Автореферат (1151768), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

На магистральном канале были намечены посты, на которых был произведен забор проб поверхностного стока. Исследования включали в себя замер скорости потока в магистральном канале с помощью прибора «Nautilus С2000» и отбор проб на анализ химического состава воды в одиннадцати контрольных точках (гидрометрические посты 0-10) с промежуточными расстояниями 20 м. Точечным источником загрязнения является устье дренажной трубы, совмещенное с головным (нулевым) створом. Химический анализ проб воды выполнялся лабораторией Мещерского филиала ВНИИГиМ. Лабораторные исследования включали определение азотных соединений в водах магистрального канала (ГОСТ 18826-73). Данные анализа были получены в табличной форме, с указанием ПДК по каждому идентифицируемому веществу и представлены в табл. 1. Значения ПДК: NH₄⁺ - 0,5 мг/л; NO₂^- - 0,08 мг/л; NO₃^- – 40 мг/л.

Табл. 1. Данные анализа воды в магистральном канале.

Рис.1. Графики распространения концентраций NH­₄⁺ и NO₃^- в магистральном канале (данные натурного эксперимента).

Полученные результаты натурных наблюдений стали основой для построения математической модели с целью проведения численных экспериментов и более детального изучения особенностей гидрохимических процессов.

В четвертой главе приведены результаты решения задач распространения загрязняющих веществ в канале при помощи разработанного математического аппарата и в программном комплексе MIKE 11, в котором уравнение КДП решается численно на основе предварительно построенной гидродинамической модели магистрального канала для проведения сравнительного анализа.

Решение уравнений КДП загрязняющих веществ в магистральном канале.

Для применения полученного аналитического решения одномерного уравнения конвективно-диффузионного переноса целесообразно использование математических компьютерных программ, облегчающих процесс получения численных результатов. Численные параметры, необходимые для расчета были взяты из экспериментальных данных. Подставив значения параметров (скорость потока, начальная концентрация и др.) в уравнение (3), получим следующие результаты.

Рис.2. Графики распространения концентрации NO₃^- в канале при нестационарном загрязнении; U=0,88м/с, С₀=4,21мг/л, K₁=0,005c^-1 при различных t.

Рис.3. Графики распространения концентрации NH₄⁺ в канале при нестационарном загрязнении; U=0,88м/с, С₀=0,65мг/л, K₁=0,008c^-1 при различных t.

Проверка адекватности полученного аналитического решения производилась путем сравнения результатов аналитического решения с результатами расчета в MIKE 11 Датского Гидравлического института и с результатами натурного эксперимента.

Рис.4. Распространение NO₃ в канале через различные интервалы времени при расчете в среде MIKE 11.

На графике 1 t=5c (через 5 секунд после начала выброса). График 2 t=10c, график 3 t=60c. На графике 4 t=90c (через 90 секунд после начала выброса). График 5 t=180c, график 6 t=300c. На оси абсцисс отмечаются расстояния от точки выброса. На оси ординат отмечается концентрация загрязняющего вещества и уклон канала.

Рис.5. Распространение NH₄⁺ в канале через различные интервалы времени при расчете в среде MIKE 11.

На графике 1` t=5c (через 5 секунд после начала выброса). График 2` t=10c, график 3` t=60c. На графике 4` t=90c. График 5` t=180c, график 6` t=300c. На оси абсцисс отмечаются расстояния от точки выброса. На оси ординат отмечается концентрация загрязняющего вещества и уклон канала.

Так как распределение значений аргумента равномерно для всех графиков, за степень близости аналитического решения, решения полученного в MIKE 11 и данных натурного эксперимента принимается среднеквадратичное отклонение, определяемое по формуле:

;при n<30. (17)

где σ – среднеквадратичное отклонение графиков;

Рассмотрим координаты построенных графиков.

Рис.6. Сравнение графиков распространения примеси при установившемся движении аналитического решения, решения полученного в MIKE 11 и данных натурного эксперимента для NO₃^- и NH₄⁺.

Статистическая обработка результатов расчета по NO₃^-/NH₄⁺ на модели показала, что модельное и измеренное среднеквадратичное отклонение равно σ=0,13% / σ=0,98%, а результаты расчета в MIKE 11 и измеренное среднеквадратичное отклонение равно σ=2,48% / σ=1,54%.

Выполненные качественные и количественные оценки результатов моделирования распространения примеси в магистральном канале позволяют сделать вывод о том, что построенная модель, в целом, может использоваться для решения задач, связанных с анализом и прогнозом распространения ЗВ.

Расчет диффузного стока в магистральном канале.

Для того, чтобы установить зависимости коэффициента скорости распада и модуля диффузного стока, с помощью программы, реализованной на языке Q-Basic, были проведены расчеты, процесс описывается уравнением (4), формулы (15), (16) восстанавливают значения и (Таблица 2).

В качестве исходных данных по концентрациям ЗВ возьмем результаты расчета по формуле (8) для 11 створов, находящихся на расстоянии 20 метров друг от друга – как в исследуемом участке магистрального канала. При этом значения гидравлических характеристик (Q и U) также реальные, однако значения , и С₀ - произвольные. В этом случае результаты расчета «восстановленных» с помощью формул (15), (16) величин , по тройкам соседних створов должны быть тождественны значениям и , использованным при расчете «входных» концентраций ЗВ по формуле (8). Причем это тождество должно выполняться при любом .

При известных трудностях определения коэффициента скорости распада ЗВ, уравнения дают возможность нахождения истинного значения К₁.

Табл.2. Значения диффузного стока при различных значениях коэффициента скорости распада ЗВ.

Предложенный алгоритм расчета позволяет выбрать наилучший вариант отношения коэффициента скорости распада ЗВ и диффузного стока, для теоретического и практического применения при расчете распространения примеси в водотоке.

Характеристики

Список файлов диссертации