Методические указания icon

Методические указания




Скачати 495.95 Kb.
НазваМетодические указания
Сторінка1/3
Дата07.06.2012
Розмір495.95 Kb.
ТипМетодические указания
  1   2   3


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРИКЛАДНАЯ ГИДРОЭКОЛОГИЯ»


(для студентов 3 курса дневной формы обучения

специальности 6.070800 - "Экология и охрана окружающей среды")


Харьков – ХНАГХ – 2007


Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Прикладная гидроэкология» (для студентов 3 курса дневной формы обучения специальности 6.070800 - "Экология и охрана окружающей среды"). Сост. Ладыженский В.Н., Дмитренко Т.В., Ищенко А.В. – Харьков: ХНАГХ, 2007 – 38 с.


Составители: В.Н. Ладыженский,

Т. В. Дмитренко,

А.В. Ищенко


Рецензент: И.Е. Саратов (ХНАГХ)


Рекомендовано кафедрой инженерной экологии городов, протокол № 9 от 03.05.2007 г.


Предисловие

Настоящие методические указания предназначены для совершенствования теоретических знаний и приобретения практических умений студентов дневной формы обучения по курсу «Прикладная гидроэкология» при определении фоновых концентраций веществ в водных объектах, расчете кратности разбавления сточных вод, а также при разработке норм отведения сточных вод промышленными предприятиями в водные объекты с использованием информационных технологий. Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе под руководством преподавателей. Каждый студент работает самостоятельно, выполняя индивидуальное задание в соответствии с порядковым номером студента в журнале группы.


^ Перечень лабораторных работ:

Лабораторная работа № 1. Определение фоновых концентраций веществ в водных объектах.

Лабораторная работа № 2. Расчет кратности разбавления сточных вод.

Лабораторная работа № 3. Расчет СПДС для единичного водовыпуска.

Лабораторная работа № 4. Расчет СПДС для нескольких водовыпусков.


Лабораторная работа № 1.

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Под фоновой концентрацией вещества Сф понимается статистически обоснованная верхняя доверительная граница возможных средних значений этого вещества в створе, расположенном выше выпуска сточных вод. Фоновая концентрация рассчитывается для наиболее неблагоприятных гидрогеологических условий или наиболее неблагоприятного в отношении качества воды времени года.

Для расчета фоновых концентраций необходимы данные минимум за три года. Общее количество данных - не менее 12.

По каждому показателю необходимо знать:

  • месяц проведения анализа (М);

  • расход водотока 95%-й обеспеченности в момент отбора анализа (Q);

  • значение концентрации вещества (С).

Выбираются все данные, имеющиеся в исходной базе данных. Осреднение их не производится. Если в паре расход-концентрация (Q-C) отсутствуют данные о расходе, то концентрация все равно выписывается. Если в паре расход-концентрация (Q-C) отсутствуют данные о концентрации, то эта пара исключается из расчета.

Количество данных в пределах каждого года должно быть не менее 3, иначе этот год из рассмотрения исключается.


^ Расчет включает несколько этапов (4 или 6).

I этап. Производится исключение чрезмерно высоких или низких значений концентраций в пределах каждого года (за каждый год отдельно).

Исходные данные за год – выборка.

Причины появления недостоверных данных:

  • недобросовестный анализ или плохая методика.

  • специфические условия: залповый сброс загрязнений или остановка предприятия.


Методика.

    • Определяется среднее значение концентрации в пределах каждой выборки (каждого года):

.

    • Определяется среднеквадратичное отклонение:



    • Определяется максимальная и минимальная величина из имеющихся в году концентраций, после чего определяется величина максимального отклонения как наибольшая из двух величин:

? = max [(Сmaxср),(|Сmin-Cср|)]

Отметить, какая из величин Сmax или Сmin дает ?.

    • Определяется величина относительного отклонения:



    • Производится сравнение величины относительного отклонения ? с величиной ?(p,n):

, при р = 1%,

где – табличное значение критерия Стьюдента (Приложение 1);

р – достоверный интервал; р = 1%-й показывает, что, принимая решение отбросить или оставить показатель, мы рискуем ошибиться в 1% случаев.

Если ? < , отклонение данной величины считается незначительным и величина остается в расчете, после чего производится оценка для следующего года.

Если ? > , величина признается недостоверной и исключается из дальнейших расчетов. Вместе с ней исключается и соответствующий этой концентрации расход (Q). После чего все расчеты повторяются, начиная с п. 1.

Если в каком-то году данных (концентраций) осталось меньше 3, то такой год из рассмотрения исключается.

После того как в каждом году отброшены недостоверные концентрации, переходят к следующему этапу.

^ II этап. Производится сравнение данных за различные годы.

За основу при сравнении берется базовый год. В качестве базового принимают ближайший к нам по времени год (т.е. из 2002 г., 2001 г., 2000 г. базовым является 2002 г.). Остальные годы сравнивают с базовым и оценивают существенность различий данных базового и сравниваемого годов. Если различие признается существенным, сравниваемый год из дальнейших расчетов исключается.

Сравнение производится для каждого года (т.е. 2001 г. с 2002 г. и 2000 г. с 2002 г.). Порядок значения не имеет. Если различие признается существенным, то исключается сравниваемый год. В данном этапе базовый год не исключается никогда.


^ Методика оценки.

Данные (концентрации) базового и сравниваемого годов (например 2002 г. и 2000г.) мысленно объединяются в единую последовательность, которая ранжируется по возрастанию. Каждой величине в этой последовательности присваивается ее порядковый номер, который называется рангом (т.е. самая маленькая концентрация в объединенной последовательности имеет 1 ранг, следующая по величине – 2 ранг и т.д.). Если несколько величин имеют одинаковые значения концентраций, то им присваивается одинаковый ранг. При этом следующая по величине концентрация имеет ранг, соответствующий ее порядковому номеру в списке ранжированного ряда (т.е. из набора концентраций: 0,5 мг/дм3 – 1 ранг; 0,7 мг/дм3 – 2 ранг; 0,7 мг/дм3 – 2 ранг; 0,7 мг/дм3 – 2 ранг; 0,8 мг/дм35 ранг).

Определяется сумма рангов в этой последовательности, но отдельно для значений базового года, и отдельно для значений сравниваемого года. После этого определяется критерий Вилькинсона-Манна-Витти:


,


где Т1 – меньшая по величине сумма рангов;

n1 – количество данных (концентраций) в выборке с меньшей суммой рангов.

Если сумма рангов одинакова, то в качестве Т1 и n1 берутся данные базового года.

Определяются величины m* и n*,

где m* – количество данных (концентраций) в большей по объему выборке (т.е. в базовом или сравниваемом годах);

n* – количество данных в меньшей по объему выборке.

Если количество данных в большей по объему выборке m* > 8, то определяется расчетная величина Z:

.

Если расчетное значение по модулю |Z| < 1,28 , то различие признается несущественным и сравниваемый год остается в дальнейших расчетах. Иначе, сравниваемый год из расчетов исключается.

Если количество данных в большей по объему выборке m* < 8, сравнение производят на основании номограмм (Приложение 2). Если в номограмме стоит знак “Х” – различие существенно, если пустая клеточка – то год остается в расчетах.

После того как один из сравниваемых годов либо исключен, либо оставлен, переходят к сравнению следующего года с базовым.

В этом разделе используется 5%-й доверительный интервал, который заложен в формулу для нахождения Z и номограммы.

^ III этап. Производится оценка существования статистически значимой связи между расходом и концентрацией.

На этом этапе участвуют те данные, которые остались после ^ II-го этапа. Среди этих данных выбираются только те, для которых определены и расход Q и концентрация С.

Оценка производится тогда, когда количество пар данных расход-концентрация (Q-C) не менее трех (по всем оставшимся годам в сумме). Для этих пар данных рассчитывается величина коэффициента корреляции:

.

Диапазон коэффициента корреляции -1
Расчетное значение ? сравнивается с критическим значением ?кр из таблицы:

n

?кр

<15

0,70

15<=n<=25

0,67

>25

0,60


n – количество пар данных, принимающих участие в расчете. Если n < 3, то говорят, что связь между Q и С отсутствует и расчет не производится.

Если |?| < ?кр , то статистически значимая связь между Q и С отсутствует и выполняются этапы IV-VI.

Если |?| => ?кр , то статистически значимая связь между Q и С существует и после этого этапа сразу выполняется этап IV*.

^ IV этап. Расчет фоновой концентрации при отсутствии статистически значимой связи между расходом и концентрацией.

Определение фоновой концентрации при квартальной разбивке.

На этом этапе в расчете участвуют те данные (только концентрации), которые остались после II этапа (!). Они независимо от года разбиваются на кварталы: 1 квартал – 1-3 месяцы; 2 квартал – 4-6 месяцы; 3 квартал – 7-9 месяцы; 4 квартал – 10-12 месяцы.

Если в каком-то квартале количество данных меньше 3, то такой квартал из расчетов исключается.

Для каждого квартала определяется величина средней концентрации Сср:

.

Квартал с наибольшей Сср принимается в качестве базового квартала.

Затем по методике II этапа производится оценка существенности различия базового квартала и остальных кварталов.

После того, как были отброшены недостоверные кварталы (если такие имелись), определяется общая (не поквартальная) Сср для оставшегося достоверного набора данных:

.

Определяется величина среднеквадратичного отклонения:

.

Выбирается табличное значение критерия Стьюдента для ^ 5%-го доверительного интервала и n-1

t (5%,n-1).

На основании этих величин вычисляется величина фоновой концентрации при квартальной разбивке:

.

^ V этап. Определение фоновой концентрации при сезонной разбивке.

На этом этапе в расчете участвуют те данные (только концентрации), которые остались после II этапа (!). Они независимо от года разбиваются на сезоны: весенний – 2-4 месяцы; летне-осенний – 5-11 месяцы; зимний – 12 и 1 месяцы.

Если в каком-то сезоне количество данных меньше 3, то такой сезон из расчетов исключается.

Для каждого сезона определяется величина средней концентрации Сср:

.

Сезон с наибольшей Сср принимается в качестве базового сезона.

Затем по методике II этапа производится оценка существенности различия базового сезона и остальных сезонов.

После того, как были исключены недостоверные сезоны (если такие имелись), определяется общая (не посезонная) Сср для оставшегося достоверного набора данных:

.

Определяется величина среднеквадратичного отклонения:

.

Выбирается табличное значение критерия Стьюдента для 5% доверительного интервала и n-1

t (5%,n-1).

На основании этих величин вычисляется величина фоновой концентрации при сезонной разбивке:

.

^ VI этап. Определение фоновой концентрации .

Значение фоновой концентрации выбирается как большая из двух значений и :

Сф = max (,)

Примечания:

  1. При расчете фоновой концентрации для показателя растворенный кислород, в формулах для величин и ставится знак “–”, т.е.

,

,

а Сф = min (,) .

  1. Если ни в одном квартале количество данных меньше 3, то расчет производится на основе только сезонной разбивки. Аналогично, если ни в одном сезоне количество данных меньше 3, то расчет производится на основе только квартальной разбивки. Если во всех сезонах и во всех кварталах количество данных меньше 3, то расчет производится следующим образом.

Все оставшиеся после ІІ этапа данные объединяются в единую последовательность, для которой рассчитывается:

,

,

определяется t(5%,n-1).

После чего рассчитывается :

.

“–” для показателя растворенный кислород.


^ IV* этап. Расчет фоновой концентрации при существовании статистически значимой связи между расходом и концентрацией.

На этом этапе участвуют данные, которые остались после ^ III этапа (!).

Величина определяется следующим образом

,

где С расч – концентрация, соответствующая расчетному расходу, мг/дм3.

Расчетный расход – расход 95% обеспеченности.

Для определения С расч на основе метода наименьших квадратов, устанавливают связь между расходом и концентрацией в виде линейного уравнения:

.

Величины a и b определяются из выражений:

,

.

Величина определяется следующим образом:

,

где S – величина среднеквадратичного отклонения

,

t(5%,n-1) – табличное значение критерия Стьюдента,

n – количество пар данных,

? – значение коэффициента корреляции, из этапа III.


Для растворенного кислорода

.


Необходимая литература для расчета фоновых концентраций:

  1. Таблицы значений критерия Стьюдента (Приложение 1).

  2. Номограммы по определению достоверности значений (Приложение 2).


Контрольные вопросы:

1. Что понимают под фоновой концентраций вещества?

2. Дайте краткое описание этапов расчета фоновой концентрации.

3. Какой сезон называется базовым?

4. Какой квартал называется базовым?

5. Чем отличается расчет фоновой концентрации для показателя «растворенный кислород» от стандартной методики расчета?


Лабораторная работа № 2.

^ РАСЧЕТ КРАТНОСТИ РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД

Самым важным фактором, определяющим концентрацию вещества в контрольном створе при выпуске сточных вод в водный объект, является разбавление стоков основным потоком. Причина разбавления – турбулентность. В зависимости от источников турбулентности различают основное и начальное разбавление.

Основное разбавление происходит в результате перемешивания, являясь следствием турбулентности основного потока (водотока). Так как все природные водотоки являются турбулентными потоками, основное разбавление существует всегда.

Причиной начального разбавления является дополнительная турбулентность, возникающая на границе струи сточных вод и основного потока. Эта дополнительная турбулентность вызывается разностью скоростей движения этих двух потоков. Начальное разбавление усиливает основное, однако для его возникновения требуются определенные условия.

Величина разбавления оценивается кратностью разбавления.

no – кратность основного разбавления;

nн – кратность начального разбавления.

Общая кратность разбавления: n = no·nн.


Исходными данными для расчета кратности разбавления являются: утвержденный для расчета расход сточных вод Qст, минимальный среднемесячный расход года 95%-й водной обеспеченности Q95%, соответствующие ему глубина и скорость потока.


^ РАСЧЕТ КРАТНОСТИ ОСНОВНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ

На некотором расстоянии от места выпуска сточных вод в водоток происходит выравнивание концентраций по всей ширине водотока. Створ, где концентрация выровнялась, называется створом полного перемешивания.

Кратность основного разбавления определяется по формуле:

.

где Qст – расход сточных вод, м3/с;

Qсм – расход смешения – часть расхода основного потока, которая присоединилась к расходу сточных вод, м3/с.

,

где ? – коэффициент смешения,

Qф – расход основного потока, м3/с. Расчетный расход – расход 95%-й обеспеченности.

.

Коэффициент смешения может изменяться в диапазоне от 0 до 1.

Отсутствию разбавления (?=0) соответствует кратность разбавления

no = 1.

Соответственно при ? = 1 получаем максимальную для данного водотока и выпуска сточных вод кратность разбавления.

Величина коэффициента смешения определяется следующим образом:

,

,

где L – расстояние от места выпуска до рассматриваемого створа, м.

,

где ? – коэффициент, характеризующий тип выпуска сточных вод: ?=1, если выпуск сточных вод осуществляется у берега; ?=1,5, если выпуск осуществляется в русло реки;

? – коэффициент извилистости русла реки, ?=1 - 1,7.

,

где Lпр – расстояние по прямой от выпуска сточных вод до створа, м;

Д – величина, характеризующая турбулентные свойства основного потока – коэффициент турбулентной диффузии, определяется по формуле Караушева:

, м2/с,

где g – 9,81 м/с2;

Vф , h – средние по сечению водотока скорость и глубина;

nш – коэффициент шероховатости русла водотока. Определяется по таблицам на основании качественного описания характеристик русла. nш = 0,025 - 0,13 (Приложение 3).

Sh – коэффициент Шези, рассчитываемый по формуле Павловского:

, .

R – гидравлический радиус, м. Для широких водотоков R ? h.

.

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ, ПРИ КОТОРОМ ПРОИСХОДИТ ПОЛНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ.

.

Считается, что створ достаточно полного перемешивания (? = 0,9 - 0,95) соответствует створу полного перемешивания.

^ РАСЧЕТ КРАТНОСТИ НАЧАЛЬНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ.

Начальное разбавление существует не всегда. Так как возникновение начального разбавления зависит от интенсивности турбулентных завихрений, которые, в свою очередь, зависят от разности скоростей истечения сточных вод из водовыпуска и скорости основного потока, то для этого необходимо выполнение двух условий:

  • абсолютная скорость истечения сточных вод должна быть не менее 2 м/с, т.е. Vст >= 2 м/с;

  • скорость истечения сточных вод должна более чем в 4 раза превышать скорость основного потока, т.е. Vст >= 4Vф.

Если одно из условий нарушается, то начальное разбавление отсутствует.

Характер начального разбавления во многом определяется выпуском сточных вод. Различают два основных типа выпуска сточных вод: береговые и русловые.

Русловые водовыпуски могут быть сосредоточенными (один оголовок) и рассеивающими (несколько оголовков). Они обычно выводятся в стрежень реки и ближе к поверхности, т.к. там наибольшая скорость. Береговые водовыпуски расположены в пределах береговой полосы. Они все сосредоточенного типа.

Характеристиками рассеивающего водовыпуска являются:

  • количество оголовков N;

  • диаметр оголовка do, м;

  • расстояние между оголовками l1, м.

Характеристикой сосредоточенного водовыпуска является:

  • диаметр оголовка do, м.



Методика подбора параметров водовыпуска для обеспечения начального разбавления.

^ 1) Для рассеивающего водовыпуска.

При расчете параметров рассеивающего водовыпуска необходимо соблюдать два условия по расчету скорости истечения сточных вод (Vст >= 2 м/с; и Vст >= 4Vф).

  1. Труба-рассеиватель должна быть не более 0,9 ширины водотока.

l = 0,9 B,

где В – ширина реки в наименее маловодный период, м.

B = Qф / (h·Vф).

  1. Расстояние между оголовками:

l1 = h+0,5,

где h – глубина водотока, м;

0,5 – технологический запас.

  1. .

  2. .

Vст принимается такой, чтобы удовлетворялись вышеуказанные условия.


По конструктивным соображениям должны выполняться условия:
  1   2   3

Схожі:

Методические указания iconЛ. П. Вороновская А. А. Кузнецова математика методические указания
Методические указания для работы с иностранными студентами подготовительного отделения
Методические указания iconЕ. А. Маковкин рисунок детали головы методические указания
Методические указания к выполнению практического задания и самостоятельной работы
Методические указания iconМетодические указания
Методические указания к самостоятельному изучению дисциплины «Основы гидромелиорации» для
Методические указания iconМетодические указания
Методические указания и исходные данные к курсовой работе «Расчёты устойчивости грунтовых массивов»/. Сост. Таранов В. Г., Рудь А....
Методические указания iconДокументи
1. /Методические указания - Реология/1 ВИЗНАЧЕННЯ РЕОЛОГ_ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА РОТАЦ_ЙНИХ...
Методические указания iconМетодические указания
Методические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей....
Методические указания iconИ в свет Разрешаю на основании "Единых правил", п. 14 Заместитель первого проректора начальник организационно методического управления В. Б. Юскаев методические указания
Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Техническая термодинамика»/ Составители
Методические указания iconИ в свет разрешаю на основании «Единых правил», п. 14 Проректор В. Д. Карпуша методические указания
Методические указания к выполнению индивидуального домашнего задания «Расчёт энергоэффективности использования теплонасосной установки»...
Методические указания iconИ в свет разрешаю на основании «Единых правил», п. 14 Проректор В. Д. Карпуша методические указания
Методические указания к выполнению индивидуального домашнего задания «Расчёт энергоэффективности использования теплонасосной установки»...
Методические указания iconМетодические указания
Методические указания к выполнению курсовой работы по фотограмметрии и дистанционному зондированию (для студентов 4 курса дневной...
Методические указания iconМетодические указания
Методические указания для проведения практических занятий по дисциплине «Основы гидромелиорации» для
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