Диссертация (Экологический мониторинг и прогнозирование качества воды в реке Толить (г.Ханой, Вьетнам)), страница 6

Для этого необходимо решить уравнениеоднородной изотропной нестационарной двумерной модели переноса ипревращения веществ по методу конечных разностей.36С помощью математических моделей и программ имитации можноопределить концентрацию поллютантов в каждом ряде к переходу иразбавлению расхода от речной воды в зависимости от количества выпусков, атакже рассчитать допустимые нормативы загрязнения сбрасываемых сточныхвод (рисунок 2.5).Рисунок 2.5 – Схема расчета концентраций загрязняющих веществФ.С.

– створ контроля фоновых концентраций;С.В.1, С.В.2, С.В.3 – створы выпусков сточных вод;К .С. – контрольный створ;P – степень перемешивания;x , y – продольная и поперечная координаты.Для того, чтобы рассчитать концентрацию загрязняющих веществ поширине реки, условно эту ширину следует разделить на 10 равных частей.Решается следующее двумерное нестационарное управление переносапримеси:CC 1 d C U .  K .H .  K1C  A ;tx H dy y гдеU  x, y (2.3)– компонента продольной скорости;H – глубина реки;K – коэффициент поперечной диффузии;K1 – коэффициент неконсервативности;A – функция источников.В систему реки поступают сточные воды от почти двух миллионов жителейи 100 производственных предприятий из пяти промышленных зон центральной37части Ханоя. На всем участке реки расположены 8 водовыпусков сбросовсточных вод, оказывающих влияние на качество воды.

Было проведеноранжирование предприятий по концентрациям и массам сброса загрязняющихвеществ, а также по массам ингредиентов, которые содержатся в сточных водах(схема отбора проб придставлена на рисунке 2.6 и таблице 2.4) [53-65].Рисунок 2.6 – Схема отбора проб по длине реки Толить с притоками и водовыпускамиДля целей экологического мониторинга и прогнозирования качества водыв реке Толить были использованы апробированные теории, методы проведенияэкологического мониторинга и методы математической статистики дляобработки данных.Расчет распространения загрязняющих веществ в водотоке и прогнозраспределения загрязняющих веществ в реке Толить под влиянием сбросасточных вод производился посредством компьютерного моделирования.

Дляисследованийбылипримененыметодыматематическойстатистикиикомпьютерных программ (, Matlab, Mathcad, Waste) [24, 114, 119, 122, 127, 129].Программа Waste позволяет прогнозировать изменение распределенияконцентрации в продольном и поперечном направлениях в расчетных сеченияхпотока. Учитываются произвольно расположенные источники загрязнения.Входнойинформациейявляютсяморфометрические,гидравлические,гидрохимические и гидрологические характеристики: глубина, ширина русла,скорость течения потока, уклон, шероховатость дна и т.д.; расход сточных вод,38ПДК, фоновая концентрация, фактическая концентрация в стоках, параметрыводовыпусков.Таблица 2.4 – Размещение источников сточных вод в реку Толить№ точкиНазвание водовыпусковРасстояние отРасход сточныхустья L, мвод q, м3/с№1У моста Хоагкуоквьет8000,5№2У мост-акведука Ланг-Каузай31000,46№3У моста Чандуйхынг51000,125№4У мост-акведука Нгуенчай91000,6№5У акведука, ул.

Кимзанг, кп. 64136000,037№6У моста-акведука завода Краска138000,051№7У моста Каузау155000,42№8У моста-акведука завода Краска157000,35Процессформированиякачестваводыописываетсясистемойгидродинамики и системой турбулентной дисперсии для неконсервативныхвеществ [31, 70, 114].Базовое уравнение модели [112]: dC  dC  ddC dC  dC  d dC  d dC  x   z   Dz   y   Dx   Dy   K1C ,dt dx  dz  dx  dx  dy  dy  dz  dz  dy где(2.1)C – концентрация загрязняющих веществ;t – время;x, y , z – координаты по оси вдоль и поперек потока;dC– измерение концентрации во времени за счет нестационарностиdtпроцесса;39 dC  ,   dC  ,  dC  – харатеристики конвективного переноса поx y z  dx  dz  dy соответствующим осям;K1C – разложение веществ за счет самоочищающей способности реки.Рассматривается измерение концентрации по двум направлением – ширинеи длине потока.

Распределение концентрации по глубине не учитывается, онамала по сравнению с двумя другими величинами [113]. d 2C  dC x   Dy  2   K1C, dx  dy (2.2)Исходные данные программы Waste включают: длину расчетного участкаL, м; среднюю ширину B, м; среднюю глубину на исследуемом участке Н, м;среднюю скорость течения V, м/c (таблица 2.5).Таблица 2.5 – Параметры водного объекта – реки ТолитьL, мB, мН, мV, м/cQ, м3/с17000452,60,078,19Длярешениязадачнормированиясточныхводсредствамиматематического моделирования используется специализированная программаWaste.

Основным недостатком разработанных подходов, алгоритмов ипрограммных средств является то, что при определении нормативовдопустимого сброса не учитываются классы качества воды, которые ихарактеризуют общее состояние водных объектов. Для их учета быласформулированаследующаязадача:наскольконеобходимоснизитьконцентрации загрязняющих веществ в сточных водах, чтобы обеспечить вконтрольном створе водного объекта заданный класс качества воды.Подготовка исходных данных производится по 3 группам параметров:параметры уча́ стка реки, параметры источников и параметры показателейзагрязне́ ний.

Рассчи́ тываются концентра́ ции нача́ льного разбавле́ ния, кра́ тностьразбавления, степень перемешивания по формулам [113]:40Cн . р . nNзСст  СфонСmax  СфонPгдеСср N y  Cфон  N y  N p CсрСmax,,(2.3).100%.N з – число клеток загрязнения;q – расход воды в источники;Q – расход воды в реке.Подготовка исходных данных производится по трем групам параметров:парметры участка реки, параметры источников и параметры показателейзагрязнений (рисунок 2.7).Рисунок 2.7 – Окно работы компьютерной программы Waste для прогнозированиякачества воды в реке под влиянием сброса сточных вод41При обработке результатов прослеживается изменение концентрациикаждого параметра загрязнения по ширине, длине потока.Выводы по главе 21) Река Толить является одной из четырех основных рек в центре Ханоя.Эта река находится в условиях высокого загрязненного состояния врезультатесбросаисточников:разнообразныхпромышленности,сточныхбольниц,водизразличныхдомашниххозяйств,сельского хозяйства.2) Загрязнение поверхностных водных объектов в Ханое вызвано восновном тем, что бытовые и производственные сточные воды почтине проходят очистку перед сбросом их в водотоки.3) МониторингкачестваповерхностныхводвХаноепокаограничивается ручным методом, отбор проб требует больших затратвремени, реактивов, а также квалифицированного персонала иоборудованных помещений.4) Длярешениязадачнормированиясточныхводсредствамиматематического моделирования используется специализированнаяпрограмма Waste, которая позволяет прогнозировать изменениераспределенияконцентрациивпродольномнаправлениях в расчетных сечениях потока.ипоперечном42ГЛАВА 3.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДОТОКЕПОСЛЕ ПРИЕМА СТОЧНЫХ ВОД3.1. Результаты определения фоновых концентраций качества воды в рекеТолитьДля определения фоновых концентраций качества воды в реке Толить, былпроводен мониторинг качества воды в конрольном створе, распложениекоторого было установлено в начале реки Толить 500 м от озера Тай.Результаты мониторинга фоновых концентраций в контрольном створепредставлены в таблице 3.1.Таблица 3.1 – Фоновые концентрации загрязняющих вешеств в реке Толить№ВеществагруппаЛПВклас  тиПДК , мг лС ф , мг лСф ПДК1БПК5общ.15211,402ХПКобщ.30421,403Азот общийтокс.41290,754Азот амонийныйтокс.40,40,421,055Азот нитритныйс. - т.40,020,0492,456Азот нитратныйс.

- т.39,11,650,187Фосфор общийобщ.31,51,81,208Фосфор фосфатовобщ.310,10,109Сульфатытокс.1001,20,0110Железо общеетокс.0,10,252,5035,25350,990,0010,0011,001112ВзвешенныевеществаФенолы4общ.рыб.34313Нефтепродуктырыб.30,050,071,4014СПАВтокс.40,10,161,6015Asтокс.10,050,0020,0416Pbтокс.20,0010,00020,2017Mnтокс.40,010,0111,1018Niтокс.30,010,0010,1019Znтокс.30,010,011,0020Hgтокс.10,00050,00020,4021Cdтокс.20,0010,00121,2022Cr 3токс.30,070,040,5723Cr 6токс.30,020,010,5024Cuтокс.30,0010,00121,20Как следует из таблицы 3.1, показатели БПК5, ХПК, N- NH 4 , N- NO2 , фосфор ,  Fe , нефтепродукты, СПАВ, Mn, Cd, Cu превышают ПДК;показатели взвешенных веществ, фенолов, As, Pb, Ni, Zn, Hg, Cr3+, Cr6+ меньшеПДК.Индекс загрязнения воды  ИЗВ  реки ТолитьИЗВ, определяемый по формуле (3.1) и всматривается в [4, 13, 64], гдекласс опасности (чрезвычайно грязные) в расчете принимается как функция 6ти наиболее опасных загрязнений для определения ИЗВ [64, 116]:ИЗВ гдеСiС1С21 n C1 6 C ...

  i   iПДК1 ПДК2ПДКi n i 1 ПДКi 6 i 1 ПДКin – число показателей, используемых для расчета индекса;Ci – концентрация вещества i, мг/л;ПДКi – Предельно допустимая концентрация вещества i, мг/л.(3.1)44При выборе 6 основных показателей для расчета ИЗВ предпочтениеотдаетсявеществам,относящимсяксанитарно-токсикологическийлимитирующий показатель вредности.

Из таблицы 3.1 в обязательном порядкеучитывается концентрация растворенного кислорода, БПК5, ХПК, NO3 , NO2 ,NH 4 :ИЗВ  13,1 – класс VII (чрезвычайно грязные)Из таблицы 3.1 в обязательном порядке учитывается концентрациянефтепродуктов, СПАВ, C6H5OH, взвешенных веществ, CN-, PO43 :ИЗВ  5,02 – класс V (грязные)Как уже было показано, для комплексного решения вопросов экологииводных объектов, качества воды, охраны водных ресурсов города Ханоятребуется создание и ведение государственного мониторинга водной среды иприбрежных зон.Результаты исследований подтвердили необходимость строительствагородских и промышленных очистных сооружений сточных вод. Обеспечениетребуемого качества воды возможно только при условии правильного выбораметодов очистки.3.2.

Результаты мониторинга качества сточных вод, сбрасываемых в рекуТолитьКак было сказано выше, Толить является основной рекой в системецентральных водоотводящих рек города Ханоя, в эту реку сбрасываютпроизводственные и коммунально-бытовые сточные воды. Из-за малогорасхода реки и большого объема поступающих органических загрязнителей,остатков пищевых продуктов и тяжелых металлов качество воды в рекепостоянно ухудшается [55-66].Регулярный анализ и оценка качества воды в реках и поэтому разработканаучных основ проведения мониторинга и прогноз качества воды и45эффективных современных инженерных методов поддержания экологическогосостояния воды являются чрезвычайно актуальными для реки Толить.3.2.1. Качество сточных вод, сбрасываемых в реку ТолитьНа всём протяжении реки Толить расположено 8 водовыпусков сбросасточных вод, оказывающих влияние на качество воды.

В связи с этим былопроведено ранжирование предприятий по концентрациям и массам сбросазагрязняющих веществ, а так же по массам ингредиентов, которые содержатся всточных водах (схема отбора проб представлена на рисунке 2.4 а главе 2).Результаты анализа сточных вод приведены в таблице 3.2.46Таблица 3.2 – Концентрации загрязнителей сточных вод, сбрасываемых в реку Толить№Веществагруппа классЛПВ-стиСф ,ПДК ,мг лмг лСст ,  факт  , мг лСфПДК№1№2№3№4№5№6№7№81БПК5общ.15211,40103816780688866712ХПКобщ.30421,402241411321481401651171233Азот общийтокс.41290,7533262523242222274Азотаммонийныйтокс.40,40,421,052,82,281,223,302,383,202,383,755Азотнитритныйс.