Регулирование водного и биогенного баланса малых рек при освоении водосборов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Регулирование водного и биогенного баланса малых рек при освоении водосборов

С.Н. Коваленко

Под управлением качества воды в водоприемнике подразумевается возможность осуществления контроля уровня загрязнения в фоновом, контрольном (створ полного смешения) и в устьевом (открытом или закрытом загрязнителе) створах.

Фоновый створ устанавливается выше по течению водоприемника от устьевого створа (устья впадения в водоприемник магистрального канала), и его параметры определяют возможность, осуществления попусков загрязняющих веществ в водоприемник.

Створ полного смешения выполняет контролирующие функции по уровню загрязнения водоприемника сбросными (сточными) водами, исходя из условия не превышения нормативных показателей. Он располагается на водоприемнике ниже по течению от устья сбросных вод на расстоянии, равном в среднем двадцати-пятидесяти ширинам водотока. В пределах этого участка загрязняющее вещество обычно принимается консервативным.

Нормативное содержание загрязняющего вещества в контрольном створе (он же створ полного смешения) определяет максимально-допустимое содержание загрязняющего вещества в сбросных водах. Эта величина зависит от многих абиотических, биотических и антропогенных экологических факторов и является случайной. В связи с этим предлагается вероятностный подход к процессу загрязнения водоприемника сточными водами, поступающими с осушаемых водосборов.

По условию задачи обсуждается возможность организации выпуска сточных вод ниже фонового створа в необходимых объемах с соблюдением нормативного качества речных вод в контрольном створе. В качестве исходных принимаются показатели качества речной воды в фоновом створе. Естественно, на практике реализация такой задачи возможна только в том случае, если максимальная концентрация загрязняющего вещества в фоновом створе меньше ПДК. В противном случае дополнительное поступление загрязняющих веществ в водный объект недопустимо.

В поставленной задаче возникает необходимость оценить возможность речного потока принять дополнительное количество загрязняющего вещества ниже фонового створа сверх того, которое уже имеется в фоновом створе. По репрезентативным данным средних арифметических и максимальных концентраций загрязняющего вещества, полученных по натурным данным, методом аналогий или моделированием, необходимо в ряду максимальных концентраций загрязняющего вещества в фоновом створе за выбранный лимитирующий сезон (весна - (март-май), осень - (август-октябрь)) определить максимум (максимум-максиморум). Далее находится разница между величиной ПДК для рассматриваемого загрязняющего вещества и максимумом-максиморумом. Для получения необходимой статистической информации в контрольном створе выполним следующие операции. Все величины натурных наблюдений максимальных и средних арифметических концентраций загрязняющего вещества за сезон в фоновом створе умножаются на величину отношения ПДК к максимому-макси-моруму. При этом происходит изменение максимальных, минимальных и средних значений концентраций загрязняющего вещества, а также и средних квадратических отклонений на величину кратную этому отношению. А это означает, что коэффициенты вариации и асимметрии в фоновом и в створе полного смешения совпадают. Но вместе с тем совпадут и регрессионные зависимости: момент корреляционной связи и дисперсия увеличатся на величину квадрата отношения величины ПДК к максимому-максиморуму, но в таком случае коэффициенты корреляции и регрессии останутся прежними. Таким образом, параметры кривых распределения плотности вероятностей в фоновом и в створе полного смешения совпадают, корреляционная связь сохраняется, следовательно, сохраняется возможность проведения дальнейших операций. Таким образом, в створе полного смешения формируются виртуальные ряды данных средних арифметических и максимальных концентраций с учетом поступления в водоприемник нормативного количества загрязняющего вещества. При необходимости получения репрезентативного ряда в контрольном створе выполняется его математическое моделирование. управление качество вода загрязняющий

Для максимальных концентраций загрязняющего вещества в створе полного смешения, подбираем сглаживающую кривую обеспеченности. Пользуясь этой кривой, находим обеспеченность, соответствующую ПДК (Рпдк). Далее, прибавляя к ней величину «запаса» -ДРз (в первом приближении ДРз = 5ч10 %), определяем обеспеченность допустимой максимальной концентрации загрязняющего вещества СDK в створе полного смешения: РDK = РПДК+ ДРз. По величине обеспеченности РDK находим, СDK (рис. 1). Как показано на рис. 2, используя прямую регрессии между максимальными и средними арифметическими величинами концентрации загрязняющего вещества в створе полного смешения, определяем среднюю концентрацию загрязняющего вещества в створе полного смешения.

,

где Qr, Qс - расход воды соответственно речного и сбросного (дренажного и поверхностного) стоков, м3/с; Ск, Сr - концентрация загрязняющего вещества, соответственно, в контрольном и фоновом створа, мг/л; принимая в ней все величины равными средним арифметическим величинам за сезон, находим величину предельно-допустимой средней концентрации загрязняющего вещества в сбросных водах. Это и есть величина предельно-допус-тимой концентрация загрязняющего вещества в сбросных водах, которую в состоянии принять конкретная река.

Следует заметить, что в данном случае диффузный сток на расчетном участке исключен, поверхностный сток поступает в магистральный канал осушительной мелиоративной сети.

В соответствии с разработанной в работе методикой для формирования репрезентативных рядов вначале моделируем средние арифметические величины концентраций загрязняющего вещества, а затем, используя прямую регрессии, моделируем величины максимальных концентраций в створах фоновом и полного смешения. Полученные данные позволяют построить сглаживающую кривую обеспеченности максимальных концентраций загрязняющего вещества в контрольном створе, по ней определяются величины РПДК, РDK, и СDK. Далее по прямой регрессии находим среднюю концентрацию загрязняющего вещества в створе полного смешения. Используя балансовую зависимость, получим величину предельно-допустимой концентрации загрязняющего вещества в сбросных водах. Из-за погрешностей измерений и расчетов в регрессионной зависимости может появиться свободный член (строго говоря, его не должно быть; действительно: если средняя за сезон концентрация равна нулю, то и максимальная тоже должна быть равной нулю; справедливо и обратное утверждение: при нулевом значении максимальной средняя тоже принимает нулевое значение). В принятом способе моделирования свободный член будет увеличиваться, в результате прямая регрессии будет смещаться, оставаясь параллельной самой себе. Можно не учитывать это смещение, так как величина свободного члена обычно очень мала. Но с другой стороны, с помощью компьютерных технологий свободный член в регрессионной зависимости можно сравнительно просто устранить.

Библиографический список

1. Коваленко С.Н. Метод Монте-Карло при моделировании максимальных значений концентраций биогенных загрязняющих веществ в малых водотоках (на примере реки Верхняя Ерга Двинско-Печерского бассейна). //Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2009. Вып. 189. С. 52-59.

2. Коваленко С.Н. Прогнозирование концентраций биогенных загрязняющих веществ в малых водотоках на основе математического моделирования методом Монте-Карло //Экология промышленного производства. 2010. № 1. С. 10-13.

3. Коваленко С.Н. Методика определения допустимых сбросов дренажных вод с учетом стохастического процесса на основе математического моделирования концентрации биогенных загрязняющих веществ в малых реках (на примере Двинско-Печерского бассейна). //Информационные технологии - 2009. - №11(159). С. 73-76

4. Михалев М.А. Инженерная гидрология. - СПб.: СПбГПУ, 2003. 360 с.

Размещено на Allbest.ru