Расчет разбавления сточных вод в водотоках

Для расчета разбавления в средних и больших реках (рис. 3.1) наибольшее распространение получил метод Фролова–Родзиллера [4], применяемый при условии:

,

(3.1)

где Q – расчетный расход водотока, м³/с;

q – расход сточных вод, м³/с.

В том случае, если условия применимости метода Фролова–Родзиллера не выполнятся, кратность разбавления может быть определена численным методом А.В. Караушева [5].

Кратность общего (суммарного) разбавления (n) рассчитывается по следующей формуле:

,

(3.2)

где n _Н – кратность начального разбавления;

n _О – кратность основного разбавления.

Рис. 3.1. Схема сброса сточных вод в водоток

3.1.1. Определение кратности начального разбавления

Начальное разбавление рассчитывается в следующих случаях:

· для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соотношении скоростей υ_р и выпуска υ_ст:

,

(3.3)

где υ_ст – скорость выхода сточных вод, м/с;

υ_р – средняя скорость течения воды в водотоке, м/с.

· при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска, больших
2 м/с.

Расчет кратности начального разбавления ведут по методу
Н.Н. Лапшева [6], для этого сначала вычисляются отношения:

; ,

(3.4)

где υ₀ – скорость на оси струи, м/с.

По полученным значениям отношений  и , находят отношение  по рис. 3.2, где d – диаметр загрязненного пятна в граничном ство­ре зоны начального разбавления, м; d₀ – диаметр отверстия или оголовка рас­сеивающего выпуска, м.

Рис. 3.2. Номограмма для определения диаметра струи в расчетном сечении [4]

Диаметр отверстия или оголовка рас­сеивающего выпуска (м) определяется по формуле:

,

(3.5)

где N₀ – число выпускных отверстий оголовка выпуска сточных вод.

Затем по найденному отношению  определяется значение d и сравнивается с глубиной реки H:

· если d < H, то по рисунку 3.3 находят кратность начального разбавления n _Н ;

· если d ≥ H, то по рисунку 3.3 находят кратность начального разбавления n _Н и умножают её на поправочный коэффициент , который определяется из рисунка 3.4.

Рис. 3.3. Номограмма для определения начального разбавления в потоке [4]

Рис. 3.4. Номограмма для определения поправочного коэффициента [4]

Расстояние до пограничного сечения зоны начального разбавления (l_Н, м) опре­деляется по формуле:

,

(3.6)

где d – диаметр загрязненной струи (пятна), м.

Расход смеси сточных вод и воды водотока в том же сечении (q, м³/с) на­ходится по формуле:

.

(3.7)

Средняя концентрация вещества в граничном сечении (С_ср, мг/л) опре­деляется по формуле:

,

(3.8)

где С_ст – концентрация загрязняющего вещества в сточных во­дах, мг/л;

С_Ф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке выше выпуска сточных вод, мг/л.

Максимальная концентрация в центре пятна примеси в этом сечении (С_max, мг/л) равна:

.

(3.9)

3.1.2. Определение кратности основного разбавления

Кратность основного разбавления n₀ определяется по методу Фролова– Родзиллера:

,

(3.10)

где – расход водотока, участвующий в основном разбавлении на учас-тке от створа начального разбавления до контрольного створа, м³/с:

;

(3.11)

 – коэффициент смешивания, показывающий, какая часть речного расхода смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа:

,

(3.12)

где  – расстояние от выпуска до расчетного створа с учетом протяжен-ности зоны начального разбавления, м:

,

(3.13)

где L _Ф – расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа по фарвате­ру, м;

 – коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке:

,

(3.14)

где  – коэффициент извилистости:

,

(3.15)

где L _ПР – расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа по прямой, м;

 – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске у берега , при выпуске в стрежень реки =1,5 [7]);

 – коэффициент турбулентной диффузии.

Для летнего времени:

,

(3.16)

где g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с²;

υ_р – средняя скорость течения воды в водотоке, м/с;

Н – глубина водотока, м;

n _Ш – коэффициент шероховатости ложа реки, определяется по таблице 3.1;

C – коэффициент Шези, м^0,5/с:

,

(3.17)

где R – гидравлический радиус потока, м ( );

.

(3.18)

Для зимнего времени (период ледостава):

,

(3.19)

где R _ПР, n _ПР, С_ПР – приведенные значения, соответственно, гидравлического радиуса, коэффициента шероховатости и коэффициента Шези.

;	(3.20)
,	(3.21)

где n _л – коэффициент шероховатости нижней поверхности льда (табл. 3.2).

;	(3.22)
.	(3.23)

Таблица 3.1

Коэффициенты шероховатости (n _Ш) для водотоков [8]

Продолжение табл. 3.1.

Таблица 3.2

Коэффициенты шероховатости нижней поверхности льда (n _л) [9]*