Конспект лекцій для студентів спеціальності 040106 "Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування" усіх форм навчання

Вид материала

Конспект

Содержание Видавництво СумДУ Науково-теоретичні основи моделювання екологічного стану водного середовища Витрати води Джерело забруднення Забруднення гідросфери Зона активного забруднення Зона впливу Небезпека забруднення водного середовища Мінералізація води Стік – об’єм води, який проходить через створ за деякий визначений проміжок часу. Стічні води Створ – переріз русла водойми у місці дослідження. Якість води Додаток а Антропогенні чинники Біологічно допустимий викид Взаємовідносини людини і природи Викид зведений Водойма - природне або штучне середовище текучих або стоячих вод (ріка, озеро, став). Водовідведення Водоємність виробництва Водойма - природне або штучне скупчення вод (текучих, стоячих). Водокористування Водотік - вода, що переміщується у руслі водотоку. Вплив антропічний ... Полное содержание

Подобный материал:

• Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни, 230.83kb.
• Конспект лекцій з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106  „Екологія,, 1393.76kb.
• Ї праці студентів й виконання курсової роботи з дисципліни „Загальна екологія й основи, 517.37kb.
• Програма фахового вступного випробування для зарахування на навчання за окр «бакалавр», 129.59kb.
• Робоча програма методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни, 349.15kb.
• Ик до самостійної праці студентів й виконання курсової роботи з дисципліни „Біогеохімія, 758.65kb.
• Програма фахового вступного випробування на навчання за освітньо-професійною програмою, 416.72kb.
• Юрія Федьковича " затверджую, 421.24kb.
• Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування галузь, 154.46kb.
• Вступ, 3937kb.

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

МОДЕЛЮВАННЯ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ СТАНУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА


Конспект лекцій

для студентів спеціальності 6.040106 “Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”

усіх форм навчання

ЧАСТИНА 3

Науково-теоретичні основи екологічного моделювання стану водного середовища

Затверджено

на засіданні кафедри як

конспект лекцій з курсу

“Моделювання та прогно-

зування стану навколиш-

нього середовища”.

Протокол №1 від 29.08.09 р.


Суми

Видавництво СумДУ

2010

Моделювання та прогнозування стану навколишнього середовища: конспект лекцій / Укладач О.О. Рибалов. - Суми: Вид–во СумДУ, 2010. - Ч.3. - 79 с.

Кафедра прикладної екології

Стисло розглянуті сучасні методичні принципи і підходи до моделювання та прогнозування стану водного середовища на прикладі локальних моделей прогнозування процесів розповсюдження та формування рівня забруднення водного середовища.

Може бути корисний для студентів і викладачів суміжних спеціальностей та фахівців з питань охорони довкілля і проблем природокористування.

ЗМІСТ

С.

Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Розділ 3 Науково-теоретичні основи моделювання

екологічного стану водного середовища . . . . . . 6

Тема 1 Основи моделювання та прогнозування

екологічного стану поверхневих вод

1.1 Загальні поняття та основні визначення . . . . . . . . 6

1.2 Наукові основи процесу розповсюдження

забруднюючих речовин у воді водного об’єкта . . . . 8

1.3 Показники просторового розповсюдження

забруднюючих речовин у воді водного об’єкта . . . . 16

Тема 2 Моделювання процесів розповсюдження

забруднюючих речовин у воді водного об’єкта

2.1 Процес перемішування стічних вод

з водою водного об’єкта . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2 Процес розбавлення стічних вод у непроточній

водоймі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3 Процес розбавлення стічних вод у проточному

водному об’єкті . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4. 
   Період повного обміну стічних вод у воді
   

водного об’єкта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Тема 3 Моделювання факторів впливу на процеси

розповсюдження забруднюючих речовин у воді

водного об’єкта

1. 
   Фактори, що впливають на процеси перемішування та
   

розбавлення стічних вод у воді водного об’єкта . . . 23

3.2 Коефіцієнт турбулентної дифузії водойм . . . . . . . 28

3.3 Коефіцієнт турбулентної дифузії водотоків . . . . . 29

3.4 Уточнений коефіцієнт турбулентної дифузії . . . . . 30


Тема 4 Моделювання концентрації забруднюючих

речовин у водному середовищі

4.1 Процес концентрації забруднюючих речовин

у воді водного об’єкта . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.2 Екологічне навантаження на водне середовище . . . 37

4.3 Баланс забруднюючих речовин

у воді водного об’єкта . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.4 Біохімічна трансформація забруднюючих

речовин у водному середовищі . . . . . . . . . . . . 42

4.5 Осадження зважених забруднюючих

речовин у водному середовищі . . . . . . . . . . . . 45


Тема 5 Моделювання екологічного стану та якості

поверхневих вод

5.1 Екологічне нормування стану

водного басейна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.2 Допустимий склад стічних вод. . . . . . . . . . . . . 49

5.3 Оцінка екологічного стану поверхневого

водного об’єкта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.4 Оцінка та ранжування небезпеки забруднення вод

поверхневого водного об’єкта . . . . . . . . . . . . . 52

Висновки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Додаток А - Глосарій . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Список літератури . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

ВСТУП

Сучасний стан довкілля примусив сучасне суспільство різко підвищити вимоги до якості довкілля. Важлива роль у цьому відведена екологічній освіті і вихованню екологічного cвітогляду у спеціалістів усіх галузей. Настав новий етап суспільного розвитку. Поряд з оцінкою і контролем стану довкілля виникла можливість прогнозу його змін та використання цих чинників у механізмі регулювання.

Курс лекцій “Моделювання та прогнозування стану навколишнього середовища” є самостійною науково-прикладною дисципліною.

Об’єктом його дослідження є навколишнє середовище в цілому та його окремі складові.

Мета курсу - засвоєння студентами професійних знань, навичок та еколоорієнтованого світогляду.

Завдання курсу визначені необхідністю вивчення екологічних процесів і закономірностей, правил і вимог щодо охорони довкілля. Основним завданням є формування екологічних принципово нових напрямків трансформації поглядів на зв’язки між людиною і середовищем життя.

Розділ “Науково-теоретичні основи моделювання екологічного стану водного середовища” є складовою частиною цього курсу. В ньому розглядаються сучасні методичні принципи та підходи до моделювання стану водного середовища на прикладі локальних моделей. Розглядаються збуджувальні мотиви і стимули, що формують ефективну екологічну позицію.

Даний курс призначений для допомоги студентам в одержанні професійних знань щодо процесів перенесення і поширення забруднюючих речовин у воді, формування рівня забруднення водного середовища, оцінки екологічного стану та якості поверхневих вод, сприятиме систематизації екологічних уявлень. Може бути корисним для студентів і викладачів суміжних спеціальностей та фахівців з питань охорони довкілля і проблем природокористування.


РОЗДІЛ 3

НАУКОВО-ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МОДЕЛЮВАННЯ ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА


Тема 1 Основи моделювання та прогнозування

екологічного стану поверхневих вод

1.1 Загальні поняття та основні визначення

Визначимося в основних термінах.

Витрати води – об’єм води, який проходить за одиницю часу через створ.

Гідросфера - це сукупність усіх вод Землі (материкових, океанічних, атмосферних).

Джерело забруднення – об’єкт, який вносить у водне середовище забруднюючі речовини (домішку).

Домішка (полютант) – речовина, яка спричиняє порушення природної якості природних вод або норм якості.

Забруднення гідросфери – це внесення у водне середовище або утворення у ньому фізичних агентів, хімічних речовин чи організмів, які несприятливо впливають на середовище життя або спричиняють шкоду матеріальним цінностям.

Зона активного забруднення - частина водного середовища, в якій при надходженні домішок порушуються природні біохімічні або біологічні процеси, а концентрація цих домішок перевищує нормативні санітарні чи інші показники.

Зона впливу – це частина водного середовища, в яку потрапляють стічні води із зони активного забруднення або ж безпосередньо із скиду стічних вод, але в якій внаслідок невисокої концентрації домішки або ж короткочасності забруднення в ній зберігається природний характер біологічних і біохімічних процесів. Проте, незважаючи на те, що в середньому концентрація домішки в цій зоні не перевищує ГДК (санітарну норму), в ній можуть спостерігатися окремі локальні об’єми порівняно сильно забрудненої води.

Небезпека забруднення водного середовища – це ступінь вірогідності перевищення природного чи санітарно допустимого рівня вмісту речовин у воді.

Небезпека екологічна – це реальна загроза виникнення несприятливих для людини (або живих організмів) наслідків у результаті впливу антропогенних факторів на водне середовище.

Мінералізація води – вміст у воді мінеральних речовин у розчиненому вигляді.

Рівень забруднення – числове значення показника вмісту домішки у воді (концентрація).

Стік – об’єм води, який проходить через створ за деякий визначений проміжок часу.

Стічні води – води, які були у виробничому, сільськогосподарському або побутовому використанні, а також води, які пройшли через яке-небудь забруднене середовище чи територію (зливні).

Створ – переріз русла водойми у місці дослідження.

Якість води – ступінь відповідності її характеристик потребам людини і технологічним вимогам.

У загальному випадку водойми живляться за рахунок припливу води водотоків-приток, що впадають в них. Так, у випадку водосховища – за рахунок рік, на яких вони створені. Вода приток перемішується з водою водойми. Оскільки мінералізація цих вод може відрізнятися, то при змішуванні води притоки з водою водойми відбувається водообмін, тобто встановлення нового рівня мінералізації води у зоні перемішування. Розглянемо процес водообміну у непроточній водоймі поверхневого водного об’єкта.

Основний вплив на рівень мінералізації води у зоні перемішування здійснюється за рахунок кратності Кв водообміну (ступеня проточності). Кратність Кв водообміну у водоймі розраховується за формулою


К_{в =} Q_в /Q_с , (1.1)

де Q_в – об’єм води водосховища;

Q_с - об’єм річного стоку (припливу) води у водосховищі.

У природних умовах водообмін може відбуватися як за умов Q_в >Q_с , так і за умов Q_с > Q_в . Отже, чим більша кратність Кв водообміну (Кв >1 при Q_в>Q_с), тим менші зміни будуть у режимі мінералізації водного об’єкта відносно води рік, що його живлять.

Між середньою мінералізацією води у водоймі U_в і мінералізацією води у річці притоки U_р, яка її живить, при будь-якому водообміні K існує залежність


U_в / U_р = 0,99 – 0,26 / K . (1.2)

Це дозволяє розрахувати очікувану мінералізацію води водосховища для заданих значень U_в і K.

Мінералізація води є основним показником якості води водного об’єкта.

Якість води у різних водних об’єктах (річках, водоймах, водосховищах, морях і т. д.) залежить від типу водного об’єкта, його гідрологічного режиму, а також виду і об’єму надходження стічних вод та домішок із суміжних сфер. Зміна якості води обумовлена як коливаннями водного режиму, так і біологічними внутрішніми процесами цієї водойми.

У природних умовах мінералізація вод притоки, як правило, відрізняється від мінералізації води у водному об’єкті. При цьому вона може бути як меншою, так і більшою порівняно з водою водойми. Проте у випадку скидання техногенних стічних вод рівень концентрації забруднюючих речовин у стоках набагато перевищує забрудненість ними водного об’єкта.

1.2 Наукові основи процесу розповсюдження забруднюючих речовин у воді водного об’єкта

Усі екологічні процеси в природних умовах проходять у просторі і часі. Тому розповсюдження забруднюючих речовин у воді водного об’єкта у зоні техногенного джерела скидів відбувається відповідно до законів матеріального світу у чотиривимірній системі координат: тривимірній прямокутній системі координат простору ХОУ та часі t. Поширення у просторі і часі, перенесення на деяку відстань від місця випуску стоків відбуваються залежно від чинників, що впливають на ці процеси в зоні джерела забруднення.

Забруднення води може відбуватися кількома шляхами: при скиді стічних вод (зливних стоків), при проходженні води через забруднені (мінералізовані) ділянки землі (ґрунту), при випадінні забруднюючих речовин із атмосфери.

Чинники впливу на розповсюдження домішок у воді дуже різноманітні. Проте їх можна умовно поділити на декілька груп факторів впливу:

- параметри джерела скидів стічних вод;

- параметри стічних вод;

- параметри водного об'єкта та його води.

Усі джерела як об’єкти, що вносять у водне середовище забруднюючі речовини, можна поділити умовно на такі види: промислові, сільськогосподарські, соціально-побутові, природні.

Джерела скидів стічних вод, що забруднюють водне середовище, розрізняють за їх типами: стаціонарні і нестаціонарні, організовані і неорганізовані, постійні і сезонні.

Джерело стоків може знаходитися як на березі, так і на деякій віддалі від нього десь в самій водоймі як на дні, так і на поверхні чи на якійсь глибині. Цей факт відіграє важливу роль у формуванні процесу розповсюдження домішок у воді.

Стічні води, тобто води, які були у виробничому, сільськогосподарському або побутовому використанні, а також води, які пройшли через яке-небудь забруднене середовище чи територію (зливні води), мають взагалі різний хімічний склад.

Стічні води характеризуються певними параметрами: витратами води (об’єм води, який проходить за одиницю часу через створ), стоком (об’єм води, який проходить через створ за деякий визначений проміжок часу), рівнем забруднення стічної води (числове значення показника вмісту певної домішки у воді, тобто її концентрація) тощо.

Усі водні об’єкти можна поділити на два типи: проточні (водотоки) і непроточні (водойми). Основною метою класифікації водних об’єктів є встановлення категорій і класів водойм та водотоків за їх природними особливостями.

В основу розподілу водних об’єктів (як водотоків так і водойм) покладені режимні і морфометричні особливості цих об’єктів. Критеріями є типові ознаки, які безпосередньо визначають умови формування якості і кількості води у них.

Для водотоків (річки, канали, ручаї, рудники тощо) використовують такі характеристики: географічну зону, пору року, період дії водотоку, характер меженного періоду, наявність пересихання, перемерзання, льодоставу, площу водозбору, витрати води, швидкість течії, коливання рівня води, температуру води.

Для водойм (озера, ставки, водосховища тощо) використовують такі характеристики: площу дзеркала поверхні води, об’єм води, максимальну глибину, коливання рівня водної поверхні, температуру води, тривалість льодоставу, водообмін, вертикальну циркуляцію, стратифікацію.

Зауважимо, що створення водосховищ на річках викликає в них зміну гідрохімічного режиму і якості води у них порівняно з водою річки, на якій вони споруджені.

Параметрами водного об'єкта є також створ (переріз русла водойми у місці спостереження, дослідження) та координати розрахункової точки на цьому створі.

Процес забруднення води – це динамічний багатоскладовий нестаціонарний процес.

Так, по-перше, забруднення води може відбуватися практично в усіх напрямках від місця випуску стоків. При скиданні стоків з берега забруднюючі речовини під тиском надходження з джерела все нових об'ємів стічних вод переносяться все далі від точки їх випуску в усіх можливих напрямках від місця випуску стоків за умови відсутності перешкоди на їх шляху.

У випадку непроточної водойми процес поширення забруднення води може відбуватися в усіх напрямках без винятку на весь об'єм її води чи на якусь певну частину її об'єму залежно від чинників.

Зона забруднення непроточної водойми на поверхні її води має вигляд півкола при скиданні стоків з берега або кола при скиданні стоків на деякій відстані від берега на дні водойми, на її поверхні чи на якійсь глибині.

У випадку водотоку (ріки) чи проточної водойми процес поширення забруднення води може відбуватися лише у певному напрямку, обумовленому течією. При цьому зона забруднення на поверхні води має вигляд сектора, в центральному куті якого міститься джерело, тобто на початку системи координат ХОУ.

По-друге, процес розповсюдження домішок у воді характеризується їх перенесенням від місця випуску стоків у деякому напрямку на деяку відстань від місця скиду.

Фактор часу має при цьому безпосередній вплив на процес поширення забруднення та розміри зони забруднення.

Розглянемо схему, що ілюструє основні моменти процесу розповсюдження забруднюючих речовин у воді водного об'єкта в зоні джерела скидів у системи координат ХОУ (рис.1.1).

C([x-1,t-1) C(x,t) C(x+1,t+1)

Сc(0,0) φ

Xo Xi-1 Xi Xi+1 X









Рисунок 1.1 - Схема розповсюдження забруднюючих речовин у воді в зоні скидів стічних вод

Так, якщо розглядати вміст забруднюючої речовини в одиниці об'єму води (наприклад, г/куб.м), на певних віддалях від місця випуску стоків Хо на відрізку прямої Хо,Хn в точках із координатами

Х₁, Х ₂, Х ₃,...,Хі-1, Хі, Хі+1,...,Хn

в певні моменти часу

t ₁, t ₂, t ₃,...,tі-₁, tі, tі+₁,..., t _n ,

то концентрація С даної речовини в цих розрахункових точках буде характеризуватися значеннями

Сх1,t₁ ; Сх_2,t ₂ ; Сх_3,t₃ ;...; Схі-_1,tі-₁; Схі,tі; Схі+_1,tі+₁;...; Схn_,tn.

При цьому концентрація речовини зменшується із віддаленням точки виміру від джерела, тобто Схі,tі > Схі+_1,tі+₁ за умови Хі< Хі+1.

Певна річ, забруднення водойми відбувається звичайно по всьому її об’єму води в усіх напрямках, а не лише по одній лінії. Сектор поширення характеризується кутом φ. Кут φ (в радіанах) - це кут сектора, в якому поширюється забрудненя. Цей сектор перш за все характеризує характер зони забруднення річок. У випадку непроточної водойми при випуску з берега φ = 3,14 (π), а коли точка випуску стічних вод віддалена від берега φ = 6, 28.

Водний об'єкт розглядається як складна екосистема, в якій у просторі і часі проходять біо-фізико-хімічні процеси самоочищення і яка характеризується в кожен момент часу певною тенденцією трансформації забруднюючих речовин.

Розрізняють два основних випадки: забруднення зростає – нестійка система або це зрівноважена екосистема, коли процеси розбавлення і самоочищення компенсують надходження забруднюючих речовин.

У випадку нестійкої системи важливим є визначення гранично допустимих навантажень, за яких екосистема ще здатна зберігати стійку рівновагу, тобто самоочищуватися.

Розглянемо деякі математичні (теоретичні) моделі перенесення забруднюючих речовин у водному середовищі.

Для моделювання перенесення полютантів у річках звичайно використовують одновимірну модель - диференціальне рівняння у частинних похідних, яке зводять до різницевого аналога методом різницевої апроксимації. Цей метод дає змогу скласти схему першого чи другого порядку апроксимації на прямокутній сітці для рівнянь з неперервними коефіцієнтами.

Одновимірна модель перенесення забруднюючих речовин у водотоці (ріках) має вигляд

(Ск,n+1 - Ск,n) / τ = D (Ск+1,n - 2 Ск,n + Ск-1,n) / ∆Х ² -

- W ( Ск+1,n - Ск-1,n ) / 2 ∆Х + (1.3)

+ λ Ск,n + f (Хn, tn) + η (Хn, tn) ,

де С - концентрація забруднюючої речовини;

D - коефіцієнт турбулентної дифузії;

W – швидкість водотоку;

λ - показник швидкості розпаду речовини (самоочищення);

f - функція потужності джерела скидів, що лежить на початку координатної системи;

η - вихідна величина з крайовими умовами для даного водотоку;

к, n – координати у просторі і часі розрахункової величини концентрації Схі,tі в розрахунковій точці Хі створу;

τ – крок у часі для визначення дальності перенесення забруднюючих речовин у потоці від джерела до розрахункової точки (часовий крок);

t – вимір у часі, тобто інтервал часу, впродовж якого виконується дослідження (спостереження) процесу перенесення речовин за допомогою даної моделі (розрахункова концентрація Ск,n забруднюючої речовини в точці з координатами у просторі к і часі n з кроком у просторі h і кроком у часі τ) ;

h - крок по відстані на досліджуваному відрізку Хо, Хn;

∆x - довжина відрізка, на якому виконується дослідження процесу перенесення речовин.

Довжина відрізка, на якому виконується дослідження процесу перенесення речовин, у заданій системі координат дорівнює величині ∆x = Хn - Хо, де Хо - початкова і Хn - кінцева координати досліджуваного відрізка.

Відрізок відстані ∆x розбивається на N рівних частин з кроком h = (Хn-Хо) / N. Відтак координата кожної к-ї розрахункової точки Хк на ньому (а при натурних дослідженнях – точки, де проводять заміри С) має значення Хк = Хо + к h, де к – порядковий номер точки на цьому відрізку.

Аналогічно часовий інтервал ∆t= tпоч - tкін розбивається на N рівних частин з кроком τ =∆t / N. Відтак часова координата n кожної розрахункової точки Хк має значення tn=tо + кτ.

Отже, завдання рівняння полягає у знаходженні таких числових значень: D - коефіцієнта турбулентної дифузії; W – швидкості водотоку; λ - швидкості розпаду забруднюючих речовин за рахунок механіко-біологічних процесів їх перетворення.

Зазначимо, що функція λ(х,t) визначається у природних умовах дуже важко.

Для моделювання перенесення полютантів у непроточній водоймі для точкового джерела скидів звичайно використовують метод прямих для зниження розмірності рівняння у частинних похідних (так звана плоска задача).

Для цього джерело розміщують на початку координат, а процес розповсюдження домішок вважають стаціонарним.

У цьому випадку математична модель описується диференціальним рівнянням у частинних похідних у циліндричних координатах. Це диференціальне рівняння зводиться до системи одновимірних рівнянь. Модель має вигляд

0 = А { [∂² C (r, φk) / ∂ r² ] } +

+(1 / r²) { [∂²C(r, φk +1) – 2 C(r, φk) + C(r, φk -1)] / ∆φ² } +

+(В/r) [∂C(r,φk) / ∂ r ] + α C(r,φk), k=1,2,..., n (1.4)

При нестаціонарному процесі поширення домішок у непроточному водному об'єкті розглядають випадок, коли турбулентність зумовлюється слабкими течіями, що не враховуються через їх незначущість, а процес розповсюдження відбувається лише за рахунок перемішування і розбавлення стоків. Математична модель дифузії описується диференціальним рівнянням у частинних похідних у циліндричних координатах. Розрахунок здійснюється методом скінченних різниць. Модель має вигляд

Ск+1,n =(1–2 Вn) Ск,n + (Аn-Вn) Ск,n+1 + (Вn-Аn) Ск,n-1. (1.5)

При цьому маємо

Аn = ∆ t β / (2 ∆ r² (2 -1)) ,

Вn = ∆ t n g Кт / ( γ ∆ r² (2 -1)) , (1.6)

β = g А / γ – Q / φ Нс,

де С - концентрація забруднюючої речовини;

Q - витрати стічних вод, куб.м/с;

Нс - середня глибина водойми на відрізку сектора;

Кт – коефіцієнт турбулентного обміну, т ∙ с / куб.м;

r - координата розрахункової точки, тобто відстані до джерела, яке знаходиться у центрі координат;

t - час;

φ - кут (в радіанах) сектора розрахунку, в якому поширюється забруднення (при випуску з берега φ=3,14 (π), а коли точка випуску стічних вод віддалена від берега, φ = 6, 28);

g = 9,8 - прискорення сили ваги, м/c² ;

γ = 1 – питома вага води, т/куб.м.

Радіус кожного n-го відрізка Хк+1-Хк розраховується за формулою

rn = ∆ r (n - 1) . (1.7)

Індекси к, к+1 і т.д. відповідають порядковим номерам розрахункових інтервалів часу ∆t: к – інтервал часу, що розглядається, а к+1 – наступний за ним. Звернемо увагу при цьому, що сума коефіцієнтів (1 – 2 Вn), (Аn - Вn) і (Вn - Аn) завжди має дорівнювати одиниці, тобто ∑ [(1–2 Вn)+(Аn - Вn)+ +(Вn-Аn)] = 1.

Крім того, значення ∆t і ∆r добирають таким чином, щоб скінченно-різницева схема була стійкою.

Зазначимо, що ця методика не враховує процесу самоочищення, що призводить до завищення розрахункової величини концентрації відносно фактичних значень.


1.3 Показники просторового розповсюдження забруднюючих речовин у воді водного об’єкта

Розглянемо тепер систему показників, що характеризують просторове розповсюдження полютантів у воді водного об’єкта (річки, водойми). Зона забруднення у місцях скиду стоків у воду формується відповідно до режимних характеристик водотоків (швидкості течії, рівня та витрат води тощо) та залежно від зміни режиму скиду стічних вод.

Показниками просторового розподілу забруднюючих домішок у воді перш за все є такі відносні характеристики забруднення: лінійні, площинні, об’ємні.

Характеристика лінійних розмірів зони забруднення, що відображає відношення найбільшої лінійної протяжності зони забруднення (L^max_загр) до глибини Нзабр забруднення водойми чи річки, розраховується за формулою

L ^гдк_{н, забр}= L^max_забр / Н^гдк_забр . (1.8)

Характеристика лінійних розмірів зони забруднення, що відображає відношення найбільшої лінійної протяжності зони забруднення (L^max_забр) до ширини Взабр забруднення водного об’єкта, розраховується за формулою

L ^гдк_{в, забр=} L^max_забр / В^гдк _забр . (1.9)

Показник L^гдк характеризує відстань від місця випуску стоку до створу, де концентрація домішок дорівнює ГДК. Значення Н і В для річок визначають як середнє при конкретному режимі на досліджуваній ділянці русла. Для водойм цей показник береться за габаритами площі дзеркала L, В.

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

S^гдк_забр= S^max_забр / S_{в. о} , (1.10)

де S^max_забр - забруднена найбільша площа при конкретному гідрологічному режимі;

S_{в. о} – загальна площа водної поверхні на даній ділянці.

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

V^гдк_забр=V^max_забр / V_{в. о} , (1.11)

де V^max_забр - забруднений об’єм води при конкретному гідрологічному режимі;

V_{в. о} – загальний об’єм води на досліджуваній ділянці.

Використання цих показників дозволяє оцінити зміни санітарного стану під впливом визначальних факторів – зміни основних гідрологічних характеристик.

Методика визначення меж перенесення забруднюючих речовин у водному середовищі і поширення границі зони активного забруднення (ЗАЗ) водного об'єкта стічними водами зводиться до перевірки вимоги дотримання санітарно-гігієнічного регламенту, тобто умови

С_max ≤ ГДК , (1.12)

де С_max – максимально можливий рівень вмісту домішок у воді розрахункового створу, мг/л;

ГДК – гранично допустима концентрація речовини, мг/л.

У випадку С > ГДК перевірка вимоги санітарно-гігієнічної безпеки вимагає натурних вимірів з певним кроком у вибраному напрямку або ж розрахунку величини С_max , починаючи з місця випуску стоків аж до створу, де ця умова не порушується, тобто має місце ГДК > С_max .


Тема 2 Моделювання процесів розповсюдження забруднюючих речовин у воді водного об’єкта

2.1 Процес перемішування стічних вод з водою водного об’єкта

При потраплянні стоків у водний об’єкт (водойму, ріку і т. д.) стічні води перемішуються з його водою. Відбувається зниження рівня забрудненості стічної води за рахунок розбавлення з більш чистою водою водного об’єкта.

Коефіцієнт перемішування води стоку з водою водного об’єкта (водойми, водотоку) показує, яка частина об’єму води водойми (витрати води річки) перемішується із даним об’ємом стічних вод.

Коефіцієнт перемішування води стоку з водою водного об’єкта розраховується у тому разі, коли стічні води у розрахунковому створі розповсюджуються не по всій ширині русла.

Коефіцієнт Кз змішування визначається формулою

К_з = _ , (2.1)


або К₃ = [ 1 – exp (-к_)]