Экспресс-метод гги (метод м.А.Бесценной)

Этот метод позволяет вычислить значения С_max на заданных расстояниях L (по фарватеру) от места выпуска сточных вод:

(27)

С_р – средняя концентрация вещества в потоке ниже выпуска, рассчитанная по уравнению материального баланса в условиях полного перемешивания:

(28)

С_max – максимальная концентрация загрязняющего вещества в сечении потока;

В – средняя ширина русла реки на рассматриваемом участке, м;

- относительная глубина, характеризующая форму русла и определяемая по соотношению:

где H – средняя глубина реки на рассматриваемом участке. (29)

- параметр, характеризующий извилистость русла река:

(30)

N – безразмерное характеристическое число турбулентного потока:

, где g – ускорение свободного падения (31)

С_ш – коэффициент Шези, характеризует интенсивность турбулентного перемешивания в реках. Меньшим значениям С_ш соответствует более интенсивное турбулентное перемешивание, при больших значениях С_ш перемешивание оказывается менее интенсивным.

Коэффициент Шези при наличии измеренных уклонов i вычисляется по формуле Шези:

где V – средняя скорость течения реки (32)

Или по формуле Штриклера-Маннинга:

где d_э – эффективный диаметр частиц донных отложений. (33)

М – функция коэффициента Шези и для условий С_ш ≤ 60 она связана с С_ш зависимостью: М = 0,7 С_ш + 6

При С_ш > 60 М = const = 48.

Формулу (27) можно записать и относительно величины L, если требуется найти расстояние, на котором будет иметь место заданное значение С_max:

(34)

Эта формула может быть использована для расчета расстояния до створа практически полного смешения сточных вод с водами реки. Такую задачу обычно решают для нахождения местоположения контрольного створа в малых и средних реках.

Итак, как следует из ур.(34), если С_max = C_p, то L = ∞, т.е. полное смешение наблюдается на бесконечно большом расстоянии от места выпуска сточных вод.

Введем понятие - степень перемешивания P:

(35)

Таким образом, Р характеризует отклонение максимальной концентрации от средней.

Если принять, что условия практически полного смешения наблюдаются при Р = 90%, то: С_max = C_p/0,9 (36)

Подставим выражение (36) в уравнение (34), а затем вместо С_р подставим уравнение материального баланса (28), приняв С_ф = 0, и получим упрощенную формулу для расчета расстояния до створа практически полного смешения:

(37)

Метод водгео (в.А.Фролова и и.Д. Родзиллера)

Авторами метода введено понятие коэффициента смешения, или коэффициента Родзиллера , показывающего, какая доля расхода реки участвует в смешении со сточными водами в рассматриваемом створе. Расчет коэффициента смешения производится следующим образом:

, где (38)

L- расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до рассматриваемого створа;

- коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения. Величина определяется на основании эмпирически установленной зависимости ее от ряда факторов:

(39)

- коэффициент извилистости русла реки;

- коэффициент, учитывающий положение места выпуска сточных вод (при береговом выпуске = 1, при выпуске в середине потока, т.е. русловом= 1,5);

- коэффициент, зависящий от отношения скорости истечения сточных вод из оголовка выпуска к скорости реки:

, где V_ст – скорость истечения сточных вод (40)

Если скорость истечения сточных вод не известна, то в первом приближении коэффициент может быть принят равным 1.

D – коэффициент турбулентной диффузии. Он может быть вычислен по формуле Караушева:

(41)

Для равнинных рек D может быть вычислен по формуле М.В.Потапова:

(42)

В тех случаях, когда расчетный пункт водопользования находится на значительном расстоянии L от места выпуска сточных вод и состоит из участков с различными скоростями течения и глубинами, нужно разбить расстояние L на участки с более или менее одинаковыми гидравлическими условиями, определив для каждого участка его длину, среднюю глубину и среднюю скорость течения. Общий D для всего отрезка реки L будет равен сумме коэффициентов турбулентной диффузии для каждого из участков по формуле:

(43)

При определении условий спуска сточных вод в водный объект с учетом их разбавления полезно выяснить, где находится пункт водопользования (расчетный створ) – до или за пределами зоны полного смешения.

Для вычисления расстояния (м) до створа с любой заданной степенью перемешивания формулу (38) можно преобразовать к виду:

(44)

Перемешивание можно считать практически полным, если в разбавлении участвует 90% расхода речной воды, т.е. .

Формулу (44) можно представить также в следующем виде:

(45)

Где Р – степень перемешивания .

Ур.(44) превращается в ур.(45) если С_ф = 0, или при использовании так называемых «приведенных» концентраций, характеризующих превышение фактической концентрации над фоновой, например,

Из ур.(45) можно вывести уравнение для расчета С_max в зоне неполного смешения:

(46)

Напомним, что ур.(46), также как и ур. (45) справедливы при условии, что С_ф =0.

Если фоновая концентрация не равна нулю, то лучше использовать уравнение материального баланса в общем виде:

(15)

Рассмотренные упрощенные методы расчета разбавления сточных вод в реках справедливы при следующих допущениях: речной поток считается безграничным, начальное разбавление отсутствует, выпуск сточных вод состредоточенный.