Методическое пособие 197

Таблица 4 Коэффициенты продольной дисперсии D, м, приведённые к средней скорости

течения 1 м/с, для открытых русел

Коэффициент неконсервативности загрязняющего вещества водоток ε определяется по формуле:

(11)

где К – суммарный коэффициент скорости самоочищения загрязняющего вещества, сут -1. Численные значения коэффициента К для некоторых ХОВ приведены в табл. 5; tд – определённое по (2) время добегания речной воды от места аварии до заданного створа, ч. Для консервативных химически опасных веществ, а также для неконсервативных веществ при отсутствии данных о скорости самоочищения воды значение коэффициента ε принимается равным 1.

11

Таблица 5 Примерные значения коэффициентов скорости самоочищения воды К* от

некоторых химически опасных веществ, сут-1

Расчёт 3-й.

Прогноз продолжительности прохождения высоких и экстремально высоких концентраций ХОВ в заданном створе водотока. Продолжительность прохождения высоких и экстремально высоких концентраций химически опасных веществ в заданном створе реки ∆tз, ч, определяется по соотношению:

(12)

где t0 – продолжительность поступления ХОВ в водоток, ч; Z – параметр, определяемый по (10);

Свз – установленный (прогнозируемый) уровень высокого (более чем 10 ПДКвод) или экстремально высокого (более чем 100 ПДК вод) загрязнения, мг/дм3;

Сmax – максимальное значение концентрации химически опасного вещества в заданном створе, мг/дм3.

Момент прохождения переднего фронта tфр зоны загрязнения через заданный створ определяется по формуле:

12

(13)

а момент прохождения хвостовой части tхв зоны высокого или экстремально высокого загрязнения устанавливается по следующей формуле:

(14)

Соответственно, продолжительность прохождения «пятна загрязнения»

∆t = tхв – tфр.

Для упрощения решения задачи по оценке загрязнения водного объекта в расчётном створе рассмотрим аварию с проливом ХОВ и поступлением его в водоток в тёплый период, когда ледостав отсутствует.

На первом этапе по (1) вычисляется время подхода «пятна загрязнения» с максимальной концентрацией. Затем по соотношению (7) рассчитываем

коэффициент поперечной диффузии ψ.

Далее для расчёта максимальной концентрации ХОВ в заданном створе необходимый параметр q находится по соотношению (8). Учитывая, что ХОВ всех рассматриваемых вариантов контрольных заданий практикума кипят выше 0 оС, коэффициент k = 1,0 (испарение при кипении не учитывается).

Следуя методологии расчёта, определяются параметры:

а) nш (табл. 3); б) D (табл. 4).

Для определения коэффициента продольной дисперсии θ найденное значение D умножается на фактическую среднюю скорость течения воды w, м/с.

Необходимость учёта неконсервативности данного ХОВ следует уточнить по табл. (5).

Для простоты понимания уровня загрязнения водотока ХОВ в расчётном створе в итоговой таблице выполняемого задания следует приводить в единицах ПДКв. Предельно допустимые концентрации ПДКв для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, а это ничто иное, как реки, водохранилища и т.п., приведены в табл. 6. В необходимых случаях следует использовать интерполяцию табличных значений.

Формула линейной интерполяции выглядит следующим образом:

для xi ≤ x ≤ xi + 1.

13

Таблица 6 Предельно допустимые концентрации наиболее часто встречающихся

химически опасных веществ, используемых на производствах и при перевозках транспортом, в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурнобытового водопользования согласно ГН 2.1.5.1315-03

14

Индивидуальные задания для проведения расчётов по теме: «Оценка загрязнений рек при аварийных сбросах опасных веществ»

Отчёт о выполнении расчётного задания должен содержать:

1)исходные данные варианта индивидуального задания (табл. 8).

2)ход вычислений;

3)результаты расчётов в форме итоговой табл. 7;

4)краткие выводы из оценки обстановки и предлагаемые меры по ликвидации дальнейшего распространения загрязнения и смягчения негативных последствий для окружающей среды.

Таблица 7 Итоговые значения показателей загрязнения реки ХОВ в расчётном створе

15

3. Общие сведения о природоохранном проектировании рекультивационных и иных восстановительных работ на реках. Критерии необходимости очистки русла от загрязнённых донных отложений.

Внастоящее время существует региональная практика: решение по очистке реки в Воронежской области принимается только при условии того, что населённый пункт, расположенный по берегам реки периодически затапливается паводковыми водами, а природная реабилитация реки в расчёт практически не берётся, либо учитывается только как дополнительное проводимое мероприятие.

Вслучае возникновения вопроса по очистке русла реки от загрязнённых донных отложений следует уяснить экологическую значимость этого мероприятия как для населения, проживающего по берегам реки, так и для самого водного объекта, как значимого объекта природы для рассматриваемой территории.

Решая задачу экологической реабилитации реки должно быть соответствующее обоснование связи показателей качества воды на загрязнённом участке русла с учётом вторичного загрязнения. Допустимые нормативы качества воды в реке либо в водоёме требуется устанавливать в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения

сточными водами» [4]. При нахождении водотока в городской черте качество воды рассчитывают с учётом загрязняющей роли отложений для низовой границы городской территории. Для водотоков, находящихся в городских зонах рекреаций, а также для водопользователей, территориально располагающихся ниже города (на расстояниях до 30 км в случае предположения, что загрязнение реки исходит из урбанизированной территории – города), вторичное загрязнение воды, исходя из многофакторного эффекта самоочищения реки, определяется на основе натурных изысканий загрязнённости речного дна.

При принятии решения о необходимости очистки русла реки загрязнённость воды для незарегулированных водотоков устанавливается применительно к наименьшему среднемесячному расходу воды года 95 %-ной обеспеченности (очень маловодный год – из табл. 9), для зарегулированных водотоков – применительно к гарантированному санитарному пропуску.

Таблица 9 Обеспеченность и повторяемость характерных лет для речного стока

Повышение концентрации каждого вида примеси в речной воде Сдi (вторичное загрязнение воды) вследствие контакта её с загрязнёнными донными отложениями, содержащими растворимые примеси данного вида с концентрацией Сгi (индекс «г» – грунт), рассчитывается по формуле [5]:

(15)

где Н – средняя глубина речного потока, см;

Dгм – коэффициент молекулярной диффузии примесей в донных грунтах (может приниматься равным 0,4 см2/сут);

t = Lз/v – время контакта воды с загрязнёнными донными грунтами, определяется протяжённостью загрязнённого участка русла Lз и средней скоростью речного потока v.

Очистка русла водотока малой (длина реки до 200 км) и средней водности (длина реки до 500 км) необходима (согласно Рекомендаций [4] – примеч. автора), если при обеспечении предельно допустимой концентрации (ПДК) при поступлении опасных веществ с водосбора сумма отношений концентраций каждого из загрязняющих веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности и соответствующим ПДК превышает единицу:

(16)

Для тех случаев, когда суммарный эффект фоновой загрязнённости речной воды и её вторичного загрязнения приводит к превышению ПДК.

(17)

где Сi = Cфi + Cоi + Cдi;

Cфi – фоновая концентрация рассматриваемой примеси;

Cоi – концентрация данной примеси в речной воде вследствие поступления в водоток опасного вещества;

Cдi – концентрация рассматриваемой примеси в речной воде вследствие вторичного загрязнения;

Ci – концентрация веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности.

Необходимость очистки русла определяется технико-экономическим расчётом в сравнении с нанесённым ущербом экосреде и возможной многолетней восстановительной возможности самого водотока и его биоты.

4. Примеры расчёта необходимости очистки русел при поступлении в водоток различных химически опасных веществ

Приведём примеры расчёта необходимости очистки русел при поступлении в водоток различных химически опасных веществ.

18

Пример 1. Расчёт необходимости очистки русла от донных отложений при различных источниках поступления примеси.

Определить необходимость очистки русла при следующих условиях: водоток малой водности, длина загрязнённого участка Lз = 10 км. Ширина реки В = 50 м, глубина водотока Н = 2 м, наименьший среднемесячный расход 95 %- ной обеспеченности Q95 = 75 м3/с. Расчётный створ находится в конце загрязнённого участка.

Установлено, что в реку поступают загрязняющие примеси из следующих источников: выше загрязнённого участка сбросные воды от промпредприятий в количестве Q1 = 7 м3/с содержат тетраэтилолово (ПДК = 0,0002 мг/л) с концентрацией в водотоке С1 = 0,08 мг/л и хлорбензол (ПДК = 0,02 мг/л) с концентрацией С2 = 1 мг/л; в пределах загрязнённого участка производится сброс сточных в количестве Q2 = 10 м3/с с содержанием циклогексанола (ПДК = 0,5 мг/л) С3 = 0,6 мг/л; в донных грунтах содержатся молибден (ПДК = 0,5 мг/л) с концентрацией С4 = 100 мг/л, никель (ПДК = 0,1 мг/л) С5 = 40 мг/л, тетраэтилолово Сг1 = 23 мг/л, хлорбензол Сг2 = 150 мг/л. Примеси относятся к санитарно-токси- ческому показателю вредности.

Решение.

Определяем среднюю скорость речного потока:

Рассчитываем время контакта воды с загрязнёнными грунтами:

Находим повышение концентрации примеси в воде за счёт поступления из донных грунтов:

молибдена

никеля

тетраэтилолова

19

 хлорбензола

Определяем концентрацию примесей, поступивших с водами, загрязнёнными химически опасными веществами, из донных грунтов в расчётном створе.

Концентрация тетраэтилолова перед загрязнённым участком:

Концентрация тетраэтилолова в конце участка:

С1 к = С1 0 + Сд1 = 6,8 10-3 + 2 10-3 = 8,8 10-3 мг/л;

Содержание хлорбензола в реке в конце расчётного участка:

С2 к = С2 0 + Сд2 = 85 10-3 + 0,021 = 0,11 мг/л;

Вычисляем содержание циклогексанола в конце загрязнённого участка:

С3 0 = С3 к;

Определяем суммарный эффект влияния примесей на качество воды:

20