Караушев Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод

Как показали исследования /6 4 ,8 4 /, распределение концентрации по ширине потока на достаточном удалении от выпуска хорош о описы­ вается кривой усеченного нормального распределения. Получены сле­ дующие расчетные формулы для вычисления максимальной концентра­ ции загрязняющих неконсервативных (в общ ем случае) веществ в лю ­ бом заданном створе при различных положениях выпуска сточных вод:

а) выпуск сточных в од находится на расстоянии b от берега

Разделив правую и левую части расчетных уравнений (4 .4 4 ), (4 .4 6 ),

(4 .4 8 ) на s CT, получим величину, обратную кратности разбавления п.

формулах перед коэффициентом неконсервативности стоит знак минус.

91

П р и м е ч а н и е : значения целой части (т. е. 0) в таблице опущены.

92

Интеграл вероятности Ф (£ -s/2) определяется по таблицам, имеющ имся

в справочных пособиях по математике. Коэффициент поперечной дис­

Простота и компактность рассмотренного здесь метода позволяет выполнять расчеты на несложных ЭВМ. Авторы ограничивают примени­ мость метода случаями сравнительно небольших водотоков с коэф ф и ­ циентом извилистости меньше 1 ,5.

На основании ф ормул (4 .46) и (4 .4 8 ) разработаны номограммы

(рис.4.6 и 4 .7 ), позволяющ ие ускорить процесс определения кратности

Рис. 4.6. Номограмма для определения максимальной концентрации загрязняю'

Щего вещества при выпуске сточных вод в середине потока.

93

Рис. 4.7. Номограмма для определения максимальной концентрации загрязняю­ щего вещества, если выпуск сточных вод находится на берегу реки.

разбавления п на лю бом расстоянии от створа выпуска сточных вод.

4.3.4. Метод УралНИИВХ

Метод разработан И. С. Шаховым и В. В .М ороковы м /69/ и основан на методике Таллинского политехнического института. Он применим к различным условиям выпуска сточных в о д и позволяет получить кон­ центрацию загрязняю щ их веществ в реках ниже сосредоточенных ста­ ционарных вы пусков по следующ им формулам :

а) вы пуск в середине потока (начало координат в точке выпуска)

(4 .54)

+SeexP(kHV } ;

б) береговой вы пуск (начало координат в точке выпуска)

т — ехр [ —

*4

94

в ) вы пуск в точке потока на расстоянии Ь от берега и h от поверх­ ности (начало координат в середине 0,5В и 0 ,5 Н)

X ехр

где S| — концентрация загрязняющих вещ еств в точке с координатами у (глубина) и z (ш ирина); QCT>sCT — объ ем сточных вод, поступающих

станта неконсервативности, 1/с (авторы метода /6 9 / использовали тра­

диционное значение коэффициента трансформации вещ еств, поэтом у в авторском написании в форм улах перед этим коэффициентом стоит

определяемы й по ф орм уле

(4 .57)

П еременные, определяющие предел интеграла вероятности, находят­

В методе УралНИИВХ предлагается формула для определения рас­ стояния до створа достаточного перемешивания (при этом под створом Достаточного перемешивания понимается створ, в котором расхожде-

95

С)6

ние максимальной и минимальной концентрации загрязняющих в е­ ществ не превышает 20 %, т. е. отношение SMaKC к smhh не более 1,25);

а) вы пуск в середине потока

веществ не учитывалась, поскольку она предполагается равномерно распределенной по сечению потока.

Рассмотренный м етод применяется для расчетов поля концентрации

загрязняющ их веществ в условиях прямолинейных слабоизвилистых

малых водотоков . В случае выпуска в сипьноизвилистые большие и средние водотоки результаты расчета этим м етодом следует рассматри­ вать как ориентировочные.

4.3.5. Метод ВОДГЕО

Рассматриваемый м етод предложен в 1950 г. В. А. Фроловым, впослед­

ствии его развил и существенно уточнил И. Д . Родзиллер /7 3 , 74/.

На участке потока, загрязненном сточными водами, выделены две зоны : зона с больш ими концентрациями вещ ества н зона с малыми кон-

центрациями вещества. Предполагается, что вещ ество консервативно.

В данном разделе рассматривается лишь зона с больш ими концентра­ циями, максимальная концентрация загрязняющего вещества s MaKC в

которой рассчитывается по формуле

Здесь п — кратность разбавления сточных вод для максимально загряз­ ненной струи данного створа. Авторами метода было введено понятие коэффициента смешения у, показывающего долю расхода реки, участ-

97

вующего в разбавлении сточных вод:

где

Здесь х — расстояние по фарватеру от места вы пуска сточных вод до рассматриваемого створа; а — коэффициент, учитывающий влияние гидравлических условий смешения:

в о д в водоток ; при вы пуске у берега он равен 1,0, а у стрежня реки — 1,5; \р - коэффициент извилистости реки.

Как один из существенных недостатков рассматриваемого метода должен быть отмечен неучет фоновой концентрации при оценке у.

Коэффициент турбулентной диффузии определяется по формуле

(4.10).

Кратность разбавления п и коэффициент смешения у связаны сле­ дующей приближенной зависимостью:

К ак известно, расстояние до створа полного перемешивания теорети­ чески равно бесконечности, для практических расчетов используют по­ нятие створа достаточного перемеш ивания. В качестве такого створа здесь принимается створ, в котором сточные воды смеш иваются с во ­ дой реки на 9 5 ,9 0 и даже на 80 %. Д ля приближенного определения рас­ стояния до створа достаточного перемеш ивания предлагается следующая формула:

В соответствии с предложением о степени перемешивания сточных во д с водами реки в створе "достаточного перемеш ивания” в форм улу

(4.74) подставляют значения 7 = 0 , 9 5 ; 0,90; 0,80 и т. д.

Рассмотренный метод может применяться при соблюдении следую ­

98

4.3.6.Метод номограмм, разработанный в ГГИ

Метод разработан J1. И. Фаустовой /8 7 /. Он позволяет определять пара­

метры зон загрязнения до створов с заданной кратностью разбавления в зависимости от основны х гидрологических факторов.

При разработке метода были использованы результаты численного эксперимента по расчету разбавления, выполненному на основе чис­

ленного решения уравнения турбулентной диффузии. При выборе

объектов для численных экспериментов за основу была принята типи­ зация рек и водоем ов по условиям турбулентного перемешивания,

разработанная в лаборатории наносов ГГИ (см . раздел 1).

В качестве размеров зон загрязнения использовались относительная

Здесь L3ar — длина зоны загрязнения; В — средняя ширина потока.

Показатель относительной площади зоны загрязнения определяется по следующей зависимости:

где ^ общ и Л заг — соответственно общ ая площадь водной поверхности и площадь зоны загрязнения м еж ду двум я фиксированными створами

(начальным и находящ имся на расстоянии L 3ar от н его ).

В результате обобщ ения материалов численных экспериментов по­ строены номограммы (рис. 4 .8 , 4 .9 ). Каждая из шести кривы х, изоб ­

раженных на рис. 4 .8, соответствует определенной кратности разбавле­

ния. Каждая из пяти кривых на рис. 4.9 относится к определенному ти­

пу и группе рек . Критерием для разделения рек на 1руппы м ож ет слу­

жить принадлежность их к тому или иному классу в соответствии с табл. 2 . 1 .

Номограммы рекомендую тся для определения размеров зон загряз­

П орядок определения длины зоны загрязнения L 3ar по номограм ­ мам:

1) пользуясь графиком по соотношению расходов сточных и речных

вод. для определенной кратности разбавления п снимают значение от ­ носительной площади зоны загрязнения т?заг.

2) по графику связи X3ar - f(i?3ar) (рис. 4 .9) для определенного типа и группы рек по найденному значению г/заг находят относительную

99

&с г /Qp

Рис. 4.8. Зависимость QCT/Q “ f ^73ar) *

I - двухкратное разбавление, П - пятикратное, Ш - 10-кратное, IV -

20-кратное, V - 40-кратное, VI —90-кратное разбавление.

заданных расходах речных и сточных в од определять кратность на лю ­ бом расстоянии от источников загрязнения. П орядок определения крат­ ности разбавления п следующий:

1) по ф орм уле (4 .69) при заданных значениях L 3ar определяется относительная длина зоны загрязнения Х заг;

2) по зависимости на рис. 4.9 для определенного типа и группы рек по найденному значению Л заг снимается относительная площадь зоны загрязнения тгза г ;

100