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

241

Требуется: определить максимальную концентрацию загрязняющего вещества в 3,5 м ниже выпуска сточных вод.

Решение:

1. По формуле (4.26)

© = (Нмаксср - Нср)/НСр = (°>15 - °>14) : 4 = °>07’

2.М= 0,7С + 6 = 0,7 • 14,6 + 6 = 16,2 м1/2/с.

3.По формуле (4.24)

N = MC/g = 16,2 * 14,6 : 9,8 = 24.

4.По формуле (4.23)

W =vx/ ^ N = 0,38 : \/2 4 = 0,078.

5. (vzcp + w )/w = (0,032 +0j078) : 0,078 = 1,41.

6.С графика (см. рис. 4.4) снимаем Кобщ = 2.

7.Начальное сечение загрязненной струи по формуле (4.13)

5 = Qcl/vcp = 0,013 : 0,38 = 0,034 м2.

8.Ширина загрязненной части струи по формуле (4J Л)

Ъ= 5/Нср = 0,034 : 0,14 = 0,24 м.

9.Принимаем ширину расчетной клетки Дг = 0,08 м, тогда в началь­ ном сечении число клеток, занятых сбрасываемыми сточными водами,

равно пзаг = Ъ/Az ^ 3, а общее число клеток по ширине реки будет п =

=В / Дг «1 9.

10.По формуле (4.28) находится Дх

Дх = 0,5Дг2К/(КобщНср) =0,5 • 0,006424 : (2 • 0,14) =0,27 м.

Расчет разбавления ведется по формуле (4.8) (табл. II.4).

Таким образом, на расстоянии 3,5 м ниже выпуска сточных вод мак­ симальная концентрация лимитирующего загрязняющего вещества оказывается равной 60 г/м3.

П р и м е р 5. Расчет общего разбавления детальным методом с учетом Начального разбавления.

Исходные данные: в равнинную реку через сосредоточенный выпуск, расположенный в середине живого сечения, сбрасываются сточные во­ ды с постоянным расходом QeT и постоянной концентрацией загряз-

24 2

Таблица II.4

se = 0-

Требуется: вычислить крагаость разбавления сточных вод п =

*^ст^макс на лимишрующем расстоянии L = 500 м от выпуска. Решение:

1.Расчет начинается с вычисления кратности начального разбавления \ по формуле (4.29). Для выяснения применимости этой формулы в

рассматриваемом случае определяется

243

m = V vCT = 0 ’172’

t.e. m < 0,25. Следовательно, формула (4.29) применима.

2.Для вычисления пн необходимо предварительно определить отно­ сительный диаметр загрязненной струи ofв расчетном сечении, т. е. в за мыкающем створе зоны начального разбавления, d определяется по

формуле (4.30). Согласно рекомендациям Лаптева» содержащаяся в

этой формуле величина Дут = ОД м/с.

3.Определяем диаметр загрязненной струи d в конце зоны начально­ го разбавления d = d/dg, откуда d = ddQ = 6,7 м.

4.Находим H/d0 = 6 : 0,5 = 12. Поскольку d > (H/dQ) , то струя бу­ дет стеснена. Относительное стеснение струи H/d = 0,90. По номограмме

(рис. 4.5) f (H/d) =0,99.

5.По формуле (4.29) вычисляем начальное разбавление без учета стеснения

=4,7.

6.Определяем разбавление с учетом стеснения струи пнс = 4,7* 0,99 = 4,7.

7.По формуле (431) находим расстояние до створа, замыкающего зону начального разбавления:

Диаметр загрязненной струи в конце зоны начального разбавления равен 6,7 м. Площадь загрязненной струи равна яг2 = 3,14 • 3,352 - 55 35,2 м2. Схематизируем ее как квадрат. В этом квадрате выделим четыре расчетные клетки; концентрация в них будет s = scT/n с = = 100 : 4,7 = 21 г/м3. Площадь одной клетки равна Ао?= ДуAz = 8,8м 2

Ду = Az = 2,97 м ( у - вертикальная ось, z —горизонтальная).

Для расчета по схеме пространственной задачи строится осредненный поперечный профиль реки на рассматриваемом участке. Вданном случае

244

осредненный профиль представляет собой прямоугольник с площадью ВН, где В —ширина реки, а Н —ее глубина. Число клеток, занятых за­ грязненными водами в начальном створе (на расстоянии хн от выпус­ ка) равно четырем, а общее число клеток в этом сечении равно

п = ВН/(Лео) «40.

Эти клетки располагают в два слоя по глубине, т. е. в каждом слое будет 20 клеток. Расстояние между расчетными сечениями равно

Дх = 0,25v Ay2/D = 0,25 • 0,35 • 8,8 : 0,0138 = 55,8 м.

СР

Расчет диффузии выполняется по формуле (4.6). Результаты расчета приведены в табл. II.5. Из таблицы видно, что на расстоянии примерно 500 м максимальная концентрация загрязняющих веществ равна ®макс = ^ т-е*кратность разбавления

п= 100:7,4 = 13,5.

Пр и м е р 6. Расчет разбавления сточных вод при нескольких берего­ вых выпусках.

Исходные данные: в реку с противоположных берегов впадают два притока с сильно загрязненной водой. Расход реки Qe = 152 м3/с, ско­ рость течения воды v = 2,42 м/с, коэффициент Шези С = 29,2 м1 ^2/с, коэффициент турбулентной диффузии D = 0,0729 м2/с, концентрация загрязняющего вещества э речной воде se = 0. Источники загрязненных

вод имеют следующие характеристики: QCT j = QCT2 = 50,6 м /с; sCT х =

= 100 г/м3 (с правого берега); sct2 = 75,0 г/м3 (с левого берега). На левом берегу на расстоянии 1040 м от первых двух притоков имеется еще один приток с расходом 0сТз = 25,0 м3/с и sCT3 = 50 г/м3. На

участке с 1200 по 1600 м с левого берега в реку поступает вода с по­ лей; элементарный расход воды бокового притока qZcT - 0,001 м2/с; концентрация загрязняющего вещества в этой воде 310 г/м3.

Требуется: построить поле концентраций загрязняющего вещества в главной реке на участке длиной 2 км, считая от створа впадения в нее первого и второго притоков.

Увеличение расхода воды в реке за счет стока с полей равно 0,4 м3/с. Эта величина может не учитываться в суммарном расходе воды в реке.

При впадении первых двух притоков расход воды в реке увеличится и станет равным 253 м3/с. Этому расходу соответствует глубина Н =

-2,37 м и ширина реки В = 44,1 м. Решение:

1.Начальное сечение каждой из струй загрязненных вод определится по формуле (4.13)

245

Таблица US

X = 30,2 м

246

8 = QCT/vcp = 50,6 : 2,42 = 20,9 мг.

2. Ширина загрязненной части реки от каждого источника в отдель­ ности по формуле (4.14)

b = 5/Н = 20£ : 2,37 = 8,8 м.

3.Принимаем ширину расчетной клетки Дг = 2,2 м, тогда число кле­ ток, занятых загрязненными водами от одного источника пзаг = 4, а об­ щее число клеток по ширине реки

п= 44,1 : 2,2 ~20 кл.

4.Расстояние между расчетными сечениями

Дх = 0,5vсрAz2/D = 0,5 • 2,42 • 4,84 : 0,0729 «80,2 м.

При данных параметрах расчет по формуле (4.8) ведется до 1040 м (табл. П.6).

5. Ниже створа впадения третьего притока (расстояние 1040 м) рас­ ход воды в реке Q = Qe + QCTl + Q 2 + QCX3 = 278 м3/с. При новом

расходе v = 2,42 м/с, С = 29,2 м ^ /с , D = 0,0729 м2/с, Н = 2,37 м, В = = 48,5 м. Новое число расчетных клеток

n2 “ Q2nj/Q | = 278 * 20:253 = 22.

6. Ширина одной клетки Дг2 = 2,2 м, расстояние между расчетными сечениями Дх^ = А х1 = 80 м.

7. При этих параметрах расчет ведется по формуле (4.8) до 1200 м с использованием обычного выражения для граничных условий. На участке от 1200 до 1600 м, где имеется сток с полей, концентрация в экстраполяционной клетке (sk экстр) У правого берега определяется по формуле (4.37) с учетом того, что qsz - qZcT ' sCT = 0,001 • 310 = 58 0,31 г/(с * м) , т. е.

5кзКстр =% z ■ Az/(DH) + s kl =0,31 * 2,2 : (0,0729 • 2,37) +

+ sk l = 4 + sk , г/м3 .

Начиная от 1600 м и далее, расчет разбавления ведется обычным спо­ собом.

Пр и м е р 7. Расчет разбавления сточных вод экспресс-методом. Исходные данные:

247

248

Требуется: определить максимальную концентрацию лимитирующе­ го загрязняющего вещества sMaKC на расстоянии 25 м от створа сброса сточных вод.

Решение:

1.По формуле (4.43) находим относительную глубину

Н= Н/В = 0,14 : 1,6 = 0,0875.

2.Характеристическое число N определяем по формуле (4.24)

:(25 * 1,3 • 0,076);

Пр и м е р 8. Расчет методом УралНИИВХ. Исходные данные те же, что и в примере 7.

Требуется: определить sMaKC на расстоянии 25 м от створа сброса

сточных вод.

1. По формуле (4.57) находим размерный коэффициент пропорцио­ нальности:

p = rB1^2 (2g)1/4/(CH3/4),

r = 0,026 m /c1 /2 ,

p = 0,026 y /l,6 V T 9 J : (12,4 • 0,143/4) = 0,024м /с1/2.

2. Определяем нормированные функции Лапласа Ф(£/2), используя

табл. 4.2:

249

= B/( V 2p • X774) = 1,6 : ( VO,048 • 253^4) = 0,65,

Ф ( f ! /2) = Ф (0,65) = 0,24,

{ 2 = H / ( V 2 i - x3/4) =0,14 : ( V 0,048 • 253/4) =0,057,

Ф(?2/2) =Ф (0,057) =0,024.

3. Максимальная концентрация загрязняющего вещества находится на оси струи в точке с координатами у = z = 0. Константа неконсерва­ тивности кд = 0.

По формуле (4.54) находим

Пр и м е р 9. РЬсчгт методом ТЛИ. Исходные данные:

в равнинную реку сбрасываются с левого берега сточные воды

1. Находим коэффициент поперечной дисперсии. Так как В > 100 м, то пользуемся формулой (4.53)

250