Міністерство освіти І науки України icon

Міністерство освіти І науки України




НазваМіністерство освіти І науки України
Сторінка1/5
Дата14.07.2012
Розмір0.98 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4   5



Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет




2716 ЗБІРНИК ЗАВДАНЬ


до практичних робіт з курсу

Моделювання та прогнозування стану

навколишнього середовища”

для студентів спеціальності 0401

“Екологія та збалансоване природокористування”

усіх форм навчання

Розділ 3 “Локальні моделі прогнозування процесів


забруднення водного середовища”


Суми

Видавництво СумДУ

2009




Збірник завдань до практичних робіт з курсу “Моделювання та прогнозування стану навколишнього середовища”. Розділ 3 “Локальні моделі прогнозування процесів забруднення водного середовища” / Укладач О.О. Рибалов. – Суми: Вид-во СумДУ, 2009. – 68 с.



Кафедра прикладної екології СумДУ


ЗМІСТ


С.

Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1 Моделювання процесу розбавлення стічних вод

у воді водного об’єкта у зоні скидів техногенних

стаціонарних джерел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Моделювання процесу поширення домішок

у водному об’єкті у зоні скидів техногенних

стаціонарних джерел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3 Моделювання процесу концентрації домішок

у водному об’єкті та показників екологічного

навантаження на водний об’єкт у зоні скидів

техногенних стаціонарних джерел . . . . . . . . . . . . 31

4 Моделювання процесу дальності поширення та

параметрів зони активного забруднення водного

об’єкта у зоні скидів стаціонарних джерел . . . . . . . . 41

5 Моделювання балансу полютантів у водному об’єкті

та динаміки забруднення . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6 Прогностичні моделі нормування якості води

у водному середовищі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Висновки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Список літератури . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67


ВСТУП


Навчальна дисципліна “Моделювання і прогнозування стану навколишнього середовища” для студентів спеціальності 0401 “Екологія та збалансоване природокористування” покликана забезпечити засвоєння основних екологічних закономірностей та набуття вмінь і навичок у роботі з об’єктами і елементами довкілля, а також ознайомити студентів з основними поняттями, категоріями, теоріями, методами, проблемами екологічного моделювання і прогнозування, навчити роботи з ними, вмінню доцільно використовувати, розпізнавати його об’єкти, оцінювати та прогнозувати їх стан.

Методичні вказівки до виконання практичних робіт з курсу “Моделювання та прогнозування стану навколишнього середовища”, розділ 3 “Локальні моделі прогнозування процесів поширення та формування рівня забруднення водного середовища” мають сприяти ефективній самостійній роботі студентів і допомогти в межах навчального плану цілеспрямовано свідомо використовувати навчально-методичну літературу та інші джерела інформації.


1 Моделювання процесу розбавлення стічних вод

у воді водного об’єкта у зоні скидів техногенного

стаціонарного джерела

Мета роботи – засвоїти методику та набути практичних навичок

розрахунку і моделювання процесу розбавлення стічних

вод у воді водного об’єкта.

Об’єкт дослідження - локальний поверхневий водний об’єкт.
Предмет дослідження – процес розбавлення стічних вод у воді водного об’єкта.

Завдання – розрахувати показники розбавлення стічних вод у

воді водойми в зоні скидів стаціонарного джерела.

Основні науково-теоретичні положення

Визначимося в основних термінах.

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

^ Забруднення гідросфери – внесення у водне середовище або утворення в ньому фізичних агентів, хімічних речовин чи організмів, які несприятливо впливають на середовище життя або завдають шкоди матеріальним цінностями.

^ Забруднення води – внесення хімічних речовин, фізичних агентів чи організмів, що несприятливо впливають на її якість.

Зона забруднення – частина водного середовища, в якій при надходженні забруднюючих речовин порушується природний вміст елементів або біохімічні чи біологічні процеси, а концентрація домішок перевищує природну.

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

Забруднююча речовина (полютант) – речовина, яка викликає порушення природної якості природних вод або норм якості водних ресурсів.

^ Пасивний полютант – це така забруднююча речовина, яка аж до випадання її з води в донні осадження не зазнає змін (тобто не вступає в хімічні реакції).

Джерело забруднення води – це об'єкт, який вносить у водне середовище забруднюючі речовини.

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

^ Якість води – ступінь відповідності її фізико – хімічних і біологічних характеристик потребам людини та технологічним вимогам.

Небезпека забруднення – ступінь імовірності перебільшення природного або гігієнічно допустимого рівня вмісту шкідливих речовин у воді.

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

^ Фактор – причина, яка знаходиться в певному логічному зв'язку з наслідком.

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

^ Створ – переріз русла водойми у місці дослідження.

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

Усі водні об’єкти можна розділити на два типи: протічні (водотоки) та непротічні (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 (водотоків і водойм) покладені режимні і морфометричні особливості цих об’єктів. Критеріями для них виступають типові для них ознаки, які безпосередньо визначають умови формування якості і кількості води в них.

Для водотоків (річки, канали, струмки, ручаї тощо) використовують такі характеристики: географічна зона, пора року, період дії водотоку, характер межені періоду, наявність пересихання, перемерзання, льодоставу, площа водозбору, витрати води, швидкість течії, коливання рівня води, температура води.

Для водойм (озера, ставки, водосховища) використовують такі характеристики: площа дзеркала, об’єм, максимальна глибина, коливання рівня, температура води, тривалість льодоставу, водообмін, вертикальна циркуляція, стратифікація. Зауважимо, що створення водосховищ на річках викликає в них зміну гідрохімічного режиму і якості води в них у порівнянні з водою річки, на якій вони споруджені.

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

Усі джерела скидів стоків можна розподілити (умовно) на такі види: промислові, сільськогосподарські, соціально-побутові, природні.

Джерела забруднення водних об’єктів можна розрізняти за їх типами: стаціонарні, нестаціонарні, організовані, неорганізовані, постійні, сезонні.

Зона активного забруднення - це та частина водного середовища, в якій при надходженні домішок порушуються природні біохімічні або біологічні процеси, а концентрація цієї домішки перевищує нормативно-санітарні чи іншим 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 ПДК (норму), в ньому 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.

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

Розглянемо процес водообміну у непроточній водоймі водного середовища. У загальному випадку водойми живляться за рахунок притоку води. Так, у випадку водосховища – за рахунок рік, на яких вони створені.

Між середньою мінералізацією води у водоймі Св і мінералізацією води в річці притоку Ср, яка її живить, при будь-якому водообміні (n) існує залежність

Св / Ср = 0,99 – 0,26 / n . (1.1)

Це дозволяє розрахувати очікувану мінералізацію водосховища для заданих значень Св і n.

Мінералізація води є основним показником якості води.

Основний вплив на показник мінералізації води здійснюється за рахунок кратності Кв водообміну (інтенсивності, ступіня проточності) у водоймі

Кв = Qв /Qс , (1.2)

де Qв – об’єм водосховища;

Qс - річний стік (притік) води.

Тому чим більша кратність Кв водообміну (Кв >>1), тим менші зміни в режимі мінералізації водного об’єкта відносно води рік, що живлять цю водойму.

Якість води в 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. Зауважимо, що зміна якості води у водосховищі обумовлена як коливаннями водного режиму, так і біологічними внутрішніми процесами цієї водойми.

Поширення домішки у воді (поширення в просторі і часі, перенесення на деяку відстань) в зоні скидів техногенного джерела відбувається відповідно до законів матеріального світу залежно від чинників, що впливають на перенесення домішки в зоні джерела забруднення води. Усі умови впливу можна умовно розділити на декілька груп факторів впливу: параметри джерела; параметри стічних вод; параметри вод водоймища.

Розглянемо процес розбавлення стічних вод у непроточній водоймі водного середовища.

Розбавлення – це процес зменшення вмісту домішки у водному об’єкті (водоймі, річці і т. д.) з віддаленістю від місця випуску стоків, викликаний перемішуванням стічних вод із водним середовищем, в яке вони випускаються.

Для водойм кратність розбавлення стоків розраховуються за формулою

nв = (KсQв + Qс)/Qс , (1.3)

де Kс – коефіцієнт змішування;

Qв – об’єм водойми;

Qс – об’єм стоку.

Зрозуміло, що в місці випуску кратність розбавлення дорівнює одиниці (nв =1). З віддаленням від місця випуску в розбавленні стоку бере участь все більший об’єм води даної водойми, і кратність розбавлення збільшується.

У граничному випадку, коли в процесі розбавлення бере участь весь можливий для даної водойми об’єм води, настає повне перемішування стічних вод з водою цієї водойми.

Показник кратності розбавлення об’єму стоку в об’ємі водойми є універсальною характеристикою. Він показує, у скільки разів у розрахунковому створі збільшився об’єм води, що бере участь у розбавленні стоку, стосовно первинного об’єму стічних вод.

Об’єм води – це абсолютна іменована фізична величина, тобто результат виміру чи розрахунку.

Кратність – відносний показник, тобто результат співвідношення двох величин, тому він є безрозмірним (відностим). Це екстенсивний показник характеристики відношення частини сукупності до чисельності всієї сукупності. Він характеризує рівень явища кількісно з точки зору участі об’ємів стоку і водойми.

Вміст домішки у воді визначається концентрацією.

Концентрація конкретної забруднюючої речовини у стічних водах і у воді водойми, як правило, відрізняється. Від її величини залежить швидкість зниження вмісту домішки у воді. Тому, крім кратності розбавлення стоків, процес розбавлення характеризується ще й показником інтенсивності процесу розбавлення стічних вод.

Інтенсивність процесу розбавлення стічних вод у водоймищі без течії кількісно характеризується показником інтенсивності розбавлення за формулою

nвс =  , (1.4)

де Сс - концентрація конкретної забруднюючої речовини у стічних водах, г/куб.м;

Св - концентрація даної речовини у водоймищі до випуску стоків, г/куб.м;

Сн – концентрація даної речовини в розрахунковому перетині нижче місця випуску стоків, г/куб.м.

Інтенсивність процесу розбавлення стічних вод у водоймищі характеризує, як знизилася концентрація даної речовини у водоймищі в розрахунковому створі стосовно її концентрації у стічній воді.

Концентрація речовини у воді – це якісний іменований показник фізичної величини.

Інтенсивність – відносна величина, результат співвідношення двох величин, що характеризує відношення чисельності однієї самостійної сукупності до чисельності іншої теж самостійної сукупності. Він характеризує рівень поширення явища (якості, швидкості перебігу процесу) в середовищі кількісно з точки зору впливу концентрації стоку і водойми.

Розглянемо тепер процес розбавлення стічних вод у проточному водному середовищі.

При моделюванні процесу розбавлення стічних вод у проточному водному середовищі (потоці, річці, каналі), кратність розбавлення стоків в річці обчислюється за формулою

nр =  , (1.5)

де Qр - річкова витрата, 95% забезпеченості, куб.м/с;

Qс - витрата стоків, куб.м/с;

Кс - коефіцієнт змішування.

Цей показник характеризує, у скільки разів у створі річки на деякій відстані від місця випуску нижче за течією збільшився об’єм води, що бере участь у розбавленні стоку, у порівнянні з первинним об’ємом стічних вод.

У загальному випадку інтенсивність процесу розбавлення стічних вод в річці кількісно характеризується показником інтенсивності розбавлення за формулою

nрс =  , (1.6)

де Сс - концентрація конкретної речовини в стоці, г/куб.м;

Ср - концентрація цієї речовини в річці в місці випускання стоку, г/куб.м;

См - максимально можлива концентрація даної речовини в розрахунковому створі річки, г/куб.м.

Інтенсивність процесу розбавлення стічних вод у потоці характеризує зниження концентрації даної речовини у розрахунковому створі на деякій відстані від місця випуску нижче за течією відносно її концентрації у стічній воді.

Отже, під розбавленням води розуміють процес зниження концентрації домішки, який входить до складу стічних вод, за рахунок перемішування з водою водного об’єкта.

Облік розбавляючої спроможності водного середовища базується на гідрологічних даних водного об’єкта та на його самоочищувальної здатності, дозволяє встановити режим скиду забруднюючих стоків у цю водойму та оцінити допустиму кількість стоків (критичне екологічне навантаження). При цьому враховують також природний стік та хімічний склад як водного середовища, так і стічних вод.

Коефіцієнт перемішування води стоку з водою водного об’єкта (водойми, водотоку) показує, яка частина об’єму води водойми чи витрати води річки перемішується із стічними водами.

Він розраховується у тому випадку, коли стічні води у розрахунковому створі розповсюджуються не по всій ширині.

Коефіцієнт перемішування визначається за виразом

Кз =  (1.7)


або Кп = [ 1 – exp (-к)] / [ 1 + ] ,

де Qв – об’єм води у водоймі або витрати води в річці;

Qc – об’єм (витрати) стічних вод;

L – довжина русла по фарватеру від випуску стоків до розрахункового створу;

К - коефіцієнт гідроумов перемішування;

е = 2,71.

Коефіцієнт гідроумов визначається за виразом

К = Км Кр  , (1.8)

де Км – коефіцієнт урахування місцеположення випуску стічних вод у водне середовище (для берегового випуску Км =1, а для випуску у створі русла Км = 1,5);

Кр – коефіцієнт звивистості русла;

Дт – коефіцієнт турбулентної дифузії;

Qс – об’єм (витрати) стоку.

Коефіцієнт звивистості русла визначається відношенням

Кр = L / Lm , (1.9)

де L – довжина русла по фарватеру від місця випуску до розрахункового створа;

Lm – мінімальна відстань по прямій між цими створами.

Для водойм кратність n розбавлення і коефіцієнт Кп перемішування між собою пов’язані залежністю

Кп = (n - 1) Qc / Qв . (1.10)

Період повного обміну води у водоймі, необхідний для повного перемішування стічних вод з водою всього об'єму водоймища, розраховується за формулою

Тв = Qв / (Qв + Qс – Qп) , (1.11)

де Qв – об'єм водойми (витрати води в річці);

Qс – об'єм стоку (витрати води в річці);

Qп – втрати об'єму води без винесення домішки.

Алгоритм виконання роботи

1 Виписати вихідні параметри досліджуваного локального поверхневого водного об’єкта – річки (табл.1.1) та концентрації забруднюючої речовини ЗР у заданих створах (табл.1.2) згідно з варіантом завдання та відповідно до нижченаведеної схеми.



Найме-нування речови-ни


Місце створа

Витрати стічних вод Qc, куб.м/с

Витрати води у створі річки Qр, куб.м/с

Концентрація

забруднюючої

речовини, г/куб.м

у стоку

створ вище

створ нижче























2 Розрахувати коефіцієнт К3 перемішування на відстані 200 м нижче місця випуску стоків (формули 1.7 - 1.9). Коефіцієнт дифузії Др = 8 ∙ 105 куб.м / добу.

3 Розрахувати кратність розбавлення nр стоків у розрахунковому створі річки (ф. 1. 5).

4 Розрахувати інтенсивності розбавлення nрс стоків у розрахунковому створі річки за умови См = Сн (ф.1.6).

5 Розрахувати показник співвідношення Кс (ф.1.10).

6 Розрахувати період повного обміну води Тв (ф.1.11).

7 Стисло проаналізувати одержані результати.

Сформулювати короткі висновки за результатами даної роботи.

Результати оформити згідно з рекомендаціями табл. 1.3.


Таблиця 1.1 - Варіанти задання вихідних параметрів

поверхневого водного об’єкта

№ варіанта

Витрати стічних вод Qc, куб.м/с

Витрати води у створі річки Qр, куб.м/с

1

0.048

20.7

2

0.05

20.71

3

0.049

20.72

4

0.035

20.73

5

0.034

20.74

6

0.03

20.75

7

0.04

20.76

8

0.041

20.77

9

0.042

20.78

10

0.044

20.79

Таблиця 1.2 - Варіанти задання вихідних даних концентрації С

Забруднюючої речовини у стічній воді (стік), вище місця

випускання на 200м (вище), нижче місця випускання на 200 м (нижче)

№ варі-анта

Найме-нування речовини

Місце створа

Концентрація забруднюючої

речовини С, г/куб.м

1

2

3

4

5

1

Азот

стік

вище

нижче

4.5

2.8

2.9

6.3

2.6

2.7

11.6

2.1

2.9

26.1

4.9

5.7

42.1

4.4

5.8

2

Фториди

стік

вище

нище

7.8

0.46

0.47

7.3

0.46

0.48

9.1

0.47

0.49

12.2

0.6

0.7

20.4

0.6

0.8

3

Хлориди

стік

вище

нижче

348

28.7

28.9

338

30.2

35.3

422

36.6

36.9

565

51.1

62.4

517

34.9

38.8

4

Сульфа-ти

стік

вище

нижче

57.7

56.4

56.5

51.6

55.3

56.9

678

54.3

55.9

356

67.1

75.1

901

77.2

83.2

5

БПКп

стік

вище

нижче

60

5.6

5.7

52

5.1

5.2

57

5.7

5.9

38

6.8

8.1

58

5.7

6.4

Таблиця 1.3 – Рекомендована схема оформлення результатів

розрахунку

Найме-нуван-ня ЗР


Місце створа

Коефіцієнт перемішу-вання К

Кратність

розбавлення nр

Інтен-

сивність

nрс


Кс





200 м нижче випуску стоку















Вимоги щодо оформлення результатів роботи

Звіт повинен містити:

1 Вихідні дані згідно із заданим варіантом завдання.

  1. Результати всіх послідовних розрахунків (пп.2 - 4) згідно із схемою (табл. 1.4).

  2. Короткий аналіз результатів розрахунків.

  3. Стислі висновки щодо результатів роботи.
  1   2   3   4   5

Схожі:

Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "А. С. Макаренко" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Василь Сухомлинський" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Софія Русова" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни 01135, м. Київ, проспект Перемоги
Міністерства освіти і науки України від 17. 04. 2009 року №341 «Про затвердження Плану дій щодо вдосконалення викладання дисципліни...
Міністерство освіти І науки України iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Петро Могила" Міністерства освіти І науки України
Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської І севастопольської міських...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської і Севастопольської...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки України iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи