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

2. Находим функцию ошибок Ф (£ V 2) по формуле (4.47) и табл. 4.1

Ь = в V v cp/(2 V d J ) = 171 чЯДЗ :(2 V 0,34 • 600) «1,0,

Ф(£ >/2) =Ф(1,0) =0,84.

3. Определяем максимальную концентрацию загрязняющего вещест­ ва. В данном примере загрязняющее вещество консервативно, поэтому расчетная формула (4.46) примет следующий вид:

1

П р и м е р 10. Расчет методом ВОДГЕО. Исходные данные те же, что и в примере 9.

Требуется: найти sMftKC на расстоянии 600 м от места выпуска сточ­ ных вод.

Решение:

1. Коэффициент турбулентной диффузии D находим по формуле

(4.10)

D = gHvcp/ (МС) = 9,8 • 2,5 • 1,43 : [(0,7 * 27 + 6)- 27] =

=0,052 м2/с.

2.Коэффициент а , учитывающий влияние гидравлических условий

смешения, определяем по формуле (4.65)

где у = 1,0, так как выпуск береговой,

а = 1,1* 1,0 ^0,052 : 3'= ОД8.

3. Коэффициент смешения у по формуле (4.63) с учетом (4.64) ра-

вен

у = (1 —ехр(—a y f k j l [1 + - — ехр(—a v/x)] =

СТ

251

SMaKC = Se + <Sct " = 0 + ( 1080 _ °) : 9’! = 119 мг^л'

Пр и м е р 11. Расчет методом номограмм. Исходные данные те же, что и в примере 9.

Река, в которую производится спуск сточных вод, средняя равнин­

ная, площадь водосбора 50 000 км2.

В методе номограмм условно принято, что все характеристики оп­ ределяются для зоны загрязнения, образующейся ниже сброса сточных вод. Предполагается при этом, что длина зоны загрязнения вдоль тече­ ния реки L3ar отвечает такому снижению концентрации, при котором в створе на расстояний L от сброса sMaKC = ПДК. Однако метод при­ меним для решения и более общей задачи, в частности той, которая по­ ставлена в настоящем примере. Чтобы решить эту задачу, надо расстоя­ ние х = 600 м отождествить с L . тогда искомой величиной окажется

2. По зависимости на рис. 4.9 для средней равнинной реки (кри­

вая III) и найденному значению X м _ снимается относительная площадь

З а Г

зоны загрязнениятрзаг

v 3ar= o m .

3. По графику (рис. 4.8) для полученного значения i? заг = 0,030 и соотношения расходов сточных вод и речных вод QCT/Q —3: 6 1 1 = = 0,0049 находим кратность разбавления п = 18 (кривая IV), т. е. на­ чальная концентрация загрязняющего вещества уменьшилась в 18 раз. Таким образом, на расстоянии 600 м от створа сброса сточных вод бу­ дем иметь

ви л к . = s^i.18 = 1QS0 ; 18 * 60 мг/л.

252

Приложение III

Примеры расчета разбавления сточных вод в водоемах

П р и м е р 1. Расчет установившегося разбавления при устойчивом те­ чении (с учетом начального разбавления).

Исходные данные:

Выпуск загрязненных вод производится в придонный спой, на зна­ чительном расстоянии от берега.

Требуется: найти максимальную концентрацию на расстоянии 700 м от места выпуска сточных воц в направлении течения.

Решение:

1. Прежде всего выполняется расчет начального разбавления. Отно­ сительный диаметр струи в конце зоны начального разбавления опре­ деляется по формуле (4.30). Согласно рекомендациям Н. Н. Лапшева,

2. Диаметр загрязненной струи d e конце зоны начального разбавле­ ния

d = ddQ= 25,5 • 0,6 = 15,3 м.

3. Кратность начального разбавления определяется по формуле (4.29)

n = 0,248d2 ( Vm 2 +8,1(1 - m ) / d 2 - m ) / (1 - m )

=0,248* (S50(>/0,000064 + 8,1 • 0,992:650 -0 ,008) : 0,992 = 16,8

253

4. Расстояние от створа выпуска до замыкающего створа зоны на­ чального разбавления, вычисляется по формуле (4.31)

х-н = d /[0,48(1 —3,12m)] =15,3 : [0,48(1 - 3 ,1 2 - 0,008)]=33м.

Ниже этого створа расчет выполняется по конечно-разностной схеме для условий пространственной задачи. Диаметр загрязненной струи в конце зоны начального разбавления равен 15,3 м. Площадь загрязнен­ ной струи равна ffd2/4 = 3,14 • 15,32/4 = 184 м2. Схематизируем ее как квадрат. Назначаем в этом квадрате четыре расчетные клетки с концен­ трацией sCT/nH = 100 : 16,8 = 6,0 г/м3. Площадь одной клетки равна Лео = Ду • Дг = 46м 2, Ду = Az = 6,78 м.

Для расчета по схеме пространственной задачи строится профиль прямоугольного сечения, перпендикулярный направлению течения на рассматриваемом участке водоема. Этот профиль делим на расчетные клетки размером До> . По вертикали таких клеток поместится три (по­ скольку Н/Ду » 3) , а по горизонтали по обе стороны от выпуска —по шесть клеток (всего 12 клеток в каждом слое).

Расстояние между расчетными сечениями равно

Дх = 0,25vcpAy2/D = 0,25 • 0,02 • 46 : 0,0014 = 164 м-

Выпуск сточных вод расположен у дна водоема, поэтому четыре рас­ четные клетки с концентрацией 6,0 г/м3 расположим в два слоя у дна. Рассчитываем диффузию по формуле (4.6) при соответствующем учете граничных условий. Результаты расчета приведены в таблЛП.1. На рас­

стоянии х » 700 м максимальная концентрация sw„„„ **2,4 г/м3. По

* М а К > ,

ширине загрязняющее вещества распространилось на 68 м (т. е. на 10 расчетных клеток).

П р и м е р 2. Расчет установившегося разбавления при устойчивом те­

чении без учета! начального разбавления.

Таблица П1.1

Az = 6,78 м; Д х =1 64 м

х ==33 м 6,0 6,0 6,0 6,0 X = 197 м 1,50 1,50

1,50 3,00 3,00

1,50 4,50 4,50

254

Продолжение табл.Ш.1

D = 0,0099 м2/с.

Выпуск осуществляется в придонном слое.

Требуется: шита максимальную концентрацию sMftKC в 30 м ниже выпуска.

Решение:

Начальное сечение струи загрязнения

Принимаем число клеток, занятых загрязнением, п = 4. Тогда пло­ щадь одной клетки Дсо f 5/п = 1 0 : 4 =2,5 м2, размер сторон расчетной клетки Ду = Az = 1,58 м. Расстояние между расчетными сечениями по формуле .(4.7)

щества в озере (по уравнению диффузии в цилиндрических координа­ тах) .

Исходные данные:

В качестве начального условия принимается отсутствие загрязнения

255

Таблица III .2

Дг = 1,58 м; Дх - 6,3 М

x = 00

256

в пределах всей расчетной области. Выпуск сточных вод производится равномерно с постоянным расходом воды QCT = 0,5 м3/с у прямолиней­ ного берега, поэтому тг = 3,14. Концентрация лимитирующего консерва­ тивного загрязняющего вещества в сточных водах неизменна и равна

s c t = ^ г^м3'^ля этого вещества ПДК равно 2 г/м3.

Требуется: определить радиус г3 формирующейся в течение трех су­ ток зоны загрязнения (по условию превышения над ПДК), а также по­ лучить распределение концентрации загрязняющего вещества вдоль радиуса и определить радиус го6щ всей области, в которую проникло загрязняющее вещество.

Решение:

Водоем на участке сброса характеризуется следующими средними величинами: Н = 30 м, D = 0,0059 м2/с. Центр координат помещается в точку сброса сточных вод. Вычисления ведутся последовательно по ин­ тервалам времени At с использованием основных формул (5.5) и (5.10).

Всю область водоема, куда могут попасть в результате переноса сточ­ ные воды, делим на расчетные полукольца (отсеки) толщиной Дг каж­ дый. Нумерация отсеков ведется от центра. Номер отсека обозначается через п. Принимаем Дг = 50 м. Назначаем расчетный интервал времени At = 43200 с, что отвечает условию (5.16).

Концентрация в первом расчетном отсеке s1 для каждого расчетного момента времени, включая и начальный, вычисляется по уравнению (5.10). Содержащиеся в этом уравнении коэффициенты вычисляются по формулам (5.11)-(5.13). В результате имеем а = 0,1834,b “ 0,7044, d = 0,1122. Делаем проверку: а + b + d = 1,000. Единица в итоге пока­ зывает, что вычисление сделано правильно.

Для остальных отсеков применяем формулу (5.5). Коэффициенты Мц Д л я ряда значений п вычисляем по формулам (5,6) —(5.8).

Расчеты этих величин и результаты вычислений записаны в таблЛН.З.

25?

Проверка значений коэффициентов выполняется их суммированием пс строчкам. В результате для каждого п сумма коэффициентов полу* чается равной единице.

Используя расчетные коэффициенты, выполняем расчет диффузии для t = 0,5 сут, затем для t = 1 сут, 1,5 сут и так далее, пользуясь фор­ мулами (5.10) для первого отсека (n = 1) и (5.5) для всех остальных отсеков. Значения коэффициентов т? , ^ р п берутся из табл.Ш.З. Ре­ зультаты расчетов представлены в табл. Ш.4.

Расчет дает -значения концентрации в серединах расчетных отсеков Дг в конце шести интервалов времени At. По этим данным может быть определен размер зоны загрязнения по условию s = ПДК =2 г/м , сфор­ мировавшейся к концу третьих сутокПолучаем гзаг = 125 м, в то же

время гобш = 275 м.

Таблица Щ.4 Расчет турбулентной диффузии за 3 сут

258

Продолжение табл. III.4

Вычисления для

Вычислениящи 2-6-го отсеков

259

Приложение IV

Примеры расчета интегральных показателей для оценки загрязненности рек и водоемов

П р и м е р 1. Определить т t гч, а заг, а ц для реки В в многоводный

год по данным гидрохимических и гидрологических наблюдений в двух створах, расположенных выше (фоновый) и ниже места сброса сточных вод.у населенного пункта С. В качестве гидрохимического показателя принимается перманганатная окисляемость O j^ nQ -

1. По данным гидрологических наблюдений у пункта С на реке В выбирается многоводный год.

2. Строится гидрограф стока выбранного многоводного года

(рис. IV.1).

Рис. IV.1. Гидрограф реки В и графикиперманганатной окисляемости.

1 - расход воды (Q), 2 и 3 - графикиперманганатной окисляемости в створах соответственно выше иниже источника загрязнения, 4 - период загрязненного стокав верхнем створе, 5 - период загрязненно­ го стока в нижнем створе, 6 - период чистого стока.

260