Калинин В.М. Экологическая гидрология

Подождите немного. Документ загружается.

aCv

aС







































, (3.5)

где

- несмещенная оценка коэффициент вариации; Cv –

оценка, полученная по формуле (3.2).

Коэффициент ассиметрии рассчитывается по формуле (3.3). Для

уменьшения смещения надо вводить поправку, и формула

приобретает вид:

    

















 21/1

nnCvknС

(3.6)

Но это не устраняет смещения, если Cv>0,6; Cs>2Cv. Тогда

используют формулу:

bС







































(3.7)

Коэффициенты а

….а

;

….b

зависят от соотношения Cs/Cv и

коэффициента автокорреляции; значения их приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Значения коэффициентов a и b

Значение C

r(1)

Коэффициенты

0,19

0,99

-0,88

0,01

1,54

0,3

0,22

0,99

-0,41

0,01

1,51

0,5

0,18

0,98

0,41

0,02

1,47

0,69

0,98

-4,34

0,01

6,78

0,3

1,15

1,02

-7,53

-0,04

12,38

0,5

1,75

1,0

-11,79

-0,05

21,13

1,36

1,02

-9,68

-0,05

15,55

0,3

-0,02

2,61

1,13

-19,85

-0,22

34,15

0,5

-0,02

3,47

1,18

-29,71

-0,41

58,08

r(1)

0,03

2,00

0,92

-5,09

0,03

8,10

0,3

0,03

1,77

0,93

-3,45

0,03

8,03

0,5

0,03

1,63

0,92

-0,97

0,03

7,94

Коэффициенты автокорреляции между смежными членами ряда

r(1) определяются по формуле:

  

 

 

















QQQQ

)1(

, (3.8)

где



















В качестве экспресс-метода, обладающего достаточной

точностью, в учебных целях можно использовать графоаналитический

метод. Метод основан на том, что теоретическая кривая

распределения должна, по крайней мере, в 3-х точках совпадать с

полученной эмпирической кривой. За такие точки приняты ординаты

кривой обеспеченности (иначе называемые квантелями) 50%, 5% и

95% обеспеченности.

Порядок определения параметров кривой обеспеченности

- ранжируют ряд, определяют эмпирическую обеспеченности по

формуле

%100







;

- на клетчатке вероятностей наносятся точки Х= f(p%) и по

полученным точкам проводится плавная крива я;

- с кривой снимаются значения Хр=50%, 5% и 95%

обеспеченности;

- вычисляется коэффициент скошенности

S=(X

95%

+2X

50%

)/(X

-X

95%

) (3.9)

При таблице «Нормированного отклонения от среднего значения

ординат биноминальной кривой» (таблица Форстера – Рыбкина)

определяют по коэффициенту скошенности значение Cs и величины

-Ф

95%

, Ф

50%

Рассчитывают:



























%95%5

ФФХХ



(3.10)

%50%50

ФХХ





(3.11)





(3.12)

Кр% = ФСv + 1 (3.13)

При построении эмпирических кривых обеспеченности может

встретиться ситуация, когда сток равен нулю. При этом, если нуль

стока наступает ранее p=95 %, за опорные квантили необходимо

принять расходы при р=10, 50 и 90 % вместо 5, 50 и 95 %.

3.3 Расчеты минимального стока при недостаточности

или отсутствии данных наблюдений.

Установив, что имеющийся ряд не является репрезентативным,

его необходимо или восстановить, или привести к многолетнему

периоду (т.е. удлинить). С этой целью, как правило, привлекают реки -

аналоги с периодом наблюдений не менее 50 лет.

При подборе рек-аналогов необходимо учитывать следующее:

- расчетный створ и бассейн аналога должны находиться в

максимальной географической близости;

- климатические условия обеих рек должны быть практически

одинаковыми;

- колебания стока в многолетнем разрезе должны быть

синхронными;

- рельеф бассейна, почво – грунты и гидрогеологические условия

не должны существенно отличаться;

- озерность, заболоченность и залесенность бассейнов должны

быть примерно одинаковы;

- площади водосборов не должны различаться более чем в 10

раз;

- отсутствуют естественные и искусственные факторы,

существенно искажающие сток;

- продолжительность совместных наблюдений не должна быть

менее 10 лет.

Подобрав аналог, строят зависимость данных минимального стока

расчетного створа и аналога. При коэффициенте корреляции связи r ≥

0,7 по уравнению регрессии восстанавливают ряд расчетного створа.

Затем производят его обработку методами, рассмотренными в

предыдущем разделе.

Метод определения минимального 30-суточного расхода воды при

отсутствии данных зависит от категории реки: малая, средняя или

большая. К малым относят реки, у которых модуль минимального

стока изменяется с возрастанием площади водосбора (Вода Росси.

Малые реки…, 2001)

Рис. 3.2 Изменение модуля минимального стока с возрастанием

площади водосбора: а) уменьшение; б) увеличение

В зависимости от района к малым относят реки с верхним

пределом площади водосбора от 1000 до 5000 км . Наименьшие

значения отмечены в зонах избыточного и достаточного увлажнения,

наибольшие - в районах с наличием пересыхающих или

перемерзающих рек. К средним относят реки с площадью водосбора

от вышеуказанных до 50000-75000 км . Реки с площадью водосбора

более 50-75 тыс км

считают большими.

Минимальные расходы воды на больших и средних реках

определяют по интерполяции между пунктами наблюдений с учетом

боковой приточности и данных полевых гидрометеорологических

изысканий в расчетном створе.

Минимальный сток малых рек , м /с, рассчитывают по

зависимости минимальных 30-суточных расходов воды 80%-ной

обеспеченности от площади водосбора для районов, однородных по

условиям формирования минимального стока. В общем виде эта

зависимость выражается формулой:

 

%211% p

AAbQ





, (3.14)

где - площадь водосбора, км ; - дополнительная площадь

водосбора: при положительном значении отражает дополнительное

питание рек в период минимального стока за счет озерного

регулирования при относительной озерности водосбора до 5% , в

случае отрицательного значения показывает площади водосбора с

ежегодным отсутствием стока в течение 30 сут; - коэффициент,

учитывающий увеличение минимальных расходов воды на озерных

реках; - коэффициент, учитывающий увеличение минимальных

расходов воды заболоченных водосборов; - переходный

коэффициент от минимального 30-суточного расхода воды 80%-ной

обеспеченности к расходу воды расчетной обеспеченности.

Значение определяют по формуле

, (3.15)

где - коэффициент, определяемый в зависимости от среднего

многолетнего или 80%-ной обеспеченности слоя минимального стока;

- относительная озерность водосбора.

При относительной озерности меньше 2% и отсутствии

ежегодного пересыхания или перемерзания формула (3.14) принимает

вид:

, (3.16)

где , - районные параметры, определяемые по рекам -

аналогам или как средние районные значения с использованием

минимальных расходов воды опорной обеспеченности, обычно 80%.

Коэффициент определяют по формуле

, (3.17)

где - эмпирический коэффициент, определяемый в

зависимости от типа болот; - относительная площадь болот на

водосборе.

При заболоченности водосбора менее 5% коэффициент

принимают равным единице.

ГЛАВА 4

НОРМАТИВНЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ

КАЧЕСТВОМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

4.1 Понятие о качестве воды.

Под качеством воды понимают такое состояние физических

свойств воды, химического и биологического состава присутствующих

в ней веществ, которые определяют еѐ пригодность для конкретных

видов водопользования.

Например, хозяйственно – питьевая вода должна быть

безвредной для здоровья человека, иметь хорошие

органолептические свойства и быть пригодной для использ ования в

быту.

Вода, поставляемая для промышленных нужд, в зависимости от

использования должна отвечать самым разнообразным требованиям.

Качество охлаждающей воды нормируется условиями применения,

главным из которых является предохранение от солей, которые

отлагаются в трубах и аппаратах, что снижает эффект охлаждения.

Поэтому в используемой для этой цели воде не должно содержаться

крупных минеральных взвесей, большого количества железа, солей

кальция. Кроме того, вода, подаваемая для паровых котлов, не

должна содержать большого количества солей, растворимость

которых уменьшается с повышением температуры (карбонат кальция,

силикаты магния и кальция), в результате чего образуется твердая

накипь. Наличие в воде фосфатов, щелочей, нефти и СПАВ, приводит

к загрязнению пара.

В технологических процессах: целлюлозно – бумажная

промышленность очень чувствительна к мутности воды, сахарная – к

минерализации, в текстильной – неприменима жесткая вода, в

пивоваренной – в воде не должно быть гипса. Для всех типов

производств составлены ведомственные нормативы по качеству вод.

Пригодность воды для той или иной цели можно оценить по

содержанию вредных веществ. С этой целью вводиться понятие

предельно-допустимой концентрации (ПДК).

Понятие о ПДК базируется на идее порогового действия вредных

веществ на человека в районе водопользования или на рыбу в месте

еѐ обитания. Иными словами, это такая концентрация, которая при

более или менее длительном воздействии на организм человека или

рыбы не приводит к патологическим изменениям и не вызывает

болезней. В отношении рыбохозяйственных водных объектов данное

толкование может быть расширено. За ПДК принимается такая

концентрация, которая не нарушает какого-либо звена трофической

цепи водоема (фитопланктон, макрофиты, зоопланктон, рыба).

4.2 Виды загрязнений. Загрязняющее вещества и пути

поступления их в водные объекты

Все загрязняющие вещества, поступающие в водные объекты,

делятся на три большие группы (Беличенко, Швецов…,1986).

Минеральные загрязнения - это песок, глина, золы и шлаки,

растворы и эмульсии солей, кислот, щелочей и минеральных масел,

другие неорганические соединения. Они ухудшают физико-химические

и органолептические свойства воды, вызывают отравление фауны

водоемов. Менее опасны минеральные загрязнения без

специфического токсического действия - взвешенные частицы песка,

глины, других пород, но и они ухудшают свойства воды и

способствуют заилению водоемов.

Органические загрязнения включают разнообразные вещества

растительного и животного происхождения (остатки растен ий, овощей,

плодов, живых тканей, клеевых веществ и т. д.). К этой группе

относятся смолы, фенолы, красители, спирты, альдегиды, нафтеновые

кислоты, серо- и хлорсодержащие органические соединения,

различные пестициды, смываемые в водоемы с сельскохозяйстве нных

угодий, синтетические поверхностно -активные вещества и многое

другое.

Биологические загрязнения (болезнетворные бактерии и вирусы,

возбудители инфекций) попадают в водоемы с бытовыми сточными

водами, а также стоками некоторых производств, в том числе и с

животноводческих ферм и комплексов. Использование такой воды для

питья, бытовых нужд приводит к заболеванию холерой, инфекционным

гепатитом, дизентерией, брюшным тифом, различными видами

гельминтов и т. д.

Соотношение между отдельными видами загрязняющ их примесей

в различных водоемах бывает разным и зависит от объемов и

специфики поступающих в него стоков, характера и степени

загрязненности атмосферы и проводимых воздухо- и водоохранных

мероприятий.

Главным источником поступления в природные воды токсич еских

веществ являются сточные воды промышленных предприятий.

Несмотря на то, что, на строительство очистных сооружений

расходуются огромные средства, сточные воды ряда предприятий еще

содержат некоторое количество тяжелых металлов, нефтепродуктов и

других ингредиентов. Эти вещества отсутствуют в незагрязненных

природных водах или содержатся в них в гораздо меньших

концентрациях. Наибольшее количество загрязняющих воду

компонентов поступает вместе со сточными водами предприятий

нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной,

металлургической, текстильной и некоторых других отраслей

промышленности. Объем и состав промышленных стоков зависят от

мощности каждого предприятия, технологии производства и степени

очистки сточных вод.

Большой вред водоемам и рекам приносят сточные воды с

сельскохозяйственных территорий, особенно коллекторные и

дренажные воды орошаемых площадей. Сток с сельскохозяйственных

территорий может быть поверхностным и почвенным. Стоки с этих

земель нередко загрязняют также грунтовые во ды.

Состав минеральных солей, вымываемых из почв, зависит от

степени и характера засоленности почв, условий полива, состояния

коллекторно-дренажной сети и других условий. Наибольшее

количество солей поступает в водные объекты с орошаемых массивов

засушливых зон. В связи с широким использованием удобрений

значительная доля из общего состава минеральных компонентов,

выносимых с сельскохозяйственным стоком, приходится на азот и

фосфор.

Условия выноса пестицидов определяются устойчивостью

препаратов в природной среде и факторов, указанных выше.

Наиболее устойчивыми являются хлорорганические пестициды (ДДТ,

хлордан, гексахлорциклогексан и др.), которые могут сохраняться в

почве до 15 лет. По степени персистентности они относятся к очень

стойким. Значительно менее устойчивыми являются

фосфорорганические соединения (хлорофос, карбофос и др.), которые

полностью исчезают из почвы в течение 45-60 сут.

С коллекторными и дренажными водами в водные объекты

поступают минеральные и органические вещества, а также пестицид ы.

Под влиянием сброса органических веществ в водах рек и других

водных объектов могут происходить значительные изменения в

концентрации отдельных компонентов, а также в содержании флоры и

фауны. Увеличение эрозии почв при распашке сельскохозяйственных

угодий и особенно при поливе способствует выносу значительного

количества минеральных и взвешенных веществ, что приводит не

только к загрязнению водных объектов, но и к усилению темпов их

евтрофирования, нарушению условий питания водоемов и водотоков.

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства

и сооружением в нашей стране крупных животноводческих комплексов

немаловажное значение приобретает загрязнение водных ресурсов

стоками этих комплексов.

Не менее существенным источником загрязнения водоемов и

водотоков являются бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные

воды. Они образуются в результате использования населением

водопроводной воды для бытовых и хозяйственных целей с

последующим спуском использованной воды в канализационную сеть.

Бытовые сточные воды содержат физиологические выделения людей,

отходы от мытья посуды, стирки белья, а также плотные отбросы

(тряпье, бумагу, вату и пр.). По внешнему виду сточная вода является

жидкостью с низкой прозрачностью, серого цвета с неприятным

запахом. Для этих вод характерна насыщенность их яйцами

гельминтов и бактериальной флорой, значительную долю которой

составляют болезнетворные микроорганизмы.

Возрастающее загрязнение воздушного бассейна также вызывает

ухудшение качества поверхностных вод. В атмосферных выпадениях

содержатся минеральные, органические взвешенные вещества,

прежде всего, соединения серы, углерода, некоторые тяжелые

металлы и другие. Особенно сильно загрязнен воздух в крупных

городах, где основным загрязнителем является автомобильный

транспорт. Один легковой автомобиль в течение суток может

выбрасывать до 1 кг выхлопных газов, в составе которых содержится

около 3 % угарного газа, 0,6 % оксида азота, 0,5% углеводородов,

0,006 % оксида серы, 0,004 % альдегидов. В автомобильном топливе

содержатся соединения свинца (тетраэтилсвинец), железо, мышьяк,

никель и другие тяжелые металлы, которые попадают в воздух, а

затем и в водные объекты.

Значительное загрязнение водоемов вызывают «кислотные»

дожди, образующиеся в результате соединения в атмосфере диоксида

серы с парами воды. Ущерб от закисления почв в северо-западной

части европейской России (за счет трансграничного переноса)

достигает значительных размеров. Для раскисления почв здесь

необходимо вносить до 1,5 млн. т извести. Предприятия Западной

Европы ежегодно выбрасывают в атмосферу более 4,5 млн. т

диоксида серы, который переносится ветрами в район Скандинавского

полуострова и выпадает на территории Норвегии, Швеции, Дании и

других стран в виде серной кислоты в количестве до 0,8 - 1,2 г на

каждый метр площади. В канадской провинции Онтарио за счет

«кислотных» дождей, приносимых с территории США, стали

безжизненными много озер, еще ряд тысячи озер Канады ожидает

подобная участь.