Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В МЕЛКИХ АКВАТОРИЯХ

Авторы:
Город:
Владивосток
ВУЗ:
Дата:
01 марта 2016г.

В работе рассматривается формирование поля загрязняющих веществ в мелких морских акваториях и ставится задача выявления причин образования, прежде всего, зон стагнации, в которых происходит нарушение условия динамического равновесия. Условия нарушения динамического равновесия рассматриваются как в отношении функционирования процессов биохимической деструкции неконсервативных веществ, так и в отношении накопления консервативных.

В основу анализа причин экологической дестабилизации положен решающий задачу в координатах Лагранжа модифицированный метод блуждающих частиц, методология которого изложена нами в ряде статей [1, 3]. Особенности модифицированного метода блуждающих частиц заключаются в том, что он позволяет реализовать долгосрочный прогноз распространения примеси с учетом таких определяющих факторов как нестационарность ветровых течений и формирования ледового покрытия, изменение коэффициентов неконсервативности органических веществ в зависимости от колебаний температуры морской воды в течение года.

Основные соотношения метода блуждающих частиц представлены ниже.

Поступление примеси от непрерывно действующего источника от j источника по i загрязнению представлялось дискретным процессом поступления частиц - маркеров с мощностью


где Pi,j - мощность выброса загрязнения, приходящегося на один маркер [кг/с]; V - выброс от источника [тыс.м3/год]; С0 - концентрация примеси в источнике; 31556926 - количество секунд в году; N - число маркеров на один источник.

Координаты i - маркера в момент времени n+1 находились из системы рекурентных соотношений


Особенностью алгоритма численной реализации задачи было условие, заключающееся в том, что шаг по времени и вес маркера на каждом шаге принимались переменными.

Для каждой из координат вычислялось время, необходимое маркеру для прохождения половины шага сетки h, и из двух этих величин выбиралось наименьшее


Необходимость такой процедуры была вызвана тем, что при больших скоростях течения маркер мог за один шаг по времени выйти за пределы нескольких расчетных ячеек, что делало окончательные результаты весьма грубыми. Ориентация шага по времени на области с малыми скоростями приводило к усложнению задачи и значительному увеличению времени счета, бесполезному для окончательного результата. В области с малыми скоростями маркер долго перемещался по  ячейке и описание этого  перемещения, при принятой процедуре осреднения по пространству, не имело особого смысла.

В исходных данных задавалась максимальная величина шага по времени Δtmax, и для переменного шага выставлялось требование  ,в котором лагранжев масштаб времени rl принимался равным 400с.

Для неконсервативной примеси на каждом шаге корректировалась мощность маркера

где Pn+1 , Pn- мощность маркера в текущем и последующем шагах; k - коэффициент неконсервативности, 1/сутки; 86400 - число секунд в сутках.

Вес маркеров в расчетной сетке на данном шаге находился по формуле 


Если маркер выходил за пределы открытой границы залива, то происходил переход к следующему маркеру или к следующему источнику.

Масса загрязнения в узлах расчетной сетки Ω накапливалась, выносилась или подвергалась деструкции по мере роста времени счета и рассчитывалась в каждой точке сетки по формуле



Концентрация находилась из соотношения


Для расчета ветровых течений в акватории использовалось проинтегрированные по глубине уравнения движения и неразрывности, (Н.Е. Вольцингер и Р.В. Пясковский). Для глубин больших 3-10 м нелинейные члены уравнений движения имеют больший порядок малости по отношению к нестационарным членам, поэтому для расчета течений принимались линеаризованные уравнения мелкой воды в виде






При действии источников поступления примесей год и более ветровые течения изменялись каждый месяц в зависимости от среднемесячной скорости ветра. Если по условиям задачи были необходимы сведения о распространении примеси, например при действии источников, один месяц, то учитывалось распределение ветра внутри промежутка моделирования.

Метод блуждающих частиц был верифицирован путем сопоставления с решением аналогичной задачи при помощи уравнений турбулентной диффузии и путем сопоставления данных прогнозирования с натурными данными [1]. На Рисунке 1 показаны результаты прогноза распространения взвешенных веществ, выносимых в залив Находка стоком р. Партизанской. Расчеты показывают, что около м. Сестринского в заливе формируется отмель. Остаточные течения задавались на основе данных гидрологических измерений. Результаты аэрокосмической съемки подтвердили адекватность прогноза.

Распространение примеси в локальной области около сбросных устройств рассчитывалось по методу, изложенному в работе [2] с учетом исследований, выполненных нами ранее по струйному разбавлению в ограниченном по глубине потоке.

Предлагаемая работа носит прикладной характер. Моделирование использовалось для того, чтобы определить допустимые концентрации и расходы сбрасываемых в залив коммунальных, промышленных и дождевых сточных вод, определить длину и конструкцию выпуска, допустимость сброса в том или иной части акватории.



Расчеты по изложенной выше методике были выполнены, для ряда мелких акваторий (Амурский залив, залив Находка, бухта Находка, залив Южно –Курильский, залив Посьет, бухта Троицы). Характерным примером является Амурский залив, для которого были сделаны следующие выводы.

1.       При прогнозировании на действие источников в течение года и более залив справляется с органическими примесями даже при сбросе неочищенных сточных вод. Концентрация БПК5 при прогнозе на год не превышает 1,9 г/м3.При сбросе консервативных (не подверженных самоочищению) примесей (взвешенные вещества, и тяжелые металлы) стационарное состояние по степени загрязнения акватории отсутствует. В заливе происходит накопление, в частности, взвешенных веществ, которые, оседая, заиливают кутовую часть залива. При этом основную ответственность за заиление несет дождевой сток. Концентрации взвешенных веществ, сформированные дождевым стоком, превышают в 4-5 раз концентрации, поступающие от городских неочищенных сточных вод.

2.     Ситуация в заливе в целом также не является стационарной. Фронт загрязнений перемещается со скоростью 0,5 км в год в открытую часть акватории.

3.    Внутри года имеет место существенная неравномерность распределения концентраций в акваториях, покрытых льдом. Для выпуска Второй Речки концентрация зимой по БПК5 вырастают в 4 раз. В части акватории, расположенной севернее выпуска Второй Речки формируются зоны стагнации, в которых в зимнее время концентрации вырастают в сотни раз.  Эти результаты  прогноза приводят к выводу, что в мелкие  морские акватории, покрытые льдом, делать сбросы сточных вод нельзя.

В г.Владивостоке построены очистные сооружения Центрального района и на п.о. Де Фриз, заканчивается строительство Южных очистных сооружений.  По  действующему законодательству сточные  воды всех этих очистных сооружений должны очищаться до предельно-допустимых концентраций (ПДК), однако необходимо учитывать, что схема очистки до ПДК представляет сумму полной биологической очистки сточных вод, дополненной сооружениями аналогичными сооружениям водоподготовки. Содержание такой схемы может лечь непосильным бременем для населения.

На наш взгляд в поселениях должен быть реализован системный подход с поэтапным решением задачи оптимизации на основе экологических и экономических ограничений. Очевидно, что очищение до ПДК городских сточных вод при сбросе неочищенного дождевого стока, имеющего высокие концентрации загрязняющих веществ, не является оптимальным экологическим решением. Здесь еще следует добавить, что решение проблем дождевого стока это не только отвод и очистка, а в большей мере благоустройство территорий. Для г. Владивостока с его сложным рельефом местности необходимы региональные нормы, формирующие требования по благоустройству и нормы по организации дождевой канализации.

 

Список литературы

1.      Земляная Н.В., Ляхов В.Н. Долгосрочный прогноз качества воды в морских акваториях // Водные ресурсы. - 2003. – Т 30, № 4,. – С. 485- 492.

2.      Об утверждении Методики разработки нормативов допустимых сбросов  веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей Приказ МПР от 17 декабря 2007 г. № 333, 53 с.

3.      Nina V. Zemlyanaya, Vladimir N. Lyakhov. Influence simulation of solid ice on pollution distribution in marine environment// Proceedings of the ISOPE Ocean Mining Symposium, 2012. - c. 186-190