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

ние Вд приближенно можно определить по формуле

(6.63)

где Н —средняя глубина у основания формирующегося откоса по всей ширине дамбы. С достаточным приближением можно принять

Расчет ведется от участка к участку. Длина первого расчетного участ­ ка вычисляется по приближенной зависимости

где 1,3 — дополнительный множитель, посредством которого учиты­ вается что размыву подвергается не только торцевая, но и часть боко­ вой поверхности конуса у головы дамбы. Последующие участки назна­ чаются так же, как и в предыдущем случае. В результате расчета полу­ чаются значения мутности на различных расстояниях от начального створа. Используя приведенные выше зависимости, можно приближен­ но рассчитать распространение в водоеме взвешенных частиц, поступаю­ щих в него при разработке каналов и отсыпке дамб, и оценить процес­ сы взмыва и осаждения на разных участках по оси х.

151

СИСТЕМА ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОДЫ

ИЗАГРЯЗНЕННОСТИ РЕК И ВОДОЕМОВ

7.1.Гидрологические показатели

средней загрязненности

иобщей нагрузки речного потока

7.1.1.Абсолютный показатель общей нагрузки

Внастоящем разделе рассматриваются показатели качества вод (уров­ ня загрязненности), основанные на учете средней концентрации загряз­ няющих веществ в речном потоке ниже сброса сточных вод. Эти пока­

затели применяются для оценки степени Загрязненности цотока ука­ занными веществами и для характеристики изменчивости нагрузки во времени.

Абсолютный показатель общей нагрузки характеризует среднюю на­

сыщенность потока лимитирую щ им или репрезентативным загрязняю ­ щ им вещ еством или смесью вещ еств ниже места сброса сточных вод. Он может выражаться посредством прям ы х характеристик концентра­ ции вещ еств (например, суммой ионов) или косвенны х (БП К , ХПК, в некоторы х случаях электрической проводимостью и т« д .) .

Общая нагрузка выражается средней (в потоке) концентрацией sn рассматриваемого вещ ества или сум м ы вещ еств. Величина sn в так на­ зы ваемом створе достаточного перемеш ивания выражает истинное зна­ чение концентрации загрязняющ его вещ ества. Д ля створов, располо­ женных выш е (т. е. между местом сброса сточных вод и створом дос­ таточного перемеш ивания), величина зп лишь условно характеризует среднюю концентрацию . В обоих случаях sn позволяет получить полную характеристику нагрузки потока загрязняю щ ими вещ ествами в течение

основу какой-либо конкретны й гидрограф (например, типовой гидро­ граф или гидрограф среднего по водности или маловодного года) или

152

Если s*= £ Sj, то предельное условие сохранения удовлетворитель­

ного качества воды по m лимитирующ им вещ ествам в водотоке будет

/35/

Содержащиеся здусь величины а [ и f j выражают соответственно отно­

сительные значения концентрации и ПДК i-ro вещ ества; здесь использо- m

зовано также обозначение |ЩДС|т = S ПДК^ (подробнее об этом Сказа­

но выше в разделе 1 настоящей монографии ) .

Следует и м еЛ в виду, что условие (7.2) еще не получило необходи­ мого теоретического обоснования и некоторы ми специалистами оспа­ ривается. О днако оно ш ироко используется в практике, и вместо него пока ничего другого не предложено.

В ряде случаев сомнения в объективности принципа (7.2) объяс­ няются получаемыми иногда при расчетах противоречивыми результа­ тами. Это вы зы вается обычно неполным учетом лимитирующих ве­ щ еств, когд а разными лицами вы бор вещ еств осущ ествляется по-разно­ му. Следует подчеркнуть, что при оценке качества вод по критерию (7.2) необходимо учитывать все содержащиеся в сточных водах лими­ тирующие вещества. На первых стадиях проектирования могут исполь­ зоваться ориентировочные данные об основны х репрезентативных ли­ митирующих вещ ествах, в частности приводимые в таблицах раздела 8 настоящей монографии.

П оказатель превыш ения загрязненности над нормой выражается обеспеченностью Рзаг % загрязненного стока в конкретном створе рассматриваемой реки. Обеспеченность подсчитывается по числу дней (или более дробных единиц врем ени ), отвечающих прохождению через створ загрязненного стока, когда концентрация вредных веществ в

154

воде превыш ает норму, т. е. условие (7.1) или (7.2) не выполняется. Д ля определения Рэаг удобно пользоваться следующим графическим способом. Строится кривая обеспеченности sn и проводится прямая, отвечающая ПДК для рассматриваемого загрязняю щ его вещества. На пересечении графика sn (P) с прямой ПДК получают точку, дающую обеспеченность Рзаг превышения средней концентрации вещества над нормой. Построения производятся по суточным расходам многолетне­ го периода наблюдений, а при необходимости и с учетом внутрисуточных измерений стока и поступления загрязняю щ их веществ. Для при­ ближенных расчетов можно ограничиться использованием типового гидрографа или гидрографов характерных лет (маловодного, много­ водного, среднего по водности ).

Вместо показателя Рзаг можно пользоваться показателем непревы- ш ения загрязненности над нормой Pq %, который выражает обеспечен­ ность непревышения загрязненности над нормой по числу дней или других единиц времени в процентах. Значения Рц % определяются из соотношения

средняя концентрация веществ в потоке не удовлетворяет условиям (7.1) и (7 .2 ), к обшей продолжительности рассматриваемого проме­ ж утка времени,например, одному году Тгод или многолетнему периоду;

as ( t ) , на которы х вычерчиваются прямые горизонтальные линии,нор­ мативных значений ПДК или соответственно os ~ 1. На пересечении граф ика sn (t) или os (t) с этими линиями фиксирую т моменты време­ ни, отвечающие переходу от загрязненного стока к чистому и от чисто­ го к загрязненному. Очевидно, ч!о интервалы времени ДТ между ука­ занными линиями поочередно будут относиться к периодам загрязнен* ного Д Тзаг и чистого Д Тч стока. Полное врем я Тзаг находится как сум­ ма

р

(7.7)

1S5

сумма берется по всем р интервалам А Тзаг в году.

П оказатель относительной продолжительности стока чистой воды ха­ рактеризует продолжительность чистого стока в году. Он вычисляется по формуле

Здесь Тц — общ ая продолжительность чистого стока в году, вычисляе­ м ая подобно величине Тзаг:

Показатели т заг и тч предназначены для оценки условий водопользо­ вания в заданном створе речного потока. Они характеризую т относи­ тельные периоды времени в году, в течение которы х водопользователь будет получать чистую воду или соответственно загрязненную , требую­ щую очистки.

Показатель относительного объема загрязненного стока а заг вы ра­ жает отношение стока загрязненной воды V3ar через заданный створ

Величина V 3ar определяется по площади отсеков гидрографа Q ( t ) , ог­ раниченных вертикальны ми линиями, проведанными через точки де­ ления абсциссы Тгод на отрезки Д Т заг и Д ТЧ. Общий объем склады ­ вается из объемов стока AV3ar ^ за отдельные периоды Д Т заг j, т. е.

1=4

Д V ^ — объем стока чистой воды за отдельные периоды Д Т Ч

Если предварительно была вычислена величина V то очевидно

Показатели а заг и а ч позволяют оценить долю загрязненного (или

соответственно чистого) стока реки, питающей озеро, водохранилище или море. Если проектируется использование всего водотока на водо­ снабжение, то показатели а заг (или а ч) достаточно объективно харак­

теризуют его общее состояние по степени загрязненности. Очевидно, что более детальная оценка качества водных масс выполняется путем подсчета годового стока различных ингредиентов, в том числе и за­ грязняющих.

7.2. Гидролого-гидродинамические показатели состояния загрязненности речных потоков и водоемов

7.2.1.Применение показателей

илимитирующее расстояние

Для оценки загрязненности водоема (озера, водохранилища) или участка речного потока за счет сброса в них сточных вод могут быть использованы относительные размеры зон загрязнения и характеристи­ ка их изменчивости. Размеры зон загрязнения могут задаваться в ли­ нейных двумерных и пространственных единицах. Соответственно мо­ гут быть вычислены следующие относительные показатели загрязнения: линейный Лзаг, двумерный *?заг, объемный мзаг •

Величины, входящие в формулы перечисленных показателей, изме­ няются в связи с изменениями режимных характеристик потоков (уро­ вень, расход, скорость и г. д.) и водоемов (уровень, скорость течения

и т. д.), а также в связи с изменением режима сброса сточных вод. Поэ­ тому изменчивость этих показателей может быть изучена в зависимос­ ти от указанных определяющих факторов.

Рассматриваемые показатели могут вычисляться также и для неко­ торых средних условий, отвечающих, например, медианным уровням водного объекта и некоторым осредненным параметрам сброса стоков. Для водохранилищ при этом могут рассматриваться условия распрост­ ранения сточных вод при НПУ и течениях наибольшей повторяемости.

В ряде случаев целесообразно вычислять показатели для наиболее неблагоприятных условий сброса, которые часто соответствуют мини­ мальным расходам реки —расходам весьма высокой обеспеченности.

Гидролого-гидродинамические показатели состояния загрязненности водных объектов применяются для характеристики общего санитарно­ го состояния участка речного потока или водоема. Их удобно исполь­ зовать при исследовании процесса изменения состояния водного объек­ та, для перспективного планирования водопользования и оценки

157

эффективности осущ ествленных или планируемых м ер борьбы с загря­ знением.

Рассматриваемые показатели вычисляются на основании данных де­ тальных натурных исследований локальны х зон загрязнения или по данным теоретического расчета этих зон.

Планирование размещ ения и установление допустимых сбросов сточ­ ных вод в реки, озера и водохранилища осущ ествляется на основе оценки условий водопользования. Действующими ^Правилами охраны вод от загрязнения сточными водам и ” /66/ предусматриваются опре­ деленные условия сброса сточных вод при рыбохозяйственном и хо­ зяйственно-бытовом водопользовании. Более жесткими являю тся тре­ бования к водоем ам рыбохозяйственного назначения. Д ля них при сбросе сточных вод, согласно П равилам, должно выполняться требова­ ние нелревыш ения концентрации любого лимитирующего вещ ества на лимитирую щ ем расстоянии х л р , изм еряем ом по длине потока от пунк­ та сброса сточных вод . Указанное расстояние назначается органами рыбной охраны , но не должно превышать 500 м , т. е. в отдельных слу­ чаях м ож ет ставиться требование, чтобы хл = 0. Это означает, что сточ­ ные воды , сбрасываемые в водоем рыбохозяйственного назначения, долж ны удовлетворять условию непревышения ПДК по всем содержа­ щ имся в них лимитирую щ им веществам.

При хозяйственно-бытовом использовании водоема Правилами ус­ танавливается требование, чтобы на контрольном расстоянии, 1000 м от места водозабора водные массы по всем показателям не превышали соответствующие значения ПДК. В этом случае общее расстояние меж ­

объекты указанного выш е вида водопользования необходимо учиты­ вать следующие ограничительные условия:

хл в реках измеряю тся вниз по течению от створа сброса сточных вод. П равилами не предусматривается учет местоположения максималь­

ной концентрации гю ширине речного потока при назначении расстоя­ ний хл и х о б щ - При назначении этих расстояний для озер и водохрани­ лищ отсчет ведется по линии, соединяющей места вы пуска сточных вод и водопользования. Если берег водоема на данном участке вогнутый,

158

то указанная линия будет прямой, а если вы пуклы й, то — криволиней­ ной, повторяющей в общ их чертах ход береговой линии.

Во многих случаях важно знать максимальную концентрацию загряз­ няющего вещ ества sMaKC л на лимитирую щ ем расстоянии хл . Д ля оцен­ ки условий водопользования может использоваться относительный по­ казатель Ф максимальной концентрации на указанном расстоянии. Он вычисляется по формуле

благоприятных условиях должен получиться меньше единицы. Предель­ но допустимым случаем является Фл = 1.

теристик, течения и уровня воды . В обоих случаях изменчивость Фл зависит, очевидно, также и от изменчивости интенсивности сброса за­ грязняю щ их вещ еств, выражающейся произведением QCTsCT-

7.2.2. Относительные пространственные показатели загрязнения

Первый из этих показателей X заг выражается отношением наибольшей линейной протяженности Ц аг зоны загрязнения к средней ширине В рассматриваемого участка реки

или к лимитирующ ему расстоянию х^, т, е.

Расстояние L3ar для рек берется в направлении течения от створа вы пуска сточных вод до створа, где максимальная концентрация рас­ сматриваемого вещ ества равна ПДК, для озера или водохранилищ а изм еряется от пункта сброса до наиболее удаленной точки на изоли­ нии s = ПДК.

Показатели относительной площади (?7заг) и относительного объема (/i заг) зон загрязнения вычисляются применительно к конкретны м бо­ лее или менее значительным участкам реки или акватории водоема, в пределах которы х осущ ествляется водопользование или планируются работы по проектированию водопользования, улучшению санитарного состояния водного объекта и т. д.

159

Здесь Г2заг — площадь зоны загрязнения в пределах контрольного уча­ стка водотока; ^ 0 бщ ~ общ ая площадь зеркала того же участка в о ­ дотока, т. е. площадь зеркала, заключенная между двум я фиксирован­ ными створами (начальным и конечны м ). П од начальным створом под­ разумеваю т створ первого на участке реки сброса сточных вод ; конеч­ ный (контрольный) створ в зависимости от решаемой задачи может назначаться в трех вариантах: 1) створ, находящ ийся на лимитирующем расстоянии х л от вы пуска сточных вод ; 2) створ, расположенный на расстоянии L3ar от створа сброса сточных вод (очевидно, что L 3ar и з­ меняется в зависимости от Qe, QCT и sCT) ; наибольший интерес при этом представляет случай, отвечающий наиболее неблагоприятным ус­ ловиям разбавления, т. е. наибольш ему значению L 3ar на данном участ­ ке реки ; 3) створ водопользования.

Относительный объемный показатель загрязнения /лзаг выражает

где Wq6ui - для водоем ов полный их объем при определенном уровне, а для рек — объем водных масс на участке между створом сброса и конечны м контрольны м створом (см . в ы ш е ); W3ar — объем водных

величин, входящ их к ак в числитель, так и в знаменатель. Д ля каждого состояния реки и расхода сточных вод получается свое значение п ока­ зателя. Если нет необходимости исследовать изменчивость показате­ лей, то, к ак указы валось вы ш е, они могут быть вычислены для некото­ рых средних условий или для условий, наименее благоприятных в от­ ношении санитарного состояния потока, например для минимального расхода воды или минимального уровня водоем а и при минимальной его проточности.

160