9. Прямая и обратная задачи прогноза качества воды при расчете нормативов допустимых сбросов.
Прямая задача прогноза качества воды состоит из следующих этапов:
1. Сбор необходимых для расчета исходных данных.
2. Расчет конвективно-диффузионного переноса з.в. по длине и ширине водотока. Контрольный створ устанавливается на расстоянии 500 м от точки сброса с.в.
3. Оценка качества воды в КС вод. объекта (мах кон-ия з.в. сравнивается с нормативами качества воды). В качестве нормативов качества воды могут назначаться или нормативы ПДК для водоемов соответствующих категорий водопользования или нормативы ДК, установленные в соответствии с индивидуальными особенностями водных объектов. Если мах кон-ия любого из з.в-в в КС превышает нормы качества воды, то необходимо решать обратную задачу прогноза качества воды и рассчитывать нормативы допустимого сброса (НДС) и ПДК з. в-в в с.в. источника загрязнения.
Основ. хар-ки вод. объекта: расход, ср. скорость реки, глубина, ширина, гидрав. уклон, гидрав. радиус, фон. кон-ия, коэф. Шизы→Основ. хар-ки производства, сбасывающего с.в.: расход с.в., кон-ия з.в. в с.в., конструкция водовыпуска→Результаты решения прямой задачи: мах кон-ия з.в. и в КС, степень перемешивания, кратность разбавления.
С помощью программных средств реализуется одна из типовых моделей: КДП и ПВ, кот. позволяет рассчитать распределение кон-ий в заданном створе, определить n, p и мах кон-ию по каждому ингредиенту. Полученные результаты сопоставляются с заданными экологическими стандартами. В результате сопоставления могут получиться два варианта:
- полное выполнение всех экологических стандартов;
- абсолютное или частичное невыполнение экологических стандартов.
В первом случае этап решения задачи заканчивается, а во втором – производится постановка обратной задачи прогноза НДС сточных вод.
Основ. хар-ки вод. объекта: расход, ср. скорость реки, глубина, ширина, гидрав. уклон, гидрав. радиус, фон. кон-ия, коэф. Шизы→Основ. хар-ки производства, сбасывающего с.в.: расход с.в., кон-ия з.в. в с.в., конструкция водовыпуска→Результаты решения обр. задачи: НДС, Сдоп с.в.
10. Начальные и граничные условия при решении задач переноса загрязняющих веществ в водных объектах.
Для получения однозначного решения любого математического уравнения, записанного в диффер. форме, необходимо задать краевые условия. К краевым условиям относят начальные и граничные условия.
Начальные условия характеризуют процессы формирования качества воды и параметры водовыпусков в начальный момент времени (фон. кон-ция, расход воды в реке, ширина, глубина, скорость течения, место расположения водовыпуска).
Граничные условия описывают процессы распределения ЗВ на границах двух сред (вода/земля). Выделяют граничные условия 1, 2 и 3 рода.
В
случае г.у. 1 рода (задача Дирихле) на
границе расчетной области L
задается распределение значений искомой
функции. ГУ 1
.
С – кон-ия з.в. на берегу.
ГУ
2
n – внутренняя нормаль к границе водного объекта.
ГУ
2 (задача Неймона) задается на границе
области в виде нормальной производной
(градиента искомой функции). Перенос
вещества через берега, ограничивающие
водный объект, предполагается равным
0, т.е. ложе водотока совершенно
непроницаемо для ЗВ.
ГУ 3 – линейная комбинация первых двух.
ГУ
3
где V, D, f3 – известные функции, определенные в каждой точке границы потока.
Если обозначить перенос субстанции через единицу площади, ограничивающей поток поверхности в единицу времени, через q, то получим, что:
где Vn – проекция осредненной скорости на внутреннюю нормаль к границам водоема. Dn – коэффициент турбулентной диффузии в направлении n.