Калинин В.М. Экологическая гидрология
Подождите немного. Документ загружается.
70
где n
н
- кратность начального разбавления; n
0
- кратность
основного разбавления.
Кратность начального разбавления (n
н
) учитывается для
напорных водовыпусков при V
ст
V
р
, (V
ст
скорость истечения
сточных вод; V
p
скорость течения реки), при абсолютных скоростях
истечения струи больше 2-х м/с
Если эти условия не соблюдаются, то n=1, а если соблюдаются,
то рассчитывают две величины.
1
15,0
1
р
р
P
c
V
V
V
V
и
ст
р
V
V
m
(4.5)
Рассчитав эти данные, по номограмме 1 определяют величину
d/d
0.
Зная эту величину и значение m, по номограмме 2 определяют n
н
.
Кратность основного разбавления рассчитывается достаточно
сложно
q
Qq
n
o
(4.6)
где q - расход сточных вод, м
3
/с; Q - расчетный расход потока,
обычно средний минимальный 30-ти суточный расход 95 %
обеспеченности;
- коэффициент смешения, показывающий, какая
часть речной воды смешивается со сточными водами
Коэффициент смешения определяется по формуле
3
3
exp1
exp1
l
q
Q
l
(4.7)
где
l
- расстояние от выпуска до расчетного створа по фарватеру,
м; α – коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке
3
4
D
f
, (4.8)
где φ - коэффициент извилистости (отношение расстояния от
контрольного створа по фарватеру к расстоянию по прямой);
f
-
коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске
у берега f=1; при выпуске на средине потока f=1,5); D-коэффициент
турбулентной диффузии, м
3
/с
71
Рис 4.1 Номограммы для определения
начального разбавления в потоке
72
Коэффициент турбулентной диффузии определяется отдельно
для летнего времени (свободное русло) и зимнего времени
(ледостав).
Для свободного русла:
2
37 Сn
HgV
D
ш
, (4.9)
Для ледостава:
пр
пр
пр
Сn
gVR
D
2
37
(4.10)
где g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с
2
; V средняя
скорость течения потока; Н – средняя глубина реки, м; n –
коэффициент шероховатости русла реки; n
пр
- то же, только
приведѐнный; С – коэффициент Шези, определяется по форме Н.Н.
Павловского, при H
5 м.
ш
y
n
R
C
,
1,075,013,05,2
ш
ш
nRny
, (4.11)
С
пр
, n
пр
– приведенные значения гидравлического радиуса и
коэффициента шероховатости.
R
пр
=0,5Н, (4.12)
67,0
5,1
1
ш
л
шпр
n
n
nn
(4.13)
N
л
– коэффициент шероховатости нижней поверхности льда.
73
пр
пр
y
пр
пр
n
R
С
, (4.14)
где
1,075,013,05,2
пр
пр
пр
пр
nRny
(4.15)
Для повышения точности расчетов вместо средних значений V, H,
C n
ш ,
рекомендуется брать их значение в зоне непосредственного
смешения сточной жидкости с водой.
Метод применяется при соблюдении неравенства:
1,00025,0 Qq
4.6 Расчет НДС отдельных водовыпусков
для водохранилищ и озер
Для расчета НДС для водохранилищ и озер применяются те же
самые формулы:
НДС =
Cq
НД С
С
НДС
=
ф
ф
ПДК
СC
kt
eCn
Здесь обозначения те же, за исключением величины t – время
перемещения сточных вод под влиянием течения от места их выпуска
до расчетного створа, сут; k – коэффициент неконсервативности,
принимается по данным натурных наблюдений или по справочным
данным и пересчитывается в зависимости от температуры воды и
скорости течения в водоеме.
Кратность общего разбавления n можно рассчитать по методу
М.А. Руфеля. При этом метод имеет ограничения: глубина зоны
смешения не должна превышать 10 м, расстояние от выпуска до
74
контрольного створа вдоль берега не должна превы шать 20 км (1-й
случай) и 0,5 км (2-й случай).
1-й случай – выпуск производится в маловодную часть или в
верхнюю треть глубины водоема, загрязненная струя
распространяется вдоль берега под воздействием прямого
поверхностного течения, имеющего одинаковое с ветром
направление.
2-й случай – выпуск в нижнюю треть глубины водоема,
загрязненная струя распространяется вдоль береговой полосы против
выпуска под воздействием донного компенсационного течения,
имеющего направление, обратное направлению ветра.
Кратность общего разбавления, так же как и для водотоков,
рассчитывается по формуле:
n=n
н
n
0
Величина начального разбавления n
н
определяется по формуле
(выпуск на мелководье или верхняя треть глубины):
2
2
000215,0
00215,0
ср
ср
н
VHq
VHq
n
, (4.16)
где q– расход сточных вод, м
3
/с; V – скорость ветра над водой,
м/с; Н
ср
– средняя глубина водоема вблизи выпуска, м.
При выпуске в нижнюю треть глубины:
2
2
000079,0
00158,0
ср
ср
н
VHq
VHq
n
(4.17)
Кратность основного разбавления вычисляют по формуле:
при выпуске на мелководье или в верхнею треть глубины
75
n
0 мел к.
=1+0,412
l
l
0002,0627,0
, (4.18)
где
l
- расстояние от места выпуска до контрольного створа, м;
5,1
53,6
.
ср
мелк
H
(4.19)
n
0 глу б.
=1,85+2,32
l
l
0064,041,0
, (4.20)
17,1
41,4
ср
глуб
H
(4.21)
4.7 Оценка расстояния до створа практически
полного смешивания.
При сбросе сточных вод и расчета НДС предполагается
установление расстояния до контрольного створа. При этом оно не
должно быть менее 500 м. Однако может оказаться так, что сточные
воды в потоке не будут перемешиваться с водами реки и будут идти
отдельной струей с высокой концентрацией загрязняющего вещества.
Рис 4.2 Зависимость расстояния (L, км) от места выпуска
сточных вод до створа практически полного перемешивания
их с речными водами от расходов воды в реке (Q м
3
/с) и
сточных вод (q м
3
/с) (И.С. Шахов, 2000)
76
Возникает необходимость определения расстояния, на котором
достигается практически полное перемешивание, реально на 80 -90 %
сточных вод с водами водоприемника.
Здесь можно использовать методику УралНИИВха. При выпуске в
центре потока применяется формула:
2
22
3
4,0
Р
ВН
l
цент
(4.22)
При береговом выпуске:
2
22
3
1,0
Р
ВН
l
берег
, (4.23)
где
l
– расстояние полного перемешивания, м; Н, В – средняя
глубина и ширина потока в контрольном створе, м;
Величина P определяется по формуле:
43
1
1
055,0
НС
В
Р
(4.24)
где В
1
, Н
1
- средние ширина и глубина на участке смешения; С –
коэффициент Шези, определяемый по формулам (4.11) и (4.14) для
периода открытого и закрытого русла.
Можно использовать формулу ВНИИВОДГЕО без учета места
водовыпуска:
77
3
)1(
lg
3.2
q
Qq
l
, (4.25)
где α – коэффициент, учитывающий гидравлические условия в
реке. Определяется по формуле (4.7);
– коэффициент смешивания,
принимается равным
=0,8.
78
ГЛАВА 5
ДИФФУЗНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ.
5.1 Роль неточечных источников в загрязнении водных
объектов.
Хозяйственная деятельность, которая ведется на территории,
непосредственно прилегающей к рекам и водоемам, часто оказывает
негативное влияние на состояние водных экосистем. Загрязняющие
вещества в этом случае могут попадать в водные объекты со
сточными водами промышленных предприятий. Нагрузка от
источников такого типа в безаварийных условиях работы
сравнительно постоянна как по объему сбросов, так и концентрации
загрязняющих веществ. Такие источники называются организованными
или точечными. В принципиальном плане такие источники легко
поддаются контролю.
Совершенствование технологий производства и ужесточения
природоохранного законодательства способствуют тому, что вклад
организованных источников в загрязнении рек и водоемов снижается.
На первый план выдвигаются источники, рассредоточенные по
водосбору, которые называются неточечными или
рассредоточенными, а загрязнение носит название диффузного
загрязнения. Нередко оказывается, что основное загрязнение рек и
озер обусловлено рассредоточенными источниками. Т ак, специальные
исследования, проведенные по Дунаю, показали, что загрязнение этой
главной артерии Центральной Европы связано с рассредоточенными
источниками на 60% по азоту и 44% по фосфору.
Широкомасштабное изучение на государственном уровне
проблемы диффузного загрязнения водных объектов в США было
инициировано принятием Конгрессом в 1987 г. новой редакции
федерального «Закона о чистой воде», в котором сбору информации
по неточечным источникам отводилось особое место. Исследования
показали, что в тех озерах и водохранилищах, качество воды которых
не удовлетворяет принятым национальным стандартам, в 765 случаев
определяющим фактором загрязнения выступали неточечные
источники (Михайлов, 2000).
Ограничение вредных выбросов предприятий и все более
глубокая очистка сточных вод было главным направлением
водоохраной политики СССР в 1970 –80 годы. Однако эта политика не
привела к существенному улучшению качества воды. Это
79
объясняется, кроме всего прочего и значительным вкладом
неточечных источников. Экологический мониторинг на территории
России находится на более низком уровне, чем в США или Европе, но
даже в этих странах с очень эффективными природоохранными
органами диффузное загрязнение водных объектов выступает
опасным экологическим фактором. Составить представ ление о роли
неточечных источников загрязнения водных объектов России в
настоящее время невозможно. Это связано с тем, что имеющееся на
данный момент статистическая отчетность не учитывает поступление
загрязнения от рассредоточенных источников (сток с горо дских,
производственных и животноводческих территорий,
сельскохозяйственных полей, выпадений из атмосферы, загрязнения
от водного транспорта и рекреаций). В этих условиях водоохранные
мероприятия, ориентированные главным образом на очистку
коммунальных и промышленных стоков, даже при огромных затратах
не могут обеспечить заметно улучшения качества воды.
5.2 Типы неточечных источников.
Сначала необходимо дать определение точечных и неточечных
источников.
Точечные источники относительно стабильны по расходу и
концентрации сбрасываемых в окружающую среду загрязняющих
веществ. Количество сбрасываемых загрязнений практически не
связано с изменением метеорологических параметров.
Неточечные источники динамичны, изменение их характеристик
происходит через произвольные интервалы времени. Поступление
поллютантов от источников тесно связано с метеорологическими
условиями, особенно осадками. Часто источники не могут быть
идентифицированы.
Отнесение источника к точечному или неточечному типу не всегда
зависит от способа, которым загрязнение попадает в реку. Например,
смытая дорожная пыль в городе в результате ливня сначала попадает
в ливневую канализации, а затем в виде сосредоточенного выхода
поступает в реку. Создается впечатление организационного сброса.
Но фактически это диффузное загрязнение. Поэтому, когда говорят о
неточечных источниках, то подразумевают территорию водосбора.
Неточечные источники могут быть разделены на несколько типов
(таблица 5.1).
Однако чаще всего все многообразие неточечных источников
делят на два вида. Первый – урбанизированные территории, где