Методический подход к определению консервативности загрязняющих веществ и соединений

2010

УДК 504.4.054

Н.М. Шарапов, В.Н. Заслоновский

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОНСЕРВАТИВНОСТИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ И СОЕДИНЕНИЙ

Формирование гидрохимического режима в водном объекте происходит под действием двух взаимосвязанных процессов, первый из которых - это процесс «чистого (механического) разбавления», а второй - трансформация гидрохимического режима за счет внутриводоемных процессов. Необходимо так же отметить, что загрязняющие вещества и соединения (ЗВ) по способности к трансформации подразделяются на консервативные и неконсервативные [1]. Изменение концентраций первых из них происходит, в основном, за счет разбавления. Вторые изменяют свою концентрацию в воде не только за счет разбавления, но и вследствие воздействия различных процессов биохимического окисления и физико-химической деструкции, а так же в результате химического взаимодействия с содержащимися в воде веществами. Следует отметить, что такое подразделение следует, во многом, считать условным, поскольку в зависимости от конкретной обстановки в водном объекте (гидравлической, термической, гидрохимической и др.) «консервативность» или «неконсервативность» загрязняющего вещества или соединения проявляется в разной степени.

Таким образом, следует предположить, что в реальном водном объекте трансформация того или иного ЗВ в значительной степени определяется его консервативностью: для консервативных веществ преобладает процесс «чистого «механического» разбавления»; для неконсервативных веществ - значительную роль играют и внутриводоемные процессы.

Четкого разделения веществ на консервативные и неконсервативные в настоящее время нет. В действующей методике комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям [2] данная характеристика определения инградиентов так же отсутствует. Утвержденная приказом МПР России от 17.12.2007 г. за № 333 «Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей» предусматривает при расчете НДВ применять коэффициент неконсервативности вещества. В ней указано, что численное значение данного коэффициента определяется на основании данных натурных наблюдений или по справочным данным и пересчитывается в зависимости от температуры воды и скорости течения. В то же время, из-за скудного или практически полного отсутствия натурных данных определить значения коэффициента неконсервативности того или иного ЗВ или уточнить его справочное значение зачастую не представляется возможным.

Нами предлагается следующий подход для определения консервативности ЗВ. Рассмотрим реальный водный объект и выделим участок, ограниченный стационарными 1 -ым верхним и (1 +1 )-м нижним створами (рисунок).

В пределах выделенного участка концентрации j -ого ЗВ в зависимости от изменения расхода воды, поступления этого же вещества может возрастать, уменьшаться или оставаться постоянной.

Предположим, что в пределах выделенного участка концентрация j -того ЗВ уменьшается, т.е. выполняется условие:

С/ > С]+1, и отсутствуют сосредоточенные сбросы.

Участок водотока: Li, Li+1 - соответственно расстояние от истока до верхнего и нижнего створов; С1, С+ -концентрации 1 -того ЗВ в этих же створах

Тогда в любом произвольном створе, расположенном между названными стационарными, в первом приближении концентрация у -того ЗВ может быть рассчитана по одной из следующих формул:

- Если в качестве расчетной концентрации у -го ЗВ принять ее численное значение в верхнем створе:

с: = с

с

V і У

- Если в качестве расчетной концентрации у -го ЗВ принять ее численное значение в нижнем

створе:

с: = а

с:

^і+1 У

Данные формулы легко проверить. Допустим, произвольно выбранный створ совпадает с верхним створом, т.е. Lx = Li. Тогда, показатель степени в первой формуле обращается в ноль и

CJ J ^ /~1 J /~1 J

х=L = С 1 , а во второй - в единицу и, как следствие, так же С = Ц .

Для основных рек Забайкальского края [3, 4] показано, что в реальном водном объекте на участке между стационарными створами изменение приращения концентрации (ЛО+1г-(дв)) у -го

ЗВ в зависимости от приращения массового расхода (Лт/+И (дв)) этого же вещества описывается линейным уравнением:

да

= Лту

а,

^1+1,1(дв) 1+1,1(дв) ^ 1+1,1 с/1+1,1 ‘

Рассмотрим частный случай изменения гидрохимического режима водотоков, - случай «чистого разбавления», который наиболее часто используется в практике гидрохимических расчетов. Для него характерны следующие условия:

1) Изменение концентраций ЗВ происходит только за счет их поступления и последующего разбавления в пределах выделенного участка, т.е.

ЛСу = ЛСу = Су — Су = Су — Су

1+1,1 1+1,1(чрз) 1+1 1 1+1(чрз) 1

2) Изменения масс ЗВ и их концентраций за счет внутриводоемных процессов, происходящих в русле реки в пределах выделенного участка, не происходит, т.е. т/+и= 0, поэтому

'і+і,і = тІ +Дті+,,і (чрз).

3) Расход в нижнем створе складывается из транзитного расхода входящего в верхний створ ( Qi) и притекающего расхода в пределах рассматриваемого участка (ЛQi+1i(пр)), т.е. (

Qi+1 = ЛQM1 + Qi). Забором воды, вследствии его малости, пренебрегаем.

Уравнение для расчета концентрации у -того ЗВ в нижнем (1 + 1)-ом створе для условий «чистого разбавления» может быть записано в следующем виде:

а+

а приращение концентраций этого же вещества между рассматриваемыми створами (

ЛС/+и = С/+1 — С1 ) будет равно:

m1 + Лm1

. . = С . —^1 =

^1+1,1 1+1

ДС+и = с+, - с; =") - с;.

Qi+l

После несложных преобразований уравнения (3) можно привести к линейному виду для случая постоянных Qi, С. и Qi+1:

( гл \

-

°+1 V °+1J

которое и будет описывать трансформацию у -ого ЗВ для случая «чистого разбавления»

Общий вид уравнений (1) и (4) практически совпадает, угловые коэффициенты в них: а+1 и

1

і+1,і

( \

а свободные члены: Ь+1г. и

1 -

а

1 V й-+1 J

Если учесть, что трансформация консервативных веществ в случае «чистого разбавления» происходит только вследствие разбавления, то обобщенные результаты расчетов по уравнениям (1) и (2) по многолетним данным должны совпадать. Это в свою очередь позволяет предположить,

что если выполняются условия: первое: а/+11-------------------^—^Q, где ^ - погрешность измерения

а

і+1

расхода воды в водотоке; и второе Ь.+11 — (С/ ) • 1 —0— « —Л I+ 5'С , где 8(3 - погрешность

, V а+1 J '/ Q Q

определения концентрации у -того ЗВ, то данное ЗВ является консервативным, в противном случае - неконсервативным для конкретных условий данного участка рассматриваемого водного объекта.

Таким образом, для данного участка инженерные расчеты по содержанию рассматриваемого ЗВ при выполнении вышеуказанных условий можно производить по уравнению «чистого разбавления» (4).

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические основы оценки антропогенного влияния на качество поверхностных вод // Под ред. проф. А.В. Караушева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 175 с.

2. РД 52.24.643-2002. Метод комплексной оценке степени загрязненности поверхностных по гидрохимическим показателям. Введен в действие с 01.01.2004 г.

3. Шарапов Н.М., Заслоновский В.Н. Расчет трансформации загрязняющих веществ на участке реки с учетом внутриводоемных процессов // Кулагинские чтения: VIII Всероссийская научно-практическая конференция. - Чита: ЧитГУ, 2008. - Ч. III. - С. 58 - 61.

4. Шарапов Н.М., Заслоновский В.Н. Методологический подход к описанию гидрохимического режима водных

объектов // Вестник Читинского государственного университета (Вестник ЧитГУ). - Чита: ЧитГУ, 2009. - № 1 (52). - С. 151-156. ЕШ ' '

— Коротко об авторах -------------------------------------------------

Шарапов Н.М.- кандидат технических наук, ученый секретарь, nmshaгavovmail. ги,

Заслоновский В. Н. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водного хозяйства и инженерной экологии, директор «ВостокНИИВХ», vostokniivhmail. ги,

Читинский государственный университет.