіональному рівні. Характерна наявність регіонів з питомим тепловиділенням від 10 до 100 Вт/м² площею 10⁴-10⁵ км², а також окремих регіонів з питомим тепловиділенням до 200 Вт/м² площею до 10⁴ км². Основний результат теплової дії в цих зонах полягає в утворенні стійкого (майже стаціонарного) просторового «куполу» повітря з вищою температурою - на 1 - 4°с вище за рівноважну природну температуру.

Будь-яке місцеве джерело теплоти достатньої інтенсивності сприяє утворенню термічної циркуляції, яка чітко виявляється при безвітрі (рис.7.7). Цей ефект спостерігається на висотах до декількох сотень метрів. Біля круглого «острова тепла» діаметром 10 км. при швидкості вітру близько 1 м/с вертикальна швидкість виникаючих рухів в шарі завтовшки до 500 м досягає 10 см/с [10].

Зона інверсії

Тепле повітря

Холодне Холодне

повітря повітря

Рисунок 7.7. Утворення циркуляції атмосферного повітря поблизу острова «тепла»

При розгляді впливу теплових викидів в атмосферу на глобальному рівні необхідно враховувати чинники формування глобальних балансів і їх можливих змін. Ці впливи необхідно розглядувати з урахуванням інших антропогенних впливів, зокрема, спільно з емісією парникових газів, а також з урахуванням інших природних процесів [18].