Приложение В (справочное). Примеры расчета выноса загрязняющего вещества с речным стоком

Приложение В
(справочное)

Примеры расчета выноса загрязняющего вещества с речным стоком

В.1. Пример 1

Река Тузлов, х. Несветай (Ростовская область), водный сток реки зарегулирован каскадом прудов. Требуется рассчитать вынос сульфатов за 1993 г. без выделения и учета характерных сезонов и учета антропогенной составляющей. Необходимая для расчета выноса исходная информация - подготовленный (выбранный) из электронной базы "ГидрохимПК" файл с результатами наблюдений в электронном виде с расширением "*.daf", в котором присутствуют данные за заданный год*

Для ввода первичной информации в программу в горизонтальном меню основной экранной формы нажимают кнопку "Файл" и выбирают способ открытия файла: "Открыть г/х данные формата *.dat". В данном примере открывают файл "р. Тузлов, х. Несветай, 1983-1996.dat". В окне "Код Ингредиент Размерн." после нажатия кнопки-стрелки среди появившихся ингредиентов выбирают "Сульфаты". В открывшемся окне экранной формы указывают погрешность аналитического определения сульфатов в долях от единицы, равную 0,02. В окне редактирования данных появляется координатный номер наблюдения в сечении реки. Поскольку в рассматриваемом створе р. Тузлов имеется всего один координатный номер (одна вертикаль), появляется запрос "Исходные данные по координатному номеру (створу) получены с использованием сливных проб воды в сечении реки?". В связи с тем, что р. Тузлов небольшая и выше рассматриваемого створа наблюдения на значительном расстоянии отсутствуют существенные источники поступления в р. Тузлов сульфатов, можно условно принять, что при отборе использовались сливные (составные) пробы воды (т.е. проба воды в середине реки характеризует содержание сульфатов во всем сечении реки). На следующий запрос "Введите величину погрешности определения концентрации вещества в сливных пробах" в долях от единицы указывают погрешность, равную нулю. Активизировав курсором координатный номер, визуально просматривают характер распределения концентраций сульфатов за период 1983-1996 гг. В 1993 г. "отскоки" концентраций сульфатов не имели место, поэтому редактирование исходных данных не требуется. Для координатного номера на точечном графике можно также просмотреть отсутствие или наличие связи между концентрацией сульфатов и расходом речной воды, отметив курсором задачу "Конц.-расход". В рассматриваемом примере в целом для периода 1983-1996 гг. такая статистическая связь для сульфатов не характерна.

Для продолжения предварительного расчета с целью определения характерной периодичности (сезонности), несмотря на наличие всего одной вертикали наблюдения, формально следует нажать кнопку "Осреднение данных в створе по съемкам". Далее нажимают кнопку "Выбор набора периодов (сезонов)". В открывшейся экранной форме либо набирают и записывают один или несколько вариантов набора периодов (сезонов) в годовом цикле, либо, с помощью кнопки "Открыть", используют (открывают для расчета средствами Windows папку, где находится программа) ранее подготовленный файл с расширением "*.sez" с набором вариантов возможной сезонности изменения концентраций сульфатов в годовом цикле. В рассматриваемом примере не требуется выделение характерных сезонов, поэтому в редакционных окнах указывают в качестве начала периода месяц "1", конца периода - месяц "12" и нажимают кнопку "Добавить период". Данный период можно записать в файл. Для этого нажимают кнопку "Записать". В открывшемся окне Windows файлу присваивают имя и расширение "*.sez" (после нажатия кнопки "О/С" записываемый файл попадет в папку, где находится программа). Для продолжения расчета нажимают кнопку "Выход-расчет".

Переходят далее к основному расчету выноса сульфатов с речным стоком, для этого нажимают на кнопку "Назначить периоды многолетий". В появившейся экранной форме в редакционные окна вводят требуемое для расчета условное многолетие (год начала -1993, год конца многолетия - 1993) и нажимают кнопку "Добавить многолетие". Выход из экранной формы осуществляют кнопкой "Выход".

В главной экранной форме для выбора задачи основного расчета выноса нажимают в горизонтальном меню кнопку "Расчет". В появившейся закладке выбирают задачу "Одно многолетие (или год) - один сезон". На появившийся запрос "Предусмотреть визуализацию исходных данных?" дают утвердительный ответ. На следующий запрос "Удалить единичные на дату съемки исходные данные в сечении реки для возможности расчета погрешности выноса вещества?" также дают формальный утвердительный ответ. В появившейся экранной форме "Выбор многолетия (или года) и сезона", используя курсор, активизируют 1993 г. Для данного года в редакционные окна записывают средний за 1993 г. расход воды в реке 3,15 куб. м/с, водный сток 99,338 млн. куб. м и относительную погрешность определения водного стока 0,07. После нажатия кнопки "Рассчитать" появляется экранная форма с результатами расчета выноса (переноса) сульфатов через заданный створ р. Тузлов, представленная на рисунке В.1 (здесь и далее рисунки не приводятся).

Дополнительно, помимо представленных результатов расчета, можно просмотреть исходные данные по сульфатам, использованные при расчете выноса за 1993 г. (для этого следует нажать кнопку "Исходные данные"), а также графическое представление полученных данных по выносу (кнопка "Диаграмма") и провести расчет возможного усовершенствования наблюдений в годовом цикле, исходя из требуемой точности расчета выноса сульфатов с речным стоком (кнопка "Оптимизация отбора проб"). В связи с малой погрешностью рассчитанного значения выноса сульфатов (9,7%) в рассмотренном примере оптимизация наблюдений не требуется.

В.2. Пример 2

Река Лена, устье (п. ст. Хабарова). Требуется рассчитать вынос фосфора фосфатов за 2005 г. по отдельным характерным сезонам с учетом антропогенной составляющей. Исходная информация - подготовленный файл с результатами наблюдений за указанный год и год, взятый за условно фоновый период, в электронном виде с расширением "*.dat".

Для ввода в программу первичной информации в горизонтальном меню основной экранной формы нажимают кнопку "Файл" и выбирают способ открытия файла: "Открыть г/х данные формата *.dat". В данном примере открывают файл "р. Лена, п. ст. Хабарова, 2001-2005.dat". В окне "Код Ингредиент Размерн." после нажатия кнопки-стрелки среди появившихся ингредиентов выбирают "Фосфаты (Р)". В открывшемся окне экранной формы указывают погрешность аналитического определения фосфора фосфатов в долях от единицы, равную 0,015. В окне редактирования данных появляются координатные номера пяти точек наблюдения в сечении реки. Количество наблюдений в точках неодинаково. Активизируя курсором отдельные точки наблюдения, выполняют просмотр характера распределения концентраций фосфора фосфатов в каждой из них за период 2001-2005 гг. Как видно из графиков, В 2001 г. наблюдались наиболее низкие концентрации фосфора фосфатов. Этот год в данном примере условно принимают за фоновый (для выбора действительно фонового периода желательно рассматривать более длинный период наблюдений, например начиная с 1975 г. до последнего года наблюдения). В 2001 г. и 2005 г. "отскоков" концентрацией фосфора фосфатов не наблюдалось, поэтому редактирование исходных данных не требуется. Для отдельных координатных номеров на точечном графике можно также просмотреть отсутствие или наличие связи между концентраций фосфора фосфатов и расходом воды, отметив курсором задачу "Конц.-расход". В рассматриваемом примере такие статистические связи для фосфора фосфатов в отдельных точках наблюдения не характерны. Продолжая предварительный расчет для определения наиболее характерной сезонности, проводят осреднение данных в точках наблюдения по съемкам, нажав кнопку "Осреднение данных в створе по съемкам" (получившиеся осредненные данные можно также просмотреть на точечном графике или в таблице, указав предварительно курсором интересуемый вариант просмотра). Для определения характерной периодичности (сезонности) изменения концентраций заданного ингредиента в годовом цикле нажимают кнопку "Выбор набора периодов (сезонов)". В открывшейся экранной форме либо набирают и записывают один или несколько вариантов набора периодов (сезонов) в годовом цикле, либо, с помощью кнопки "Открыть", используют (открывают для расчета) ранее подготовленный файл с набором вариантов возможной сезонности изменения концентраций фосфора фосфатов в годовом цикле (выбор подготовленного файла с расширением "*.sez" осуществляется средствами Windows в папке, где находится программа). В рассматриваемом примере используют подготовленный файл "Пример набора сезонов.sez". Для продолжения расчета нажимают кнопку "Выход-расчет". По наиболее высокому коэффициенту сезонности (12,8) программой автоматически выбран вариант сезонности изменения содержания фосфора фосфатов в речной воде, связанный с выделением второй половины ледостава и остальным периодом годового цикла.

Далее переходят к основному расчету выноса фосфора фосфатов с речным стоком. Для этого нажимают кнопку "Назначить периоды многолетий". В появившейся экранной форме в соответствии с задачей рассматриваемого примера записывают в редакционные окна требуемые для расчета многолетия (год начала - год конца многолетия): первое многолетие 2001-2001, второе - 2005-2005 (каждое набранное многолетие вводят в редакционное окно нажатием кнопки "Добавить многолетие"). Выход из экранной формы осуществляют нажатием кнопки "Выход".

В главной, экранной форме для выбора задачи основного расчета выноса фосфора фосфатов нажимают в горизонтальном меню кнопку "Расчет". В появившейся заставке курсором выбирают задачу "одно многолетие (или год) - один сезон с фоновым многолетием (или годом)". Далее на вопрос "Удалить единичные на дату съемки исходные данные в сечении реки для возможности расчета погрешности выноса вещества?" дают утвердительный ответ. В следующем появившемся окне "Выберите способ расчета" на вопрос "Расчет выноса вещества с делением на струи?" дают также утвердительный ответ (при таком задании программа будет автоматически оценивать наличие или отсутствие существенной струйности в сечении реки; при отрицательном ответе на указанный вопрос концентрация ЗВ в сечении реки за каждую съемку автоматически программными средствами будет определена как средняя арифметическая).

В экранной форме "Выбор фонового многолетия (или года)", используя курсор, активизируют 2001 г. и первый выделенный характерный сезон "03-11". Для выбранного года и сезона в редакционные окна записывают средний за указанный сезон расход воды в реке (18906 куб. м/с), водный сток (449183 млн. куб. м) и относительную погрешность определения водного стока (0,07). После нажатия кнопки "Рассчитать" появляется экранная форма, в которой требуется указать долю водного стока в 2001 г. в период "03-11" по выделенным струям. После активизации курсором данных по струе (при этом в правом окне появляются координатные номера точек наблюдения, принадлежащих данной струе) в редакционное окно вводят значение доли водного стока, относимого к струе. Как следует из данных, представленных на экранной форме, программными средствами выделены две струи, существенно отличающиеся по содержанию в них фосфора фосфатов. В первую из них вошли четыре координатных номера, во вторую - один (точка наблюдения в придонном горизонте). Для первой струи указывают долю водного стока, равную 0,8, для второй - 0,2. Для продолжения расчета нажимают кнопку "Выход". В появившейся форме в редакционные окна вводят данные за 2005 г. и период "03-11": средний расход речной воды (24112 куб. м/с), значение водного стока (572901 млн. куб. м) и возможную погрешность водного стока (0,07). Выход из данной формы осуществляют нажатием кнопки "Рассчитать". В 2005 г. в отличие от 2001 г. имели место две характерные струи: первая с тремя точками наблюдения на середине реки и вторая - с двумя (у правого и левого берега). В редакционных окнах для первой и второй струи указывают, что величина водного стока примерно одинакова и составляет по 0,5. После нажатия кнопки "Выход" получают результат расчета выноса за март-ноябрь 2005 г., показанный на рисунке В.2.

Для получения выноса фосфора фосфатов за второй выделенный период (декабрь - февраль) рассмотренную процедуру расчета требуется повторить, используя характеристики этого периода (в данном примере для проведения такого расчета недостаточно исходных данных).

С целью графического просмотра результатов расчета нажимают кнопку "Диаграмма". Полученный график, показанный на рисунке В.3, можно записать в файл, воспользовавшись кнопкой "Записать рисунок в файл".

Для решения задачи по оптимизации наблюдений в створе реки в период рассмотренного характерного сезона "март - ноябрь" нажимают кнопку "Оптимизация отбора проб". В открывшейся форме поструйно представлены данные по числу точек наблюдения в сечении реки и числу отобранных проб за период "март - ноябрь". Если требуется снизить величину погрешности расчета выноса, то, используя экранную форму, представленную на рисунке В.4, оперируя числом гидрохимических съемок за рассмотренный период (сезон) и числом точек отбора проб, можно выбрать оптимальный вариант проведения наблюдений за содержанием фосфора фосфатов в рассматриваемой струе в устье р. Лена.

В.3. Пример 3

Река Сев. Двина, устье (п. Усть-Пинега). Требуется рассчитать вынос железа общего по годам за период 2001-2005 гг. Необходимая исходная информация - файл с результатами наблюдений за указанный период в электронном виде с расширением "*.dat".

Для ввода первичной информации в программу расчета выноса в горизонтальном меню основной экранной формы нажимают кнопку "Файл" и выбирают подготовленный файл "р. Сев. Двина, п. Усть-Пинега, 2001-2005.dat". В окне "Код Ингредиент Размерн." после нажатия кнопки-стрелки среди появившихся ингредиентов выбирают "Железо общ.". В открывшейся экранной форме указывают погрешность аналитического определения железа общего в долях от единицы (0,02). После нажатия кнопки "Запомнить" в редакционном окне появляются координатные номера трех точек наблюдения в сечении реки. Количество наблюдений (съемок) в точках неодинаково: особенно мало результатов наблюдения в придонном горизонте. Активизировав координатный номер точки наблюдения в придонном горизонте 6400004156d, можно увидеть, что в этой точке в 2002-2004 гг. наблюдения не проводились. Поскольку по задаче требуется рассмотрение и сравнение данных по выносу в каждом из выбранных пяти лет, для равноценности используемой информации целесообразно данные по придонному горизонту исключить из расчета. Для этого после активизации координатного номера 6400004156d нажимают на кнопку "Удалить коорд. номер". Для оставшихся координатных номеров можно на точечном графике просмотреть исходные данные и оценить отсутствие или наличие связи между концентрацией железа общего и расходом воды, отметив курсором задачу "Врем. ряд" или "Конц.-расход". Если имеются неоправданные отскоки наблюденных концентраций, их можно удалить, нажимая кнопку "Удалить точку". В рассматриваемом примере существенных "отскоков" концентраций железа общего в точках наблюдения не отмечалось. Для предварительных расчетов (и, прежде всего, для определения наиболее характерной сезонности) проводят осреднение данных в точках наблюдения по съемкам, нажав кнопку "Осреднение данных в створе по съемкам". Получившиеся осредненные данные можно просмотреть на точечном графике или в таблице, указав предварительно курсором интересуемый вариант просмотра. Следующий необходимый шаг - выбор характерной периодичности (сезонности) изменения концентраций заданного ингредиента в годовом цикле. Для этой цели нажимают кнопку "Выбор набора периодов (сезонов)". В открывшейся экранной форме, используя кнопку "Открыть" и средства Windows, выбирают для расчета подготовленный файл "Пример набора ceзонов.sez". Выход из формы осуществляют кнопкой "Выход-расчет". По наиболее высокому коэффициенту сезонности (12,8) программой автоматически выбрана сезонность изменения содержания железа общего в речной воде, связанная с изменением температуры воды. Далее можно перейти к основному расчету выноса железа общего с речным стоком или провести предварительный расчет примерного выноса железа общего по выбранным годам без учета наличия сезонности изменения содержания железа в речной воде, возможного наличия струйности в сечении реки и без вычисления погрешности расчета. Для проведения такого предварительного расчета нажимают кнопку "Примерный вынос вещества по годам". В появившейся экранной форме в столбце "Сток" вводят данные водного стока по годам (2001 - 78841, 2002 - 66226, 2003 - 88296, 2004 - 85384, 2005 - 75691 млн. куб. м). Нажав кнопку "Выход" и поставив курсором точку в кружочке "График", можно просмотреть график ориентировочных значений выноса железа общего по годам. Для просмотра численных значений выноса следует активизировать таблицу, поставив курсором точку в кружочке "Таблица".

Для основного расчета выноса железа общего на главной экранной форме нажимают на кнопку "Назначить периоды многолетий" (к решению этой задачи можно было перейти, не проводя предварительный расчет ориентировочных значений выноса). Далее в соответствии с задачей рассматриваемого примера нажимают кнопку "Расставить ежегодно" при этом за условное многолетие принимают год (всего пять условных многолетий). Выбранные многолетия можно записать в отдельный файл, используя кнопку "Записать" (поименованный файл в этом случае записывается с расширением "*.god"). Для дальнейшего расчета выходят из экранной формы, нажав кнопку "Выход". В появившейся главной экранной форме для выбора задачи основного расчета выноса нажимают в горизонтальном меню кнопку "Расчет". В появившейся заставке выбирают задачу "Группа многолетий (или лет) - все сезоны". В появившемся окне "Предварительная подготовка данных" на вопрос "Удалить единичные на дату съемки исходные данные в сечении реки для возможности расчета погрешности выноса вещества?" дают утвердительный ответ (при отрицательном ответе по некоторым многолетиям значения погрешности выноса могут быть не рассчитаны). На следующий вопрос "Расчет выноса вещества с делением на струи?" дают также утвердительный ответ (такой ответ разрешает программе автоматически оценивать наличие или отсутствие существенной струйности в сечении реки). В появившейся экранной форме "Выбор ГРУППЫ многолетий и сезона", используя курсор при нажатой клавише "СМ", выделяют задаваемые для расчета выноса годы (2001, 2002, 2003, 2004, 2005 гг.); выходят из экранной формы с помощью кнопки "Рассчитать". В открывшемся окне, показанном на рисунке В.5, в редакционные ячейки вносят средние расходы, водный сток и погрешность водного стока по сезонам (в сезоне с записью "12-01" имеются в виду двенадцатый и первый месяцы одного и того же года).

Примечание - В примере данные по водному стоку для рассматриваемого створа реки Сев. Двина взяты произвольно.

Для продолжения расчета нажимают кнопку "Выход". В появляющейся экранной форме для рассматриваемого сезона дается информация о числе выделенных струй. После выделения курсором данных по струе (при этом появляются координатные номера точек наблюдения, относимых к данной струе) в нижнее окно вводится значение доли водного стока по рассматриваемой струе. При недостаточном числе данных для выделения струй дается информация о том, что в рассматриваемом сезоне соответствующего многолетия расчет выноса будет выполняться без выделения струй. В данном примере существенная струйность имела место в 2001 г. (в сезоне "12-01"), 2002 г. (в сезонах "09-11", "12-01"), 2003 г. (в сезоне "02-04"), 2004 г. (в сезоне "09-11") и 2005 г. (в сезоне "02-04"). В перечисленных сезонах для координатного номера 640004156р, характеризующего массу речной воды у левого берега и в середине реки, указывают долю водного стока, равную 0,7, для координатного номера 640004154Р, характеризующего массу речной воды у правого берега, указывают долю водного стока, равную 0,3. После ввода доли водного стока в струях нажимают кнопку "Выход" для перехода к рассмотрению следующего сезона в соответствующем многолетии. После рассмотрения всех выделенных сезонов автоматически выполняется окончательный расчет и появляется итоговая таблица расчета выноса железа общего с данными общего, нормативного и сверхнормативного выноса железа общего, а также с данными об относительной (в долях от единицы) погрешности выноса, показанная на рисунке В.6.

Нажав кнопку "Диаграмма" можно просмотреть результаты расчета выноса железа общего в виде графиков по годам (данные выноса по сезонам суммируются) или по отдельным выделенным сезонам, показанных на рисунках В.7-В.11. Вид графиков можно изменять, пользуясь горизонтальным меню в нижней части графика.

______________________________

* В этом и следующих примерах для расчета выноса использована программа "ГХМ-вынос" версии 1.1 (см. раздел главного меню "О программе").