Исследование функционирования и подбор оптимальной конструкции рассеивающего выпуска сточных вод в условиях водоема и водотока

• Автор: Федоров, Святослав Викторович
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 221 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗА КАЧЕСТВА ВОДЫ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

. 1 Санитарная охрана водоемов и водотоков при сбросе сточных вод

1.1.1 Основные положения законодательства РФ в области охраны водоемов и водотоков

1.1.2 Условия сброса сточных вод

1.1.2.1 Регламентный сброс сточных вод

1.1.2.2 Аварийный сброс сточных вод

1.2 Теоретические основы процесса разбавления сточных вод

1.2.1 Расчет начального разбавления
1.2.2 Расчет основного разбавления
1.2.2.1 Линейная задача
1.2.2.2 Плоская (двухмерная) задача
1.2.2.3 Пространственная (трехмерная) задача
1.2.2.4 Нестационарная одно-, двух- и трехмерная задача
1.2.3 Недостатки рассмотренных методов и актуальные проблемы
1.3 Определение целей и задач исследования
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАССЕИВАЮЩЕГОВЫПУСКА
2.1 Аналитическое решение модифицированного уравнения турбулентной диффузии
2.2 Вычисление коэффициентов турбулентной диффузии
2.3 Математическая модель основного разбавления сточных вод в водоеме
2.3.1 Решение уравнения турбулентной диффузии для
рассеивающеговыпуска в водоем
2.3.2 Оценка работоспособности модели для условий водоема
2.4. Математическая модель основного разбавления сточных вод в водотоке
2.4.1 Решение уравнения турбулентной диффузии для рассеивающего выпуска в водотоке
2.4.2 Оценка работоспособности модели для условий водотока
2.5 Выводы

ГЛАВА 3 ПРОВЕРКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
3.1 Проведение экспериментов для условий водоема
3.1.1 Сравнение результатов модельных экспериментов с данными мониторинга действующих рассеивающих выпусков Санкт-Петербурга (ЦСА, ССА)
3.1.2 Рассеивающий выпуск в Горьковское водохранилище
3.1.3 Сочинский морской выпуск
3.1.4 Сравнение с исследованиями В.В. Морокова
3.2 Проведение экспериментов для условий водотока
3.2.1 Сравнение с исследованиями В.П. Рогуновича
3.2.2 Оценка работы модели для условий реки Клязьмы
3.2.3 Оценка работы модели для условий реки Нарев
3.2.4 Сравнение модельного расчета с результатами экспериментов Ю.А. Ибад-Заде на реке Кура
3.2.5 Моделирование натурного эксперимента Л.И. Руги
3.3. Выводы по результатам модельных экспериментов
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАССЕИВАЮЩЕГО ВЫПУСКА
4.1 Алгоритм программы «DISPERSION DISCHARGE IN A SEA»
4.2 Этапы использования программы «DISPERSION DISCHARGE IN A SEA»
4.2.1 Определение исходных данных
4.2.2 Расчет и работа с полем концентрации
4.3 Области применения программы «DISPERSION DISCHARGE IN A SEA»
ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАССЕИВАЮЩЕГО ВЫПУСКА
5.1 Анализ влияния конструктивных параметров выпуска на начальное разбавление сточных вод
5.2 Влияние конструкции рассеивающего выпуска на эффективность основного разбавления в море
5.3 Влияние конструкции рассеивающего выпуска на эффективность основного разбавления в водотоке

5.4 Изучение влияния направления диктующего течения и поворота ВЫПУСКА НА эффективность основного разбавления
5.5 Изучение влияния режима работы рассеивающего выпуска при условии отключения части оголовков
5.6 Выводы по результатам проведения исследований
ГЛАВА 6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ВЫПУСКА СТОЧНЫХ ВОД
6.1 Выбор точки сброса в водоеме и оценка общего разбавления.
6.2 Влияние местоположения выпуска на стоимость очистки сточных вод
6.3 Оценка стоимости выпуска сточных вод в водоем
6.4 Выбор оптимальной конструкции выпуска в водоеме
6.5 Выбор точки сброса в водотоке и оценка общего разбавления.
6.6 Оценка стоимости очистки воды и выбор конструкции выпуска в водотоке
6.7 Оценка стоимости выпуска в водотоке
6.8 Выбор оптимальной конструкции выпуска в водотоке
6.9 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ И

В зависимости (1.9) рассматривается только случай изотропной турбулентной диффузии начального пятна от сосредоточенного выпуска.
Кроме приведенных исследований с использованием полуэмпирической теории турбулентной диффузии широко известна работа А.Д. Гиргидова [15] в которой рассматривается решение задач турбулентной диффузии с конечной скоростью. Отличительной чертой данной теории является отсутствие коэффициентов турбулентной диффузии. Сравнение двух приведенных теорий показывает, что оба метода имеют недостатки и преимуще тва. По теории полуэмпирической турбулентной диффузии необходимо определять величины коэффициентов диффузии, а согласно теории диффузии с конечной скоростью нужно экспериментально изучать характеристики турбулентного потока. Для решения практических задач прогнозирования качества воды в настоящее время применяется полуэмпи-рическая теория турбулентной диффузии как наиболее изученная.
1.2.2.3 Пространственная (трехмерная) задача
Иногда для решения инженерных задач необходимо получать распределение концентрации в пространстве на участке разбавления сточных вод до створа постоянных по вертикали концентраций. Трехмерная задача решалась А.М. Руф-фелем [93], А.И. Шишкиным [113], Ю.А. Ибад-Заде [30], H.H. Лаптевым [44], Ю.Б. Безобразовым [11], Л.Л. Паалем [71] и др.
Используя результаты проведенных исследований и теоретических работ
В.М. Маккавеева и A.B. Караушева, А.М. Руффель [93] разработал методику расчета разбавления сточных вод в водохранилищах. В методике рассматривается разбавление, зависящее от расхода сточных вод, глубины водоема и ветровых течений. В основу моделирования заложен метод конечных разностей. Для расчета выбирается три вертикальных слоя. Для каждого слоя вводится своя осредненная величина скорости. В окончательном виде зависимость для расчета полного разбавления представляется: