книги из ГПНТБ / Вопросы водного хозяйства [сборник]

ми. Известны лишь положения Правил охраны поверх­ ностных. вод от загрязнения сточными водами о том, что для рек в бытовом состоянии расчетным следует считать наименьший месячный расход воды в году с вод­ ностью 95%-ной обеспеченности [4]. При проектировании объектов канализации рекомендуется дождевые сети населенных мест проектировать на расчетную интенсив­ ность дождя <720 с периодом однократного превышения р=^0,25—20 в зависимости от метеорологических усло­ вий, рельефа, площади водосбора и значимости объек­ тов [6].

Приведенные положения прямо не увязываются меж­ ду собой. Несопоставимость изменчивого режима поступ­ ления загрязнений, содержащихся в стоке дождевых вод, с более или менее постоянным режимом поступле­ ния загрязнений, содержащихся в коммунально-бытовых и промышленных стоках, ставит под сомнение допусти­ мость принятия в качестве расчетного минимального ме­ сячного расхода 95%-ной обеспеченности при оценке влияния стока дождевых вод на приемники (QMhh. мес. 95)-

В связи с этим целесообразно перенести в практику расчетов очистных сооружений и влияния сбрасываемых из дождевой канализации стоков на качество воды в во­ доприемниках принятие той же среднегодовой продол­ жительности всех возможных случаев загрязнения при­ емников сверх предельно допустимых концентраций (ПДК), а также примерно такой же продолжительности периодов расчетной повторяемости с непрерывным пре­ вышением ПДК, которые получились бы при сбросах промышленно-бытовой канализации, рассчитанных на указанный выше расход речных вод <2МИН. мес. 9 5 -

Дело в том, что даже в месяц со средним расходом, равным расчетному, в течение определенного количества суток в водоприемнике наблюдаются расходы меньше средних. Суточные расходы, меньшие расчетного месяч­ ного, наблюдаются и в другие месяцы.

Полагая, что во все сутки с расходами меньшими, чем расчетный, будет наблюдаться загрязнение прием­ ника стоком промышленно-бытовой канализации сверх ПДК, можно определить характеристики повторяемости и продолжительности этих периодов загрязнения водо­ приемника. Они совпадут с характеристиками повторяе­ мости и продолжительности периодов с расходами, меньшими расчетного С?м и н . м е с . 9 5 - Методика построения

112

таких характеристик меженного стока рек изложена

вработах А. Г. Каска [2] и И. М. Филиппович [7].

Врезультате определения качества воды в приемнике стоков дождевой канализации на основе использования многолетних рядов синхронных наблюдений за атмо­ сферными осадками и речным стоком могут быть опре­ делены аналогичные характеристики повторяемости и продолжительности периодов с загрязнением приемника

сверх ПДК. Сопоставляя их с указанными характери­ стиками периодов с минимальными бытовыми расхода­ ми данного приемника, меньшими расчетного, можно получить суждение о приемлемости разрабатываемых вариантов мер по охране приемника от загрязнения сто­ ком дождевой сети.

Исходными материалами для расчета прудов являют­ ся: материалы наблюдений за атмосферными осадками, данные о характеристиках бассейна их стока, режимах количества и качества поступающих стоков, расходах и качестве воды в приемнике выше створа сброса.

Сам же расчет пруда заключается в определении ве­ личины его емкости и режима сброса стоков, которые обеспечивали бы сохранение требуемого качества воды в водоприемнике.

Емкость пруда условно можно разделить на три час­ ти, каждая из которых имеет свое функциональное на­ значение: 1) под нижним водосбросным отверстием на­ ходится мертвый, несрабатываемый объем, необходимый для разбавления стоков, поступающих в пруд при низ­ ких отметках (сток малых дождей, поступление моечных и условно-чистых вод), и снижения концентрации за­ грязнений в сбрасываемом расходе, а также для задер­ жания выпадающих взвесей; 2) между нижним и верх­ ним водосбросными отверстиями находится регулирую­ щий объем, служащий для задержания части стока (разности между поступающим и пропускаемым через нижнее отверстие); 3) выше верхнего водосбросного от­ верстия находится объем форсировки, необходимый для трансформации самых высоких расходов дождевого сто­ ка с целью предотвращения перелива воды'через дамбы пруда, когда интенсивность притока превышает пропуск­ ную способность нижнего и верхнего водосбросных от­

верстий.

Общая схема расчетов сводится к следующему. Устанавливаются варианты мертвого объема пруда

113

и пропускной способности нижнего водосбросного отвер­ стия.

Используя многолетние ряды наблюдений за атмо­ сферными осадками и речным стоком (с учетом зарегу­ лирования и использования последнего на расчетном уровне) для принятых вариантов мертвого объема и про­ пускной способности нижнего водосбросного отверстия производятся расчеты изменения наполнения регулирую­ щей емкости пруда, а также качества стока, сбрасывае­ мого из пруда, и его влияние на качество воды в при­ емнике.

Производится анализ полученных результатов и при­ нимаются расчетные значения мертвого объема, про­

сбросных расходов и их влияния на качество воды в при­ емнике. Устанавливаются расчетные параметры этого отверстия.

Наконец, производится технико-экономический ана­ лиз различных комбинаций параметров мертвого, регу­ лирующего и форсировочного объемов, отметок ГМО, НПГ и ГФ, пропускной способности нижнего и верхнего водосбросных отверстий и на этой основе окончательно принимается то их сочетание, которое приемлемо по местным условиям, обеспечивает требуемые показатели качества воды в приемнике и удовлетворительные тех­ нико-экономические показатели.

Остановимся более подробно на каждом из выделен­ ных этапов расчета.

Всвязи с влиянием многих факторов на основные па­ раметры прудов расчет их следует вести методом после­ довательного приближения.

Впервом приближении значение мертвого объема можно принять равным объему стока дождя повторяе­ мостью один раз в год (р= 1). Кроме того,'рассматрива­

ются варианты меньших и больших значений объема. По зависимости

<гР(* д -* р )

114

определяется величина допустимого сбросного расхода <7сбрЗдесь Qp — расчетный расход водоприемника вы­ ше выпуска дождевой канализации, мг1сек (при оценке первого приближения qz(ip значение Qp принимается в размере минимального месячного 95%-ной обеспечен­ ности за летний период); Кр, КСбр> Кд — концентрация загрязнений соответственно в водоприемнике выше вы­ пуска дождевой канализации, сбрасываемых водах и предельно допустимая в водоприемнике.

Значения Кр и Кл определяются более или менее однозначно. Несколько сложнее с установлением вели­ чины /Сс6р, зависящей от сочетания ряда факторов. По­ этому рационально для оценки первого приближения 9сбр принять /Ссбр соответствующим качеству стока за дождь повторяемостью (р=1), выпадающий после пяти­ дневного периода сухой погоды. Следует учесть измене­

стия. При этом должны быть учтены возможные зна­ чения напора исходя из конкретных условий размеще­ ния пруда.

Кроме установленного в первом приближении вари­ анта размеров нижнего водосбросного отверстия, при­ нимают к анализу также варианты с более и менее значительными отверстиями.

После этого для принятых сочетаний значения мерт­ вого объема и размера нижнего водосбросного отвер­ стия ведутся расчеты наполнения пруда, расходов и качества сбрасываемых из него стоков и качества воды в приемнике.

Учитываются местные условия размещения пруда. Иногда по условиям сопряжения отметок выпуска кол­ лектора дождевой канализации и отметок горизонтов воды в приемнике возможная высота призмы сработки пруда бывает очень ограничена. Поэтому приходится увеличивать его площадь. К глубине прудов следует предъявить требование, чтобы она на протяжении боль­ шей части сезона удовлетворяла оптимальным условиям самоочищения вод от загрязнения (0,9—1,5 м) [1].

Для всего ряда имеющихся наблюдений за атмосфер­ ными осадками выполняется расчет регулирующей ем­ кости пруда в предположении работы только одного нижнего отверстия. На этой стадии расчетов потери во­

115

ды на испарение и фильтрацию из пруда могут не учи­ тываться.

Расчеты производятся с начала теплого периода при условном предположении нахождения в это время уров­ ня воды на отметке мертвого объема (ГМО). Расчеты ведутся по суточным отрезкам времени.

Приращение регулирующего объема воды в пруду за данные сутки определяется по выражению

где VAi — объем стока дождевых вод за данные сутки, ж3;

Русл, ч — суточный объем стока условно-чистых промышленных вод, ж3;

VM—• суточный объем притока моечных вод,

ж3;

ЛРсбр/ — объем сброса воды через водосброс за данные сутки, ж3.

Объем стока дождевых вод за данные сутки опреде­ ляется по выражению

где 10 — переводной коэффициент; Ф — коэффициент стока дождевых вод, принимае­

мый в зависимости от степени насыщенности водосбора водонепроницаемыми покрытиями, типа почв н величины осадков;

hL— сумма осадков за данные сутки (мм) при

/г ^ 1,5 мм, ф= 0;

ц— коэффициент неравномерности выпадения осадков по территории бассейна (зависит от величины орошаемой дождем площади);

F — площадь водосбора, га.

Значения Русл.ч и Рм определяются однозначно внешними условиями. Принимается, что в сутки выпаде­ ние дождя ]/ы=0, а в бездождевые сутки Удг=0.

Наиболее сложно нахождение А1/сбрг. Эта величина определяется следующим образом. В сутки выпадения дождя к регулирующему объему воды (на конец пре­ дыдущих суток) Vpi_i прибавляем половину прироста суммарного объема воды AVp/ от дождя и условно-чи­ стых промышленных вод

116

По зависимости V = f(Z), описывающей связь между объемом и уровнем воды Z в пруду и построенной для конкретных условий, находят отметку, соответствующую объему Vpi, а затем и напор над нижним водосбросным отверстием (Яиг) (как разность отметки указанного

где р — коэффициент расхода водосброса; © — площадь живого сечения водосбросного отвер­

стия, м2;

g— ускорение силы тяжести, м/сек2, и суточный объем сброса

А У с б р . H i = 7 с б р . н/ ' ^/ - ^ > (® )

Определяется второе приближение искомых величин. Для этого устанавливаются напоры в начале и конце суток и средний из них сопоставляется со значением #„г, использованным выше для определения ^с6рг. При со­ впадении результатов расчет продолжается для после­ дующих суток.

В бездождевые сутки приращение объема определя­ ется по выражению

117

В результате таких расчетов для каждого варианта пропускной способности нижнего водосбросного отвер­ стия получаем ряд величин регулирующей емкости пру­ да, необходимой для каждых суток. При анализе оказы­ вается, что могут быть выделены циклы изменения Vpi. Для каждого цикла следует установить наибольшее зна­ чение регулирующей емкости. Эти значения требуемой регулирующей емкости выписываются и распределяются в убывающем порядке. Строится график, на котором по оси ординат нанесена шкала регулирующей емкости Vp, а по оси абсцисс — шкала повторяемости. Каждому на­

отверстия принято к анализу. Для каждого варианта оп­ ределяется расчетное значение регулирующей емкости пруда.

Качество воды в пруду и в приемнике стоков зависит от величины регулирующей емкости, в свою очередь, предопределяемой величиной пропускной способности нижнего водосбросного отверстия. Но, кроме этого, боль­ шое влияние на формирование качества воды оказывает мертвый объем пруда. Поэтому должно быть проанали­ зировано сочетание ряда значений мертвого объема с каждым из установленных значений регулирующей емкости.

Качество смеси вод в пруду рассчитывается по вы­ ражению (9) исходя из полного перемешивания посту­ пающих стоков с водами, находящимися в пруду, выпа­ дения на дно пруда (вследствие отстоя) вместе со взве­ сями части поступающих загрязнений и улучшения ка­ чества всей массы воды вследствие процессов самоочи­ щения

(9)

где Кг_! — объем воды в пруду к концу предшествую­ щих суток, м3;

KcMi-i — качество того же объема воды, г/м3-,

118

[5], можно полагать, что в осадок выпадет не менее 60% взвесей, вместе со взвесями выпадет не менее 30% за­ грязнений, определяющих БПК; аналогично может быть

Качество воды в приемнике на участке ниже поступ­ ления сбросов из пруда-регулятора определяется по вы­ ражению

сываемых из пруда-регулятора стоков (принимаются на основе описанных выше расчетов по выражениям (5)

и (9).

Для анализа результатов расчета отбирают вариан­ ты, у которых повторяемость и продолжительность периодов с концентрацией загрязнений в приемнике, пре­ вышающей ПДК, не превосходят аналогичных показа­ телей периодов с суточными расходами воды в прием­ нике, меньшими расчетного расхода Q M h h . мес. 95-

Приняв варианты расчетных значений регулирующе­ го и мертвого объемов, пропускной способности нижне­ го отверстия водосброса, устанавливают варианты от­ метки НПГ, параметров верхнего водосброса. Далее необходимо установить объем и высоту призмы форси­ ровки, сбросные расходы через нижнее и верхнее водо­ сбросные отверстия, качество сбросных вод и качество

119

по техническим условиям анализируются технико-эко­ номические показатели пруда и принимается вариант, обеспечивающий 'требуемое качество воды в приемнике и имеющий лучшие технико-экономические показатели.

Выше описан принципиальный подход к расчету пру­ дов для общего случая.

Поскольку выполнение таких расчетов по имеющим­ ся рядам наблюдений за атмосферными осадками и реч­ ным стоком вручную требует больших затрат времени, целесообразно применение ЭВМ. С этой целью разраба­ тывается соответствующая программа. Предполагается, что на основе анализа результатов таких расчетов мож­ но будет выявить наиболее характерные условия работы прудов. Возможно, что для конкретных условий такие расчеты удается существенно упростить. Так, например, можно предположить, что для определенных условий окажется достаточным расчеты выполнять не для всего ряда наблюдений за атмосферными осадками и речным стоком, а для лет и отдельных дождей определенной расчетной повторяемости.

Выше детально не освещались вопросы установления температуры воды в прудах. В зависимости от наличия исходных данных они могут быть приняты индивиду­ ально для расчетных интервалов времени на основе ана­ логии с наблюдениями в соответствующих водоемах или же расчетными на основе определенной схематизации.

Следует также отметить, что в случаях создания пру­ дов на водотоках через них будут транзитом проходить расходы речных вод, что несколько усложнит расчеты, но принципиальных затруднений не создаст.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. В и н б е р г Г. Г., О с т а п е н я П. В, С и в к о Т. Н., Ле в и - на Р. И. Биологические пруды в практике очистки сточных вод.

Минск, «Беларусь», 1966.

2. К а с к А. Г. Об изучении продолжительности периодов мини­ мального стока небольших рек. Научные доклады по вопросу са­ моочищения водоемов и смешения сточных вод. I Всесоюзный сим­

позиум. Таллин, 1965.

3. К и с е л е в П. Г. Справочник по гидравлическим расчетам.

М.—Л., Госэнергоиздат, 1950.

4. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами (№ 372—61 от 15 июля 1961 г.). М., 1961.

5. П р а в о ш и н е к и й Н. А., С м о л ь я н и н о в В. М. Г р е ­ чу х и н а Т. Д. О мерах охраны водоемов в городской черте от за­ грязнения стоком дождевых, талых и поливо-моечных вод. В сб.:

121