Диссертация (Экологический мониторинг и прогнозирование качества воды в реке Толить (г.Ханой, Вьетнам)), страница 3

Скорость протекающих реакций зависит также от температуры воды ивзаимодействия донных отложений с водой [25, 26].На формирование качества воды кроме вышеуказанных факторовсущественное влияние оказывают:– Поступление концентрированных загрязнений с подземными водами;– В паводковый период смыв удобрений с сельскохозяйственных полей;– Взвешенных веществ и нефтепродуктов с дорожных покрытий итерриторий во время выпадения атмосферных осадков и в паводковый период;13– Влияние непосредственно самих атмосферных осадков на качествоводных объектов.В связи с этим для определения качества речных вод необходимоиспользовать суммарный коэффициент скорости самоочищения загрязняющихвеществ, который определяется совокупностью вышеприведенных факторов наформирование качества на отдельных речных участках [39, 49, 67, 104, 108].При моделировании трансформации загрязняющих веществ, чтобы учестьвсе вышеперечисленные факторы влияния на формирование качества речныхвод,необходимоиспользоватьвсекоэффициенты,учитывающиеперечисленные процессы.

К таким коэффициентам можно отнести икоэффициент дисперсии вещества, который учитывает физические процессы,происходящие в водотоке. Следующим является суммарный коэффициентскорости самоочищения загрязняющих веществ, который учитывает физикобиохимические процессы, протекающие в речных потоках [6, 8, 11, 38, 81]. Примоделировании трансформации загрязняющих веществ по длине водногообъекта эти коэффициенты рассчитывают эмпирически по данным (средним),полученным экспериментальным путем за отдельные периоды времени.

Далее спомощью математических моделей уточняют расчеты распространения попротяженности речного потока загрязняющих веществ в максимальнозагрязненной струе. Результаты, полученные с помощью моделирования,сравнивают с натурными данными значений концентрации загрязняющихвеществ по длине речного потока в максимально загрязненной струе. Такимобразом определяют и процент расхождения между моделью и экспериментом,погрешность математического моделирования содержания загрязняющихвеществ для створов, где отсутствуют регулярные наблюдения [15, 102, 111].Если с помощью моделирования можно получить достаточно точноеопределение трансформаций загрязняющих веществ по длине речной сети, товозможно произвести оптимизацию режимных наблюдений в части сокращенияих числа во времени и по длине водотоке.141.1.2. Моделирование воздействия сточных вод на водоемДля того, чтобы смоделировать влияние сброса сточных вод на водныйобъект, необходимо исследуемую реку разделить на участки.

Определитьграницы участков, где начальным участком будет считаться фоновый створ,далее в качестве узловых створов будут выступать выпуски сточных вод.Замыкать участок будет устье речного потока. В местах резкого измененияпараметров потока, таких как ширина, глубина или скорость речного потока,возможно разделение участков на подучастки. Уравнение турбулентнойдиффузии применяется как основное уравнение для моделирования загрязнения[23-26, 31, 35-36, 48, 56, 72, 83, 112, 113]:CCCC   C    C    C  x y z  Dx   Dz   Dy  F  S  ; (1.1)txyz x x  y y  z x где:C – концентрация загрязнения, мг/л;t – время, с;x , y , z – координаты, м; x , y , z– компоненты вектора скорости, м/с;Dx , D y , Dz– коэффициенты турбулентной диффузии по соответствующимнаправлениям;F S – функция, характеризующая разложение загрязнения.Воздействия сброса сточных вод на водотоки и их моделированиерассмотрено в работах: Л.Я.

Ащепкова, К.Л. Боценюка, Е.И. Бреслава, Н.Е.Горбунова, Н.И. Дружинина, А.И. Шишкина, В.Г. Дулова, К.А. Кодюрины, Е.Д.Палагина, И.Д. Родзиллера, В.А. Фролова и других исследователей [6, 12, 13,23-26, 31, 32, 39, 72, 74, 75, 77, 82-84, 86, 88, 91, 102, 103, 108, 112-114, 122,136]. В их работах изучены вопросы береговых и русловых выпусков приопределении необходимой степени очистки сточных вод [23-25, 40, 46, 47, 49,82, 83, 93, 94, 113]; за основу расчета коэффициента смешения применяетсяформула и метод Родзиллера-Фролова.15Метод И.Д. Родзиллера целесообразно применять для больших и среднихрек при оценочных расчетах, когда решается вопрос о возможности сбросасточных вод в реку [72, 83, 112].

Метод И.Д. Родзиллера только общий,достаточно размытые рекомендации для его практического применения [72].1.1.3. Смешение поверхностных сточных вод в водотокахСущественное воздействие на формирование качества воды оказываютсостав поступающих сточных вод, смыв загрязнений с городских территорий исельхозугодий, а также загрязненные снежные массы в период таяния [15, 35,36, 44, 69, 79].

Процесс смешения сточных вод с водой реки играет важнуюроль при выборе систем водоотведения [8-11, 38, 43, 47, 49, 71, 103]. В связи стем, что отвод ливневой канализации осуществляется по районам и производитсброс производится по отдельным выпускам, то нужно учитывать влияниекаждого отдельно стоящего выпуска на качество воды водотока [75, 77, 94,108].Приотсутствииорганизованногоотводаатмосферныхосадковстерриторий и поступление их по всей протяженности береговой линииводотоков затрудняется оценка его воздействия на формирование качестваводыВ работах [31, 73, 74, 78, 83, 111, 112, 115] для того чтобы учесть влияниеповерхностного стока с территорий равномерно поступающим вдоль береговойлинии, предлагают расход поверхностных вод принять дискретным.

За основудля определения распространения поступающих загрязнений в водотокахприменяют модель – одномерное уравнение турбулентной диффузии [31, 35,38, 40, 88, 112, 113, 115]:CC 1 CvDF k1C  f ;tx F xxгдеD – коэффициент продольной дисперсии;F – площадь живого сечения;(1.2)16 – средняя скорость;f – мощность источников;k1 – коэффициент неконсервативности.Применение(1.2)дляучетавлиянияповерхностногостоканараспределение концентрации примеси в водотоке требует дополнительныхпояснений [72].

Более подходящей для учета неравномерности распределениязагрязняющих веществ в потоке считается из [82], полученная:CC 1 C 1 IvDF qC  f ;tx F xx F xгдеqC  qпр(1.3)С– член, определяющий дополнительное разбавление за счетFпоступления воды;1 I– член, связанный с неравномерностью распределения загрязненияF xпо живому сечению.В трудах [72, 112-114] показано, чтобы оценить степень загрязнения испособности самоочищения водотока, нужно сначала рассчитать кратностьразбавления сточных вод и осаждения взвешенных загрязняющих веществ.Родзиллер [82, 83] получил следующий алгоритм расчета неорганизованногоповерхностного стока:qy гдеQсб;lб(1.4)lб – длина берегового участка;qy– удельный расход на единицу длины береговой линии.Для малых рек поступление поверхностного стока с территорий вноситзначительное изменение качественных показателей воды, поэтому для прогнозакачества воды реки расход поверхностного стока следует приниматьпеременным.

Поверхностный сток имеет дискретные расходы, которые17суммируются по пути движения потока к исходному расходу реки. Описанныйметод И.Д. Родзиллера только дает общие рекомендации по распространениюзагрязнений в водном объекте [72, 83].1.2. Экологические проблемы поверхностных вод г. Ханоя1.2.1.Антропогенныефакторыформированиягидрохимическихособенностей водыВ силу процессов индустриализации и урбанизации Ханой – вэкономическом развитии считается городом развитым. Наряду с высокойпервоначальной плотностью населения и миграцией из сельской местностиплотность населения увеличивается все больше и больше, в то время какограниченная техническая инфраструктура и усиление загрязнения водныхобъектов сточными водами от промышленности и коммунальных структурсоздают огромное давление на водную среду города [19-21, 54].Большинство промышленных зон, заводов и жилых районов сбрасываютнеочищенные сточные воды в реки и озера, что вызывает катастрофическоезагрязнение водных объектов, ведущее к широкомасштабному загрязнениювсех поверхностных вод [28, 56, 147].В Ханое общий объём сточных вод из различных источников достигает670000 м3/сутки, из которых 620000 м3 (93% от общего объёма сточных вод)сбрасываются без очистки напрямую в природную водную систему города.Оставшийся объём сточных вод очищается в септиках или отстойниках вдренажной линии, хотя такая очистка не гарантирует достижения требуемойглубины очистки.

Сточные воды содержат опасные отходы для окружающейсреды, такие как черный щелок, в том числе лигнин, органические сульфиды,жирные кислоты, органические вещества, содержащие хлор и другие элементы[139-141].18Сточные воды процессов жизнедеятельности населенияБытовые сточные воды, большая часть которых содержит загрязненияорганического характера, делают качество воды рек и озер Ханоя недопустимонизким.Последние статистические данные показывают, что средний общий объемсточных вод города составляет 670000 м3/сутки, в том числе 41% бытовыхсточных вод, 57% промышленных сточных вод, 2% больничных сточных вод.Неочищенные сточные воды, сливаемые в реки Tолить и Кимнгыу, недопустимозагрязняют обе реки и жилые районы вдоль них [58, 61, 167, 176, 177].Во всём водосборном бассейне насчитывается примерно 26300 больничныхкоек (в том числе в Ханое 47%) в 1400 учреждениях здравоохранения, количествомедицинских отходов оценивается более чем в 10000 м3/сутки сточных вод.Возможности очистных установок больниц ограничены, поэтому неочищенныесточные воды сливаются прямо в реки.

Уровень загрязнения воды по взвешеннымвеществам, БПК, ХПК, дефицит по растворенному кислороду превышает от 5 до20 раз допустимые нормы [132-133, 139, 164, 179].В сельских и пригородных районах Ханоя санитарная ситуация ещё болеетревожна. Большинство семей не имеют туалетов, поэтому сточные водысбрасываются непосредственно в реки и озера.Сточные воды промышленностиПо степени опасности сточные воды от эксплуатации промышленнопроизводственной базыииндустриальныхзонявляютсякрупнейшимисточником загрязнения поверхностных вод.Каждая отрасль имеет различные характеристики сточных вод и уровнизагрязнений окружающей среды (таблица 1.1) [141, 146].19Таблица 1.1 – Характеристики отраслей промышленности по нагрузке отзагрязнителей в Ханое№Нагрузка позагрязняющимвеществам (тонн/год)Виды отраслей промышленности1Производство стали2Производство строительных материалов из глины3Пластиковое производство156,24Производство бумаги, картона и упаковки2013,75Другие химические вещества495,364224,71,3Основные химические вещества, кроме удобрений и244,0азотных соединений7Металлургическая промышленность и чёрнаяметаллургия608,38Производство локомотивов, вагонов1032,79Производство удобрений и азотных соединений295,810 Производство цемента и гипсаСточныеводымеханической12,9промышленностисодержатнефтесодержащие отходы и взвешенные твердые частицы, в то время каксточные воды от объектов переработки пищевых продуктов содержат многоорганическихсоединений.Текстильнаяпромышленностьхарактернасодержанием сточных вод, богатых химическими веществами, каустическойсодой,отбеливателями,квасцами,канифолью,причиняющиминеблагоприятное воздействие на окружающую среду [153, 163, 181].Расход сточных вод некоторых отраслей в Ханое [56, 135, 141]:– Текстильные заводы: 14500 - 17210 м3/сут.;– Пищевые заводы: 13870 - 16010 м3/ сут.;– Заводы химических реагентов: 24500 - 26540 м3/ сут.;– Технические устройства: 3730 - 4500 м3/ сут.20Сточные воды ремесленных деревеньОбъем и характеристики сточных вод, образующихся в ремесленныхдеревнях, в основном зависят от технологий и материалов, используемых впроизводстве.Пищевоепроизводство,текстильноепроизводство,обрабатывающая промышленность потребляют большое количество воды игенерируют большие объемы сточных вод с органическими веществами отвысокойдооченьвысокойстепениконцентрации.Машиностроение,металлообработка, производство меди, алюминия образуют сложные покомпонентамсточныеводы,загрязненныехимическимивеществами,кислотами, солями металлов, цианидов, большинством видов тяжелыхметаллов.Результаты анализа качества сточных вод ремесленных деревень в Ханоенедавно показали, что уровни загрязнения не упали, а даже стали выше, чемпрежде.

Отчасти из-за масштабов производства стоки увеличились, но до сихпор не обрабатываются перед сбросом в окружающую среду.В Ханое 255 деревень с шестью различными видами продукции, а именно59 ремесленных деревень по крашению кожи (23%); 43 по призводствупродуктов питания (16,9%) и т.д. Каждый день 3352 м3 неочищенных сточныхвод сбрасывается в окружающую среду [164, 170, 174].1.2.2. Нормативно-методическое обеспечение, регламентирующее качествоводной среды ВьетнамаАнтропогенное воздействие оказывает сильное влияние на качественное иколичественноесостояниеводныхэкосистем.Однимизусловийвосстановления водных объектов является самоочищающая способностьводныхэкосистем,котораязависитотусловийперемешивания,гидрохимических параметров, от соотношения расходов и т.д.