Автореферат диссертации (Экологический мониторинг и прогнозирование качества воды в реке Толить (г.Ханой, Вьетнам)), страница 2

Вавилова, МСХА имениК.А. Тимирязева, г. Москва, 5 - 7 декабря 2017 г.; VII между. науч-практ. конф. «Научныйфорум: Инновационная наука», г. Москва, 26 октября 2017 г.; VII International Scientific andTechnical Conference “The solution of environmental problems in the construction industry andreal estate”, Ho Chi Minh (Vietnam), 1 - 4 March 2018; XXVII R-S-P Seminar “TheoreticalFoundation of Civil Engineering 2018”, Rostov-on-Don (Russia), 17 - 21 September 2018; VIInternational Scientific Conference “Integration, partnership and innovation in constructionscience and education (IPICSE-2018)”, Moscow State University of Civil Engineering,Moscow (Russia), 14 - 16 November 2018.Публикации по результатам исследованийМатериалы диссертации достаточно полноизложеныв26научныхпубликациях, из которых 5 работ опубликованы в журналах, включенных в Переченьрецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основныенаучные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, насоискание ученой степени доктора наук (Перечень рецензируемых научных изданий), и 4работы опубликованы в журналах, индексируемых в международных реферативных базахScopus, Web of Science и других.В диссертации использованы результаты научных работ, выполненных автором– соискателем ученой степени кандидата технических наук – лично и в соавторстве.Научные работы приведены в списке работ, опубликованных автором по темедиссертации.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 181наименований, в том числе 65 на иностранных языках.

Работа изложена на 138страницах основного текста, содержит 37 рисунков, 20 таблиц и 5 приложений.Автор приносит глубокую признательность и благодарность к.т.н., доцентуДжумагуловой Н.Т., д.т.н., профессору Волшанику В.В. и д.т.н., профессору8Слесареву М.Ю. за научные консультации и помощь, оказанные при выборе темыдиссертации, а также всем сотрудникам кафедры гидравлики и гидротехническогостроительства, сотрудникам кафедры строительства объектов тепловой и атомнойэнергетики НИУ МГСУ и всем коллегам Министерства природных ресурсов иэкологии СРВ за помощь в работе над диссертацией.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении представлено обоснование актуальности темы исследования,определены объект и предмет исследования, цель и задачи работы, сформулированынаучная новизна исследования, теоретическая и практическая значимость результатовработы.В первой главе выполнена оценка основных факторов, определяющихформирование качества воды реки Толить.

Все факторы, оказывающие влияние наформирование качества воды водных объектов, разделены на 2 группы: естественные иантропогенные. Изложена методика математического моделирования трансформациизагрязняющих веществ по длине водотока, выполненная на основе изучения известныхисточников информации.Что касается методов и средств мониторинга качества воды в водных объектах г.Ханой, то известно, что контроль за состоянием качества воды пока ограничиваетсяотбором проб ручным методом.

К сожалению, его применение требует затрат, многовремени и реактивов, а также квалифицированного персонала и оборудованногопомещения. Недостаточно фактографических данных и разработанных научных основпроведения экологического мониторинга качества воды в реке Толить.Таким образом, разработка новых эффективных современных методовэкологического мониторинга и прогнозирования качества воды в городской реке подвлиянием сброса сточных вод является чрезвычайно актуальной научной задачей.Во второй главе дано представление о научной основе модели прогнозированиякачества воды в реке под влиянием сброса сточных вод на основе данных о концентрацияхзагрязняющих веществ из выпусков сточных вод.Толить – крупная река в центре крупнейшего г. Ханоя.

В систему этой реки поступаютсточные воды почти от двух миллионов жителей и 100 производственных предприятийиз пяти промышленных зон центральной части Ханоя. Толить в пределах города имеетдлину 17 км, среднюю ширину 45 м, среднюю глубину 2,6 м. В русле реки Толитьнакоплено около 284000 м3 осадка (в общей сложности 7347 тонн), содержащих, в томчисле тяжелые металлы. Суммарная нагрузка от этих металлов к устью р. Толитьсоставляет 161,7 кг/сутки.9На всем участке реки Толить расположены 8 водовыпусков с отходамиразличных видов деятельности, оказывающие влияние на водную систему реки.

Быловыполнено ранжирование предприятий по концентрациям и массам сбросазагрязняющих веществ, а также по массам ингредиентов, которые содержатся всточных водах. Схема расположения водовыпусков сточных вод на реке Толитьпредставлена на рисунке 1.Гидрохимические пробы воды брались по утвержденным методикам по 24показателям загрязняющих веществ: растворенный кислород, БПК5, ХПК, ΣN, N-NH4,N-NO2,N-NO3,ΣP,SO42 ,ΣFe,взвешенныенефтепродукты, As, Pb, Mn, Ni, Zn, Hg, Cd,вещества,фенолы,СПАВ,6Cr 3  , Cr .Длярешениязадачнормированияпоступлениязагрязняющихвеществсосточными водами средствамиматематическогомоделирования используютсяматематическая статистика ипакеты прикладных программдля персонального компьютера.Основнымнедостаткомразработанныхподходов,алгоритмов и программныхсредств является то, что приопределениинормативовдопустимогосбросанеучитывается класс качестваводы, который характеризуетобщеесостояниеводныхРисунок 1 – Схема расположения водовыпусковобъектов.

Для учета классасточных вод по длине рекикачестваводыбыласформулирована следующая задача: насколько необходимо снизить концентрациизагрязняющих веществ в сточных водах, чтобы обеспечить в контрольном створеводного объекта заданный класс качества воды.Распространение загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами извсех водовыпусков, представлено в виде общей схемы с тремя выраженными зонамис разной степенью перемешивания (рисунок 2).10Рисунок 2 – Схема распространения загрязняющих веществ сточных вод в потокеИсходные данные программы расчета, в которой используется общее уравнениематериального баланса, включают следующие данные: длину расчетного участка L,м; среднюю ширину B, м; среднюю глубину на исследуемом участке Н, м; среднююскорость течения V, м/c (таблица 1).Таблица 1 – Основные гидравлические характеристики реки ТолитьДлина реки - L, мB, мН, мV, м/cQ, м3/с17000452,60,078,19Определение концентраций загрязняющих веществ в реке под влиянием сбросасточных вод определяется по формулам: dC  dC  ddC dC  dC  d dC  d dC  x Dx   z   Dz   y   Dy   K1C , (1)dt dx  dz  dx  dx  dy  dy  dz  dz  dy гдеC – концентрация загрязнения, мг/л; t – время, с;x , y , z – координаты, м;  x , y , z – компоненты вектора скорости, м/с;Dx, Dy, Dz– коэффициенты турбулентной диффузии по соответствующимнаправлениям;dC– изменение концентрации во времени за счет процесса переноса илиdtдиффузии; x , y , z – скорость течения по соответствующим осям; dC  ,   dC  , dC  – характеристики конвективного переноса поx y  z  dx  dz  dy соответствующим осям;K 1C– разложение веществ за счет самоочищающей способности реки.Рассматривается измерение концентрации по двум направлениям – ширине идлине потока.

Распределение концентрации по глубине не учитывается, она мала по11сравнению с двумя другими величинами. Поэтому базовое уравнение (1) можносократить: d 2C  dC  x    Dy  2   K1C, dx  dy (2)Исходные данные для прогнозирования качества воды в реке Толить под влияниемсброса сточных вод представлены на рисунке 3.Рисунок 3 – Окно работы компьютерной программы Waste для прогнозированиякачества воды в реке под влиянием сброса сточных водВо второй главе сформулировано первое положение, выносимое на защиту:методика научно-методологического прогнозирования качества воды в городскойреке (Толить) на основе данных о концентрации загрязняющих веществ из выпусковсточных вод.В третьей главе представлены результаты определения границы зонзагрязнения и карты концентрации загрязняющих веществ в реке под влияниемсброса сточных вод и представлены теоретические основы методики расчетазначений нормативов допустимого сброса загрязняющих веществ водовыпусковсточных вод на качество воды реки Толить.Фоновые концентрации загрязнений р.

Толить принимались в расчетах вышепервого контролируемого створа и представлены в таблице 2.12Все загрязняющие вещества, поступающие со сточными водами изводовыпусков, разделены по характеру воздействия на следующие лимитирующиепризнаки вредности.Как следует из таблицы 2, концентрации: биохимического потреблениякислорода (обычно 5 суток – БПК5), общего фосфора, азота аммонийного, СПАВ,нефтепродуктов, железа общего и кадмия превышают ПДК; показатели взвешенныхвеществ, мышьяка и свинца меньше ПДК.Таблица 2 – Фоновые концентрации загрязняющих веществ в реке Толить№ПоказателиГруппа лимитирующегопоказателя вредностиклас  тиПДК , мг лСф , мг л1.БПК5Общесанитарная15211,42.Фосфор общийОбщесанитарная1,51,81,23.Азот аммонийныйтоксикологическая0,40,421,054.ВзвешенныевеществаСанитарнотоксилогическая35,25350,995.СПАВрыбохозяйственная0,10,161,66.Нефтепродуктырыбохозяйственная0,050,071,47.Железо общеетоксикологическая0,10,252,58.Мышьяктоксикологическая0,050,0020,049.Свинецтоксикологическая0,0010,00020,210.

Кадмийтоксикологическая0,0010,00121,2По результатам расчета фактическая масса сброса БПК5 по 8 водовыпускам –5556,55 т/год; азота амонийного – 193,78 т/год; фосфора общего – 143,59 т/год;взвешенных веществ – 8326 т/год; нефтепродуктов – 21,51 т/год; СПАВ – 40,67 т/год;железа общего – 81,73 т/год; мышьяка – 3,42 т/год; свинца – 0,34 т/год; кадмия – 0,19т/год...В аэробных условиях происходит окисление органических веществ,содержащихся в единице объема воды. По результатам мониторинга, значения БПК5изменялось от 66 мг/л (точка № 7) до 103 мг/л (точка № 1) и превышали ПДК от 4,4до 6,9 раз.13Таблица 3 – Результаты расчета значений БПК5 в реке Толить1Сст ,мг/л10328124,1952,9124,6916,2797,9937,2636721,6927,9221,8554,3499,298,37548025,0361,2726,929,97292,984856821,2123,1121,47100,798,812,51668821,4125,1521,9471,0897,594,48876623,242,9528,126,32482,527,7287123,0541,4928,097,05582,0624,85№*, мг/лС срСн.

р. , мг/л*Сmax, мг/лnP*q.Cст q. Cст25,7268,1826,215,7798,1651,5По результатам использования компьютерной программы для моделированияизменения максимальной и средней концентрации загрязняющих веществ полученытаблица 3 и рисунок 4.Рисунок 4 – Карта концентраций БПК5 в реке ТолитьИзменения максимальных и средних концентраций загрязняющих веществопределены и для других показателей: БПК, ХПК, NO3 , NO2 , NH 4 и других с учетомкратности разбавления и коэффициента смешения.

С использованием полученныхрезультатов по изменению концентраций загрязняющих веществ был определениндекс загрязнения воды ( ИЗВ ) по формуле:nИЗВ  i 1 Ci / ПДКi   13,1;n– класс VII (чрезвычайно грязные)(3)14БПК5, мг/л80Смакс70Сср60Сф50ПДК403020100Длина L, м0200040006000800010000120001400016000Рисунок 5 – Изменение максимальной и средней концентрации по БПК5На рисунках 4 и 5 представлены границы зон загрязнения и карты концентрацийзагрязняющих веществ в реке Толить под влиянем сброса сточных вод (поконцентрации БПК5).Концентрация загрязняющих веществ в реке зависит от расхода сточных вод,концентрации загрязняющих веществ сточных вод и концентрации фонового загрязненияводы в реке.Автор предлагает имитационные математические модели, которые позволяютопределить зависимость концентрации загрязняющих веществ в водотоке от отрасхода сточных вод (q), концентрации загрязняющих веществ сточных вод (Сст) ифоновой концентрации (Сф).