Материал: Управление техносферной безопасностью. Оценка загрязнений рек при аварийных сбросах опасных веществ. Разиньков Н.Д

Методика прогнозной оценки загрязнения открытых водоисточников аварийно химически опасными веществами в аварийных ситуациях [2] рассчитана на прогнозирование последствий лишь тех аварий, в результате которых создаётся либо высокое (более 10 ПДКв), либо экстремально высокое (более 100 ПДКв) загрязнение воды. Такие высокие уровни загрязнения делают воду непригодной для природопользования.

Методика позволяет производить расчёты основных параметров зон аварийного загрязнения водных объектов:

времени, через которое центр зоны загрязнения достигнет заданного створа водного объекта tmax, ч;

максимального значения концентрации загрязняющего вещества в

заданном створе Сmax, мг/дм3;

 продолжительности прохождения высоких и экстремально высоких концентраций загрязняющего вещества Свз, мг/дм3, через заданный створ ∆tз, ч.

2.1.Исходные данные для расчёта параметров зон аварийного загрязнения водных объектов

Чтобы выполнить расчёт параметров зон аварийного загрязнения водных объектов, необходимы следующие исходные данные:

а) гидрологические характеристики водного объекта:

длина расчётного участка водотока L, км,

средняя ширина В, м, расчётного участка водотока;

•средняя глубина Н, м, расчётного участка водотока,

коэффициенты шероховатости nш, nл, расчётного участка,

расход воды Q, м3/с, либо средняя скорость течения воды υ, м/с, на расчётном участке водотока;

б) параметры, характеризующие аварию и опасное загрязняющее (химическое) вещество:

продолжительности аварийного сброса t0, ч,

объём аварийного сброса W, м3,

концентрация загрязняющего вещества Са, мг/дм3, в аварийном сбросе,

плотность загрязняющего вещества ρ, кг/м3,

коэффициент скорости самоочищения воды К, сут-1;

в) требования к качеству воды водного объекта в пунктах водопользования.

6

2.2.Исходные данные для прогнозирования экологической аварийной обстановки после поступления в водоток химически опасных веществ

Методология расчёта различается для химически опасных веществ (ХОВ) двух типов, температура кипения которых:

1) выше 0 оС – для данных веществ в основу расчёта положены теоретические положения о разбавлении и самоочищении загрязняющего вещества;

2) ниже 0 оС – для ХОВ данного типа дополнительно учитывается их испарение в момент разгерметизации ёмкости и в начальный период смешения с водой. При этом необходимо иметь в виду, что над поверхностью водного объекта может образоваться облако загрязнённого воздуха.

Необходимые исходные данные для прогнозирования экологической аварийной обстановки после поступления в водоток ХОВ следующие:

а) время начала и окончания аварийного сброса; б) общий объём аварийно поступивших (сбрасываемых) в водный объект

ХОО;

в) основные гидрологические и метеорологические характеристики на период прогноза обстановки;

г) средняя глубина водотока по направлению возможного распространения загрязнённых масс воды.

2.3. Алгоритм расчёта

Пошаговый алгоритм вычислений следующий. Расчёт 1-ый.

Определение времени подхода пятна загрязнения с максимальной концентрацией химически опасного вещества к заданному створу. Прогноз времени подхода зоны загрязнения с максимальной концентрацией ХОВ к заданному створу водотока определяется по формуле:

(1)

где tд – время добегания водного потока от места аварийного сброса до заданного створа, ч;

t0 – продолжительность сброса ХОВ в водный поток, ч.

Расчёт tд производится по следующей формуле:

(2)

где L – длина расчётного участка водного потока, км;

7

υ – средняя скорость течения воды на расчётном участке, м/с.

Если вместо значения средней скорости водного потока на участке задан расход воды Q, м3/с, то ориентировочное значение средней скорости течения воды определяют из соотношения:

(3)

где В – средняя ширина расчётного участка водного потока, м; Н – средняя глубина расчётного участка водного потока, м.

Аналогичным образом определяется значение расхода вода по заданной средней скорости течения в потоке:

Расчёт 2-ой.

Расчёт максимального значения концентрации химически опасного вещества в расчётном створе потока. Максимальные концентрации ХОВ в заданном створе водотока Cmax, мг/дм3, рассчитываются по формуле:

ψ – безразмерный коэффициент, учитывающий поперечную дисперсию (диффузию в поперечном направлении) загрязняющего вещества в потоке;

θ– безразмерный коэффициент, учитывающий продольную дисперсию загрязняющего вещества в водотоке;

ε – безразмерный коэффициент, учитывающий неконсервативность загрязняющего вещества.

Для случая, когда концентрация ХОВ в аварийном сбросе не задана (поступление в водоток неразбавленного вещества), расчёт Са выполняется по соотношению:

где ρ – плотность загрязняющего вещества, кг/м3. Расчёт коэффициента ψ производится по формуле:

(7)

где q – объёмная скорость поступления ХОВ в водоток, м3/с;

ϕ – коэффициент, учитывающий смешение ХОВ в массе водного потока; Q – расход воды в водотоке на расчётном участке выше места сброса ХОВ. Значения коэффициента ϕ в зависимости от удаления и размера водотока

приведены в табл. 1.

8

Таблица 1

Ориентировочные значения коэффициента ϕ для водотоков

Величина расхода поступающего в реку ХОВ q определяется по выражению:

(8)

где V – объём ХОВ, поступившего в реку, м3;

t0 – продолжительность поступления ХОВ в водоток, ч;

k – безразмерный коэффициент, учитывающий испарение ХОВ в начальный период развития аварии (учитывается только для ХОВ, кипящих ниже 0 оС, в остальных случаях принимается равным 1). Ориентировочные значения коэффициента k для наиболее распространённых ХОВ приведены в табл. 2.

Таблица 2 Ориентировочные значения коэффициента k, учитывающих испарение

некоторых низкокипящих ХОВ в начальный период их смешивания с водой

Расчёт безразмерного коэффициента θ, учитывающего продольную дисперсию загрязняющего вещества в водотоке, производится по формуле:

9

(9)

где Z – безразмерный коэффициент, определяемый по соотношению

(10)

где D – коэффициент продольной дисперсии, м2/с.

Коэффициент продольной дисперсии D, зависящий от морфологических и гидравлических параметров расчётного участка водотока, определяется следующим образом:

1)сначала рассчитывается коэффициент продольной дисперсии, приведённый к средней скорости течения реки, равной 1 м/с;

2)далее для открытого водотока (свободного ото льда) с помощью табл. 3 находится численное значение коэффициента шероховатости расчётного

участка nш. Затем исходя из заданного значения средней глубины Н расчётного участка водотока по табл. 4 находится численное значение коэффициента

продольной дисперсии, приведённое а средней скорости течения υ = 1 м/с.

Таблица 3 Коэффициенты шероховатости nш для открытых русел водотоков

10