книги из ГПНТБ / Зак, Г. Л. Самоочищение водоемов основы рационализации гидрологических и санитарно-технических расчетов

На основании своих исследований В. А. Фролов [24] получил

следующие приближенные аналитические формулы для опреде­ ления максимальной и минимальной концентрации вещества при смешении стоков

с—основание натуральных логарифмов;

а— коэффициент, учитывающий влияние гидравлических

условий смешения; /—расстояние от створа смешения до расчетного сече

ния в м.

Аналогично данному уравнению величина минимальной кон­ центрации вещества А'мин может быть выражена следующим уравнением;

торого минимальная концентрация вещества в пото­

ке равна исходной концентрации речной воды, когда процесс смешения еще не распространился на все сечение реки.

Величина /о может быть определена из следующего урав­ нения;

а

Анализ имеющихся материалов позволил В. А. Фролову пос­ ле многочисленных предварительных вариантов расчетов пред­ ложить следующую приближенную эмпирическую зависимость

величины коэффициента а от ряда указанных выше элементов

формулы (16).

29

Указанные 'расчеты В. Л. Фролова [24] корректируются

И. Д. Родзиллером (13].

Для расчетов смешения сточных вод с водами водоема особо

важное значение имеет коэффициент разбавления а, числовое значение которого, по И. Д. Родзиллеру, должно определяться по следующей уточненной формуле:

Зная .коэффициент разбавления а, кратность разбавления для любого промежуточного створа определяют по следующей формуле:

Весьма важное значение в вопросе о смешении имеет также определение расстояния от выпуска до створа р-процентного смешения, которое, по И. Д. Родзиллеру, можно найти по сле­ дующей формуле:

И. Д. Родзиллер считает возможным принимать для практи­ ческих нужд обеспеченность смешения в пределах 75—80% и

только в очень ответственных случаях 85%.

В качестве примера применения на практике формул, указан­

ных выше, возьмем биологическое обследование р. Уды и р. Ло-

пани у г. Харькова, приведенное в труде проф. С. Н. Строганова.

За элемент смешения берем хлор, который имеется в значитель­ ном количестве в бытовых сточных водах г. Харькова, поступаю­ щих в р. Лопань после хлорирования.

Река Уда — небольшой приток р. Северного Донца — проте­ кает в 3 км от г. Харькова. В 3,5 км ниже слияния Лопани с Удой (рис. 6) устроена плотина, образующая большой пруд, ко­ торый и был объектом исследования.

Согласно имеющимся данным, количество сточных вод равно

0,72 м31сек, или 62 100 мг(сутки, причем содержание хлора в сто ках — 269 мг[л. Общий расход воды обоих рек 114 000 м‘!сутки,

или 1,32 м^сек. Таким образом, количество речной воды равно

30

Гидравлические условия протекания воды в пруде следую­ щие. Путь длиной 3 км вода проходит за 50 час. (180 000 сек.).

Скорость движения v = — = —— = 0,0167 м!сек. t 180 000

Рис. 6. План р. Уды (г. Харьков)'.

При ширине пруда 80 м его живое сечение равно

количества движения по формуле (15) будет равен m=18,5nc =

31

Наконец коэффициент а, учитывающий гидравлические условия

Процент смешения определяется следующим образом: при полном пёремешивании сточных вод с водами водоема усреднен­

ное содержание хлоридов было бы равно по расчетам, произве­

денным выше, Кк =150 мг/л. Вычисленное в таблице содержа­ ние хлоридов равно 200 мг/л. Стало быть смешение неполное и определяется соотношением 150:200=75%.

Как показывают данные табл. 5, теоретические расчеты сме­ шения по методике В. А. Фролова весьма близко подходят к опытным данным.

Для рационализации расчетов по смешению номографируют­

ся формулы: (16), (25), (28), (29) и (31).

Номограмма (см. приложение XVII) одноярусного типа со­ ставлена следующим образом: по оси абсцисс отложены усред­ ненные скорости движения воды в реке, лежащие в пределах 0,01—3,0 м/сек. Прямыми, имеющими подъем слева направо, от­ ложены величины тс, изменяющиеся от 100 до 10 000. Прямы­ ми, имеющими наклон слева направо, показаны средние глубины водоема, изменяющиеся в пределах 0,1 —10,0 м. Наконец на верхней горизонтали отложены числовые значения коэффициен­ тов турбулентной диффузии, лежащие в пределах 0,0001 — 1.

Рассмотрим пример, нанесенный на номограмме пунктирны­

ми линиями. Пусть требуется определить коэффициент турбу­ лентной диффузии е, если известно, что средняя скорость движе-

32

ния воды в реке v = 1,32 м/сек, тс = 150 и средняя глубина ре­ ки Л=0,8 м.

Отыскав на линии абсцисс точку, числовое значение которой равно v = 1,32 м/сек, проводим от нее вертикаль до встречи с

наклонной, для которой тс = 150. Далее, из точки пересечения

этих линий проводим горизонталь до встречи с наклонной, чис­

которая в пересечении с последней дает точку, числовое значе­ ние которой будет равно е = 0,034.

Следующая номограмма, (см. приложение XVIII), составлен­

ная по уравнению (25), служит для определения максимальной концентрации в реке после смешения с нею сточных бытовых

или промышленных вод. Номограмма—одноярусного типа. По оси абсцисс откладываются расстояния расчетного створа от пункта смешения, лежащие в пределах 0,01 —125 км. Кривыми,

имеющими некоторый наклон слева направо, показаны числовые значения коэффициента а, изменяющиеся в пределах от 0,1 до 2,0. Далее прямыми, имеющими подъем слева направо, показа­

верхней горизонтали отложены значения Кх, изменяющиеся от 0,1 до 100. Максимальная концентрация должна определяться

буется определить максимальную концентрацию в водоеме пос­

ле смешения его воды с производственными сточными водами. Известно, что конечная концентрация Кк =0,25, что расстояние от пункта смешения до расчетного створа £ = 11,23 км, коэффи­

наклонной прямой, соответствующей а=0,1. Из точки пересече­ ния этих двух линий проводим горизонталь до встречи с наклон­ ной прямой, соответствующей^ — Кк = 1,0. Из точки пересече­ ния этих двух линий опускаем перпендикуляр на верхнюю гори­

зонталь, которая в пересечении с нею дает точку, соответствен­ но равную Кх =0,108.

Для подсчета по формуле (28) также составлена номограм­

ное направление, т. е. наклон слева направо, нанесены величины

£лр, лежащие в пределах 1,0—40. Наконец на верхней горизон­ тали отложены искомые величины коэффициентов а, изменяю­ щиеся от 0,1 до 10.

Для примера определим коэффициент а три следующих усло­

виях. Коэффициент турбулентной диффузии 8 = 0,0217, расчетный

восстанавливаем из нее перпендикуляр до пересечения с наклон­ ной, соответствующей 7 = 0,01 м2/сек. Из точки пересечения этих двух линий проводим горизонталь до встречи с наклонной, соот­

ветствующей |(р = 6,0. Из точки пересечения этих линий опу­ скаем перпендикуляр на верхнюю горизонталь, которая при пере­ сечении с ней дает точку, числовое значение которой будет равно а = 7,6.

По формуле (31) для определения расстояния от выпуска до

линиями, имеющими наклон справа налево, нанесены расходы

сточных вод, изменяющиеся от 1,0 до 50 000 л/сек. Прямыми, имеющими противоположное направление и наклон слева на­ право, нанесены числовые значения коэффицента а, лежащие в

пределах 0,1—0,5.

Пусть требуется определить расстояние от выпуска сточных вод до створа 80% смешения, если известно, что расчетный рас­ ход реки Q = 2720 мъ]сек, расход сточных вод 7=10,0 мР/сек и коэффициент а = 0,1.

Отыскав на линии абсцисс точку, соответствующую расходу

Q=2720 м31сек и поднимаясь от нее по ряду (пунктирных линий,

доходим до верхней горизонтали, которая пересекается верти­ кальным пунктиром в точке, соответствующей а = 342,0 км.

Для упрощения подсчетов по формуле (29), определяющей

коэффициент разбавления а, автором составлена следующая но­

мограмма (см. приложение XXI).

По оси абсцисс номограммы отложены расстояния от места выпуска сточных вод, изменяющиеся в пределах 0,45—500 км. Кривыми, имеющими подъем слева направо, нанесены коэффи­ циенты а, лежащие в пределах 0,1—0,5. Кривыми, имеющими

противоположное направление и наклон слева направо, показа­

конец на верхней горизонтали отложены числовые значения ко­

•34

тойчивого растительного покрова, небольшие уклоны местности,

а в северо-западной части (Карелия и Кольский полуостров) --

наличие твердых пород в виде гранитов, .гнейсов и диабазов.

Во II зону средней мутности (50—150 мг[л} входит лесо­ степная зона Европейской части СССР и Сибири. Сюда отно­

сятся значительные части бассейнов рек Оки, Камы, Тобола,

Ишима, а также верховья Енисея, Лены и Амура. Причиной по­ вышенной мутности является наличие громадных распаханных пространств, лишенных растительности.

III зона высокой мутности (150—500 мг[л} охватывает со­

бой южную часть Европейской части СССР и Западной Сибири.

К этой зоне относятся реки левобережья Днепра (ниже Киева), притоки Дона, реки Приазовья, Приволжской возвышенности,

бассейны Урала и степной части Западно-Сибирской низмен­ ности.

IV и V зоны очень высокой мутности (500—5000 мг/л) вклю­ чает горные области Кавказа и средней Азии. Максимальная среднегодовая мутность достигает здесь 11 700 мг!л (р. Аксай). В период прохождения весенних паводков мутность доходит до

80 000—120 000 мг)л (р. Сунжа). В Закавказье, Армении и в горных областях Средней Азии мутность находится в пределах

1660—2500 мг^л.

VI и VII зоны самой высокой мутности.

Помимо сведений о мутности речной воды, определенный ин­ терес представляют сведения о количестве наносов.

Исчерпывающие материалы о количестве и гранулометри­

ческом составе наносов рек можно получить в трудах Г. И. Ша­ мова [26, 27]. В табл. 6—9 приводятся количество и грануломет­ рический состав наносов ряда рек.

Таблица 6

I

36.

Из табл. 7 видно, что в основном около 50% состава речных наносов имеют очень малый диаметр, меньший 0,01 мм, и толь­ ко около 4% наносов имеют состав диаметром 0,25—0,50 мм.

В табл. 8 приведен гранулометрический состав наиболее крупных, влекомых по дну реки наносов.

Из табл. 9 особенно ясно видно значительное увеличение мутности воды во время весенних паводков, а также затухание и уменьшение мутности в зимнее время. Переходя к рассмотре­ нию мутности сточных вод, следует указать на их разнообраз­ ные виды. Мутность хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод зависит от качества используемой воды, норм водопотребления, характера загрязнений и т. in.

В табл. 10 наряду с другими-показателями приводятся све­

дения о количестве взвешенных веществ по основным видам производственных сточных вод.

7. Основные формулы и номограммы для определения количества взвеси

Сточные воды, выпускаемые в открытый водоем, несут в се­ бе то или иное количество взвеси, которая в зависимости от ди-

на;мической способности потока может или немедленно выпасть на дно, или остаться во взвешенном состоянии и в таком виде

продолжать двигаться по руслу реки.

37