Динамика разбавления в водотоках загрязнений, поступающих от организованных и неорганизованных источников Горбачев, Владимир Федорович

Введение к работе

1. 1. 1 .Актуальность.

Развитие промышленности, урбанизация обширных территорий и интенсификация сельского хозяйства приводит к изменению состава водных масс водных объектов в результате поступления в них загрязнений.

После выхода монографий И.Д.Родзиллера, А.В.Караушева и Н.Н.Лапшева, посвященных вопросам разбавления загрязнений в водных объектах, прошел значительный промежуток времени, в течение которого разрабатывались методы математического моделирования с вс-пользованием современных компьютеров, а также развивались подходы в комплексном решении данной задачи.

Как известно, в многочисленной технической и нормативной литературе подчеркивается, что при определении качества водных объектов желательно учитывать как можно большее количество факторов загрязнения, но детально рассматриваются только традиционные — сосредоточенные и рассеивающие выпуски (Водный кодекс РФ cr.95j.

При проектировании, планировании водохозяйственных мероприятий, установлении ПДС, проведении экологического мониторинга и прогнозе важное значение имеет определение качества воды в результате комплексного воздействия на водные объекты антропогенных и природных факторов загрязнения:

Комплексный учет этих факторов в системе водотока дает возможность более полно представить картину загрязнения, необходимую для проведения экологического мониторинга, водохозяйственных и др. расчетов.

Настоящая работа выполнена в соответствии с комплексной научно-технической программой Минвуза РСФСР «Человек и окружающая среда. Проблемы охраны природы» и отраслевыми экологическими программами газовой отрасли.

Целью работы является продолжение развития комплексного подхода с учетом дополнительных факторов загрязнения водных объектов при расчетах динамики загрязнения водных объектов от организованных и неорганизованных источников природного и антропогенного происхождения с разработкой программного обеспечения для ПЭВМ. Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи:

1. Развитие комплексного подхода при оценке и прогнозе состояния водных объектов;

2. Разработка методики учета различных видов загрязнений водпых объектов, адаптированной для дальнейшего использования на ПЭВМ;

3. Обоснование применения понятия «виртуального источника» для струйных истечений сточных вод в сносящий водный поток, разработка и адаптация его модели для расчетного метода разбавления;

4. Классификация источников загрязнения на «организованные» и «неорганизованные» для математического описания в рамках поставленной задачи;

5. Разработка методики расчета поступления атмосферных загрязнений в водные объекты и адаптация к основному расчетному методу разбавления;

6. Разработка алгоритма численного решения динамики разбавления загрязнений в водных объектах на основе баланса веществ.

Основ пая идея работы заключается в развитии комплексного подхода и разработке машинной методики расчета динамики разбавления загрязнений в водных объектах от организованных и неорганизованных источников.

Научая новизна работы. Разработан один из подходов комплексного учета различных техногенных и природных факторов при оценке загрязнения водных объектов расчетными методами:

» дано экологическое обоснование необходимости совместного учета основных (выпуски сточных вод из труб) и дополнительных (загрязнения, поступающие с бассейна водосбора, из атмосферы, от донных источников и т.п.) факторов загрязнения природной среды, действующих как непосредственно в русловой части, так и на водосборной площади водных объектов; основные и дополнительные факторы классифицированы как организованные и неорганизованные источники загрязнения;

приведено уравнение баланса веществ для потока с учетом загрязнений, поступающих от организованных и неорганизованных источников;

введено понятие "виртуальный источник", для потоков с различными кинематическими характеристиками; разработана и адаптирована его модель для расчетного метода динамики разбавления загрязнений в водотоках;

представлена расчетная модель учета дополнительных факторов и модель сопряжения русел с различными гидрологическими характеристиками потоков;

предложена методика и разработаны оригинальные алгоритмы и программное обеспечение для решения задач данного типа, доступные широкому кругу специалистов при использовании компьютеров;

Практическая значимость. Результаты работы позволяют оперативно, достоверно, более полно и наглядно оценивать картину загрязнения водных объектов и на базе оценок создавать модели управления и регулирования водохозяйственной деятельности.

Реализация и агшобапии работы. Материалы по диссертационной работе обсуждены на НТС государственных комитетов по охране окружающей среды Ростовской и Калужской областей. Результаты работы — программные комплексы (ПК) "Water" (расчет загрязнения водоемов) и "Space" (расчет загрязнения атмосферы) внедрены в проектных и на —

учно —исследовательских институтах РАО "Газпром": "Южниигипрогаз", АО"Агрисовгаз", "ПО Агрипроект" Калужская обл. г.Малоярославец, в Управлении экологии и рационального использования природных ресурсов исполкома Донецкого городского Совета народных депутатов и др. ПК "Space".

Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции "САПР НЕФТЕХИМ" г. Москва (1990), на научно-технических конференциях РИСИ — РГАС — РГСУ в 1994— 1997 гт. Работа внедряется для учебного процесса по курсу "Водоснабжение и канализация" в Ростовском государственном строительном университете и Донбасской государственной архитектурно — строительной академии г.Макеевка.

На защиту выносится:

один из подходов комплексного учета различных техногенных и природных факторов при оценке загрязнения водных объектов;

методика расчета характеристик виртуального источника при истечении сточных вод в сносящий водный поток;

методика расчета влияния дополнительных факторов на загрязнение водных объектов;

расчетная модель сопряжения русел с различными гидрологическими характеристиками потока;

методика расчета полей концентраций загрязняющих веществ в плане водотока и в произвольных поперечных и продольных сечениях русла;

машинная методика расчета динамики разбавления загрязнений водных объектов организованными и неорганизованными источниками;

Публикаштн. Основные результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах, а также в отчетах НИР.

Объем п структура диссертации : введение, 5 глав, выводы, список литературы и приложения. Общий объем диссертационной работы — 192 страниц, в т.ч. 149 страниц машинописного текста, 20 рисунков, 18 графиков, 12 таблиц, 131 литературный источник, приложения.