Расчет прогноза уровня загрязнения водного объекта фенолы (стр. 2 из 4)
4.1 Расчет детальным методом по схеме плоской задачи в координатах (х,z)
1. На плане реки или водоема обозначается место поступления сточных вод, и через него проводят поперечник. Ниже - речной поток схематизируют и делят на расчетные клетки. Скорость сточных вод, сбрасываемых в водный поток в месте поступления, принимается равный скорости течения реки. Вычисляется условная площадь поперечного сечения потока, в месте его впадения притока по следующей формуле:
2. При решении плоской задачи для расчета распределения концентраций Сст. В координатах – x,z необходимо определить ширину загрязненной струи потока в начальном створе.
B
3. Величина b необходимая для назначения ширины расчетной клетки ∆z. Наибольшая допустимая величина ∆z при впадении сточных вод у берега принимается равной:
b 
При выпуске сточных вод на некотором расстоянии от берега или на середину потока, тогда ∆z может быть равна половине ширины загрязненной струи.
4. При расчете турбулентной диффузии рассматриваемую часть потока делят на клетки, соответствующие ∆x и ∆z, получая при этом расчетную сетку. Клетки, попадающие в струю притока сточных вод в начальном поперечнике заполняются числами, выражающие начальную концентрацию вещества, т.е. концентрацию вещества в сточных водах, остальные клетки заполняются числами, выражающими естественную концентрацию загрязняющего вещества в реке - это могут быть и нулевые концентрации.
Если размеры клеток получаются очень малыми, то расчет с принятым делением ведется до определенного створа, в котором загрязняющее вещество окажется распределенным в 20-50 клетках. После этого клетки объединяют по 2-4 - для плоской задачи и по 4-9-для пространственной. Получая новые средние значения концентрации в клетках и новые линейные размеры клеток. Новые концентрации получаются как средние арифметические из объединенных клеток. Линейные размеры получают соответствующем умножением имеющихся размеров ∆z и ∆y.
∆X укрупненной клетки определяется так:
∆Xукр=∆Xпред•m2
5. Для нахождения промежутка, через который нужно устанавливать следующий створ рассчитаем величину m является функцией коэффициента Шези С и для пределов 10 £ С ³ 60 связана с С следующей зависимостью:
m = 0,7 С + 6
при С ³ 60 m = const = 48.
6. Коэффициент турбулентной диффузии, являющийся основным параметром при расчете перемещения в потоке, вычисляется по формуле
где v ср - среднее значение скорости на участке распространения загрязняющих веществ, м. c; Нср - средняя глубина на расчетном участке, м; g - ускорение свободного падения = 9, 81 м / с.
7. Теперь, зная расстояние между створами, строим поле концентрации загрязняющего вещества. Расчетные уравнения при решении плоской задачи –имеет следующий вид:
4.2 Экспресс-метод ГГИ
Метод разработан М.А. Бесценной. В качестве характеристики загрязняющего вещества в любом заданном створе/сечении принята величина χ.
Показатель χ может быть использован как при неизменности расходов воды, так и в тех случаях, когда на рассматриваемом участке происходит изменение расхода потока.
На основании графических построений выполнен анализ связи между интенсивностью снижения показателя разбавления χ вдоль потока и гидравлической характеристики потока получена зависимость:
где х – расстояние, отсчитываемое вдоль потока от источника загрязнения до створа, на котором показатели разбавления принимают конкретное значение χ
φ – параметр извилистости реки
Lфар – длина фарватера реки
Lпр – длина реки по прямой
- безразмерная величина, определяемая из соотношения ширины и длины реки. 5. Расчет прогноза уровня загрязнения
Метод 1.
Расчет детальным методом по схеме плоской задачи в координатах (x; z).
В реку Бирюса сбрасываются сточные воды Бирюсинского гидролизного завода. В створе, расположенном в 4,5 км ниже сброса сточных вод наблюдается превышение ПДК по фенолу, вычислим, через какое расстояние, концентрация загрязняющего вещества будет ниже ПДК.
Данные за 28.04.98
Qp = 266 м3/с
Vcp = 0,66 м/с
Qcт = 0,23 м3/с
Н = 2,99 м
В = 167 м
Сст = 0,013 г/м3 = 13 мкг/л
Ср = 0 г/м3
I = 0.23 0/00
ПДК (фенолы) = 0,001 мг/л
Определим площадь струи начальном сечении:
Определим ширину загрязненной части в начальном створе:
Предположим, что размер расчетной клетки равен Δz = 0,02 м, тогда количество клеток, расположенных в зоне загрязнения равно b/Δz=0.12/0.02 = 6 клеток.
Рассчитаем коэффициент Шези по формуле:
м1/2/сНайдем функцию коэффициента Шези:
M = 0,7 • Cш + 6 =0,7 · 25,1 + 6 = 23,57
Рассчитаем коэффициент турбулентной диффузии
м2/сОпределим, через какой промежуток устанавливать следующий створ:
7. Находим концентрацию загрязняющего вещества в каждом створе через промежуток 0,4 метра. Строим поле концентрации фенола:
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,01 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,01 | 0,01 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,01 | 0,00 | 0,02 | 0,01 | 0,02 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,01 | 0,00 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,02 | 0,04 | 0,02 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,01 | 0,04 | 0,03 | 0,06 | 0,04 | 0,08 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,01 | 0,00 | 0,02 | 0,01 | 0,04 | 0,03 | 0,07 | 0,04 | 0,10 | 0,06 | 0,13 | 0,08 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,02 | 0,01 | 0,04 | 0,02 | 0,08 | 0,04 | 0,11 | 0,07 | 0,15 | 0,10 | 0, 19 | 0,13 | 0,23 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,03 | 0,02 | 0,08 | 0,04 | 0,13 | 0,08 | 0,18 | 0,11 | 0,24 | 0,15 | 0,29 | 0, 19 | 0,33 | 0,23 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,06 | 0,03 | 0,14 | 0,08 | 0,22 | 0,13 | 0,29 | 0,18 | 0,36 | 0,24 | 0,42 | 0,29 | 0,48 | 0,33 | 0,53 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,13 | 0,06 | 0,25 | 0,14 | 0,36 | 0,22 | 0,45 | 0,29 | 0,53 | 0,36 | 0,60 | 0,42 | 0,66 | 0,48 | 0,72 | 0,53 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,25 | 0,13 | 0,44 | 0,25 | 0,58 | 0,36 | 0,69 | 0,45 | 0,78 | 0,53 | 0,85 | 0,60 | 0,91 | 0,66 | 0,96 | 0,72 | 1,01 |
| 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,50 | 0,25 | 0,75 | 0,44 | 0,91 | 0,58 | 1,02 | 0,69 | 1,10 | 0,78 | 1,16 | 0,85 | 1,21 | 0,91 | 1,26 | 0,96 | 1,29 | 1,01 |
| 0,00 | 0,00 | 1,00 | 0,50 | 1,25 | 0,75 | 1,38 | 0,91 | 1,45 | 1,02 | 1,51 | 1,10 | 1,55 | 1,16 | 1,58 | 1,21 | 1,61 | 1,26 | 1,63 | 1,29 | 1,64 |
| 0,00 | 2,00 | 1,00 | 2,00 | 1,25 | 2,00 | 1,38 | 2,00 | 1,45 | 2,00 | 1,51 | 2,00 | 1,55 | 2,00 | 1,58 | 2,00 | 1,61 | 2,00 | 1,63 | 1,99 | 1,64 |
| 4,00 | 2,00 | 3,00 | 2,00 | 2,75 | 2,00 | 2,63 | 2,00 | 2,55 | 2,00 | 2,49 | 2,00 | 2,45 | 2,00 | 2,42 | 2,00 | 2,38 | 2,00 | 2,36 | 1,99 | 2,33 |
| 4,00 | 4,00 | 3,00 | 3,50 | 2,75 | 3,25 | 2,63 | 3,09 | 2,55 | 2,98 | 2,49 | 2,90 | 2,45 | 2,83 | 2,42 | 2,77 | 2,38 | 2,72 | 2,36 | 2,67 | 2,33 |
| 4,00 | 4,00 | 4,00 | 3,50 | 3,75 | 3,25 | 3,56 | 3,09 | 3,42 | 2,98 | 3,31 | 2,90 | 3,21 | 2,83 | 3,13 | 2,77 | 3,05 | 2,72 | 2,98 | 2,67 | 2,91 |
| 4,00 | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 3,75 | 3,88 | 3,56 | 3,75 | 3,42 | 3,63 | 3,31 | 3,52 | 3,21 | 3,42 | 3,13 | 3,33 | 3,05 | 3,24 | 2,98 | 3,15 | 2,91 |
| 4,00 | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 3,88 | 3,94 | 3,75 | 3,84 | 3,63 | 3,74 | 3,52 | 3,63 | 3,42 | 3,53 | 3,33 | 3,43 | 3,24 | 3,33 | 3,15 | 3,24 |
| 4,00 | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 4,00 | 3,94 | 3,94 | 3,84 | 3,84 | 3,74 | 3,74 | 3,63 | 3,63 | 3,53 | 3,53 | 3,43 | 3,43 | 3,33 | 3,33 | 3,24 |
| 0 | 0,4 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | 2 | 2,4 | 2,8 | 3,2 | 3,6 | 4 | 4,4 | 4,8 | 5,2 | 5,6 | 6 | 6,4 | 6,8 | 7,2 | 7,6 | 8 |
Так как загрязняющее вещество оказалось больше, чем в 20 клетках, то клетки можно объединить по формуле: