автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Влияние загрязненных донных отложений на качество воды водных объектах

Г6 ^.

псковский государственный строительный университет

На правах рукописи

ДШГИДЗЕ ЗАЗА УШАНГ0ВИ7 ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА КАЧЕСТВО

вода в водных объектах

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные систеиы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 199^ г.

Работа выполнена в Московском Государственной Строительном Университете

Научный руководитель - доктор технических.наук, лрофе

Майрановский ф.Г.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Бондарев A.A.

- кандидат технических наук Эль A.M.

Ведущая организация - Институт водных проблем РАН

Защита состоится "-/4" UfaMSi 1994 г. в часо

на заседании диссертационного Совета К 053.11.08 в Московоко Государственной Строительной Университетепо адресу: Москва, Ярославское п., д. 26, в аудитории 16 &4Z

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университе Просии Бао принять участие в защите и направить Ваш отвыв в 2-х зкаеидлярах по адресу: 12933?, Москва, Ярославское doc дои 26, МГСУ, Ученый Совет.

Автореферат разослан " f3" MAS, 1994 г.:-НИ*

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент

В.А.Орлов

- г-

Условные обозначения,

г- концентрация загрязняющего вещества в донных отложениях, мг/л;

- время, сут.;

) - коэффициент диффузии вещества в донных отложениях, м4/сут.; \ - вертикальная координата, отсчитываемая вниз от границы раздела вода-донные отложения, м;

£ - коэффициент скорости деструкции загрязнявших веществ в дойнах -4

отложениях, сут.;

- площадь контакта между донными отложениями и водой, м2; I - расход воды в водотоке, ы3/сут.;

/ - концентрация загрязняющего вещества в воде водотока, мг/л; ( - продольная координата, м;

Ь - удельный (на единицу длины русла) приток воды в водоток, и?сут, ,Ар- концентрация загрязняющего вещества в приточной воде, мг/л; удельный отток (забор) воды из водотока, м*/сут.;

Г от

С - коэффициент неконсервативности вещества, сутТ1; 15 - плоидда живого сечения, и2';

г^. - удельный (на единицу длины русла) поток загрязняющего вещества из донных отложений, г/(сут-и); Iи 0, - удельный расход воды на испарение и осадки соответ-

гЩ£Щ., г ОС •

ственно, м*/сут.;

- объем воды, м3;

1 - максимальный удельный поток из донных'отложений, г/(м*су т*^.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

А/туальвосяь работ. Изменение гидрологического режима при отр1 тельстве и эксплуатации водных объектов приводит к накоплению дон: отложений. В условиях антропогенной нагрузки на водные объекты вэ; шенные частицы, поступающие о водосборной площади вместе о поверхно' ным стоком, сорбируют большое количество загрязняющих веществ - н< тепродуктов, биогенных элементов, тяжелых металлов и др. В результ; осаждения взвеси на дно происходит накопление загрязненных отложеи Частицы, формирующие загрязненные донные отложения, могут в уолов] изменения гидрохимической ситуации (дефицита растворенного киолоро; изменении рН и ЕЬ) в придонных слоях водных объектов отдавать загр ненные вещества во внутрипоровую воду за счет десорбции. Из внутри: ровой воды донных отложений, в результате процесса диффузии, загряз) ния поступают в воду. Процессы выхода загрязняющих веществ из дои отложений в воду могут оказывать заметное влияние на формирование 1 чества воды.

Выход веществ из донных отложений в воду представляет собой ко гофакторный сложных процесс, механизмы которого до настоящего врем< изучены недостаточно.

Разработанные в настоящее время методики расчета выхода загряз! ющих веществ из донных отложений в воду могут быть применены лишь ; водохранилищ и не пригодны для водотоков.

Отсутствие даже оценочных методик раочета выхода загрязняющих ] ществ из донных отложений в воду для водотоков не позволяет установ] эффективность мероприятий по удалению или изоляции загрязненных дои грунтов (подобных проекту очистки русла р.Москвы в пределах г.Моею осуществленному в 70-х - ,80-х годах, стоимостью более 36 миллио] руб. в ценах 1970 г.).

Методика расчета выхода веществ из донных отложений в воду требу-разрайотки специальной процедуры оперативного определения основных шетров, определяющих процессы взаимодействия между водой и донными доами.

Исходя из вышеизложенного, были сформулированы - цель и задачи яедований.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является яерименталъное и теоретическое исследование процессов вэаимодейс-и донных отложений о водой в водоемах и водотоках.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие за-

ш:

1. Разработать модель для оценочного расчета выхода загрязняющих *еств из донрых отложений в воду водотоков.

2. разработать зкспресо-метод определения параметров, определяю-с выход загрязняющих веществ из донных отложений в воду.

3. Установить расчетные параметры для типовых образцов донных от-(ений.

4. Разработать методику прогнозирования качества воды в водоемах счетом влияния выхода загрязняющих веществ из донных отложений.

Научная вотюва работ - заключается в следующем:

- разработана расчетная модель массообмена между донными отложе-!ми и водой в водотоке;

- разработана методика расчета качества воды в водотоках с учетом мзда веществ из донных отложений;

- разработан экспресс-метод определения параметров, определяющих код загрязняющих веществ из донных отложений в воду.

Практическая цеввость диссертационной работы заключается в следу-

ющем:

- Разработаны рекомендации по прогнозированию качества воды в в< дотоках с учетом выхода загрязняющих веществ из донных отложений.

- Получены расчетные параметры для типовых образцов донных отл< жений.

Внедрение результатов. Полученные результаты и рекомендации : прогнозированию качества воды о учетом выхода загрязняющих веществ донных отложений использованы ВОДНИИШФОРМПРОЕКТом при разработке в дохранных мероприятий для проектного обоснования бассейнового согя тения- по реке Kaue.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано ? работы.. , ■;

Н&заярзд выкосятся, следующие основные положения диссертации: :

- расчетная модель массообмена между донными отложениями и во; в водотоке;

- методика, расчета качества воды в водотоках с учетом выхода i цзств ив донных, отложений;.

- экспресс-метод; определения параметров, определяющих выход а; рязняющюс в.ещеотй и&дашшх охложений а воду;

- результаты; экспериментальных исследований процессов массообм> между,- донными- отягощениями- и водой;

- рекомендации-по прогнозированию качества воды; в водотоках учетом:выхода, ваэдяадшвдх веществ из донных отложений^.

Объем рабояш Ддего.&ртационная < работа иадолеваэ нал страни машинописного текста,, включает 3 таблицы;, 54! рисунков. Она сост из пяти глав, общих выводов, списка литературы ив 91 наименований.

- 6 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой ялаве выполнен обзор литературы, связанной о исследова-иями донных отложений, рассмотрена загрязненность донных отложений одных объектов, процессы массообмена между донными отложениями и во-ой, приведены различные методики расчета масоообмена между донными сложениями и водой.

Рассмотрены процессы поступления и накопления донных отложений в ¡одных объектах, их гранулометрический и химический состав, физические шойства.

Ооновными факторами, определяющими характер и интенсивность Провесов масоообмена между донными отложениями и водой, являются: газо-1Ый режим на границе раздела, скорость течения, температура, характер í мощность донных отложений, их химичеокий состав и качество воды, о юторой они находятся в контакте. Рассмотрены математические модели грогноэирования качества воды выполненные В.А.Виженским, Ф.Г.Майра-ювским, И.Б.Миаандронцевым, Бернером, Томкянои, Ди Topo и др.

В модели разработанной Ф.Г.Майрановоким, результирующее уравнение уш расчета концентрации воды в водохранилище о учетом массообменных Фоцессов на границе вода-донные отложения имеет вид:

Концентрация веществ, сорбируемых на взвешенных часйщах может рассчитываться по соотношению:

Методика расчета выхода вещеотв ив донных отложений в воду в ота-«ионарной постановке предложена И.Б.Миэандронцевым, в которой Исходное

уравнение имеет вид:

Это уравнение учитывает основные процессы в донных отложениях, том числе, интенсивность накопления отложений в водоемах.

Анализ рассмотренных моделей показал, что они могут быть испо: зовалы для прогнозирования качества воды в водоемах и не пригодны ; водотоков.

Обзор литературных источников, посвященных изучению процесс взаимодействия донных отложений с водой водных объектов позволяет с; лать следующие выводы:

- Процессы выхода загрязняющих веществ из донных отложений в вс могут оказывать заметное влияние на формирование качества, воды;

- Выход веществ из донных отложений в воду представляет cot многофакторный сложный процесс, механизмы которого до настоящего в[ мени изучены недостаточно;

- Разработаные в настоящее время методики расчета выхода загря няющих веществ из донных отложений в воду могут быть применены л* для водохранилищ и не пригодны для водотоков;

- Методика расчета выхода вещеотв из донных отложений в воду тр бует разработки специальной процедуры оперативного определения оснс ных параметров, определяющих процеосы взаимодействия между водой донными осадками. Исходя из вышеизложенных выводов, сделанных из а» литического обзора литературы, были сформулированы цели и задачи ис ледовании.

Во второй главе приводится, полученные автором, формулы для рг чета концентрации загрязняющего вещества в воде с учетом выхода в

отв из донных отложений.

При описании процесса выхода загрязняющих веществ из донных отло-ний в воду принимается следующая схема. В начальный момент, соот-готвующий окончанию второй фазы весеннего половодья, происходит новенное накопление загрязненных донных отложений, причем, концент-ция загрязняющих веществ в осадках равна СР. С течением времени кон-нтрация загрязняющих веществ в донных отложениях снижается как за ет выхода веществ в воду, так и в результате деструкции неконсерва-вных примесей.

Исходное уравнение, описывающее этот процесо, имеет вид:

, 0)

Уравнение (1), известное как уравнение диффузии вещества с учетом о деструкции, позволяет в результате его решения, определить значе-:е концентрации загрязняющего вещества в данной точке И и в данное еия'Ь.

Используя решение этого уравнения (Я.Ф.Пдешков и В.И.Мухопад), ончательно получили уравнение, определяющее поток загрязняющих ве-отв из донных отложений в воду:

Соотношение (2) позволяет выполнить расчет количества вещества, ходящего из донных отложений в воду в единицу времени в момент вре-ни"6, отсчитываемый от "¿-О (завершение второй фазы весеннего поло-дья). Расчет выполняется по временным шагам для периода, ооответс-

твующего 1-му году.

За расчетный период ЛТ (дТ= Т4- Т<) ^осре дненный поток загрязняющег вещества равен:

; (?)

14 Т,

Потом загрязняющих веществ из донных отложений. в> воду представляет собой лишь один элемент общего поступления загрязняющих веществ иг различных источников.

Исходное уравнение, описывающее изменение концентрации загрязняющего вещества по длине водотока, имеет вид:

-^^<^-<¡••0..*-кшС . Ф

Уравнение (4) содержит две неиввеотные величины - расход воды $ ] концентрацию загрязняющего вещества в воде С. Для замыкания задачи необходимо второе уравнение - баланса воды:

после преобразован*»- ( при граничном уодовии . $ - имеем:

После решеш»жййерв»да»ного уравнешю ^бУ най^© соотжжеви для расчета кондентрацви-вагрявниюарго Е9даетв» » водв водотока с уче том выхода вещ,еств >иа донньи отложений:

- 10 -

/ л п 7Г \ Г х^ИЗя^- __

Соотношение (7) является основной зависимостью для расчета кон-[трации загрязняющих веществ в воде водотоков. Расчеты по этой зави-<ости осуществляются для характерных периодов времени Т по харак-эным участкам, в пределах которых удельные потоки воды и вещества •шочая поток из донных отложений) принимаются постоянными. В началь-м створе каждого участка принимаетсяХ-0 и расчет ведется в пределах ого участка. Конечные значения расходов и концентраций принимаются в честве начальных для последующего участка. Особого внимания заслужи-1ет определение величины ^- потока загрязняющих веществ из донных мгажений. Для расчета (^необходимо знать концентрации загрязняющего ?щества в донных отложениях и коэффициент деструкции Для опре-гления этих параметров предлагается использовать специальные экспери-энты, имитирующие выход загрязняющих веществ из донных отложений.

В третьей глаяв дается методика экспериментальных исследований и етодика обработки результатов эксперимента.

Для определения параметров входящих в уравнения расчета концентрации загрязняющего вещества в воде водотока было исследовано четыре юдных объекта с разной антропогенной нагрузкой: р.Яуза (высокая ант-юпогенная нагрузка, образец N 1), р.Москва (Лыткаршю, нижний бьеф юдохранилища, образец N 2), Можайское водохранилище (при малой антро-югенной нагрузке, образец N 3), пруд-отстойник в Ясенево (твердые эсадки ливневого стока, образец N 4).

Образцы донных отложений из водных объектов' доставались дночерпа-телем и закладывались в плекситлазовые цилиндры высотой 40 см, диаметром 20 см. Толщина слоя образцов составляла около 5 см. Пробы грунтов

заливались дистиллированной водой объемом 8 л. Цилиндры и их крьп плотно закрывались темной бумагой.

Отборы проб воды для последующих анализов производились че] 7,14,30,60,90 и 120 оуток со дня начала эксперимента. Объем пробы с< тавлял 3 л, в цилиндры доливались 3 л дистиллированной воды. Перед 1 чадом отбора в цилиндрах определялась температура. Отобранная прс фильтровалась под давлением 2 атмосферы черев мембранные фильтры в с парата Куприна.

В пробах воды определялись следующие показатели: ЕЬ, рН, БШ фосфаты, нитриты, нитраты, ион-аммоний, нефтепродукты, тяжелые метш

ЕЬ и рН определялись на иономере универсальном ЭВ-74 (в компле* с термокомпенсационном, водородном и хлорсеребрянном электродами).

Фосфаты, нитриты, нитраты, нефтепродукты определялись фотометр ческим способом на приборе "БресоЫО" по известным методикам.

Тяжелые металлы определялись методом атомно-абсорбционной спей роскопии (пламенный вариант) с предварительным концентированием приборе ААБ-З.

Погрешает определений соответствовала установленным нормам.

Что касается методики обработки результатов эксперимента, то и менение концентрации загрязняющих веществ в воде в процессе экопер мента может быть описано следующим выражением:

Исходя из этого выражения, концентрация загрязняющего вещества воде находится как:

Согласно условиям эксперимента, при отборе проб воды для проведе-I химанализов, в аквариум добавлялась дистиллированная вода в объ-э, соответствующем объему изъятой пробы. Влияние разбавления на кон-ктрацгао загрязняющего вещества в аквариуме описывается выражением:

С;-е., 0--$.) , (¡0)

,е С2и С1соответственно концентрации вагрязняющего вещества после и I разбавления.

Принимая, что отборы проб производились в моменты времени .. •^¿•'•"¿^ и используя выражения (9) и (10), были найдены раешные значения концентрации загрязняющего вещества в воде аквариума а момент отбора 1-той пробы:

«О

Параметры расчетной зависимости к п ёопределялись методом наи-йкьших квадратов путем минимизации функцианада

, (40

'де измеренные концентрации.

В ходе эксперимента определялось поступление загрязняющих веществ чз четырех типов грунтов. После обработки результатов эксперимента по указанной выше методике были получены значения параметров К, % п А по каждому загрязняющему веществу и по каждому типу донных отложений. Полученные результаты были подвергнуты дальнейшей обработке исхода из предположения о том, что коэффициент неконсервативности загрязняющего

вещества не должен зависеть от типа донных отложений, были определ средние значения коэффициентов неконсервативности по каждому загряз ющему веществу и соответствующие им значения параметров 4к /}. Резу таты приводятся в таблице 1.

Таблица

Сводная таблица параметров расчетной мо -1-1

т

| к |образец N 1| образец N 2| образец N 3| образец N 4|

БПК-5 |0.014 нефтепр.|0.003 фосфор |0.007 минерал.| азот |0.009 железо 10.099 марганец|0.14 свинец |0.25 медь |0.25 цинк |0.22 кадмий |0.35 храм |0.14 ртуть |0.15 алюминий|0.067

024 0.439 ,002 0.066 ,019 0.042

,016 0.669 ,256 0.175 ,175 0.051 ,019 0.004 ,348 0.049 ,000 0.404 504 0.013 ,165 0.003 ,110 0.000 026 0.002

0.036 0.472 0.028 0.124 0.111 0.017

0.018 0.596 0.069 0.098 0.060 0.052 -0.013 0.002 0.320 0.030 0.188 0.047 0.394 0.008 0.118 0.002 -0,012 0.000 0.047 0.004

0.051 0.690 0.009 0.134 0.014 0.005

0.020 0.249 0.072 0.068 0.350 0.141 -0.013 0.002 -0.015 0.002 0.032 0.007 0.278 0.004 0.242 0.005 0.376 0.000 0.030 0.003

0.056 0.3271 0.055 0.164) 0.011 0.0061 I

0.039 0.3561 0.137 0.0701 0.053 0.0221 -0.013 0.002| -0.012 0.002| 0.181 0.034| 0.335 0.006| -0.011 0.001| 0.110 0.0001 0.017 0.002|

А

А

А

Один из графиков, полученных в результате расчетов, показывающий изменение концентрации фосфора (образец N1) имеет вид:

1.000'

Зис.1. Изменение концентрации ^ос^ораС'1

0.600"

0.800

0.200"

0.000 '''1Ч ! 1 1 | 1 1.....1 1 ] И 1 1 I 1 '' Т~Н

0.000- 25,00 50.00 75.00 100.0' 125.

Т. сит.

о - измеренные концентрации загрязняющих веществ; х - вычисленные по (11) концентрации загрязняющих веществ.

В четвертой главе рассмотрен характер выхода различных веществ из исследуемых проб донных отложений, установлена величина концентрации загрязняющего вещества в донных отложениях; даны результаты расчета для изученных экспериментально характерных типов донных отложений.

В опыте с отложениями из р.Яувы (проба N1) наибольшая концентра-

■ - 15 - ■■■■

ция (0,8 мг/л) отмечается после 30 дней от начала эксперимента, после чего наступает плавный спад концентрации по времени (рио.1).

Спад значений концентрации определяется постепенным истощением запасов загрязняющего вещества в отложениях. Характер этого спада зависит от факторов, воздействующих на этот процесс.

Подробно рассмотрен характер, механизмы и закономерности выхода различных вагрязняющих веществ ив донных отложений в воду.:

На основании проведенных экспериментальных исследований по выходу различных веществ из характерных донных отложений сделаны следующие выводы:

1. Концентрации всех веществ в воде над донными отложениями подчиняются единой закономерности изменения во времени - интенсивно возрастают в начальной стадии эксперимента, достигают некоторой максимальной величины и затем снижаются.

2. Относительный выход различных веществ для разных видов донных отложений не подчиняется единой закономерности. Наибольший выход биогенных веществ (фосфора и азота), а также железа характерен для донных отложений отобранных из р.Яузы._ В то же время выход марганца и нефтепродуктов оказался максимальным для донных отложений из пруда-отстойника в Ясенево, а также из р.Москвы (Лыткарино) и Можайского водохранилища.

3. Выход загрявняющих веществ из донных отложений-сложных многофакторный процесс, зависящий одновременно от различных условий, что затрудняет количественно надежное описание этого процесса.

4. Для инженерной оценки влияния донных отложений на качество воды в водоемах и водотоках необходимо использование расчетной модели процесса выхода веществ из донных осадков в воду.

На рис.1, и на других графиках, характеризующих выход загрязняю-

щих веществ из донных отложений, совместно с данными измерений концентраций загрязняющих веществ приведены расчетные кривые, построенные по (11) при значениях параметров К, & и величине удельного потока из донных отложений /4» указанных для каждого из опытов. Максимальный удельный поток определялся как

■ fa)

Из этого соотношения можно установить величину концентрации загрязняющего вещества в донных отложениях:

■ («)

Поскольку для экспериментов в аквариуме >10 —, то

су.

Сг, (г/м3) . (/5)

Вообще, говоря, при движении потока над донными отложениями за счет индуцированного движения вода в донных отложениях коэффициент диффузии может существенно возрастать. Однако, отсутствие надежных экспериментальных данных не позволяет в настоящее время предложить зависимость для расчета этого коэффициента в условиях течения воды над донными отложениями. Поэтому будем принимать коэффициент диффузии в донных отложениях для условии реки таким же, как и для условий эксперимента в аквариумах, т.е./>5~4'УО Такую же величину коэффициента диффузии для речных условий рекомендует принимать Боровков B.C.

Результаты расчета Сг„ для изученных экспериментально характерных типов донных отложений представлены в таблице 2.

Таблица 2

Концентрация загрязняющих веществ в донных отложениях (Сц (числитель) и параметр затухания (¿^¿(знаменатель)

«МЛ» р а/ 1 Ре 1 Мк. ! БПКГ1Н«*»«*1 Л1 ( 1 1 1 1 | Сг Г"—........... Си ---------- 2-й- ы ------------1 "Р* 1

1 1 1 2 I 1 11 1 3 | 4 |5 | 6 1718 9 1 10 ( и 12 13 14 1

( I 1 1....... "" 111,43 1 11 1 1 152,62146,31 |13,94 |117,8 |27,61 10,75 1 0,0039)1,07 13,14 108,29 3,75 1,29|

I ¡0,0197 0,0166|0,2564|0,175410,024910,03 10,026 1 1 1 1 ! 0,1109)0,1659 0,3487 1,0 0,5046 0,01991

{ 1 2 | 1 4,82 II 1 1 1 159,74126,29 [14,16 |126,52)33,32 (1,29 | 10,76 8,21 12,67 2,32

I 10,1118 0,0182|0,0692|0,061 |0,0367|0,028110,0474 1 1 I I 1 10,1181 1 0,3209 0,188 0,3945

1 I з | 11,58 I I 1 1 1 66,92 118,32 [37,91 1185,06136,04 [ 0,84 I 0,014 | 1,59 1,93 1,13

1 1 1 ¡0,0143 0,0205(0,07211 0,35 10,0615(0,0094(0,0305 1 . 1 | | I 0,3768(0,2421 1 0,0329 0,2786

1 I 4 | 11,76 1 1 1 1 1 95,52 (18,78 1 6,17 |87,77 |44,06 10,65 1 0,00391 9,3 1,66

1 « 10,0112 > 0,039510,1377|0,0533|0,056810,0557(0,0177 ..... 1 .........)., .......1...... д. ........1___________ 0,11091 ...... ., I.,,___________ 0,1812 - 0,3355 .............. ...........1

' "'18'- .

А птоЗ глазе пргаедешг'рёШлйяйвции по прогнозированию качества воды в водотоках о учетом выхода загрязняющих веществ из донных отложений, выполнен контрольный расчет качества воды в идеализированной реке, загрязненность донных отложений в которой определяется концентрациями Сг, для пробы № 1 (донные отложения р. Яузы).

В результате проведенных исследований предлагается следующа последовательность прогноз!фования качества воды в водотоках о учетом влияния загрязнений, поступающих иа донных отложений в воду:

1. На рассматриваемой длине водотока выделяются характерные участки с близкими гидрологическими и морфометрическими параметрами, идентичными условиями формирования качества воды.

2. Для каждого участка составляется водохозяйственный расчет и выделяются характерные по водности-периоды времени.

3. Определяются основные гидравлические и гидрологические характеристики для каждого выделенного участка водотока для всех расчетных периодов времени (расходы^, скорости" течения, глубины, коэффициенты гидравлического сопротивления: И' др.).

4. Выпояни&тся" анализ вяиягдш? рааяичных источников загрязнения на формирование* качества-воды иг определййтйя' потоки загрязняющих веществ, поступавших В' нсэдоток на каждом-участке.

5. На каждом участке отбиравттаг'пробы донных отложений (желательно непосредственно после окончания половодья) и производится эксперимент» в акввриуме по методике, описанной в главе 3 настоящей работы.

... 6. Определяются для каждого характерного типа донных отложений расчетные параметры: концентрация загрязняющего вещества в донных от-лшенютх коэффициенты самоочищения в донных отложениях % и в

воде

7:« Ймеййшвтся расчетные параметры, определяющие поток загрязня>-щега; ва^аигйа ий-донных отложений в воду:

Е-

т

е

аТт/Г7

^ - ширина русла на рассматриваемом участке, - коэффициент диффузии в донных отложениях,

ДТ

Вычисляются потоки загрязняющих веществ из донных отложений в воду для периода межени непосредственно после окончания половодья.

8. Используя -данные по качеству воды и применяя методы математической статистики, вычисляются концентрации загрязняющих веществ в начальном створе расчетного участка.

9. Выполняется расчет качества воды для современного состояния источников и загрязненности донных отложении и сопоставляются результаты расчетов о данными наблюдений. -

10. Производится прогноз изменения качества воды в уоловиях реализации водоохранных мероприятий (снижения мощности потоков загрязняющих веществ от различных источников загрязняющих веществ, очистки русла водотока от загрязненных донных отложений и др.).

Этот общий алгоритм может быть попользован при разработке водоохранных мероприятий о целью оценки их эффективности и возможных последствий реализации.

В целях более выпуклой оценки влияния выхода веществ иэ донных отложений в воду вместо общей расчетной ситуации рассмотрена идеализи-

рованная схема. Представлена река в виде канала постоянного сечения о постоянным расходом Учитывалось лишь два процесса, ответственных га формирование качества воды: выход веществ из загрязненных донных отложений в воду и самоочищение воды. Для такой идеализированной схемы исходное уравнение, определяющее изменение концентрации вещества по длине, принимает вид:

. Об)

После преобразования и решения линейного дифференциального уравнения получаем:

Для рек (каналов) большой протяженности (х-»•<») концентрация загрязняющего вещества в воде стремится к овоему равновесному значению:

Для консервативной примеои, когда /(-О, концентрация вещества в воде стремится к значению концентрации в донных отложениях: С-* С^.

Выполнен контрольный расчет качества воды в идеализированной реке, загрязненность доняых отложений в которой определяется концентрациями С|; для пробы N1 (донные отложения р.Яузы).

Расчет ветшнен по соотношению (18) при Н-1м/£и-20 сут, -¿¿-30 дТ-Юсут,♦ 10$мг/сут. Ширина русла В входит сомножителем как в чис-

.. - 21 - ■■■ ' '

литель, так и в знаменатель, поскольку И-В-Н; поэтому для рассматриваемого случая в расчетах параметр В не учитывался.

Выполнены расчеты для некоторых основных показателей качества воды. Например, по минеральному фосфору

С* =^,43 1~0,ог \

.С-0,4 7*'; С/сг# = 9.<0"3.

Для показа практической важности данной методики приведен приме| для расчета изменения концентрации по длине водотока.

На рис.2 в качестве-примера представлены результаты раочета распределения концентрации аммонийного ааота в р.Яузе в пределах г.Москв! по рекомендуемой методика (кривая 1) и без учета влияния донных отло жений (кривая 2). Точки на графике отмечают фактическое распределен» концентрации аммонийного азота в реке Яузе по данным гидрохимически анализов.

С 0.800'

1-0 Е

0.600" о..

----------/1 ^¿ГГ.Т.: Г" г 1 II-Д

О*

/ / . ■

•

0.000 6.00 i2.CC /8.00 24.0 30,

I, км.

—— - о учетом потока загрязняющих веществ из донных отложений в воду;

——- - без учета потока загрязняющих веществ из донных отложений в воду.

Как видно из рисунка, учет влияния донных отложений в данном случав приводит к увеличению расчетной концентрации на 5-1СЖ. Сравнение расчетных концентраций' с фактическими показывает, что среднее квадра-тическое отклонение от: фактических концентраций составит для 1 кривой 4,БХ, а для 2-ой - 12Сопоставление этих данных показывает, что влияние донннх отложений- на» качество воды а реке может иметь существенное значение и! его необходимо учитывать в практических расчетах.

Таким образом-,, разработанная; в работе методика позволяет производит» оценку влияния, выход® вещош из.' донных отложений на формирование качества- воды* в< водотока»..

ОБЩИЕ ВШК5ДШ-

1. Анализ существующих работ, посвященных воздействп загрязненных: донных отложения на формирование качества воды вс чх объектов, показывает, что вследствие большого разнообразия влияю- . факторов и слабой, их изученности, разработка надежных научно обе .■- »ванных методов прогнозирования в в настоящее время трудноосуществимо. Большая пракпР

ческая потребность требует создания приближенных методов расчета мао-сообмена между водой и загрязненными донными отложениями.

2. Разработана расчетная модель массообмена между донными отложениями и водой. В основе модели положена схематизация, согласно которой загрязненные отложения в водотоках накапливаются преимущественно в периоды половодья, тогда как в остальные периоды времени в результате диффузии и за счет деструкции неконсервативных примесей концентрация загрязняющих веществ в донных отложениях снижается.

3. В результате решения исходного дифференциального уравнения диффузии о учетом процессов самоочищения воды и внутрипорового раствора донных отложений получено выражение для расчета потока загрязняющих веществ через границу раздела донные отложения - вода водного объекта.

4. Предложено соотношение для расчета качества воды в водотоках о учетом массообмена между загрязненными отложениями и водой. Разработав на методика прогнозирования качества воды в водотоках.

5. Разработан зкспресо-метод экспериментального определения параметров, интегрально характеризующих интенсивность выхода загрязняющих веществ из донных отложений в воду*, концентрацию загрязняющих веществ в донных отложениях, коэффициенты самоочищения воды и деструкции загрязняющих веществ в донных отложениях.

5. Экспериментально установлены расчетные параметры для типовых образцов донных отложений. В качестве типовых объектов рассматривались: река в пределах крупного города, городской пруд-отстойник, два водоема при различных антропогенных нагрузках.

7. Разработаны рекомендации по прогнозированию качества воды в водотоках с учетом вькЬда загрязняющих веществ из донных отложений.

Предложен алгоритм расчета, который рекомендуется использовать для прогнозирования последствий реализации водоохранных мероприятий и оценки их эффективности..

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Джаягидзэ 3.7. Экспериментальное исследование влияния загрязненных донных отложений на качество воды в водоемах и водотоках. Библиографическое описание опубликована в Библиографическом указателе депонированных рукописей, ВНИЮШШ, выпуск 1 за 1993 год.

2. Джангидзе З.У. Методика расчета качества воды в водотоках. "Водоснабжение и оанитарная техника". 0.22-23. N 11/12, 1993г.

/Подписано в печать 12.05.94 г. Формат 60x84^/16 Печать офсетная И-86 Объем I уч.-изд.л. Т. 100___Заказ Бесплатно_______

Московский государственный строительный университет. Типография МГСУ. 129337, Москва, Ярославское га.,д.26