Водохозяйственные участки в бассейне р. Камы, подверженные влиянию крупнотоннажного химического производства
(по материалам ПФИЦ УрО РАН)

Расчетные оценки диффузного загрязнения

Прямой метод оценки диффузного загрязнения водных объектов водами с повышенной плотностью

Прямой метод оценки диффузного загрязнения основан на определении диффузионных и фильтрационных потоков непосредственно по скоростям течениям и концентрациям загрязняющих веществ. Он применяется в следующих случаях:

Алгоритм расчета.

В общем виде оценка строится на анализе следующего соотношения в той или иной пространственно-вероятностной дискретности от временного масштаба осреднения: $$q_{латk}=\overline{\int\limits_{F_{контр}}C(f,t)V(f,t)df-\int\limits_{F_{фон}}C(f,t)V(f,t)df}^{T}-q_{\Sigma дек}$$

где \(V(f,t), C(f,t)\) – соответственно, распределения скорости течения и содержания рассматриваемого поллютанта по сечению в контрольном и фоновом створах в момент времени \(t\);

\(q_{латk}\) и \(q_{\Sigma дек}\) – такие же обозначения, как и в формуле (1) «Методика ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ДИФФУЗНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ВОДАМИ С ПОВЫШЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ».

Учитывая доминирующий диффузный механизм поступления поллютантов, удельная локальная интенсивность диффузного загрязнения может быть оценена на основе следующего соотношения $$q_{удл}=K_{zz}\frac{\partial C}{\partial z}$$

где \(K_{zz}\) – коэффициент турбулентной диффузии по оси \(Z\);

Данные локальные оценки могут быть весьма эффективны в зонах с высокой антропогенной нагрузкой, сосредоточенностью крупнотоннажного производства, когда значительные территории заняты под хранилища твердых и жидких отходов производства.

Результаты оценки диффузного стока в водные объекты на пойме р. Вятки между гг. Киров и Кирово-Чепецк
Результаты оценки диффузного стока в водные объекты на пойме р. Вятки между гг. Киров и Кирово-Чепецк
Водный объект Озеро Березовое Карьер оз. Березовое оз. Бобровое-1 оз. Бобровое-2 оз. Без названия Накоп-ление общее, т
Объем воды, куб м 256 134 484 642 48 108 31 306 6 458
Сезон зима (март) лето (июнь) \(\Delta\) зима (март) лето (июнь) \(\Delta\) зима (март) лето (июнь) \(\Delta\) зима (март) лето (июнь) \(\Delta\) зима (март) лето (июнь) \(\Delta\)
Ср. электро-
проводность,
мкСим/см
12486 12473 37732 39627 66960 71062 24803 18014 13508 2645
Азот
аммо-
нийный
Масса, т 275 217 -58 294 1395 1101 292 360 68 1,9 23 21 51 1,02 -50 1082
Ср. концентр., мг/л 1072 847 607 2879 6078 7489 62 719 7844 158
Нитрат-
ион
Масса, т 462 590 128 1933 1160 -773 428 1591 1163 42 45 3 17 4,4 -12 509
Ср. концентр., мг/л 1805 2305 3989 2394 8902 33076 1329 1439 2556 679
Нитрит-ион Масса, т 2,22 2,14 -0,08 0,75 10,1 9,4 0,16 2,39 2,2 0,20 0,24 0,04 0,03 0,03 0,001 12
Ср. концентр., мг/л 8,67 8,35 1,54 20,8 3,40 49,60 6,43 7,55 3,92 4,1

 

Проведение прогнозного моделирования поступления загрязненных грунтовых вод в р. Вятку в рамках трехмерного подхода

Для проведения численного моделирования распространения загрязняющих веществ в толще пород возможно применение модели ламинарного течения в пористой среде при скорости потока, характеризующейся малыми числами Рейнольдса \(Re=v_{a}h/\nu < 2000 \) , где \(v_{a}\) средняя скорость потока, \(h\) - характерный размер исследуемой области, \(\nu\) - кинематическая вязкость жидкости. В настоящем исследовании \(v_{a}=10^{-7}\) м/с, \(h=2000\) м, \(\nu=10^{-6}\) м2/с, при таких параметрах \(Re=200\) . Поэтому моделирование проводилось в рамках ламинарной модели.


Задача решалась в рамках нестационарного изотермического подхода.

Для моделирования бралась часть геологической среды, представляющая собой параллелепипед длин 2000 м, шириной 1400 м, глубиной 12 м Рассматривался процесс фильтрации воды с содержанием азота аммонийного. На входе расчетной области задавалась постоянная скорость потока 10-7 в водоносном слое толщиной 7 м и проницаемостью 10-13 м2, и 10-8 м/c в слое над водоносным горизонтом толщиной 5 м и проницаемостью 10-14 м2. Пористость горных пород считалась равной 0.2. В начальный момент времени задавалось нулевое значение для концентрации во всей расчетной области.


 

Результаты моделирования

Расчетная область

Вертикальное сечение от озера Бобровое 1 до реки Вятка.

Время: 153 дня

Время: 248 дней

Время: 254 дня

Время: 277 дней

Время: 404 дня

Время: 469 дней

Время: 633 дня
Временная эволюция поля концентрации азота аммонийного в вертикальном сечении посередине озера Бобровое 1

Поле концентрации рассолов в вертикальном сечении посередине озера Бобровое 1 через два года от начала расчетов