1.1. Общие принципы расчёта

Струйная теория объединения водотоков кардинально изменяет представления о динамике сточных вод в реке [12].

 Удельная кинетическая энергия реки образует склон от фарватера к берегу, изменяясь от максимума до нуля. Струя, внедрившаяся в реку, имеет собственную энергию, половина которой затрачивается на преодоление сопротивлений при внедрении в водоток. Оставшейся энергии струи недостаточно для преодоления склона энергии в реке. Река прижимает струю к берегу, но не разрушает её. В установившемся турбулентном течении реки струя сточных вод длительное время продолжает  своё компактное существование  и перемещается на десятки километров.

Это происходит, во-первых, потому, что струю поддерживает большее количество энергии, чем обычно имеется в речных струях, прилегающих к берегу. Во-вторых, турбулентная струя находится в турбулентно диффузном ограждении, препятствующем проникновению воды за пределы и внутрь ограждения струи. В струе сохраняются неизменными исходный состав веществ и их концентрации.

При движении струя теряет энергию. Это выражается в сокращении площади ограждения и приводит к высвобождению части расхода воды. Освободившийся расход поступает в соседнюю речную струю. Происходит постепенное размывание внедрённой струи по плоскости контакта с соседней струей. Аналогичный процесс передачи расхода воды продолжается между другими соседствующими струями, но с последовательно уменьшающейся интенсивностью.

Вместе с расходом воды из струи сточных вод в струю речной воды поступает расход массы вещества (поток вещества, массоток), выражаемый произведением расхода воды на концентрацию вещества (г/ч), переносимого этой водой.

При разработке  детального метода турбулентной диффузии А. В. Караушев рассматривал изменение концентрации вещества в отдельных клетках поля. Расход воды в каждой клетке он приравнял к расходу сточных вод, а ширину её поставил в зависимость от средней глубины реки и скорости течения воды в ней. В энергетическом (струйном) методе мы условно выделяем струю с расходом, равным расходу сточных вод, --- определяющую струю. Но ширину струи принимаем равной ширине притока (точнее --- ширине фронта внедрения притока). Она связана с глубиной воды в притоке, а не со средней глубиной в реке. В струйном методе ширина каждой из струй в реке зависит от речной глубины в месте течения струи. Она тем меньше, чем глубже водоток.

Максимальный остаток струи сточных вод располагается только в определяющей струе. Расчётная максимальная концентрация вещества j в реке есть средняя плотность массотока в определяющей струе. Баланс массотока, переносимого определяющей струёй,  выражаем уравнением


где Псмj - суммарный массоток в определяющей струе, г/с;  μПстj- массоток в остатке внедрённой струи, г/с; μ- коэффициент остатка расхода воды; Пстj - массоток в струе, внедрённой в реку, г/с; (1 – μpj - массоток, дополняющий остаток до полной струи, г/с.
Массоток определяем по формуле


где Qст - расход струи внедрения,  Cj - концентрация вещества j. Первый член в квадратных скобках уравнения (1.1) выражает остаток массотока в остатке струи сточных вод, второй член --- дополнение массотока из реки на уровне концентрации соседствующей струи (рабочего фона).
Для расчёта влияния на речную воду обособленного выпуска сточных вод в реку удобна формула, традиционно выраженная в концентрациях вещества


При выводе формулы учли, что расход воды в определяющей струе один и тот же: Qсмj = Qстj = Qpj. Формулу (1.2) получили, предварительно разделив на этот расход каждый элемент баланса (1.1).

Долю остатка струи сточных вод на контрольном створе выражаем коэффициентом остатка μz, который вычисляем по формуле


где ΔX - шаг процесса объединения водотоков, м; X - расстояние от выпуска до расчётного створа, например, расстояние до контрольного створа, м.
Шаг процесса определяем по формуле (1.4)


где Kc - коэффициент шага струи, равный 2,7;  l - контур внедрения, периметр контура,  l = b / (sin α) - для прибрежного; l = π d - для круглого сечения при истечении под уровень, м; l = 0,71 π d -  для круглого сечения при истечении под уровень из двухструйного насадка или при затоплении трубчатого прибрежного выпуска, м; Kl- коэффициент удлинения шага за счёт скорости соседней струи:


где Vг - скорость струи, прилегающей к внедрённой струе, м/с;  Uo - скорость струи в месте внедрения, м/с; Ψ- константа, относительная средняя скорость за время уменьшения квадрата начальной скорости в два раза, Ψ = 0,85[1].

Для выпуска под уровень скорость Uo ограничивается скоростью отрыва струи, которая принимается по паспортным данным насадки[2]. Формула шага процесса учитывает различие каждого способа внедрения сточных вод в реку.

Для первых 309 шагов значения коэффициента остатка приведены в прил. 1. Таблица составлена на основе расчётов поля концентраций вещества в акватории по методу А. В. Караушева при нулевом значении фона в водотоке неограниченной ширины[3].



[1] 
[2] Конструкция двухструйной насадки разработана в Красноярском региональном отделении МАЭП им. В.~С.~Алтунина.
 
[3] При равных шагах процесса результат расчёта по детальному методу А.~В.~Караушева не отличается от результата расчёта по струйному методу.

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Река Иртыш

Интересные ссылки

Коллекция экологических ссылок

Коллекция экологических ссылок

 

 

Другие статьи

Активность на сайте

сортировать по иконкам
1 год 42 недели назад
YВMIV YВMIV
YВMIV YВMIV аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 279,253 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

1 год 45 недель назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 279,253 |

Thank you, your site is very useful!

1 год 45 недель назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 279,253 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

2 года 21 неделя назад
Евгений Емельянов
Евгений Емельянов аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 279,253 |

Возможно вас заинтересует информация на этом сайте https://chelyabinsk.trud1.ru/

1 год 45 недель назад
Гость
Гость аватар
Ситуация с эко-форумами в Бразилии

Смотрели: 6,927 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал