Содержание к диссертации
Введение
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИИ РЕЖИМА РАБОТЫ
ВОДОХРАНИЛИЩ, СОЗДАВАЕМЫХ В ЗАСОЛЕННЫХ КОТЛОВИНАХ,
С УЧЕТОМ ФОРМИРОВАНИЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ 9
1.1. Методика исследований однотактного режима работы водохранилища 11
1.2. Методика исследований режима промывки водохранилища 19
1.3. Методика исследований многотактного режима работы водохранилища 25
2. ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА МИНЕРАЛИЗАЦИЮ ВОДЫ В
ВОДОХРАНИЛИЩЕ, И ВОЗМОЖНОСТЕЙ УПРАВЛЕНИЯ 32
2.1. Гидрологические факторы 33
2.2. Гидрогеологические факторы 39
2.3. Морфометрические факторы- 43
2.4. Водохозяйственные факторы 44
2.5. Солеобмен в двухфазной системе "водная среда -донные отложения" 46
3. ДИФФУЗИЯ СОЛЕЙ В ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЕ "ВОДНАЯ СРЕДАДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ" 48
3.1. Сущность и математическое описание диффузии солей 48
3.2. Диффузия солей из полуограниченной толщи илов 52
3.3. Диффузия солей из конечной толщи илов 55
3.4. Диффузия солей в двухфазной системе "водная среда - донные отложения" 61
3.5. Примеры расчетов диффузии солей из илов и оценка результатов 67
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИФФУЗИИ 71
4.1. Обзор исследований по определению коэффициента молекулярной диффузии 71
4.2. Методика определения коэффициента молекулярной диффузии 76
4.3. Результаты проверки разработанных методов определения коэффициента молекулярной диффузии в лабораторных и натурных условиях 80
5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА МИНЕРАЛИЗАЦИИ И СОДЕРЖАНИЯ ГЛАВНЫХ
ИОНОВ В ВОДЕ ВОДОХРАНИЛИЩ 88
5.1. Существующие методы прогнозирования минерализации и содержания главных ионов в воде водохранилищ 88
5.2. Недостатки существующих аналитических методов прогнозирования минерализации воды 93
5.3. Усовершенствование расчетных зависимостей для прогнозирования минерализации воды 98
5.4. Методика учета диффузии солей в водно-солевом балансе водохранилища 99
6. РЕШИРОВАНИЕ ВОДНО-СОЛЕВОГО РЕШМА ВОДОХРАНИЛИЩ
И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ С УЧЕТОМ МИНЕРАЛИЗАЦИИ
ВОДЫ 102
6.1. Моделирование водно-солевого режима водохранилищ 103
6.2. Мероприятия по регулированию водно-солевого режима водохранилищ и оценка их эффективности 110
6.3. Выбор параметров водохранилища с учетом минерализации воды 119
ВЫВОДЫ.. 125
ЛИТЕРАТУРА 131
ПРИЛОЖЕНИЯ 145
Приложение I. Алгоритм исследований однотактного режима работы водохранилища 146
П.І.І. Контрольная тестовая задача 148
Приложение 2. Алгоритм исследований режима промывки водохранилища 151
П.2.1. Контрольная тестовая.задача . 154
Приложение 3. Алгоритм исследований двухтактного режима
работы водохранилища и динамики формирования минерализации воды 157
П.3.1. Контрольная тестовая задача . 161
Приложение 4. Алгоритм вычисления корней уравнения І63
П.4.I. Контрольная тестовая задача 163
Приложение 5. Документы, подтверждающие внедрение результатов работы 164
- Методика исследований однотактного режима работы водохранилища
- Гидрологические факторы
- Сущность и математическое описание диффузии солей
- Обзор исследований по определению коэффициента молекулярной диффузии
- Существующие методы прогнозирования минерализации и содержания главных ионов в воде водохранилищ
class1 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИИ РЕЖИМА РАБОТЫ
ВОДОХРАНИЛИЩ, СОЗДАВАЕМЫХ В ЗАСОЛЕННЫХ КОТЛОВИНАХ,
С УЧЕТОМ ФОРМИРОВАНИЯ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ВОДЫ class1
Методика исследований однотактного режима работы водохранилища
Обычно вода для наполнения водохранилища подается в период уменьшения расходов воды на орошение и опорожнения магистрального канала на осенне-зимний период или при наличии избытков воды в другом источнике.Поэтому период наполнения и его продолжительность считают заданными.В течение этих месяцев вода в водохранилище подается равномерным расходом самотеком или по напорному подводящему тракту,причем начало наполнения принимается и за начало водохозяйственного года,совпадающее с датой возможного отбора воды из источника пополнения.
Общий объем водохранилища состоит из полезной емкости и мертвого объема.Последний устанавливается исходя из особенностей процессов заиления,обеспечения поступления воды на орошаемые массивы сельскохозяйственных угодий и к другим водопользователям,санитарно-гигиенических условий,высоты водоподъема,нормативного качества воды и других водохозяйственных и технических требований, предъявляемых к его выбору.В этой связи решение задачи заключается только в установлении полезной емкости,обеспечивающей отдачу брутто,и исследовании условий наполнений и сработки водохранилища в эксплуатационный период.
При заданном постоянном круглогодичном потреблении воды с учетом потерь на испарение и фильтрацию водохранилище в условиях эксплуатации наполняется в установленный период,начиная от уровня мертвого объема (УМО).Полезная емкость и равномерный расход подачи воды (только в период наполнения водохранилища) определяются подбором с учетом остальных статей водного баланса (атмосферных осадков,поверхностиого и грунтового притока,фильтрации,испарения, водопотребления) так,чтобы водохранилище в конце водохозяйственного года срабатывалось до УМО.Расчет объема водохранилища и его режима - ежегодно повторяющегося цикла наполнения и сработки в условиях нормальной эксплуатации в отличие от традиционных водо - ІЗ хозяйственных расчетов выполняется при нескольких уровнях мертвого объема,которым соответствуют различные нормальные подпорные уровни (НПУ) и разные общие объемы,причем минимальный мертвый объем должен удовлетворять всем предъявляемым к нему требованишл.
Вариантные расчеты водного баланса (а значит и емкости) необходимы для выбора основных параметров водохранилища,при которых качество воды по минерализации будет удовлетворять требованиям водопользователей.
class2 ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА МИНЕРАЛИЗАЦИЮ ВОДЫ В
ВОДОХРАНИЛИЩЕ, И ВОЗМОЖНОСТЕЙ УПРАВЛЕНИЯ class2
Гидрологические факторы
На процесс формирования минерализации и химического состава воды влияет изменение величніш любого слагаемого,входящего в уравнение водного баланса водохранилища.Для отрезка времени д-Ь уравнение водного баланса имеет вид: где объем атмосферных осадков, выпавших на водную поверхность водохранилища,численно равный произведению слоя осадков на площадь зеркала водоема; суммарный объем поверхностного и грунтового притока; - водопотребление,холостые сбросы и потери на фильтрацию из водохранилища; объем потерь воды на испарение; л - изменение объема воды в водохранилище за время.
Прямое влияние на изменение минерализации и содержание главных ионов в воде водохранилищ,наряду с процессами смешения водных масс различного происхождения,оказывает испарение с водной поверхности uv ,ледообразование,атмосферные осадки й .Однако роль перечисленных факторов в формировании минерализации воды неодинакова.
Испарение с водной поверхности. В процессе испарения соли из водоема практически не уносятся,а накапливаются в нем [83] .Следовательно масса солей в водоеме за счет испарения возрастает.мине -рализация повышается.При прочих равных условиях меньшей минерализацией воды характеризуются водохранилища с меньшими потерями на испарение. Относительное влияние испарения на повышение концентрации солей в воде может быть оценено долей испарившейся воды, приходящейся на единицу объема водохранилища [ 43] :
Сущность и математическое описание диффузии солей
Диффузия солей в многокомпонентных двухфазных системах представляет собой молекулярный и турбулентный перенос веществ из одной фазы в другую.В теории массопередачи диффузионный поток разделяют на две области,различающиеся разной скоростью переноса веществ [54].
В первой из них,так называемом диффузионном пограничном слое, непосредственно прилегающем к поверхности раздела фаз,коэффициент турбулентной диффузии меньше коэффициента молекулярной диффузии. В остальной области диффузионного потока наоборот,коэффициент турбулентной диффузии больше коэффициента молекулярной.Очевидно, что основная роль в солеобмене между фазами принадлежит диффузионному пограничному слою,в котором турбулентной диффузией обычно пренебрегают и рассматривают диффузионный поток как чисто молекулярный. Аналогично протекает диффузия солей и в донных отложениях, представленных илистыми частицами.Илы,как правило,характеризуются незначительными коэффициентами фильтрации,практически водонепроницаемы. В условиях водонепроницаемости прямое фильтрационное взаимодействие между водной средой и донными отложениями отсутствует,то есть конвективная диффузия здесь не имеет места.Передвижение солей в донных отложениях и поступление их в воду происходит только путем молекулярной диффузии.Необходимым условием возникновения диффузионного потока является нарушение солевого равновесия в системе "водная среда-донные отложения",в момент которого в диффузионном пограничном слое образуется движущая сила - разность концентраций.
Опыт эксплуатации водохранилищ,созданных на засоленных грунтах, показал, что диффузионное выщелачивание солей из донных отложений тлеет существенное значение в формировании химического состава воды [2,3,10,27,28,36,37,110,III,ИЗ,118,119,121,122] .Так, например,в солевом балансе Арнасайского водоема,возникшего после заполнения засоленной впадины паводочными водами р.Сырдарьи,масса диффундировавших солей из донных отложений в водную среду за полтора года составила 44$ [28] .По нашим исследованиям условий формирования солевого баланса наливного водохранилища,созданного на засоленном поде Ингиз,расположенного в северной части Крымского полуострова,на долю диффузионного выщелачивания солей из засоленных грунтов в первые годы его существования приходилось около 70$ солей от общего содержания их в водной массе.Очевидно,что недоучет в водно-солевом балансе диффузии солей при обосновании создания водохранилищ в засоленных котловинах может привести к грубым ошибкам.
Обзор исследований по определению коэффициента молекулярной диффузии
Литературных источников,посвященных определению коэффициента молекулярной диффузии в грунтах,очень мало.
При отсутствии опытных данных коэффициент диффузии определяют по эмпирическим зависимо с тягл. Наиболее точная зависимость для вычисления коэффициента молекулярной диффузии в разбавленных растворах имеет вид [54]
JA. - коэффициент динамической вязкости растворителя,спз; \- молекулярный объем диффундирующего вещества,см3/г-моль. ДЛЯ ВОДЫ параметр ассоциации Р , обзгсловленный силой взаимного притяжения молекул растворителя,рекомендуется принимать равным 2,6.
class5 МЕТОДИКА РАСЧЕТА МИНЕРАЛИЗАЦИИ И СОДЕРЖАНИЯ ГЛАВНЫХ
ИОНОВ В ВОДЕ ВОДОХРАНИЛИЩ class5
Существующие методы прогнозирования минерализации и содержания главных ионов в воде водохранилищ
Обоснование создания наливных водохранилищ в засоленных кот-ловинах,лиманах,подах,чашах рапных озер полуаридной зоны нашей страны требует составления высококачественных прогнозов изменения минерализации и химического состава воды в них.Точность гидрохимического прогноза в значительной мере будет определяться надежностью оценки факторов минерализации,от нее зависит выбор основных параметров водохранилища,установление промывочного периода и разработка мероприятий и правил эксплуатации,обеспечивающих требуемую минерализацию воды в нем.Только правильная оценка будущих изменений в гидрохимическом режиме водохранилища,создаваемом на засоленных грунтаоі,позволит установить целесообразность его строительства. Достоверную оценку минерализации воды можно получить только при наличии зависішостеи для её прогнозирования,учитывающих все приходно-расходные статьи водно-солевого баланса водохранилища.
Вопросу прогнозирования минерализации воды посвящены работы Алекина О.А. L 4-7] ,Алмазова A.M. [8,9,39] ,Баранова В.А. [II-ІЗ] , Бочкова Н.М. [18-21,35] ,Браславского А.П. [22-24] ,Воронкова П.П. [31-33] Долгова Г.И. [40] ,3енина А.А. [47-51] ,Зимонта И.Л. [52], Кравца ГЛ.Б. [бб] ,Кривенцова М.И. [б7-7б] ,Крицкого С.Н. и Менкеля М.Ф. [76] ,Лазарева К.Г. [77-78] ,Павелко И.М. [85,86] ,Попова Г.И. [95] ,Плешкова Я.Ф. [90] ,Рогожкина В.И. [iOl] ,Тарасова М.Н. [106-108] Довбнна М.В. [Ю9] ,Чибова А.К. [ііб] и др.
Все ранее выполненные исследования по прогнозированию минерализации и содержания глазных ионов в воде водохранилищ в основном сводятся к двум методам - аналогии и водно-солевого баланса.
Метод аналогии является весьма приближенным и заключается в оценке минерализации и химического состава воды проектируемого водохранилища по гидрохшлическим показателям водоема-аналога.В качестве аналога выбирается водохранилище,расположенное в одинаковых или близких физико-географических и гидрогеологических условиях с проектируемым водоемом,а также имеющее сходные гидрологические, водохозяйственные и морфометрические характеристики с ним. Такой метод применяется для сравнительного прогнозирования и только при одинаковых или мало отличающихся между собой факторах,влияющих на формирование їлинерализации воды проектируемого и эксплуатируемого водохранилищ.Вследствие сложности выбора подходящего водохранилища-аналога достоверность прогноза может быть невысокой.
Более достоверные результаты прогнозирования минерализации дает аналитический метод водно-солевого баланса,выражающий закон сохранения вещества.
