Моделирование переноса азотных соединений в водотоках

• Автор: Гусев, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 06.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Распространение загрязняющих веществ в водном объекте.

1.1. Основные факторы загрязнения водных объектов

1.2. Роль неточечных (диффузных) источников в загрязнении водных объектов

1.3. Процессы самоочищения водоемов при сбросе в них сточных вод

1.4. Классификация загрязняющих веществ в водной среде

1.4.1. Азотные соединения в водной среде

Глава 2. Методы оценки распространения загрязнения в водном объекте.

2.1. Методы математического моделирования процессов переноса, осаждения и распада ЗВ

2.1.1. Решение краевых задач конвективно-диффузионного переноса примеси

2.2. Уравнение конвективно-диффузионного переноса примеси
2.3. Аналитическое решение одномерного нестационарного уравнения
конвективно-диффузионного переноса неконсервативной примеси
Глава 3. Экспериментальное исследование распространения примеси
в водотоке
3.1. Цель проведения натурного эксперимента
3.2. Описание объекта исследования
3.3. Опытное оборудование полигона «Полково»
3.4. Методика полевых исследований
3.5. Результаты полевых и лабораторных исследований
3.6. Обоснование выбора математической модели для распространения загрязнения описания

Глава 4. Решение уравнений конвективно-диффузионного распространения примеси в магистральном канале.
4.1. Расчет и результаты конвективно-диффузионного переноса азотных соединений с использованием аналитического решения одномерного уравнения конвективно-диффузионного переноса
4.2. Расчет конвективно-диффузионного переноса азотных соединений с использованием программного комплекса MIKE
4.2.1. Создание компьютерной модели
4.2.2. Результаты расчетов конвективно-диффузионного переноса азотных соединений с использованием MIKE
4.3. Результаты и выводы физического и численного экспериментов
4.4. Алгоритм расчета диффузного стока и коэффициента скорости
распада загрязняющих веществ в канале
Глава 5. Контрольный пример.
5.1. Начальные данные
5.2. Результаты расчета
Заключение
Библиографический список
Приложение

Введение.
Актуальность проблемы. Проблема сохранения природных вод, их качества и ресурсного потенциала водосборов особенно актуальна для промышленно развитых стран мира и, в том числе, для Российской Федерации. Обострение экологических проблем, связанных с ухудшением состояния водных объектов под влиянием антропогенной нагрузки, определяет необходимость получения максимально точной и достоверной информации об источниках загрязнения, объемах поступления и распространении загрязняющих веществ.
Одним из требований методических указаний по разработке нормативов допустимого воздействия на водные объекты, разработанных в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2006 № 881 «О порядке утверждения нормативов допустимого воздействия на водные объекты» и утвержденных приказом МПР от 12.12.2007 № 328, является определение общей массы привноса в водный объект или его часть загрязняющих химических и иных веществ с учетом всех источников воздействия, особенностей миграции и трансформации веществ, а также транзитного поступления загрязняющих веществ. При планировании ряда водохозяйственных мероприятий важное практическое значение имеет объективная оценка и прогноз пространственно-временной изменчивости качества вод. Создание математической модели, адекватно отображающей процессы распространения загрязняющих веществ (ЗВ) в водотоке, определяет актуальность исследований данного направления.
Цели и задачи исследований. Целью исследований является разработка расчетных методов, математических моделей и программных средств для прогнозирования распространения загрязняющих веществ (азотных соединений) в руслах рек и каналов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:
В уравнениях 7-9 /,у=1,3 - номер координаты; /- время; и-компонента скорости среды по соответствующей координате х,; С -концентрация загрязняющей субстанции; а-коэффициент неконсервативности примеси;
2.3.Аналитическое решение одномерного нестационарного уравнения конвективно-диффузионного переноса неконсервативных примесей.
Исходные уравнения и начально-краевая задача.
Запишем преобразованное одномерное нестационарное уравнение конвективно-диффузионного переноса неконсервативных примесей (6) без учета притока от внешних источников д
,и-одс-к,с, <10)
дл дх дх дх
где С - концентрация загрязняющего вещества, мг/л;
и - скорость потока воды, м/с ;
/ - время, с;
В- коэффициент продольной диффузии, м7с;
К/ - коэффициент скорости распада загрязняющего вещества в воде в результате химической реакции первой степени. При этом К[>0.
Уравнение (10) является дифференциальным уравнением в частных производных (ДОЧП) второго порядка. Методы решения данного уравнения основаны на сведении (10) к обыкновенному дифференциальному уравнению (ОДУ) и дальнейшем его интегрировании. Существует несколько методов сведения (10) к ОДУ:
1. Нахождение автомодельного решения путем введения новой комплексной координаты £ = х-и а и дальнейший переход к интегрированию ОДУ в координате £