16.6. Оценка пространственного масштаба загрязнения водотоков.
Расчеты показателя загрязнения Sрп и других характеристик принимали во внимание полное перемешивание стоков и речных вод. На практике также важно оценить на какое расстояние L распространяются участки повышенного загрязнения Sмах, т.е. как быстро стоки перемешиваются с водой реки.
Методы оценок пространственного масштаба загрязнения различаются разной степени деталировки, наиболее перспективны численные методы расчета гидродинамических уравнений. Например, распространение примеси в озерах и водохранилищах, определяется ветровыми течениями и волнением, т.е. учета повторяемости скорости ветра, фазовой скорости волн и др. параметров, поэтому аналитические расчёты обычно сложнее, чем для рек. Наиболее приемлемы для оценок численные решения уравнения распространения примеси в турбулентном потоке, аналогичные уравнению атмосферной диффузии.
Чтобы понять, от каких параметров зависит перемешивание в реке, в данной лекции рассмотрим один из многих упрощенных методов расчета масштабов загрязнения (см. Бесценная и Орлов, 1983),.
Согласно экспресс-методу Государственного Гидрологического Института максимальную концентрацию загрязнителя S max на расстоянии L выпуска можно оценить по формуле (9) как
(9)
В
первую очередь в (9) входят морфометрические
характеристики реки, такие как В
-ширина реки на данном участке, форма
русла как отношение средней глубины
русла к его ширине
и коэффициент извилистости участка
реки . Условия
перемешивания воды, связанные степенью
турбулентностью потока, параметрами
заключены в безразмерном параметре
N, называемым турбулентном
число потока. В полуэмпирической
формуле (9) N однозначно
связано с коэффициентом Шези С (10).
(10)
Напомним, что коэффициент Шези характеризует условия шероховатости дна и С известном уклоне реки I, средней глубине потока Hср (м) и средней скорости течения Vср (м/с), вычисляется по формуле 11:
.
(11)
Заметим, что все морфометрические и турбулентные характеристики потока в формуле 9 рассчитываются для определенного расхода Qр0, чаще всего принимается, что он равен Q95%.
Задачи и вопросы.
1) Подумайте, какое влияние оказывает температура сбросов на дальнейшее распространение примеси в воде?
2) Анализ, каких показателей качества воды необходимо производить в день взятия проб? Почему?
2) Задача 1. В таблице 1 даны месячные расходы воды в реке Урал, створ Верхнеуральск (среднее за год 7,95 м3/с ).
а) Оценить величину расхода 95% обеспеченности. б) Рассчитать допустимый при данном расходе сброс сточных вод в этом створе. Считайте, что концентрация загрязнителя в воде до створа очень мала, а в сточных водах превышает 10 ПДК.
Таблица 1 Среднемноголетние расходы р. Урал в створе г. Верхнеуральск по месяцам.
месяцы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
расход (м3/с) |
1,08 |
0,93 |
1,12 |
27,3 |
26,9 |
10,4 |
8,38 |
6,30 |
3,67 |
4,60 |
3,09 |
1,59 |
3) Задача 2. В «чистую» реку с расходом воды Q=25 м3/с сбрасываются воды с Qст=0,25 м3/с при 20 кратном превышении ПДК загрязнителем. Река на данном участке прямая, и имеет уклоном 0,001, при ширине 50 м и средней глубина 1 м. Найти абсолютную нагрузку потока загрязнителем и оценить расстояние от точки сброса до створа достаточного перемешивания.
2004, Абдуллаев, С.М.