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