5  Моделювання процесу дальності поширення полютантів у воді та параметрів зони активного забруднення водного об’єкта

Мета роботи – засвоїти методику та набути практичних навичок  

          розрахунку параметрів процесу розповсюдження  

          полютантів у воді та зони забруднення водного об’єкта.  

Об’єкт дослідження  - локальний поверхневий водний об’єкт.

Предмет дослідження – процес поширення забруднюючих

          речовин у воді водного об’єкта.

Завдання – розрахувати  показники поширення домішок у воді

          та параметрів зони забруднення водного об’єкта.   

Основні науково-теоретичні положення

Розглянемо умови, які впливають на поширення забруднюючих речовин у воді у зоні скидів стаціонарного техногенного джерела.

Поширення забруднюючих речовин у водному середовищі в зоні джерела скидів техногенних стічних вод відбувається в цілому під впливом різних чинників. Усі умови, які впливають на цей процес, умовно можна розподілити на такі групи (фактори впливу): параметри джерел; параметри скидів стічних вод (стоків); місце скидання стоків стосовно берега; характеристики води в зоні випускання стоків тощо.

Поширення забруднюючих речовин у зоні стаціонарного джерела їх скиду у воду водного об’єкта характеризується перш за все дальністю Lв.

Зона активного забруднення (ЗАЗ) водойми – це ділянка у зоні місця випускання стоків, в межах якої концентрація домішки, яку викидає джерело, перевищує фон, тобто концентрацію цієї домішки у воді до скидання стоків або установлену норму (наприклад, санітарний регламент ГДК речовини).

Розглянемо методику визначення меж зони активного забруднення у водному об'єкті. Вона зводиться до перевірки санітарної вимоги екологічної безпеки, тобто умови

         Сmax ≤ ГДК ,                                                                       (5.1)

де   Сmax – максимально можливий рівень вмісту домішки у розрахунковому створі, мг/л;

       ГДК – гранично допустима концентрація,  мг/л.

Тепер розглянемо систему показників, що характеризують просторове поширення полютантів у воді водного об’єкта (річки, водоймища). Зона забруднення у місцях скидання стоків у воду водного об’єкта формується відповідно до режимних характеристик водних потоків (швидкості течії, рівня та витрат води тощо) та залежно від зміни режиму скиду стічних вод.

Показниками просторового розподілу забруднюючих речовин у воді є такі відносні величини характеристик забруднення: лінійні L, площинні S, об’ємні V.

Характеристика лінійного розміру зони забруднення, що відображає відношення найбільшої лінійної протяжності зони забруднення  Lгдкзагр до глибини Нзабр забруднення водойми (річки),  розраховується за формулою 

           Lн, забр= Lгдкзабр/ Нзабр  .                                                      (5.2)

Характеристика лінійного розміру зони забруднення, що відображає відношення найбільшої лінійної протяжності зони забруднення Lгдкзабр до ширини Взабр забруднення водного об’єкта розраховуються за формулою   

        L в, забр= Lгдкзабр/ Взабр .                                                          (5.3)

Показник Lгдкзабр характеризує відстань від місця випускання  стоку до створу, де концентрація домішки дорівнює ГДК. Значення Н і В визначають як середнє при конкретному режимі на досліджуваній ділянці русла.

Для водойм показник  Lв не розраховується, а береться за габаритами площі дзеркала  L, В.

Показник відносної площі зони забруднення водного об’єкта (водойми та річки)  розраховується за формулою 

       Sзабр= Sгдкзабр/ S о     ,                                                             (5.4)

де   Sгдкзабр- забруднена (найбільша) площа при конкретному  гідрологічному режимі; 

      Sо  – загальна площа водної поверхні на досліджуваній ділянці.

Показник відносного об’єму зони забруднення рік і водойм розраховується за формулою 

        Vзабр = Vгдкзабр  / Vо ,                                                              (5.5)

де Vгдкзабр- забруднений об’єм води при конкретному гідрологічному режимі,

         Vо – загальний об’єм води на досліджуваній ділянці.   

Використання цих показників дозволяє оцінити розміри просторового розподілу забруднюючих речовин у воді та зміни санітарного стану водного об’єкта в зоні скидання техногенних стоків під вливом визначальних факторів – зміни основних гідрологічних характеристик.

Алгоритм виконання роботи

1  Виписати вихідні параметри досліджуваного локального поверхневого водного об’єкта (табл.5.1) згідно з варіантом завдання та відповідно до нижченаведеної схеми.

 

 

 

2   Розрахувати величину максимальної концентрації См  досліджуваної забруднюючої речовини нижче від місця скидання стоків в розрахунковому створі водного об'єкта послідовно на відстані L= 50 м, 100 м, 150 м, 200 м і т.д. до граничного створу Lгдкзабр, в якому розрахункова величина См задовольняє вимогу екобезпеки Сmax ≤ ГДК  (формула 3.5).

Результати оформити відповідно до нижченаведеної схеми.

 

 

 

3  Побудувати графік зміни вмісту (концентрації) досліджуваної забруднюючої  речовини (Сі по осі ОУ) зі збільшенням відстані (Lі по осі ОХ)  від місця випускання стоків. 

4   Виписати вихідні параметри глибини Н і ширини В русла досліджуваного локального поверхневого водного об’єкта (табл.5.2) згідно з варіантом завдання.

При цьому беремо значення Нзабр=Н, Взабр=В, а  Lгдкзабр  згідно з  результатами розрахунку п. 5.2.  

5    Розрахувати площу Sгдкзабр зони забруднення водного об’єкта при конкретному  гідрологічному режимі (Sгдкзабр  =  В ∙ Lгдкзаб). При цьому беремо значення S о = Н ∙ Lо, де L о – відстань, наступна за створом Lгдкзабр, в якому розрахункова величина См задовольняє вимогу екобезпеки Сmax ≤ ГДК.

6  Розрахувати об’єм Vгдкзабр зони забруднення при конкретному гідрологічному режимі (Vгдкзабр  = Н ∙ Lгдкзаб).  При цьому беремо значення Vо = В ∙ Lо, де L о – відстань, наступна за Lгдкзабр , в якому розрахункова величина См задовольняє вимогу екобезпеки Сmax ≤ ГДК.

Результати цих розрахунків оформити відповідно до  нижченаведеної схеми.

   

7 Розрахувати відносні характеристики лінійного розподілу зони забруднення Lн, забр щодо глибини Нзабр (формула 5.2) та лінійної протяжності зони забруднення L в, забр щодо ширини Взабр  зони забруднення даного водного об’єкта (формула 5.3).   

8 Розрахувати показник відносної площі Sзабр зони забруднення водного об’єкта (формула 5.4). 

9  Розрахувати показник відносного об’єму Vзабр зони забруднення водного об’єкта (формула 5.5). 

Результати оформити відповідно до нижченаведеної схеми.

   

10  Стисло проаналізувати одержані результати. Сформулювати короткі висновки за  результатами роботи.

Таблиця 5.1 - Варіанти задання вихідних даних концентрації С

  забруднюючої речовини у стічній воді (стік) та вище  місця

  випускання на 200 м (вище)  

 

 Таблиця 5.2 - Варіанти задання вихідних параметрів 

                               для  об’єкта дослідження   

 

 

 Таблиця 5.3 - Варіанти задання вихідних параметрів 

                               для  об’єкта дослідження   

 

 

     Вимоги щодо оформлення результатів роботи

      Звіт повинен містити:

1    Вихідні дані згідно із заданим варіантом завдання.

2    Результати всіх послідовних розрахунків (пп.2 - 6).

3    Короткий аналіз  результатів розрахунків.

4   Стислі висновки щодо результатів роботи.

 

Питання для самоконтролю

1  Перелічити параметри, що обумовлюють схил водної поверхні русла.   

2 Перелічити параметри, що забезпечують кратність розбавлення стоків у водоймі без течії.

3  Перелічити параметри, що забезпечують інтенсивність водообміну (проточності) у водоймі  без течії.

4   Перелічити параметри, що забезпечують перемішування стоків у водному об’єкті.

5 Перелічити параметри, що забезпечують кратність розбавлення стоків у водоймі за наявності течії.

6  Перелічити параметри, що забезпечують інтенсивність водообміну (проточності) у водоймі за наявності течії.

7   Перелічити параметри, що забезпечують перемішування стоків у водному об’єкті.

8 Коефіцієнт турбулентної дифузії водойми без хвиль (формула).   

9 Коефіцієнт турбулентної дифузії водойми з хвилями  (формула).   

10   Коефіцієнт турбулентної дифузії річки без хвиль (формула).   

11  Коефіцієнт турбулентної дифузії річки з хвилями  (формула).   

12    Модель абсолютного показника загального навантаження Са у воді водного об’єкта за умови, що концентрація даної речовини Св=0 (формула).

13     Модель абсолютного показника загального навантаження Сн у воді водного об’єкта за умови, що концентрація даної речовини Св>0 (формула).

14    Модель показника К відносного навантаження  водного об’єкта забруднюючою речовиною (формула).

15   Рівняння загальної моделі Сt+1  динаміки забруднення води у створі на момент часу t+1 (формула). 

16   Рівняння балансу маси ∆М полютантів за розрахунковий період   t = tn – t0    (формула) .  

17  Швидкість Wt надходження забруднюючих речовин за одиницю часу  (формула) .   

18     Рівняння балансу Мt речовин у водному об'єкті (формула). 

19  Допустима концентрація Сзвдоп зважених речовин в очищених стічних водах (формула).   

20 Допустима (гранично можлива) кількість стоків, що скидаються в річку  Qсп   (формула). 

21  Допустима концентрація розчинених у воді речовин в очищених стічних водах Со  (формула).