Приложение А (обязательное). Алгоритм решения задачи по прогнозу характеристик зон высокозагрязненных вод в заданных контрольных створах речной сети

Приложение А
(обязательное)

Алгоритм решения задачи по прогнозу характеристик зон высокозагрязненных вод в заданных контрольных створах речной сети

А.1 Общие сведения

Исходя из особенностей исходной информации, можно выделить три варианта прогностических расчетов характеристик зон высокозагрязненных вод:

1) ориентировочный прогноз времени возможного распространения зон высокозагрязненных вод по речной сети при наличии сведений только о времени и местоположении аварийного сброса загрязняющего вещества;

2) прогноз распространения зон высокозагрязненных вод по речной сети по результатам наблюдений, полученным в исходном контрольном створе реки;

3) прогноз распространения зон высокозагрязненных вод по речной сети при наличии сведений об изменениях расходов аварийного сброса сточных вод и содержании в них загрязняющих веществ.

Прогностический расчет последствий транспортных аварий является разновидностью третьего варианта прогностических расчетов.

В результате решения задачи по любому из вариантов получаемые результаты описывают характеристики зоны высокозагрязненных вод при прохождении её через заданный контрольный створ, расположенный ниже места аварийного сброса сточных вод или исходного створа реки, где первоначально были измерены характеристики этой зоны.

А.2 Алгоритм решения задачи по первому варианту

А.2.1 Для решения первой задачи требуется следующая исходная информация:

- расстояние (м) от места (створа) аварийного сброса загрязняющего вещества до первого "узлового" контрольного створа на пути перемещения высокозагрязненных вод по речной сети;

- общая протяженность участка (участков) водного объекта (м) от места (створа) аварийного сброса загрязняющего вещества до заданного х-го створа (створ замыкающий рассматриваемый участок, не должен располагаться ниже "узлового" контрольного створа);

- время (число, месяц, часы, минуты), когда было зафиксировано начало аварийного сброса загрязняющего вещества;

- время (число, месяц, часы, минуты), когда было зафиксировано окончание аварийного сброса загрязняющего вещества (на момент начала прогноза данные о могут отсутствовать);

- протяженность (м) выделенных в пределах расстояния характерных по морфометрическим или другим характеристикам участков рек;

- средняя скорость течения воды (м/с) на j-м выделенном характерном участке реки;

- максимальная скорость течения речной воды (м/с) на j-м выделенном характерном участке или коэффициент пересчета значений в ;

- средняя глубина речного потока , (м) на j-м характерном участке;

- средняя ширина речного потока , (м) на j-м характерном участке;

- коэффициент шероховатости русла реки на j-м характерном участке (берется по таблице 2 или 3);

- коэффициент шероховатости нижней поверхности льда (берется при наличии ледяного покрова по таблице 8);

- число выделяемых характерных участков реки в пределах .

А.2.2 Расчет максимальной скорости течения воды на j-м выделенном характерном участке, если в исходных данных отсутствует информация об этой характеристике, а известен коэффициент выполняют по формуле

. (А.1)

А.2.3 Расчет средневзвешенных значений средней и максимальной скоростей течения речной воды на заданном участке длиной проводят по формулам:

, (A.2)

. (A.3)

А.2.4 Расчет средневзвешенных значений всех приведенных в исходных данных морфометрических характеристик русла реки , , , , I осуществляют по формуле

, (А.4)

где - средневзвешенное значение искомой характеристики;

- значение параметра на j-м выделенном характерном участке реки.

А.2.5 Расчет коэффициента Шези с выполняют по следующим формулам:

- при наличии в исходных данных информации о (при наличии ледяного покрова на реке):

, (А.5)

где

, (А.6)

; (А.7)

- при отсутствии значений

. (А.8)

А.2.6 Расчет коэффициентов продольной дисперсии проводят по следующим формулам:

- в случае, когда

м, (А.9)

, (А.10)

, (А.11)

где , - соответственно максимальное и минимальное значения коэффициента продольной дисперсии, );

- в противном случае

, (А.12)

. (А.13)

А.2.7 Расчет времени перемещения водных масс на речном участке между исходным и заданным контрольными створами выполняют по формулам:

, (А.14)

, (А.15)

где , - соответственно максимальное и минимальное значения .

А.2.8 Расчет выходных данных проводится следующим образом.

А.2.8.1 Ожидаемое по прогнозу минимальное и максимальное время, когда фронтальная часть зоны высокозагрязненных вод достигнет заданного контрольного створа водного объекта вычисляют по формулам:

, (А.16)

. (А.17)

А.2.8.2 При наличии в исходных данных ожидаемые по прогнозу минимальное и максимальное время, когда хвостовая часть зоны высокозагрязненных вод достигнет контрольного створа водного объекта, считая от времени , определяют по формулам:

; (А.18)

. (А.19)

А.2.9 Тип заданного контрольного створа используется в расчете следующим образом: если он является "узловым" и необходимо продолжить расчет для нижележащих створов, то полученные значения и переводят в абсолютное время и используют как новые характеристики аварийного сброса в этом "узловом" створе. Продолжение прогностического расчета выполняют в виде нового цикла по алгоритму первого варианта решения задачи.

А.3 Алгоритм решения задачи по второму варианту

А.3.1 Для решения задачи по второму варианту требуется следующая исходная информация:

- расстояние (м) от исходного до первого "узлового" контрольного створа на пути перемещения загрязненных вод по речной сети;

- общая протяженность участка (участков) водного объекта (м) от исходного до заданного х-го контрольного створа (створ, замыкающий рассматриваемый участок, не должен располагаться ниже "узлового" створа);

- время (число, месяц, часы, минуты), когда в исходном створе было зафиксировано начало прохождения зоны высокозагрязненных вод (условное начало аварийного поступления загрязняющих веществ в водный объект);

- измеренные в начальном контрольном створе реки значения концентрации загрязняющего вещества во время прохождения через этот створ зоны высокозагрязненных вод (в зависимости от задачи расчета это может быть содержание вещества в валовой или растворенной форме);

- примерная концентрация загрязняющего вещества в заданном для расчета контрольном створе реки до аварийной ситуации;

- относительные значения времени (с), когда в исходном контрольном створе, начиная с момента фиксирования высоких концентраций загрязняющего вещества, было измерено соответствующее значение ;

- продолжительность (c) (к моменту начала прогностических расчетов) наличия в речной воде высоких концентраций загрязняющего вещества в исходном контрольном створе;

- примерная температура воды t° (°С) в перемещающейся по реке зоне высокозагрязненных вод;

- используемое для прогностических расчетов значение коэффициента скорости самоочищения К (1/с) речных вод от загрязняющего вещества (в случае отсутствия данных или при прогностических расчетах с учетом форм миграции тяжелых металлов или пестицидов до корректировки результатов прогноза по натурным данным принимается К = 0 1/с);

- уровень концентрации загрязняющего вещества , наличие которого в воде водного объекта оценивается как высокое загрязнение;

- ориентировочное время (с), в течение которого ниже исходного контрольного створа может не происходить самоочищение речной воды от рассматриваемого загрязняющего вещества (при отсутствии данных принимается, что с);

- протяженность (м) выделенных в пределах расстояния характерных по морфометрическим или другим характеристикам участков рек;

- средняя скорость течения воды (м/с) на j-м выделенном характерном участке реки;

- средняя глубина речного потока (м) на j-м выделенном характерном участке;

- средняя ширина речного потока (м), на j-м выделенном характерном участке;

- коэффициент шероховатости русла реки на ее j-м выделенном участке;

- максимальная скорость течения речной воды (м/с) на j-м выделенном характерном участке или коэффициент пересчета значений в значения ;

- коэффициент , корректирующий форму фронтальной части распределения высоких концентраций загрязняющих веществ в речной воде на j-м выделенном характерном участке реки (при отсутствии данных принимается );

- коэффициент , корректирующий форму хвостовой части распределения концентраций загрязняющих веществ в речной воде на j-м выделенном характерном участке реки (при отсутствии данных принимается );

- коэффициент , характеризующий извилистость русла реки, представляющий собой отношение расстояния по фарватеру реки к расстоянию по прямой на участке реки в пределах смешения речных и сточных вод;

- коэффициент шероховатости нижней поверхности льда , представляемый в том случае, если река покрыта льдом (см. таблицу А.1);

- расход воды в j-м контрольном створе реки.

Дополнительная исходная информация для решения задачи по прогнозу содержания загрязняющего вещества с учетом его форм миграции в речной воде:

- концентрация (желательно максимальная) взвешенных веществ в зоне высокозагрязненных вод в начальном контрольном створе;

- измеренные в начальном контрольном створе реки концентрации загрязняющего вещества на взвеси во время прохождения через этот створ зоны высокозагрязненных вод (используется в случае решения задачи с учетом форм миграции этого вещества);

- доля пелитовой фракции глинистых веществ ( мм) во взвешенных веществах (при отсутствии данных принимается:

а) для равнинных рек в межень , в половодье ;

б) для горных рек в межень , в половодье );

- сорбционная емкость (мг-экв/мг) пелитовой фракции глинистых веществ (при отсутствии данных мг-экв/мг);

- эквивалентный вес иона рассматриваемого загрязняющего вещества (соответствует делению атомного веса иона на его валентность);

- коэффициент распределения , показывающий, какая доля загрязняющего вещества может мигрировать на взвеси (в случае отсутствия экспериментальных данных берется по таблице 7)*.

А.3.2 Расчет максимальной скорости течения речной воды на j-м выделенном характерном участке, если в исходных данных отсутствует информация об этой характеристике, а приведен коэффициент , выполняется по формуле (А.1).

А.3.3 Расчет средневзвешенного значения средней скорости течения речной воды на заданном участке длиной проводится по формуле (А.2).

А.3.4 Расчет средневзвешенного значения максимальной скорости течения речной воды на заданном участке длиной проводится по формуле (А.3).

А.3.5 Расчет средневзвешенных значений всех приведенных в исходных данных морфометрических характеристик русла реки , , , , , , , на участке протяженностью выполняется по формуле (А.4).

А.3.6 Расчет коэффициента Шези с рекомендуется проводить:

- при наличии ледяного покрова на реке (при наличии данных о ) по формулам (А.5)-(А.7); в противном случае (при отсутствии ледяного покрова на реке) - по формуле (А.8),

А.3.7 Расчет коэффициентов продольной дисперсии проводится с учетом условия (А.9) по формулам (А.10)-(А.13).

А.3.8 Расчет времени перемещения водных масс на речном участке между исходным и заданным контрольными створами осуществляют по формулам (А.14) и (А.15).

А.3.9 Расчет общего числа основных сегментов , используемых для описания продольного профиля распределения высоких концентраций вещества в исходном контрольном створе, проводят по формулам:

, (А.20)

, (А.21)

при этом, если , то принимается, что ;

если , то принимается, что .

После расчета числа основных сегментов в зоне высоких концентраций вещества в исходном створе, каждому из них присваивают порядковый номер и время, прошедшее от начала регистрации в этом створе концентраций на уровне . Временные характеристики сегментов распределения концентраций вещества в исходном створе будут иметь вид , в заданном контрольном створе через время , где N - порядковый номер сегмента.

А.3.10 Исходный продольный профиль распределения концентраций вещества обычно имеет малое число сегментов (по числу наблюдений за зоной высокозагрязненных вод в исходном контрольном створе), поэтому пересчет профиля распределения концентраций вещества по сегментам общим числом 50 и более выполняют методом интерполяции сплайнами второго порядка (описание использования такой интерполяции и библиографию по этому вопросу можно найти в работе [13]).

А.3.11 Сравнение времени прохождения зоны высокозагрязненных вод через исходный створ с временем добегания до заданного контрольного створа осуществляют в зависимости от варианта расчета с учетом средней или максимальной скорости течения воды по условию (А.22) или (А.23):

, (А.22)

. (А.23)

Если условие (А.22) или (А.23) выполняется, то переходят к А.3.13; в противном случае - к А.3.12.

А.3.12 Расчет продольного профиля распределения концентраций интересуемого вещества в зоне высокозагрязненных вод при ее прохождении через заданный контрольный створ осуществляют по следующим этапам.

А.3.12.1 Определение параметров и :

, (А.24)

, (А.25)

где и - значения времени для вычисления изменения концентрации вещества в n-х сегментах, "участвующих" в формировании значений (соответственно в параллельных расчетах учитываются средняя и максимальная скорости возможного перемещения загрязненных вод);

n - порядковый номер очередного используемого для расчета значений сегмента с концентрацией (вычисление номера такого сегмента возможно по обе "стороны" от главного сегмента, взятого для расчета : для n-х сегментов, имеющих большее время от начала аварии, чем у главного, порядковый номер берется со знаком "плюс" и, наоборот, для сегментов, имеющих меньшее время, - со знаком "минус"; номер главного сегмента в этой процедуре приравнивается нулю).

А.3.12.2 Предварительное вычисление параметров и :

, (А.26)

. (А.27)

Расчеты значений или в очередных и добавленных в контрольном створе сегментах ведутся до тех пор, пока очередное значение не будет равно нулю.

А.3.12.3 Предварительный расчет концентрации загрязняющего вещества в N-x сегментах в заданном контрольном створе реки:

, (А.28)

. (А.29)

Расчет параметров и по формулам (А.28) и (А.29) ведется для всех сегментов, в т.ч. для добавленных в контрольном створе.

А.3.12.4 Определение коэффициентов и проводят следующим образом.

А.3.12.4.1 Число основных сегментов во фронтальной части распределения высоких концентраций загрязняющего вещества , для которых при расчетах значений следует учитывать значения коэффициента при , определяют по формуле

, (А.30)

где - время начала появления в рассматриваемом контрольном створе концентраций загрязняющего вещества на уровне , с.

При принимается, что .

А.3.12.4.2 Число сегментов в средней части распределения высоких концентраций загрязняющего вещества , для которых при расчетах параметра следует принимать, что , рассчитывают по формуле

, (А.31)

где - время последней регистрации концентрации вещества на уровне в рассматриваемом контрольном створе.

А.3.12.4.3 Число сегментов в хвостовой части распределения высоких концентраций загрязняющего вещества , для которых при расчетах параметра следует учитывать значения коэффициента при , определяют по формуле

, (А.32)

При принимается, что .

А.3.12.4.4 Определение значений коэффициента , необходимого для расчета , формирующих концентрацию в соответствующем N-м сегменте, проводят по формулам:

- для N = 1

, (А.33)

- для N в пределах от 2 до

, (А.34)

где - исходное (максимальное) значение коэффициента .

А.3.12.4.5 Определение значений коэффициента , необходимого для расчета , формирующих концентрацию в соответствующем N-м сегменте хвостовой части распределения концентрации загрязняющего вещества, вычисляют по формулам:

- для

; (А.35)

- для N в пределах от до

. (А.36)

Если значение было задано в исходных данных , то

. (А.37)

При корректировке исходных данных, чтобы сделать независимыми друг от друга вводимые значения коэффициентов и , вначале в расчет вводится значение , а затем значение .

А.3.12.5 Вычисление значений коэффициентов и проводят по формулам:

, (А.38)

, (А.39)

где и - коэффициенты, корректирующие форму профиля распределения высоких концентраций вещества в расчетах с учетом соответственно максимальной и средней скоростей течения воды в реке.

А.3.12.6 Для окончательного вычисления параметров и используют формулы:

, (А.40)

. (А.41)

A.3.12.7 Окончательный расчет концентраций загрязняющего вещества в N-х сегментах в заданном контрольном створе реки осуществляют по формулам (А.28) и (А.29), в которых используются параметры , полученные по формулам (А.40) и (А.41).

А.3.13 Если по условию задачи не требуется учет форм миграции загрязняющего вещества, то осуществляется переход к А.3.21, в противном случае - к А.3.14.

А.3.14 Содержание пелитовой фракции глинистых веществ , , в речной воде определяют по формуле

. (А.42)

А.3.15 Ориентировочную максимальную катионообменную емкость , глинистых веществ находят по формуле

. (А.43)

А.3.16 Возможное максимальное содержание загрязняющего вещества на взвеси , , в пробе воды (в одном литре) вычисляют по формуле

. (А.44)

А.3.17 Проверяют условие

, (А.45)

где - максимальная концентрация загрязняющего вещества на взвеси в зоне высокозагрязненных вод в начальном контрольном створе.

Если условие соблюдается, то в качестве максимального содержания загрязняющего вещества на взвеси в пробе воды (в одном литре) принимается

, (А.46)

в противном случае

. (А.47)

А.3.18 Возможное содержание загрязняющего вещества на взвеси в каждом выделяемом сегменте , , с учетом коэффициента распределения определяют по формулам:

, (А.48)

. (А.49)

А.3.19 Оценивают соблюдение условий:

, (А.50)

. (А.51)

Если условие не соблюдается, то соответственно в качестве или берется .

А.3.20 Окончательный прогностический расчет концентраций загрязняющего вещества в растворенной форме , в заданном контрольном створе в соответствующем сегменте выполняют с использованием формул:

, (А.52)

. (А.53)

Примечание - Позиции алгоритмов А.3.13-А.3.20 используются, когда требуется учет форм миграции загрязняющего вещества.

А.3.21 Строят графики зависимостей для полученных результатов содержания загрязняющего вещества в валовой форме, растворенном виде и сорбированном на взвеси состоянии или для той формы, которая использовалась для прогностического расчета, в соответствии с выражениями

, ; , ; , ,

где - время, прошедшее от начала регистрации в исходном контрольном створе концентрации вещества на уровне Cвз.

А.3.22 Если в очередном заданном контрольном створе оказалось, что значение валовой концентрации загрязняющего вещества или той его формы, для которой проводится прогностический расчет, равно или менее уровня высокого загрязнения

,

то прогностические расчеты с использованием алгоритма второго варианта решения задачи заканчивают. По полученным результатам прогностического расчета готовят отчетные данные в соответствии с примером, представленным в таблице 9. Если заданный створ оказался "узловом" и в нем , то осуществляют преобразование данных, полученных в этом створе. При этом принимается

; (А.54)

; (А.55)

; (А.56)

; (А.57)

, (А.58)

где двумя "звездочками" отмечены характеристики условно нового аварийного сброса в "узловом" замыкающем контрольном створе.

Далее, для задаваемых нижерасположенных контрольных створов (до очередного "узлового" створа реки) расчет можно продолжать по алгоритму третьего варианта решения задачи. Воды загрязненной реки в данном случае принимают за новый береговой аварийный сброс сточных вод.

А.4 Алгоритм решения задачи по третьему варианту

А.4.1 Исходные данные

А.4.1.1 Для решения задачи по третьему варианту требуется следующая исходная информация:

- расстояние , м, от "узлового" контрольного створа реки до места (створа) аварийного сброса сточных вод;

- общая протяженность участка (участков) водного объекта , м, от места (створа) аварийного сброса сточных вод до заданного х-го створа (створ, замыкающий интересуемый участок, не должен располагаться ниже "узлового" створа);

- протяженность , м, выделенных для расчетов на участке характерных по морфометрическим или другим характеристикам участков рек;

- время (число, месяц, часы, минуты), когда было зафиксировано начало аварийного сброса загрязняющего вещества;

- уровень концентрации рассматриваемого загрязняющего вещества , , наличие которого в воде водного объекта расценивается как высокое загрязнение;

- концентрация загрязняющего вещества в заданном контрольном створе реки , , до прохождения через него зоны высокозагрязненных вод;

- используемое для прогностических расчетов значение коэффициента скорости самоочищения К, 1/с, речных вод от загрязняющего вещества (в случае отсутствия данных или при прогностических расчетах с учетом форм миграции тяжелых металлов или пестицидов до корректировки результатов прогноза по натурным данным принимается К = 0 1/с);

- примерная температуры воды t°, °С, в перемещающейся по реке зоне высокозагрязненных вод;

- рекомендуемое для учета ориентировочное время , с, в течение которого ниже аварийного сброса сточных вод может не происходить самоочищение речной воды от рассматриваемого загрязняющего вещества (при отсутствии данных или при К = 0 1/с принимается с);

- средняя скорость течения воды , м/с, на j-м выделенном характерном участке реки;

- максимальная скорость течения речной воды , м/с, на j-м выделенном характерном участке или коэффициент , пересчета значений в ;

- средняя глубина речного потока , м, на j-м выделенном характерном участке;

- среднее значение максимальных глубин речного потока , м, на j-м выделенном характерном участке (при отсутствии данных не учитывается);

- средняя ширина речного потока , м, на j-м выделенном характерном участке;

- коэффициент шероховатости нижней поверхности льда (см. таблицу 8);

- коэффициент , корректирующий форму фронтальной части профиля распределения высоких концентраций загрязняющих веществ в речной воде на j-м выделенном характерном участке реки (при отсутствии данных принимается );

- коэффициент , корректирующий форму хвостовой части профиля распределения концентраций загрязняющих веществ в речной воде на j-м выделенном характерном участке реки (при отсутствии данных принимается );

- расход воды , , в j-м контрольном створе;

- радиус кривизны русла , м, взятый как среднее значение для участка реки, расположенного непосредственно ниже места аварийного сброса сточных вод (при отсутствии данных параметр можно не использовать);

- коэффициент извилистости русла реки , представляющий собой на участке смешения речных и сточных вод отношение расстояния, измеренного по фарватеру реки, к расстоянию, измеренному по прямой;

- коэффициент , используемый для выделения "активной" ширины реки в створе аварийного сброса сточных вод (ширины, где средние по вертикали скорости течения воды в речном потоке могут отличаться от максимальной не более, чем на 40%; при отсутствии таких данных принимается ).

А.4.1.2 Дополнительные данные при рассмотрении аварийного сброса сточных вод:

- наименование интересуемого загрязняющего вещества (или группового показателя химического состава воды) в аварийном сбросе сточных вод;

- продолжительность , с, (к моменту начала прогностических расчетов) аварийного сброса загрязняющего вещества;

- расстояние , м, от места аварийного выпуска сточных вод до ближайшего берега (при сбросе с берега , при рассеивающем выпуске равно расстоянию от берега до середины рассеивающего устройства);

- параметры, характеризующие режим аварийного сброса интересуемого загрязняющего вещества (целесообразно представлять в виде таблицы А.1).

А.4.1.3 Дополнительные данные при рассмотрении транспортной аварии со сбросом (разливом) нефти или нефтепродуктов, образующих на поверхности воды пленку:

- время, в течение которого происходило поступление нефтепродукта в реку , с;

- масса m, кг, сброшенного в реку нефтепродукта;

- объем W, , сброшенного количества нефтепродукта (эти сведения нужны в случае отсутствия данных о массе сброшенного нефтепродукта);

- доля расхода речной воды , участвующего в разбавлении нефтепродукта (при отсутствии данных принимается для больших рек ; средних - 0,8; малых - 1);

- доли разлитой нефти или нефтепродукта , , находящихся непосредственно ниже места аварии в водной массе и в пленочном состоянии (по умолчанию берется соотношение );

- количество нефтепродукта , кг, изъятое из пленки в течение первых нескольких суток в результате водоохранных мероприятий;

- коэффициент скорости , 1/с, перехода нефтепродукта из пленки в воду (по умолчанию принимается с);

- коэффициент скорости , 1/с, перехода нефтепродукта из воды в пленку (по умолчанию принимается с);

- коэффициент скорости испарения легких фракций нефти (при отсутствии данных принимается с);

- принимаемое для прогностических расчетов значение коэффициента K, 1/с, скорости самоочищения речных вод и пленки от нефтепродукта.

Таблица А.1 - Форма представления сведений о режиме аварийного сброса загрязняющего вещества

Порядковый номер проведенного измерения N	, с	,	,	,
Примечание - В таблицу включены следующие параметры: - N-я измеренная или предлагаемая для прогностического расчета концентрация загрязняющего вещества в аварийном сбросе сточных вод в растворенном виде (или в валовой форме, если расчет ведется без учета форм миграции вещества); - N-я измеренная или предлагаемая для прогностического расчета концентрация загрязняющего вещества на взвеси при аварийном сбросе сточных вод; - N-й измеренный или предложенный для прогностического расчета расход воды в аварийном сбросе сточных вод; - относительное время, когда в сточных водах, начиная с момента фиксации начала аварийного сброса, было измерено значение или значение .

А.4.1.4 Дополнительные данные при рассмотрении транспортной аварии со сбросом загрязняющего вещества в виде сыпучего технического продукта:

- наименование интересуемого загрязняющего вещества (или группового показателя химического состава воды) в техническом продукте;

- масса m, кг, сброшенного в реку технического продукта;

- объем W, , сброшенного в реку технического продукта (эти сведения нужны в случае отсутствия данных о массе сброшенного продукта);

- ориентировочное время (продолжительность) , с, поступления технического продукта в реку - (требуется для продукта с плотностью );

- доля (в долях от единицы) интересуемого загрязняющего вещества (или группового показателя химического состава воды) в техническом продукте;

- плотность , , сброшенного в реку технического продукта (сведения о плотности и растворимости некоторых веществ приведены в приложении Д);

- растворимость в воде Р, , сброшенного в реку технического продукта в сухом виде (если в справочной литературе указано, что растворимость очень хорошая, хорошая или равна бесконечности, то принимается, что Р = 500 );

- коэффициент , характеризующий используемую долю от растворимости вещества при прохождении речной воды над отложениями технического продукта; при отсутствии данных для ориентировочного расчета принимается, что при Р = 500 ; при Р =< 500 - 50 ; при Р < 50 );

- эквивалентный вес иона рассматриваемого загрязняющего вещества (соответствует делению атомного веса иона на его валентность);

- коэффициент распределения , показывающий, какая доля загрязняющего вещества может мигрировать на взвеси (в случае отсутствия экспериментальных данных берется по таблице 7);

- примерная ширина реки , м, которую занимает (или может занять) в исходном створе реки сброшенный в сухом состоянии технический продукт (при отсутствии данных можно принять м);

- примерная крупность частиц , м, сброшенного в сухом состоянии технического продукта (при отсутствии данных можно принять м);

- доля сброшенного в реку сыпучего технического продукта, находящегося в изолированном для растворения виде;

- расстояние , м от ближайшего берега реки до места аварийного сброса технического продукта.

- значение гидравлической крупности частиц технического продукта (берется по таблицам приложения Г).

А.4.1.5 Дополнительные данные при рассмотрении транспортной аварии со сбросом загрязняющего вещества в виде жидкого технического продукта:

- наименование интересуемого загрязняющего вещества (или группового показателя химического состава воды) в техническом продукте, сброшенном в результате транспортной аварии;

- расход , , жидкого технического продукта (может быть неизвестен);

- масса m, кг, сброшенного в реку технического продукта;

- объем W, , сброшенного в реку технического продукта (эти сведения нужны в случае отсутствия данных о массе сброшенного продукта);

- концентрация , мг/л, загрязняющего вещества в техническом продукте в период аварийной ситуации (может быть неизвестна);

- продолжительность , с, аварийного сброса технического продукта (должна быть известна при наличии данных о расходе жидкого технического продукта и концентрации в нем загрязняющего вещества);

- доля загрязняющего вещества в техническом продукте (в долях от единицы);

- плотность , , сброшенного в реку технического продукта в жидком состоянии (сведения о плотности и растворимости некоторых веществ приведены в приложении Д);

- растворимость Р, , в воде сброшенного в реку технического продукта в жидком виде (данная информация может отсутствовать);

- примерное значение средней глубины , м, в потоке тяжелого жидкого продукта в русле реки ниже места аварии (указывается только для жидких продуктов с ) (желательно получение данной характеристики инструментальным методом на водном объекте**);

- примерное значение средней ширины , м, потока тяжелого жидкого продукта в русле реки ниже места аварии (указывается только для жидких продуктов с ) (желательно получение данной характеристики инструментальным методом на водном объекте);

- примерная продолжительность , с, поступления (слива) в реку технического продукта в жидком состоянии в период аварии (требуется для продукта, имеющего );

- расстояние , м, от места аварийного сброса (или центральной части слива технического продукта) до ближайшего берега - (при отсутствии данных можно считать, что ).

А.4.1.6 Дополнительная исходная информация для решения задачи по прогнозу содержания загрязняющего вещества в речной воде с учетом форм миграции:

- доля пелитовой фракции глинистых веществ ( мм) во взвешенных веществах (при отсутствии данных принимается:

а) для равнинных рек в межень , в половодье ;

б) для горных рек в межень , в половодье );

- сорбционная емкость , мг-экв/мг, пелитовой фракции глинистых веществ (по умолчанию мг-экв/мг);

- эквивалентный вес иона рассматриваемого загрязняющего вещества (соответствует делению атомного веса иона на его валентность);

- коэффициент распределения , показывающий, какая доля загрязняющего вещества может мигрировать на взвеси (в случае отсутствия экспериментальных данных берется по таблице 7)*;

А.4.2 Решение задачи для аварийного сброса сточных вод

А.4.2.1 Расчет периода и общего числа основных сегментов , используемых для описания профиля распределения концентраций вещества в аварийном сбросе сточных вод выполняют по формулам (А.20), (А.21).

А.4.2.2 Исходный профиль распределения концентраций вещества обычно имеет малое число сегментов (по числу наблюдений за аварийным сбросом загрязняющего вещества), поэтому пересчет профиля распределения концентраций вещества в намеченные сегменты общим числом 50 и более выполняют методом интерполяции сплайнами второго порядка [18]. При этом каждому из сегментов присваивают последовательные номера N и относительное время, исходя из выражения N , для заданного контрольного створа - .

А.4.2.3 Расчет максимальной скорости течения речной воды на j-м выделенном характерном участке , если в исходных данных отсутствует этот параметр, а приведен коэффициент , выполняют по формуле (А.1).

А.4.2.4 Расчет средневзвешенного значения средней скорости течения речной воды до заданного х-го контрольного створа проводят по формуле (А.2).

А.4.2.5 Расчет средневзвешенного значения максимальной скорости течения речной воды до заданного x-го створа осуществляют по формуле (А.3).

А.4.2.6 Расчет средневзвешенных значений всех приведенных в исходных данных морфометрических характеристик русла реки , , , , , , , на участке протяженностью выполняют по формуле (А.4).

А.4.2.7 Расчет коэффициента Шези с проводят:

- при наличии ледяного покрова на реке (при наличии данных по ) по формулам (А.5)-(А.7);

- в противном случае (при отсутствии ледяного покрова на реке) - по формуле (А.8).

А.4.2.8 Коэффициент поперечной дисперсии рассчитывают по формулам:

а) при наличии данных о характеристиках и

; (А.59)

; (А.60)

; (А.61)

; (А 62)

; (А.63)

, (А.64)

где g = 9,8 ;

б) при отсутствии сведений о параметрах и -

. (А.65)

А.4.2.9 Если условие

(А.66)

выполняется, то осуществляется переход к А.4.2.11, в противном случае - переход к А.4.2.10.

А.4.2.10 Расчет коэффициента , учитывающего степень смешения речных и сточных вод для N-го сегмента, проводят по формулам:

, (A.67)

. (А.68)

Если , то принимается

. (А.69)

А.4.2.11 Расчет времени перемещения водных масс между створом, где произошел аварийный сброс загрязняющего вещества, и заданным контрольным створом осуществляют по формулам (А.14), (А.15).

А.4.2.12 Ориентировочное расстояние до створа практически полного смешения речных и сточных вод (степень смешения 98%) вычисляют по формуле

. (А.70)

А.4.2.13 Расчет коэффициентов продольной дисперсии проводят с учетом условия (А.9) по формулам (А.10)-(А.13).

А.4.2.14 Если выполняется условие:

, (А.71)

то осуществляется переход к А.4.2.15, в противном случае - переход к А.4.2.16 и принимают .

A.4.2.15 Расчет примерной длины зоны высокозагрязненных вод :

. (А.72)

А.4.2.16 Коэффициент , ограничивающий значение ширины реки при расчетах смешения речных и сточных вод в случае сравнительно непродолжительного по времени аварийного сброса сточных вод, вычисляют по формулам:

, (А.73)

. (А.74)

А.4.2.17 Расчет коэффициента , учитывающего степень смешения речных и сточных вод в заданном контрольном створе, осуществляют по формулам

, (А.75)

. (А.76)

Обязательными условиями использования формулы (А.76) являются следующие: если , то следует принимать ; если в результате расчета максимальное значение соответствует неравенству

, (А.77)

то принимается

. (А.78)

А.4.2.18 Сравнение продолжительности аварийного сброса сточных вод с временем добегания водных масс до заданного контрольного створа осуществляется по условиям

. (А.79)

. (А.80)

Если условие (А.79) или (А.80) выполняется, то следует перейти к А.4.2.20, в противном случае - к А.4.2.19.

А.4.2.19 Расчет продольного профиля распределения концентраций интересуемого вещества в зоне высокозагрязненных вод при ее прохождении через заданный контрольный створ осуществляется по следующим этапам.

А.4.2.19.1 Суммарную (валовую) концентрацию загрязняющего вещества в сточных водах в период аварийной ситуации (сумма концентраций вещества в растворенном состоянии и сорбированном на взвеси) при N-м измерении рассчитывают по формуле (в качестве данной концентрации могут быть использованы измеренные значения загрязняющего вещества в аварийном сбросе в валовой форме)

. (А.81)

Примечание - При прогностическом расчете без учета форм миграции загрязняющего вещества в качестве исходной берется его концентрация в интересуемом виде.

А.4.2.19.2 Вычисление параметров и выполняют по формулам (А.24), (А.25).

А.4.2.19.3 Расчет параметра осуществляют по формулам:

а) при

; (А.82)

б) при

. (А.83)

А.4.2.19.4 Концентрации загрязняющего вещества в N-x сегментах в заданном контрольном створе реки предварительно вычисляют по формулам (А.26)-(А.29).

А.4.2.19.5 Коэффициенты и определяют в соответствии с указаниями в А.3.12.4 алгоритма решения второй задачи (по формулам (А.30)-(А.37)).

А.4.2.19.6 Коэффициенты и вычисляют в соответствии с указаниями в А.3.12.5 алгоритма решения второй задачи по второму варианту (по формулам (А.38), (А.39)).

А.4.2.19.7 Окончательный расчет параметров и выполняют по формулам (А.40), (А.41), в которых выражение заменено на параметр .

А.4.2.19.8 Окончательный расчет концентраций загрязняющего вещества в N-x сегментах в заданном контрольном створе реки осуществляют по формулам (А.28), (А.29), для которых используются значения параметра , полученные в соответствии с указаниями в А.4.2.19.7.

Если по условию задачи не требуется учет форм миграции загрязняющего вещества, то осуществляется переход к А.4.2.30, в противном случае - к А.4.2.20.

А.4.2.20. Максимальное содержание взвешенных веществ , , в речной воде в контрольном створе вычисляют по формуле

. (A.84)

В качестве выбирается максимальное из полученных по формуле (А.84) значений .

А.4.2.21 Содержание пелитовой фракции глинистых веществ , , в речной воде определяют по формуле (А.42).

А.4.2.22 Ориентировочную максимальную катионообменную емкость , , глинистых веществ находят по формуле (А.43).

А.4.2.23 Возможное максимальное содержание загрязняющего вещества на взвеси , , в пробе воды (в одном литре) вычисляют по формуле (А.44).

А.4.2.24 Оценивают соблюдение условия (А.45), и по формулам (А.46) (А.47) выбирают значения максимального содержания загрязняющего вещества на взвеси в пробе воды (в одном литре).

А.4.2.25 Возможное содержание загрязняющего вещества на взвеси в каждом выделяемом сегменте , , с учетом коэффициента распределения определяют по формулам (А.48), (А,49).

А.4.2.26 Оценивают соблюдение условий (А.50), (А.51) и выбирают окончательные значения максимального содержания загрязняющего вещества на взвеси , в пробе воды (в одном литре).

А.4.2.27 Время многократного (стократного) вертикального перемешивания масс речной воды и гарантированного контакта речной воды и взвешенных веществ , с, ниже сброса сточных вод определяют по формуле

, (А.85)

А.4.2.28 Коэффициент ориентировочной скорости сорбции на взвеси с учетом времени находят по формуле

. (A.86)

Примечание - Ниже первого "узлового" створа формулы (А.85) (А.86) в расчетах не используются.

А.4.2.29 Окончательный прогностический расчет концентраций загрязняющего вещества в растворенной форме , и на взвеси , , , в заданном контрольном створе в соответствующем сегменте выполняют с использованием формул:

, (A.87)

, (A.88)

, (A.89)

. (A.89a)

Если , то принимается .

При отсутствии значений параметра (для контрольных створов, расположенных ниже первого "узлового" створа) расчет содержания загрязняющего вещества в растворенной форме выполняют по формулам:

, (А.90)

. (А.90а)

А.4.2.30 Строят графики зависимостей для полученных результатов содержания загрязняющего вещества в валовой форме, растворенном виде и сорбированном на взвеси состоянии или для той формы, которая использовалась для прогностического расчета, в соответствии с выражениями

, ; , ; , ,

где - время, прошедшее от начала регистрации в исходном контрольном створе концентрации вещества на уровне до срока ожидаемой по прогнозу концентрации вещества в рассматриваемой форме миграции в N-м сегменте в заданном х-м контрольном створе.

А.4.2.31 Если в очередном заданном контрольном створе оказалось, что значение валовой концентрации загрязняющего вещества или той его формы, для которой проводится прогностический расчет, равно или менее уровня высокого загрязнения

,

то прогностические расчеты с использованием алгоритма третьего варианта решения задачи заканчивают. По полученным результатам прогностического расчета готовят отчетные данные в соответствии с примером, представленным в таблице 9. Если заданный створ оказался "узловом" и в нем , то осуществляют преобразование данных, полученных в этом створе. При этом принимается

; (А.91)

; (А.92)

; (А.93)

; (А.94)

, (А.95)

где при наличии данных о -

, (А.96)

при наличии данных о -

. (А.97)

Далее, для рассматриваемых нижерасположенных контрольных створов (до следующего "узлового" створа реки) расчет можно продолжать по алгоритму третьего варианта решения задачи. Воды загрязненной реки в данном случае принимаются за новый береговой аварийный сброс сточных вод.

А.4.3 Решение задачи для транспортной аварии загрязняющего вещества в виде жидкого технического продукта

А.4.3.1 Расчет расхода аварийного сброса жидкого технического продукта , концентрации в нем загрязняющего вещества и условное время аварийного поступления в реку данного продукта определяют в соответствии с алгоритмом, позиции которого изложены в 5.3.10.1-53.10.18.

А.4.3.2 Получение конечных результатов прогностического расчета: времени прихода в заданные контрольные створы фронтальной и хвостовой части зоны высокозагрязненных вод, максимальных концентраций загрязняющего вещества и продолжительность прохождения данной зоны через заданные створы осуществляют по алгоритму в соответствии с позициями А.4.2.1-А.4.2.19.8. Главной особенностью использования этих позиций является то, что для определения коэффициента смешения "тяжелой жидкости" с речной водой (формулы (26), (61)) должен использоваться коэффициент поперечной дисперсии , поскольку процесс (скорость) перемешивания "тяжелой жидкости" с речной# может лимитироваться условиями турбулентности в этой жидкости.

А.4.3.3 В том случае, если известен коэффициент распределения содержания загрязняющего вещества на взвеси , а также содержание взвешенных веществ в речной воде, то может быть проведен расчет содержания этого вещества с учетом форм миграции. Для решения данной задачи осуществляется переход к А.4.3.4. В противном случае - к А.4.3.10.

А.4.3.4 Содержание пелитовой фракции глинистых веществ , , в речной воде определяют по формуле (А.42).

А.4.3.5 Ориентировочную максимальную катионообменную емкость , , глинистых веществ находят по формуле (А.43).

А.4.3.6 Возможное максимальное содержание загрязняющего вещества на взвеси , , в пробе воды (в одном литре) вычисляют по формуле (А.44).

А.4.3.7 Возможное содержание загрязняющего вещества на взвеси в каждом выделяемом сегменте , , с учетом коэффициента распределения определяют по формулам (А.48), (А.49).

А.4.3.8 Оценивают соблюдение условий (А.50), (А.51) и выбирают окончательные значения максимального содержания загрязняющего вещества на взвеси в пробе воды (в одном литре).

А.4.3.9 Окончательный прогностический расчет концентраций загрязняющего вещества в растворенной форме , и на взвеси , , , в заданном контрольном створе в соответствующем сегменте выполняют с использованием формул (А.90), (А.90а).

А.4.3.10 Строят графики зависимостей для полученных результатов содержания загрязняющего вещества в валовой форме, растворенном виде и сорбированном на взвеси состоянии или для той формы, которая использовалась для прогностического расчета, в соответствии с выражениями

, ; , ; , ,

где - время, прошедшее от начала регистрации в исходном контрольном створе концентрации вещества на уровне до срока ожидаемой по прогнозу концентрации вещества в рассматриваемой форме миграции в N-м сегменте в заданном х-м контрольном створе.

А.4.3.11 Если в очередном заданном контрольном створе оказалось, что значение валовой концентрации загрязняющего вещества или той его формы, для которой проводится прогностический расчет, равно или менее уровня высокого загрязнения

,

то прогностические расчеты заканчивают. По полученным результатам готовят отчетные данные в соответствии с примером, представленным в таблице 9. Если заданный створ оказался "узловом" и в нем , то осуществляют преобразование данных, полученных в этом створе. При этом принимается: - по условию (А.54); - по (А.91); - по (А.93); - по (А.94); - по (А.95)-(А.97).

Далее, для рассматриваемых нижерасположенных контрольных створов (до следующего "узлового" створа реки) расчет можно продолжать по алгоритму третьего варианта решения задачи. Воды загрязненной реки в данном случае принимаются за новый береговой аварийный сброс сточных вод.

ГАРАНТ:

Нумерация приводится в соответствии с источником

А.4.5 Решение задачи для транспортной аварии с разливом нефти или нефтепродукта и образованием на поверхности воды пленки

А.4.5.1 Расчет начального содержания нефтепродуктов в речной воде в зоне высокозагрязненных вод вычисляют по формуле (62). Начальное количество нефтепродуктов в пленке - по формуле (63).

А.4.5.2 Предварительный прогностический расчет концентрации нефтепродуктов в заданных контрольных створах речной сети , выполняют по алгоритму, используемому в ситуации, когда обнаружена зона высокозагрязненных вод в начальном контрольном створе реки (см. позиции алгоритма А.3.2-А.3.13).

А.4.5.3 Расчет массы нефтепродуктов, ушедшей из пленки нефти в результате процессов биохимического окисления на участке реки от места сброса до заданного контрольного створа выполняют по формуле (64).

А.4.5.4 Вычисление массы нефтепродуктов, ушедшей из нефтяной пленки в результате процессов испарения легких фракций нефтепродуктов проводят по формулам (65)-(66а).

А.4.5.5 Массу нефтепродуктов, ушедшую из пленки в воду рассчитывают по формуле (67).

А.4.5.6 Концентрацию нефтепродуктов, перешедшую из пленки в воду , которую необходимо добавить в каждом расчетном сегменте контрольного створа к концентрациям предварительно полученным в результате расчета распространения по речной сети находящегося в воде загрязняющего вещества (нефтепродукта) определяют по формуле (68).

А.4.5.7 Концентрацию нефтепродуктов , перешедшую из воды в пленку, которую необходимо вычесть в каждом расчетном сегменте в контрольном створе от предварительно рассчитанной концентрации , вычисляют по формуле (69).

А.4.5.8 Окончательную концентрацию загрязняющего вещества в контрольном створе в каждом расчетном сегменте определяют по формуле (70).

А.4.5.9 Массу нефтепродуктов, ушедшую из воды в пленку для каждого сегмента рассчитывают в соответствии с выражением (71).

А.4.5.10 Всю массу нефтепродуктов, ушедшую из воды в пленку, вычисляют как сумму масс по всем сегментам зоны высокого загрязнения в контрольном створе по формуле (72).

А.4.5.11 Общую массу пленки нефти в заданном контрольном створе определяют по формуле (73).

Примечание - Все расчеты по позициям алгоритмов А.4.5.4-А.4.5.11 выполняются параллельно с учетом средней и максимальной скоростей течения речной воды.

А.4.6 Решение задачи для транспортной аварии загрязняющего вещества в виде сыпучего технического продукта

А.4.6.1 Расчет расхода аварийного сброса загрязняющего вещества в виде сыпучего технического продукта , концентрации в нем загрязняющего вещества и условное время аварийного поступления в реку данного продукта определяют в соответствии с алгоритмом, позиции которого изложены в 5.3.9.1-5.3.9.15.

А.4.6.2 Получение конечных результатов прогностического расчета (времени прихода в заданные контрольные створы фронтальной и хвостовой части зоны высокозагрязненных вод, распределение концентраций загрязняющего вещества в контрольных створах и получение его максимальных концентраций , а также продолжительность прохождения данной зоны через заданные створы) с учетом валового содержания (или в виде содержания в той форме, которая задана в исходных данных) загрязняющего вещества в речной воде осуществляют по алгоритму в соответствии с позициями А.4.2.1-А.4.2.19.8.

А.4.6.3 В том случае, если известен коэффициент распределения содержания загрязняющего вещества в растворенном виде и на взвеси, а также содержание взвешенных веществ в речной воде, то проводят расчет содержания этого вещества с учетом форм миграции. Решение данной задачи осуществляют по алгоритму в соответствии с позициями А.4.3.4-А.4.3.10.

А.4.6.4 Если в очередном заданном контрольном створе оказалось, что значение валовой концентрации загрязняющего вещества или той его формы, для которой проводится прогностический расчет, равно или менее уровня высокого загрязнения

,

то прогностические расчеты заканчивают. По полученным результатам готовят отчетные данные в соответствии с примером, представленным в таблице 9. Если заданный створ оказался "узловом" и в нем то осуществляют преобразование данных, полученных в этом створе. При этом принимается: - по условию (А.54); - по (А.92); - по (А.93); - по (А.94); - по (А.95)-(А.97).

Далее, для рассматриваемых нижерасположенных контрольных створов (до следующего "узлового" створа реки) расчет можно продолжать по алгоритму третьего варианта решения задачи. Воды загрязненной реки в данном случае принимаются за новый береговой аварийный сброс сточных вод.

Примеры прогностического расчета характеристик перемещающейся по речной сети зоны высокозагрязненных вод для различных аварийных ситуаций приведены в приложении Е.

______________________________

* Если коэффициент распределения равен нулю , то информация о количестве взвешенных веществ и параметрах , , , не используется.

** Имеется ввиду отбор проб воды на зафиксированных глубинах с измерением плотности технического продукта.