Струи в реке

(продолжение материалов "Кризис идеологии смешения" и "Нереальная гидрохимия")

Чтобы разобраться в множестве методов расчёта распределения концентрации вещества обсудим рис. 1, где изображено распределения плотностей массотоков (концентраций) веществ в поперечном сечении прибрежной части водотока для трёх методов: струйного, А.В. Караушева и ВОДГЕО (Фролова-Родзиллера).
 

Рис. 1 Распределение концентраций вещества в реке при разных методах расчёта. Наклонная чёрная линия – дно реки. Методы: А – струйный, В – детальный турбулентной диффузии, С – смешения. 1 – струя сточных вод, 2 – плотности потока вещества в струях, 3 – фон в реке. b – ширина определяющей струи, h – глубина в струе, m – ширина остатка струи сточных вод, f – придонный слой, ΔZ – ширина полосы, maxC – средняя концентрация в объёме смешения, называемая максимальной.
 

Метод А. Правильно называть его энергетическим, но для объяснения различия между методами удобнее использовать струю. Метод учитывает следующие природные факторы:

1. Струя сточных вод сохраняется в реке с постепенным сокращением расхода. На рис. 1 её остаток обозначен буквой «m». Расчётная ширина струи (b) равна ширине струи сточных вод в месте внедрения в водоток.
2. Следующие струи в реке при одинаковом расходе располагаются на большей глубине, поэтому имеют меньшую ширину. Это сокращает удаление зоны влияния от берега. Учёт глубины в месте расположения струи стал возможен, поскольку метод А оперирует с потоками веществ и их плотностью, а не только с концентрацией.
3. Струя не касается дна. Придонный слой (f) является переходным (прилипшим) слоем, подобным пограничному слою, описанному Прандтлем. Его роль можно уподобить скользящему подшипнику. Он условно слабо окрашен, так как концентрация вещества в нём неизвестна.

Метод В. Метод разработан из условия равномерного течения и одинаковой глубины струй в поперечном сечении водотока. Размер ΔZ рассчитан от расхода воды в струе сточных вод, но при средней глубине водотока, а не струи сточных вод. Средняя глубина часто оказывается вообще за пределами расчётного поля. Поэтому не оправдано её применение к прибрежной струе, так же, как не оправдано применение коэффициента турбулентной диффузии.

            Метод С. Содержит расчёт двух показателей: гидравлического и материального. В первом определяется доля речного расхода воды, привлечённого для смешения. Определяется кратность разбавления. Для получения концентрации вещества применён так называемый баланс вещества, фактически представленный балансом расходов масс вещества (массотоков). В результате расчёта получается средняя концентрация в объёме смешения. Она обычно называется максимальной концентрацией.

Вывод

Метод А разработан с использованием многих достижений науки, которые не были востребованы при разработке других методов, поскольку для реализации теории «смешениия» этого не требовалось. Энергетический (струйный) метод наиболее точно отображает природные процессы. Для выхода из кризиса идеологии смешения неизбежно его внедрение, либо внедрение другого метода, не основанного на смешении.
 

Красноярск, 22 апреля 2011 г.

Виталий Знаменский
Заслуженный мелиоратор РСФСР. Ветеран водного хозяйства.
e-mail: vit.znamenskii @ gmail.com