Прогноз качества воды и защита водозаборных сооружений на малых реках

• Автор: Кондюрина, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 11.00.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 245 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ВОДОТОКАХ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ НАНОСОИЕРЕХВАТЫВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПРИ ВОДОЗАБОРАХ ИЗ РЕК.

1.1. Изученность процессов смешения и разбавления сточных

вод в водотоках

1.2. Детерминированные модели качества воды в водотоках

1.2.1. Одномерные модели турбулентной диффузии.

1.3.Определение коэффициентов турбулентной дисперсии в водотоках

1.4. Классификация водозаборных сооружений.

1.5. Рассмотрение конструкций водозаборных сооружений на реках с обильными донными наносами.

1.5.1. Бесплотинные водозаборы.

1.5.2. Приплотинные водозаборы.
Выводы .
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДОТОКАХ
2.1. Поле концентрации мгновенного точечного выпуска.
2.2. Границы зоны загрязнения, создаваемой мгновенным
точечным выпуском
2.3. Границы загрязннной струи и зоны загрязнения.
при стационарном выпуске.
2.4. Поле концентрации, создаваемое рассеивающим сбросом сточных вод, расположенным вдоль берега.
2.5. Диффузия растворнного вещества из водной среды в донные наносы
2.6. О влиянии движения донных гряд на скорость обмена растворнными
веществами между наносами и водой водотока.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ В ВОДОТОКАХ.
3.1. Подобие полей концентрации загрязняющих веществ в водотоках
3.2. Определение коэффициента диффузии .
по данным о поле концентрации.
3.3. Проверка расчтных зависимостей по экспериментам.
3.4. Подобие полей концентрации загрязняющих веществ в донных
наносах, определщше коэффициентов диффузии
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СМЕШЕНИЯ И РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД С ВОДАМИ ВОДОТОКОВ.
4.1. Влияние условий выпуска на процесс разбавления сточных вод.
4.2. Лабораторные исследования процессов смешения и разбавления загрязняющих веществ на гидравлической модели.
4.3. Определение слоя взаимодействия донных отложений и потока
4.4. Экспериментальные исследования.
4.5. Результаты экспериментальных исследований
5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ НАНОСОПЕРЕХВАТЫВАЮЩЕЙ ГАЛЕРЕИ.
5.1. Вывод расчтной зависимости для определения пропускной способности нпгалсреи.
5.2. Нахождение координаты, определяющей положение линии деления потока на входе в нпгалерею.
5.3. Теоретическое построение траектории движения частиц влекомых наносов в зоне действия нпгалереи.
5.4. Результаты проведнных исследований по изучению характеристик конструкции нпгалереи с обратным входом.
5.4.1. Цель исследований и описание экспериментальной установки .
5.4.2. Основы теории моделирования
5.4.3. Определение коэффициента расхода р нпгалереи с обратным входом
5.4.4. Определение коэффициента сопротивления вх на вход в нпгалерею
5.4.5. Определение коэффициента сжатия е потока при входе в нпгалерею
5.4.6. Кинематика потока в зоне действия нпгалереи
5.4.7. Проверка наносоперехватывающей способности нпгалереи.
5.4.8. Результаты проверки работы рекомендуемой нпгалереи при реконструкции Большого Ставропольского канала.
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗМЕЩЕНИЮ ВОДОЗАБОРОВ И ВОДОСБРОСОВ И ПРИМЕР РАСЧТА
НАНОСОПЕРЕХВАТЫВАЮЩЕЙ ГАЛЕРЕИ ПРИ ВОДОЗАБОРЕ
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Эти модели применяются для описания качества воды в тех случаях, когда поперечной и вертикальной неоднородностями концентрации загрязняющего вещества можно пренебречь. Одномерные модели турбулентной диффузии
V средняя по сечению скорость. В качестве краевых и начальных условий берут условия 7 . Решение этих задач производится в основном численными методами ,,,. Если по условий задачи Вх, о и V допустимо считать постоянными, можно получить аналитические решения ряда задач ,,. Для тех задач, в которых неравномерность концентрации в поперечном сечении водотока является существенной, применяются модели качества воды, опирающиеся на двухмерные или трехмерные уравнения турбулентной диффузии или турбулентной дисперсии, являющиеся частными случаями уравнения 6. Вх
Р. В таком общем виде решать данное уравнение можно, повидимому, только численными методами, к тому же для его решения необходимо знать поле скоростей, зависимость коэффициентов диффузии от геометрических координат и так далее, что в настоящее время затруднительно. Поэтому приходится вводить упрощающие предложения ,. Величиной поперечной скорости пренебрегают по сравнению с продольной. Далее, вместо использования переменных коэффициентов диффузии вводятся коэффициенты дисперсии, которые считают постоянными величинами . При помощи увеличения коэффициентов дисперсии по отношению к коэффициентам диффузии учитывается конвекция в поперечном направлении, а также неравномерность поля скоростей. Русло в поперечном сечении обычно полагают прямоугольным, вводятся осредненные величины скорости, глубины и ширины реки. В качестве краевых и начальных условий принимаются 7 . Процесс перемешивания загрязненных масс с водой реки можно условно разбить на два этапа. Сначала перемешивание происходит вследствие наличия разности скоростей между втекающей загрязненной струей и потоком. После того как скорости практически уравнялись, процесс перемешивания происходит за счет турбулентности, возникающей изза взаимодействия потока с дном и берегами. В этой работе изучается перемешивание только на втором этапе. Рассмотрим стационарный выпуск, как наиболее важный для практики. В этом случае равна нулю производная . Далее известно, что диф
фузионный поток по закону Фика пропорционален 1радиенту концентрации. Так как протяженность поля концентрации в направлении оси х велика, то средний градиенг концентрации в этом направлении мал, и диффузионным процессом вдоль оси х обычно пренебрегают. Эи Э2и Э2и
Эх Эу дъ Эти уравнения чаще всего используются на практике для построения
у
0. Это уравнение можно решить как численными, так и аналитическими методами. В настоящее время широко известен метод Л. В. Караушева. Он решает уравнения и с соответствующими начальными и краевыми условиями 7 методом конечных разностей И. Д. Родзиллер отмечает Формулы Караушева универсальны в том отношении, что позволяют рассчитать разбавление сточных вод в любом водоме в реке, озере, водохранилище. Однако, повышенный объм хотя и простых арифметических вычислений заставляет отдавать предпочтение там, где это возможно, другим, менее громоздким в вычислениях методам для рек, в частности, методу В. А. Фролова. Вместе с тем формулы Караушева в ряде случаев незаменимы, например, при расчете сточных вод в озерах и водохранилищах
В дополнение к этой практически исчерпывающей характеристике, необходимо заметить, что применение формул Караушева, как и всех остальных, опирающихся на уравнение турбулентной диффузии 6 требует довольно точного определения коэффициентов турбулентной дисперсии, что является в настоящее время достаточно сложной задачей. Определнным недостатком метода конечных разностей, так же как и любого численного метода решения уравнения 6 или его модификаций, являются трудности анализа получившихся результатов и непосредственного определения некоторых характеристик полей концентрации загрязняющих веществ. К этим характеристикам относятся, например, граница зоны загрязнения, границы загрязннной струи, минимально допустимые по санитарным причинам размеры рассеивающего выпуска. Точные аналитические решения уравнений или предложены в работах ,,. Е.В.