Modelowanie jakości wód powierzchniowych Obliczenie stężenia

Wirtualne laboratorium modelowania procesów technologicznych w Inżynierii Środowiska
Modelowanie jakości wód powierzchniowych
Obliczenie stężenia mieszaniny wód odbiornika i ścieków w wyniku zrzutu ścieków z
oczyszczalni ścieków.
Ustalenie odległości, w jakiej nastąpi całkowite wymieszanie
Mieszanie się zanieczyszczeń jest zjawiskiem którego opis stanowi punkt wyjścia w
dalszych symulacjach zmian jakości wody rzecznej. W większości modeli stosowanych do
analizy wpływu zrzutu zanieczyszczeń na jakość wody zakłada się całkowite wymieszanie w
punkcie zrzutu lub w niedalekiej odległości od niego. Całkowite wymieszanie jest zjawiskiem
rzadkim, ale na potrzeby opisu stanu rzeki założenie całkowitego wymieszania jest
wystarczająco dokładne. Ustalenie odległości, w jakiej nastąpi całkowite wymieszanie jest
istotne dla podjęcia wstępnych decyzji odnośnie do możliwości odprowadzania ścieków w
danym punkcie. Odległość ta uwarunkowana jest takimi czynnikami jak:
- meandry rzeki,
- głębokość,
- szybkość przepływu
- miejsce zrzutu ścieków w przekroju rzeki
Odległość ta obliczana jest za pomocą równania Fishera:
Lm = 0,03Vps2/Dhp ,
w którym:
Lm - odległość od punktu odprowadzania do przekroju całkowitego wymieszania [m],
Vp - średnia prędkość przepływu rzeki [m·s-1],
S – szerokość rzeki [m],
Dhp – współczynnik dyspersji poprzecznej [m2·s-1].
S t r o n a |1
Wirtualne laboratorium modelowania procesów technologicznych w Inżynierii Środowiska
Wyznaczenie współczynnika dyspersji poprzecznej Dhp jest trudne, ale dla rzek wolno
płynących można jego wartość oszacować z równania:
Dhp = 0,2HVp ,
w którym:
H – średnia głębokość rzeki [m].
Przy całkowitym wymieszaniu w punkcie dopływu stężenie zanieczyszczeń w
mieszaninie C0 opisane jest równaniem:
C0 =
Q r Cr + q s Cs
,
Qr + q s
w którym:
Qr i qs - przepływ rzeki i ścieków [m3·s-1]
Cr i Cs - stężenie danego składnika w wodzie rzeki powyżej dopływu ścieków i w ściekach
[g·m-3]
Średnioroczny
przepływ
SQ-Qr
jest
jednakowy dla
wszystkich
okresów
badawczych. Przy określaniu średnich przepływów na badanych rzekach w odpowiednich
punktach pomiarowych można wykorzystać wzór Iszkowskiego, który ma postać:
SQ – Qr = 0,0317·cs·P·A [m3·s-1] ,
gdzie:
cs – współczynnik odpływu [-],
P – wysokość warstwy normalnego opadu rocznego (ok. 600 mm – 0,6 m [m]),
A – powierzchnia zlewni [km2].
Dla zlewni nizinnych wartość cs można przyjąć 0,30 według Iszkowskiego.
S t r o n a |2
Wirtualne laboratorium modelowania procesów technologicznych w Inżynierii Środowiska
Grupa topograficzna zlewni
Współczynnik odpływu cs
Bagna i niziny
0,20
Niziny i płaskie wysoczyzny
0,25
Częściowo niziny, częściowo pagórki
0,30
Niezbyt strome pagórki
0,35
Częściowo przedgórza, częściowo pagórki lub
tylko strome pagórki
0,40
Wzniesienia
terenu,
Westerwald,
odgałęzienia
jak
Ardeny,
Eifel,
Vogelsberg,
Odenwald
oraz
większych
pasm
górskich,
0,45
zależnie od stromości – średnio
Wzniesienia terenu, jak: Harz, Las Turyński,
Rhön, Las Frankoński, Góry Smreczane
(Fichtelgebrige),
Rudawy
(Erzgebrige),
0,50
Czeski Las, Góry Łużyckie, Erlitzgebrige, Las
Wiedeński i inne – średnio
Wzniesienia terenu, jak: Czarny Las, Wogezy,
0,55
Karkonosze, Sudety, Beskidy i inne – średnio
Wysokie góry według stromości
0,6 - 0,7
S t r o n a |3