|
Страница 3
Стр. 1 |
Стр. 2 |
Стр. 3 |
Стр. 4
бо кратність початкового розбавлення відповідає не максимальній, а
середній концентрації речовини у граничному створі зони
початкового розбавлення для суміші зворотних вод і води
см
водного об'єкта з витратою q = n q, що підлягає далі основному
п
розбавленню.
При цьому відстань до граничного створу зони початкового
розбавлення визначається за формулою
d - d
о
l = ---------------------. (1.2.18)
п 0,48 (1 - 3,12 m)
1.2.3. Кратність основного розбавлення n визначається за
о
методом В.А.Фролова - Й.Д.Родзіллера (16). Позначимо за б
відношення початкових витрат води в незабрудненому та забрудненому
струменях
б = (Q - q(n - 1)) / n q, (1.2.19)
п п
де Q - розрахункова витрата водотоку до скиду зворотних вод;
якщо початкове розбавлення не враховується, то n = 1. Для
п
максимально забрудненого струменя, прилеглого до берега, з якого
скидають звороти і води,
n = 1 + Y б, (1.2.20)
о
де Y - частка витрати води, що змішується із зворотними
водами у максимально забрудненому струмені водотоку в контрольному
створі на відстані l від випуску до цього створу за фарватером, м;
1 - е в степені (-a х l в степені 1/3)
Y = ---------------------------------------- (1.2.21)
1 - б е в степені (-a х l в степені 1/3)
a = ф Е (D / (qn ) в степені 1/3), (1.2.22)
п
де ф - коефіцієнт звивистості (відношення відстані до
контрольного створу за фарватером до відстані по прямій); при
випуску з берега Е = 1, при випуску у стрижень річки Е = 1,5; D -
коефіцієнт турбулентної дифузії, кв.м/с, при відсутності
льодоставу
D = gvR / 37n (С в степені 2), (1.2.23)
ш
де g = 9,81 м/кв. с - прискорення вільного падіння, v -
середня швидкість течії річки, м/с; R - гідравлічний радіус
потоку, м (R приблизно = Н, Н - середня глибина річки, м); n -
ш
коефіцієнт шорсткості ложа річки, що визначається за таблицею М.Ф.
Срібного (15); С - коефіцієнт Шезі, (м в степені 1/2)/c; при R <=
5 м він визначається за формулою М.М.Павловського
у
С = R / n , (1.2.24)
ш
__ __ __
де у = 2,5 #n - 0,13 - 0,75 #R (#n - 0 ,1); при R >5м -
ш ш
за формулою В.Г.Талмази (42)
С = 1 / n + (21 - 100 n ) lg R. (1.2.25)
ш ш
Для періоду льодоставу величина D обчислюється за формулами
(1.2.23 - 25), в яких величина R замінюється на наведений
гідравлічний радіус R прибл. дорівн. 0,5Н, а n - на наведений
пр ш
коефіцієнт шорсткості n , що враховує коефіцієнт шорсткості
пр
нижньої поверхні льоду за П.М.Бєлоконем (14), n
л
n = n [1 + ((n / n ) в степені 1,5)] в степені 0,67 (1.2.26)
пр ш л ш
Для підвищення точності розрахунків замість середніх значень
v, Н, n і С рекомендується брати їх значення в зоні
ш
безпосереднього змішування зворотної води з річковою водою.
Для мінімально забрудненого струменю, прилеглого до берега,
протилежного скиду зворотних вод,
б + 1
n = --------------------------------------------------------,
1 - е в степені (-a х l в степені 1/3 - l в степені 1/3)
о
(1.2.27)
де а визначається за формулою (1.2.22); l - відстань від випуску,
о
на якій забруднений струмінь досягає протилежного берега, м,
l = ((ln б) / а) в степені 3 (1.2.28)
о
При l ГДК або Y = Y , якщо С <= ГДК .
і,j j і і і,j j
min N min min
Крок 5. Обчислити Y = $ Y . Якщо Y >Д, то
і=1 і
нормативна якість води у створі не може бути досягнена. У цьому
разі слід встановити С , що забезпечують цю якість в
гдс,і,j
самих зворотних водах, і закінчити процедуру.
min
Крок 6. Знайти Д , що дорівнює сумі Y для випусків, у яких
1 і
min max max
Y = Y , і покласти Y = Y .
і і і і
Крок 7. Обчислити б = Д - Д .
1
$
Крок 8. Знайти q , що дорівнює сумі витрат зворотних вод для
max min $
випусків, у яких Y > Y , і визначити для них Y = б q / q .
і і і і
+ і -
Покласти Y = 0 , Y = 0.
Де $ - сума.
Крок 9. Якщо для якихось випусків, що виділені на кроці 8,
max + max
Y > Y , то визначити для них Y , яке дорівнює сумі Y - Y .
і і і і
Крок 10. Якщо для якихось випусків, що виділені на кроці 8,
min - min
Y < Y , то визначити для них Y , яке дорівнює сумі Y - Y .
і і і і
- +
Крок 11. Якщо Y = 0 і Y = 0, то здобуто оптимальне рішення
С = Y / a , і процедура закінчена.
гдс,і,j і і,j
+ -
Крок 12. Якщо Y >= Y , то покласти для випусків, що
max min max
виділені на кроці 9, Y = Y і Y = Y .
і і і і
+ -
Крок 13. Якщо Y <= Y , то покласти для випусків, що виділені
min max min
на кроці 10, Y = Y і Y = Y .
і і і і
Крок 14. Перейти до кроку 6.
ГДС речовин на окремих випусках зворотних вод, що
забезпечують дотримання норм якості води в контрольних створах при
оптимальному розподілі допустимих для скиду мас речовин
визначаються як
ГДС = q C , і = 1, ... N, (1.2.31)
і і гдс,і
де q - витрата зворотних вод випуску і, куб. м/год.
і
При визначенні ГДС для сукупності випусків по речовинах, що
нормуються за однаковою ЛОШ, також використовується описаний вище
алгоритм з урахуванням таких змін. На кроці 1 обчислюється
L
Д = 1 - $ (a C + a C ) / ГДК .
j=1 ф,j ф,j е,j е,j j
На кроці 2 обчислюється
max L ф
Y = $ a C / ГДК .
і j=1 і,j і,j j
На кроці 4 визначається
min L L
Y = $ a m / $ m / ГДК ;
і j=1 і,j і,j j=1 і,j j
де $ - сума;
m , j = 1, ..., L - коефіцієнти,
і,j
що задають співвідношення концентрацій речовин з даною ЛОШ у
зворотних водах водокористувача і. На кроці 5, якщо нормативна
якість води у створі недосяжна, С , встановлюється за
гдс,і,j
формулою (1.2.10). На кроці 11 С обчислюється як
гдс,і,j
L
C = n m Y / $ exp(-k t )m / ГДК . (1.2.32)
гдс,і,j і і,j і,j j=1 j і і,j j
1.2.5. Розрахунок ГДС для сукупності випусків по другому
єдиному алгоритму - за критерієм мінімуму сумарних витрат
водокористувачів - виконується на основі розв'язання задачі
математичного програмування.
Критерій оптимальності - мінімум сумарних зведених витрат на
досягнення ГДС всіх N водокористувачів
N
{F(x) = $ f (x )} -> min, (1.2.33)
і=1 і і x
де f (x ) - зведені витрати водокористувача і на досягнення
і і
ГДС, тис.крб./ рік, х = (х ,..., х ) - вектор змінних, що
і і,1 і,R
оптимізуються, який визначає частини витрати зворотних вод - х ,
і,r
які проходять різними технологічними маршрутами їх очищення і
використання, r = 1, ..., R; R - кількість цих технологічних
маршрутів.
Для формування моделі водного об'єкта водотік розбивається на
секції зі сталою витратою, в межах яких усі параметри моделі можна
прийняти сталими, границі секцій суміщають із місцями скиду
зворотних вод, водозаборами, гирлами приток, створами
контролюякості води, місцями різкої зміни гідрометричних
характеристик водотоку. При збіганні місць водозабору з місцем
скиду зворотних вод або гирлом притоки для цього водозабору
вводиться окрема секція нульової довжини. Для кожної притоки і
основної річки, окрім створів контролю якості води, необхідно
вказати розрахунковий створ у гирлі, початковий створ і якість
води у верхів'ї річки. Усі створи нумеруються послідовно від
верхів'я до гирла для кожної притоки і основної річки. Аналогічно
нумеруються розрахункові секції.
Позначимо К множину номерів розрахункових створів, в яких
моделюється якість води, Y - вектор показників (концентрацій
k
речовин), що характеризують якість води у створі k. Нехай k - 1 -
номер створу, що передує за течією створу k є К. Якщо k - 1 є К,
то створ k - 1 є початковим створом (верхів'ям) ріки і Y
k-1
збігається з вектором розрахункових фонових концентрацій речовин у
воді водотоку в створі k - 1. Для всіх к є К модель водного
об'єкта
Y = A Y + E A Y + E A (q / Q )C , (1.2.34)
k k,k-1 k-1 vєV kv v ієІ ka і а і
k k
де С - вектор максимальних середньогодинних концентрацій
і
речовин у зворотних водах випуску і, г/куб. м; q - витрата
і
зворотних вод випуску і, куб. м/с; Q - витрата води річки у
a
розрахунковій секції а, куб. м/с; а(і) - номер розрахункової
секції, що починається з випуску зворотних вод водокористувача і;
І - множина створів, розташованих у гирлах приток, що впадають
k
на ділянці (k, k-1); V - множина випусків зворотних вод, які
k
надходять у водний об'єкт на ділянці (k, k-1); А , A та A -
k,k-1 kv ka
матриці, що характеризують розбавлення і трансформацію якості
річкових і зворотних вод,
А = П o S , m є К; (1.2.35)
km jєJ j j
km
J - множина розрахункових секцій, що з'єднують створ m
km
(початок секції m) та створ k; о - розбавлення річкових вод при
j
переході від секції j до дальшої за течією даної річки секції j+1.
1, якщо секція j остання або Q <= Q ;
O = { j+1 j (1.2.36)
j Q / Q , якщо Q > Q ,
j j+1 j+1 j
rЄ
де S = (S ) - нижня трикутна матриця, що характеризує
j j
самоочищення і трансформацію речовин у водотоці протягом секції j.
Діагональні елементи матриці S визначаються як (15, 16)
j
-k t
Є,Є Є j
S = е (1.2.37)
j
де Є - індекс речовини (показника); k - коефіцієнт
Є
неконсервативності речовини Є, 1/добу; t - час переміщення води
j
у водотоці протягом секції j, доба. Позадіагональні елементи
матриці характеризують перехід одних сполук в інші або споживання
речовин при хімічних реакціях (18). У найпростішому разі
позадіагональні елементи матриці дорівнюють нулю для всіх
показників, крім розчиненого кисню, для якого позадіагональний
елемент має вигляд
r'Є' Є',Є' r',r'
S = [k / (k - k )] (S - S ), (1.2.38)
j Є' r' Є' j j
де Є - індекс БСК r' - індекс розчиненого кисню. При
повн
розрахунку концентрацій розчиненого кисню у відповідне йому
рівняння в системі (1.2.34) також додається член, що характеризує
насичення річкової води атмосферним киснем в залежності від
розчинності кисню у воді при розрахунковій температурі, Н ,
г/куб.м а
r',r' r',r'
h = Н $ O (1 - S ) П O S (1.2.39)
k,k-1 a pєJ p p jєJ j j
k,k-1 kp
Модель водного об'єкта (1.2.34 - 39) має передумовою повне і
миттєве змішування річкових і зворотних вод і призначається для
розрахунку водоохоронних заходів на перспективу, коли врахування
ступеня змішування річкових і зворотних вод важчає через
відсутність початкових даних. При наявності необхідних даних, а
також при розрахунках на найближчий період ступінь змішування
зворотних вод з річковими може бути врахований згідно з п. 1.2.3.
Вимоги до якості води для множини контрольних отворів К
1
- Y <= ГДК , для показників, що не мають ЛОШ
| kЄ kЄ (БСК, мінералізація та ін.)
|
{ Y >= ГДК , для розчиненого кисню (1.2.40)
| kr r'
|
| $ Y / ГДК <= 1, p є P , для показників, що мають ЛОШ,
- ЄєW(p) kЄ kЄ k
де $ - сума;
ГДК - гранично допустима концентрація речовини в створі
kЄ
kєК ;
1
Р - множина ЛОШ, визначених нормативними вимогами до якості
k
води в створі k, W(p) - множина показників, що нормуються за ЛОШ.
Модель комплексу водоохоронних заходів (61)
p R o
f (х ) = q $ d x (1.2.41)
і і і r=1 іr іr
R o
С = $ C x (1.2.42)
і r=1 іr іr
R
$ x = 1, (1.2.43)
r=1 іr
де $ - сума;
o
d - приведені витрати, відповідні технологічному маршруту
іr p
r очищення або використання стічних вод, крб./куб. м; q -
і
витрата зворотних вод випуску і, тис. куб. м/рік; C - вектор
іr
концентрацій речовин у зворотних водах випуску і з витратою q x
і іr
після проходження технологічного маршруту r по очищенню зворотних
вод.
Як альтернативні технологічні маршрути обробки зворотних вод
у моделі (1.2.41 - 43) можна розглядати варіанти водоохоронних
заходів, як узагальнені для різних категорій зворотних вод по
галузях виробництва, так і спеціальні варіанти для конкретних
водокористувачів. Необхідні для розрахунків усереднені
техніко-економічні характеристики типових водоохоронних заходів
можуть прийматися за довідковою літературою (15) або за
матеріалами наукових, проектних і конструкторсько-технологічних
інститутів (63 - 66).
При наявності даних про залежність витрат на водоохоронні
заходи від витрат оброблюваних зворотних вод може бути використана
складніша модель, де вираз (1.2.41) замінюється таким
o
a
R o д іj
f (x ) = $ $ D (q $ x ) x , (1.2.44)
і і r=1 jєR іj і mєM іm іr
іr іj
де $ - сума;
R - множина агрегатів (очисних споруд) обробки
іr
зворотних вод, що входять у технологічний маршрут r; М -
д іj
множина технологічних маршрутів, що включають агрегат q; q -
і
o o
витрата зворотних вод випуску і, тис. куб. м/добу; D , a -
іj іj
коефіцієнти апроксимації. Модель (1.2.42 - 44) реалізована у
системі ОКВОПЛАН (62). Для розв'язання задачі використаний
спеціальний ітеративний алгоритм.
Розв'язання задачі оптимізації (1.2.33 - 43) визначає
оптимальні частини витрати зворотних вод, що проходять різними
*
технологічними маршрутами очищення, і використання х , і = 1, ...,
і
N, і відповідні до них величини витрат оброблюваних зворотних вод
* *
q = q х , r = 1, ..., R, і = 1, ..., N. (1.2.45)
іr і іr
Допустимі концентрації речовин у зворотних водах випуску і
розраховуються за формулою
R o *
C = $ C x , і = 1, ..., N. (1.2.46)
гдс,і r=1 іr іr
ГДС речовин на випуску зворотних вод при оптимальному
розподілі допустимих до скиду мас речовин між окремими
водокористувачами визначаються за формулою (1.2.32).
1.3. Розрахунок ГДС для водосховищ і озер
1.3.1. Розрахунок ГДС для окремих випусків зворотних вод у
водосховища і озера виконується відповідно до п. 1.1 за
розрахунковими формулами (1.2.1 - 11). При цьому розрахункова
фонова концентрація забруднюючої речовини у воді водойми в місці
випуску зворотних вод у виразах (1.2.1), (1.2.3) та (1.2.8)
визначається згідно з пп. 3.1.5 і 3.2.1, в формулі (1.2.2)
кратності основного та початкового розбавлення n і n
о п
визночаються за п. 1.3.2 - 4.3.3.
При встановленні ГДС по БСК з урахуванням вимог до вмісту
розчиненого кисню, при встановленні ГДС по завислих речовинах, при
скиді кислих, лужних або термально забруднених зворотних вод
рекомендується використовувати формули, наведені у (14).
1.3.2. Кратність загального розбавлення n визначається за
формулою (1.2.2). Кратність початкового розбавлення n
п
розраховується згідно з п. 1.2.2. Кратність основного розбавлення
може розраховуватись чисельним методом О.В.Караушева (14, 40) або
з використанням аналітичного рішення рівняння турбулентної дифузії
для зосередженого водовипуску (47)
n = ф (Z ) / Y Z , (1.3.1)
о 1 о 2
*
де Z = (l + х ) / х ; (1.3.2)
1 о
Z , при Z <= 1
1 1
ф (Z ) = { __ ; (1.3.3)
1 #Z , при Z >1
1 1
Z = q n / u (H в 2 степені); (1.3.4)
2 по М ср
*
x = u (H в 2 степені) / 4 п D; (1.3.5)
М ср
*
(Z в 2 степені) x - l , якщо Z >= 1
2 п 2
xo = { * (1.3.6)
Z x - l , якщо Z <1
2 п 2
Y = 1 + exp(-u (l в 2 степені) / (D (l + x ))), (1.3.7)
о м о о
*
де х , х - параметри спряження, м; Yo - параметр впливу
o
найближчого берега на кратність основного розбавлення; l -
відстань від місця випуску до контрольного створу, м; q - витрата
звоборотної води випуску, куб. м/с; Н - середня глибина водойми
ср
поблизу випуску, м, n - кратність початкового розбавлення на осі
по
струменя, визначувана за формулою (1.2.17); u - характерна
м
мінімальна швидкість течії у водоймі в місці скиду, що відповідає
несприятливій гідрологічній ситуації, м/с; l - відстань випуску
о
від найближчого берега, м; l - довжина початкової ділянки
п
розбавлення, що розраховується за формулою (1.2.18), м; D -
коефіцієнт турбулентної дифузії, кв. м/с, визначуваний за
формулами (1.2.22 - 25), в яких замість середньої швидкості течії,
глибини і коефіцієнта шорсткості ложа річки приймаються,
відповідно, характерна мінімальна швидкість течії у водоймі
u , середня глибина водойми поблизу випуску Н і коефіцієнт
м ср
шорсткості ложа водойми в зоні течії.
1.3.3. Якщо береги водойм мають неспокійну лінію, а випуск
здійснюється у затоку або мисову частину, то у таких випадках
необхідно розроблювати з участю спеціалізованих наукових установ
методи розрахунку, орієнтовані на конкретні задачі.
1.3.4. Розрахунок ГДС для сукупності випусків зворотніх вод у
водойми виконується на основі розв'язання задачі математичного
програмування. Критерій оптимальності - мінімум сумарних зведених
витрат на досягнення ГДС виду (1.2.33).
Сукупність випусків зворотних вод для водойми складають
випуски, що скидають зворотні води безпосередньо у водойму. Річки,
що впадають у водойму, розглядаються як берегові випуски. При
цьому концентрації речовин у верхів'ях річок для повного
змішування річкових і зворотних вод визначаються заздалегідь або
описуються рівнянням виду (1.2.30), початкове розбавлення n
п
приймається рівним 1, а довжина початкової ділянки розбавлення l
п
- рівною 0.
Модель водного об'єкта має вигляд
Y = У + $ (C - Y ) / n , (1.3.8)
k ф ієІ і ф іk
k
де Y - вектор показників (концентрацій речовин) якості
k
води водойми у створі k, г/куб. м; Y - вектор розрахункових
ф
фонових концентрацій речовин у водоймі, г/куб. м; С - вектор
і
максимальних середньогодинних концентрацій речовин у зворотних
водах випуску і, г/куб. м; n - кратність розбавлення вод випуску
іk
і при перенесенні, до створу k; І - множина випусків, впливаючих
k
на якість води у створі k.
Для великих водойм при незначному впливі скидів зворотних вод
на фонову якість води порівняно з іншими джерелами її формування
величина Y визначається згідно з п. 3.2.1, у протилежному разі
ф
вона розраховується за нижченаведеними формулами (1.3.9 - 13).
Для розрахунку фонових концентрацій речовин у водоймі
приймається, що вони формуються внаслідок надходження нормованих
речовин від усіх джерел і впливу факторів усередині водойми і є
однаковими у будь-якому створі водойми (наближення повного
1 j m
змішування). Нехай Y = (У ,.., У , ..., У ), де m - загальна
ф ф ф ф
кількість показників якості води, при цьому значенням індексів
відповідають такі показники: 1 - БСК , 2 - азот амонійний, 3 -
повн
азот нітритів, 4 - азот нітратів, 5 - розчинений кисень. Позначимо
Z - приплив маси речовини j до водоймища, кг/с,
j
j
Z = $ C q ; і = 1, ..., m, (1.3.9)
j ієІ і і
де І - множина всіх джерел надходження нормованих речовин до
водойми; q - витрата води джерела і, куб.м/с. Нехай Y - вектор
і н н
фонової якості води водойми, що спостерігається; Z - приплив маси
j
речовини j до водойми в умовах спостереження фонової якості Y .
н
Тоді за даними (47)
j н
У Z / Z j = 6, ..., m ;
j н j j
У = { (1.3.10)
ф j н н н н
У (a Z + Z + Z + Z) / (a Z + Z + Z + Z ); j = 1,2,3,4,
де а - коефіцієнт співвідношення БСК - органічний азот у
повн
воді водоймища, мг N/мг О ; ця величина не є універсальною і
2
повинна оцінюватись за даними спостережень для конкретного
водоймища, для БСК планктонного походження а = 0,051 (46);
повн
5 5 н
У = О У + [Z - О Z + (1 - О ) Wk Н ] / (Wk + E Q), (1.3.11)
ф N н 5 N 5 N 5 а 5 jєJ j
1 1
де О = y / y ; W - середній об'єм заповнення водойми, куб.м;
N ф н
J - множина місць вилучення води з водойми (водозаборів і річок,
що витікають); Q - витрата води відповідного вилучення, куб.м/с,
j
k - коефіцієнт реаерації, 1/с; Н - розчинність кисню у воді при
5 а
температурі Т град. C, г/куб. м ; за даними (45) та (28)
Т-20
к = 3,9 х (10 в степені -6 1,0241 (1.3.12)
5
Н = 14,6 / ехр(Т(2 х (10 в степені -6) (Т в 2 степені) -
а
- 2,7 х (10 в -2 степені) Т + 0,0278)).
(1.3.13)
Кратність загального розбавлення n визначається за формулою
іk іk
(1.2.2) як добуток кратностей початкового n і основного
іk н
розбавлення n , які визначаються згідно з п. 1.3.2 - 1.3.3.
о
Модель комплексу водоохоронних заходів при розрахунку ГДС
речовин у водойми задається формулами (1.2.41 - 1.2.43).
Результат розв'язання задачі оптимізації (1.2.33), і (1.3.8 -
13), (1.2.40 - 43) збігається з наведеним в п. 1.2.5.
1.4. Розрахунок ГДС для прибережних зон морів
1.4.1. Розрахунок ГДС речовин для окремих випусків зворотних
вод у море здійснюється в тих випадках, коли Правила (3)
допускають відведення зворотних вод у морське середовище, при
цьому ГДС визначаються відповідно до п. 1.1 за наведеними нижче
формулами.
Як окремий (ізольований) може розглядатися випуск, віддалений
від інших випусків на відстань більше 5 км уздовж лінії берега.
З урахуванням розбавлення зворотних вод морськими допустима
концентрація речовини у зворотних водах, С визначається за
гдс
формулою
С = n(C - С ) + С , (1.4.1)
гдс гдк ф ф
де С - гранично допустима концентрація речовини у
гдк
морській воді, що відповідає лімітуючому виду водокористування,
г/куб. м; n - кратність загального розбавлення зворотних вод у
морі при їх перенесенні течією від місця випуску до контрольного
створу, С - розрахункова фонова концентрація речовини, г/куб.м,
ф
визначувана згідно з пп. 3.1.6 і 3.2.1.
1.4.2. Кратність загального розбавлення n визначається за
формулою (1.2.2) і залежить від гідрологічних умов району
розташування випуску зворотних вод і його конструктивних
характеристик.
Тому при встановленні ГДС слід враховувати можливість
оптимізації конструкції оголовка і місця випуску зворотних вод для
зменшення витрат на очищення зворотних вод.
Відомі методики визначення кратності початкового розбавлення
дозволяють здійснювати розрахунок її величини незалежно від типу
випуску (зосереджений або розсіюваючий), бо конструкції випусків
забезпечують відсутність взаємовпливу струменів зворотних вод у
зоні початкового розбавлення.
На процес змішування зворотних вод в цій зоні істотний вплив
справляють сили плавучості, якщо густина зворотних вод істотно
відрізняється від густини морської води. За цією причиною
застосовують різні методи розрахунку кратності початкового
розбавлення залежно від величини числа Фруда
___________________
Fr = V / #(gd / p ) |р - р |, (1.4.2)
в о м м в
де d - діаметр випускного отвору, м; g = 9,81 м/с кв. -
о
прискорення сили тяжіння; р - густина морської води у місці
м
скиду, т/куб.м , р - густина зворотних вод, т/куб.м; V -
в в
швидкість витікання зворотної води з випускного отвору, м/с,
обчислювана за формулою (1.2.12).
Якщо зворотна вода легша за морську (р <р ) і розрахункова
в м
величина Fr задовольняє умові
Fr <= 1,12 H / d , (1.4.3)
в о
де H - відстань (по вертикалі) від оголовка випуску до
в
поверхні моря, м, кратність початкового розбавлення визначається
за формулою Рама - Цедервала (54)
1,67
n = 0,54 Fr[0,38 Н / (d * Fr) + 0,66] . (1.4.4)
п в о
Якщо зворотна вода важча від морської (р >м ) і розрахункова
в р
величина Fr задовольняє умові
1,5
Fr <= 0,434 H / d (sіn ф) , (1.4.5)
в о
де ф - кут витікання струменю зворотних вод з випускного
отвору відносно горизонту, розрахунок кратності початкового
розбавлення виконується за методикою М.М.Лапшева (41)
_____
n = 0,524 #sin ф (1 - 0,06316 (sin ф в степені 2) -
п
0,1583 (sin ф в степені 4)). (1.4.6)
Якщо р < р , але не виконується умова (1.4.3), чи р > р ,
в м в м
але не виконується умова (1.4.5), чи густина зворотної води
дорівнює густині морської води у місці скиду, розрахунок кратності
початкового розбавлення виконується методом М.М.Лапшева за
формулами (1.2.14 - 18), в яких величина середньої швидкості течії
ріки V замінюється величиною характерної мінімальної швидкості
р
течії морських вод у місці скиду u , м/с.
м
В умовах сталої густинної стратифікації морського середовища
висота затоплення струменя зворотних вод над випуском Н може бути
3 менше відстані від випуску до поверхні моря Н . В цьому випадку
в
у формулах (1.4.3 - 4) замість Н слід підставити величину Н , що
в 3
для сталих градієнтів густини в лінійно стратифікованому струмені
розраховується за співвідношенням Фішера - Брукса (49)
q(О - О ) / N
0,4 г в о 0,25
Н = 8,92 (1 - 0,93 u )[----------------------] , (1.4.7)
3 м _ 1,5
#g [О - О ) / H ]
г п в
де О , О - відповідно умовні густини морської води на глибині
г п
випуску і на поверхні моря; О - умовна густина зворотної води;
в
О = (р - 1) х (10 в степені 3), (1.4.8)
де р - відповідна густина морської або зворотної води, т/куб.
м.
У складніших випадках для розрахунку кратності початкового
розбавлення можуть бути використані інші моделі, що описують
поведінку струменя у стратифікованому середовищі (41, 50, 53).
Якщо за розрахунком n <1, завжди слід прийняти n = 1.
п п
При проведенні розрахунків ГДС характерна мінімальна
швидкість морських течій u визначається за даними репрезентативної
м
серії натурних спостережень, проведених гідрометеослужбою в
контрольних створах ділянки водного об'єкта, що досліджується.
При відсутності вказаних даних швидкості течії рекомендується
розраховувати одним з наступних способів:
1. За формулою, що зв'язує u із характерною мінімальною
м
швидкістю вітру в приводному шарі атмосфери, що відповідає 95%
забезпеченості, V (м/с), через вітровий коефіцієнт 0,015,
характерний для Чорного та Азовського морів (52)
u = 0,015 V. (1.4.9)
м
Швидкість вітру 95% забезпеченості визначається за даними
спостережень гідрометеослужби. При їх відсутності швидкість вітру
над акваторією Чорного моря знаходиться у (55).
2. За співвідношенням, що отримано А.Г.Тарнопольським на базі
дослідження математичної моделі вітрової циркуляції в
північно-західній частині Чорного моря (56, 57) для діапазонів
швидкості вітру 2,0 <= V <= 20 м/с і середніх глибин моря 1,5 <= Н
<= 50 м
u = a + a V + a H + a (V в 2 степені) + а (H в 2 степені) +
м о 1 2 3 4
+ а VH + а (V в 2 степені) H + а V (H с 2 степені),
5 6 7
(1.4.10)
де a - коефіцієнти, наведені в таблиці 1.1.
і
3. На базі апробованих математичних моделей формування
стоково-вітрових течій у водоймах з незначною густинною
стратифікацією (58, 59). Для умов виявленої густинної
стратифікації належить використати простий динамічний метод (52)
або точніші, але більш трудомісткі моделі (60).
1.4.3. Розрахунки кратності основного розбавлення базуються
на розв'язанні рівняння турбулентної дифузії і можуть виконуватись
чисельними методами, які докладно розглянуті у роботах
О.В.Караушева (14, 40), або аналітичними методами.
Таблиця 1.1
Значення коефіцієнтів регресійних співвідношень
------------------------------------------------------------------
| | Коефіцієнти |
| |-------------------------------------------------------|
| і |швидкість вітру <= 6 м/с | швидкість вітру >6 м/с |
| | | |
| |-------------------------+-----------------------------|
| | а | с | а | с |
| | і | і | і | і |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| | 3,613 х (10| 5,994 х (10| -2,909 х (10 | 4,430 х (10 |
| 0 |в -2 степені|в -4 степені| в -2 степені | в -2 степені |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| |-2,751 х (10| 5,347 х (10| 2,661 х (10 | -1,029х (10 |
| 1 |в -3 степені|в -4 степені| в -2 степені | в -2 степені |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| | 1,180 х (10|-3,681 х (10| -2,913 х (10 | 1,296 х (10 |
| 2 |в -2 степені|в -4 степені| в -3 степені | в -4 степені |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| | 1,461 х (10|-1,469 х (10| 3,408 х (10 | 5,905 х (10 |
| 3 |в -3 степені|в -4 степені| в -4 степені | в -4 степені |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| | 9,729 х (10| 5,669 х (10| 1,235 х (10 | -3,024 х (10 |
| 4 |в -6 степені|в -6 степені| в -4 степені | в -4 степені |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| |-7,189 х (10| 1,426 х (10| -5,896 х (10 | 1,608 х (10 |
| 5 |в -3 степені|в -4 степені| в -4 степені | в -4 степені |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| | 9,925 х (10| 2,276 х (10| 2,949 х (10 | -1,160 х (10 |
| 6 |в -4 степені|в -6 степені| в -6 степені | в -6 степені |
|--------+------------+------------+--------------+--------------|
| |-3,875 х (10|-2,401 х (10| -4,070 х (10 | 3,057 х (10 |
| 7 |в -6 степені|в -6 степені| в -7 степені | в -6 степені |
------------------------------------------------------------------
Кратність основного розбавлення для зосередженого випуску в
море зворотних вод може розраховуватись з використанням
аналітичного розв'язання цього рівняння для даного випуску (47) за
формулами (1.3.1 - 3), (1.3.6), в яких
_ _
Z = (q n #D ) / (u (H в 2 степені) #D ); (1.4.11)
2 п в м ср г
*
X = u (Н в 2 степені) / 4пD ; (1.4.12)
м ср в
Y = 1 + ехр(-u (l в 2 степені) / (D (l + х ))), (1.4.13)
о м о г о
де D , D - відповідно коефіцієнти вертикальної і
в г
горизонтальної турбулентної дифузії, кв. м/с .
Відміна формул (1.4.11 - 13) від аналогічних формул (1.3.4 -
5), (1.3.7) пов'язана з тим, що для прибережної зони моря
порівняно з водоймами характерна анізотропія коефіцієнтів
турбулентної дифузії. При цьому коефіцієнт горизонтальної дифузії,
як правило, істотно більший, ніж коефіцієнт вертикальної
турбулентної дифузії.
При відсутності даних про коефіцієнти дифузії для конкретного
району розташування випуску значення коефіцієнта вертикальної
турбулентної дифузії D знаходиться за А.Г.Тарнопольським (56, 57)
в
D = c + c V + c H + c (V в 2 степені) + c (H в 2 степені) +
в о 1 2 3 4
+ c VH + c (V в 2 степені) H + c V (H в 2 степені),
5 6 7
(1.4.14)
де c - коефіцієнти, визначувані за таблицею 1.1, а значення
і
коефіцієнта горизонтальної турбулентної дифузії D визначається
F
за формулою Л.Д.Пухтяра і Ю.С.Осипова (51)
D = 0,032 + 21,8 (u в 2 степені). (1.4.15)
г м
Величина l визначається як
п
-
| Н , для умов ф. (1.4.3)
| ср
| _____
l = { 5,36 cos ф #sin ф х Fr х d , для умов ф. (1.4.6)
п | о
| (1.4.16)
| формула (4.2.18), для умов ф. (1.2.14).
-
Формули (1.3.1 - 3), (1.3.6), (1.4.11 - 13) застосовуються,
якщо зворотні води переносяться течією від місця скиду до
контрольного створу вздовж берега, при довільному напрямку течії
формулу (1.4.13) слід замінити співвідношенням у = 1.
о
На відміну від водотоків і водойм для прибережної зони моря
ефект самоочищення є еквівалентним додатковому розбавленню
зворотних вод. Тому при розрахунку концентрації неконсервативної
речовини самоочищення враховується безпосередньо у формулі (1.3.1)
для основного розбавлення, в праву частину якої додається множник
ехр(k(l + х ) / (86400 u )), (1.4.17)
о м
де k - коефіцієнт неконсервативності речовини, 1/добу; х -
о
параметр, визначуваний за формулою (1.3.6).
У розрахунках кратності основного розбавлення зворотних вод
для лінійних розсіюваючих випусків необхідно брати до уваги вплив
суміжних струменів один на одного у зоні основного розбавлення, що
ослаблює ефект перемішування. За даними М.М.Лапшева (41) кратність
основного розбавлення при скиді зворотних вод через такий випуск у
море при сталому напрямку течії перпендикулярно до осі оголовку
випуску з N випускними отворами обчислюється як
о
n / (n - 2,26), n >4
n = { (1.4.18)
о max (2, 7,09 / (N n)), n <= 4,
о
_____________
де n = l / #D (l - l ) / u , l - відстань між випускними
г п м 1
отворами, м.
При сталому напрямку течії вздовж осі лінійного розсіюваючого
випуску кратність основного розбавлення зворотних вод дорівнює
N
о -1
n = ( $ (1 / n )) , (1.4.19)
о і=1 оі
де n - кратність основного розбавлення зворотних вод, що
оі
витікають з випускного отвору і з витратою q = q / N на відстань
і о
l від контрольного створу;
і
$ - сума.
Розрахунок кратності основного розбавлення для випусків
складної конфігурації, наприклад, У-подібного, або при напрямку
течії під довільним кутом до осі оголовку випуску докладно
розглянутий у роботі (48). В останньому випадку для лінійного
випуску формула (1.4.19) може бути використана як наближена оцінка
знизу.
1.4.4. Розрахунок ГДС для сукупності випусків зворотних вод у
море виконується на основі розв'язання задачі математичного
програмування. Критерій оптимальності - мінімум сумарних зведених
витрат на досягнення ГДС виду (1.2.33).
Сукупністю випусків зворотних вод можна вважати випуски,
розташовані на відстані не більш 5 км один від одного вздовж
берегової лінії. З урахуванням конкретних гідрологічних умов,
витрат зворотних вод, які скидаються, потреба включення
конкретного випуску у сукупність може уточнюватись на базі
розрахунків їх сумісного впливу на якість води у контрольних
створах.
Річки, що впадають в море, розглядаються цілком аналогічно до
річок, що впадають у водойму, як описано в абз. 2 п. 1.3.4.
Якщо віддаленості випусків зворотних вод від берега моря
істотно відрізняються одна від одної у порівнянні з відстанями між
ними, то як несприятливі гідрологічні ситуації приймаються
напрямки морської течії від одного випуску до другого (перенесення
зворотних вод здійснюється по найкоротшій відстані від одного
випуску до другого). Як контрольні розглядаються створи на
відстані l від місця випуску у напрямку течій (від одного випуску
до другого) згідно з п. 1.4.1. Концентрації речовин у контрольному
створі визначаються за формулою (1.3.8) при умові, що вектор
розрахункових фонових концентрацій речовин Y визначається згідно
ф
з п. 3.1.6, а величина n визначається за розділом 1.4.2.
іk
Якщо віддаленості випусків зворотних вод від берега моря мало
відрізняються одна від одної у порівнянні з відстанями між ними,
то сукупність випусків можна розглядати як ряд випусків (лінійне
розташування випусків), розташованих уздовж берегової лінії на
середній відстані від берега моря, яка дорівнює для N випусків
N
Стр. 1 |
Стр. 2 |
Стр. 3 |
Стр. 4
|
