Розрахунок максимальної нестачі кисню при органічному забрудненні р. Сіверський Донець (стр. 4 из 5)
, (5)w – швидкість вітру, м/с; h – середня глибина, м; u – середня швидкість течії, м/с
Спільне розв’язання рівнянь (1,4) дає:
, (6)де В – концентрація БСК і D0 – початкове зниження концентрації кисню в момент часу t=0.
Якщо за течією річки розташовано кілька скидів відходів виробництва, то виникає питання: яке максимальне збідніння води киснем спостерігається в річці.
Максимальну нестачу кисню Dмакс можна визначити, дорівнюючи похідну величини D, заданої рівнянням (6), нулю:
, (7)де В – біохімічна потреба кисню в потоці і D0 – зниження концентрації кисню, обумовлене наявністю джерел забруднення у верхній течії річки [2].
2.2 Моделювання залежності максимальної нестачі кисню від концентрації БСК та швидкості вітру
2.2.1 Похідні дані для моделювання залежності максимальної нестачі кисню від концентрації БСК та швидкості вітру
Для подальших розрахунків приймаємо наступні, характерні для даної місцевості, значення:
Табл. 2.1. Похідні дані
| № п/п | Величина | |||
| h, м | u, м/с | B, мг/дм3 | w, м/с | |
| 1 | 2 | 1,5 | 2 | 2 |
| 2 | 3 | 2,1 | ||
| 3 | 4 | 2,2 | ||
| 4 | 5 | 2,3 | ||
| 5 | 6 | 2,4 | ||
| 6 | 7 | 2,5 | ||
| 7 | 8 | 2,6 | ||
| 8 | 9 | 2,7 | ||
| 9 | 10 | 2,8 | ||
| 10 | 11 | 2,9 | ||
| 11 | 12 | 3 | ||
| 12 | 13 | 3,1 | ||
| 13 | 14 | 3,2 | ||
| 14 | 15 | 3,3 | ||
| 15 | 16 | 3,4 | ||
| 16 | 17 | 3,5 | ||
| 17 | 18 | 3,6 | ||
| 18 | 19 | 3,7 | ||
| 19 | 20 | 3,8 | ||
| 20 | 21 | 3,9 | ||
| 21 | 22 | 4 | ||
| 22 | 23 | 4,1 | ||
| 23 | 24 | 4,2 | ||
| 24 | 25 | 4,3 | ||
| 25 | 26 | 4,4 | ||
| 26 | 27 | 4,5 | ||
| 27 | 28 | 4,6 | ||
| 28 | 29 | 4,7 | ||
| 29 | 30 | 4,8 | ||
| 30 | 31 | 4,9 | ||
| 31 | 32 | 5 | ||
Приймемо k1=1(1/д), а D0=2 (мг/л)
2.2.2 Розрахунки для моделювання залежності максимальної нестачі кисню від концентрації БСК та швидкості вітру
1) Для моделювання залежності максимальної нестачі кисню від концентрації БСК приймаємо w=3,5 м/с. Таким чином, при розрахунку коефіцієнту аерації, маємо:
, 1/дРозрахуємо значення максимальної нестачі кисню, враховуючи дані, які ми отримали:
Почергово підставляючи значення В з таблиці 2.1 отримаємо наступні значення Dмакс:
Табл. 2.2. Залежність значення максимальної нестачі кисню від концентрації БСК
| В, мг/дм3 | Dмакс, мг/дм3 |
| 2 | 6,08 |
| 3 | 8,12 |
| 4 | 10,16 |
| 5 | 12,20 |
| 6 | 14,24 |
| 7 | 16,29 |
| 8 | 18,33 |
| 9 | 20,37 |
| 10 | 22,41 |
| 11 | 24,45 |
| 12 | 26,49 |
| 13 | 28,53 |
| 14 | 30,57 |
| 15 | 32,61 |
| 16 | 34,65 |
| 17 | 36,69 |
| 18 | 38,73 |
| 19 | 40,78 |
| 20 | 42,82 |
| 21 | 44,86 |
| 22 | 46,90 |
| 23 | 48,94 |
| 24 | 50,98 |
| 25 | 53,02 |
| 26 | 55,06 |
| 27 | 57,10 |
| 28 | 59,14 |
| 29 | 61,18 |
| 30 | 63,22 |
| 31 | 65,27 |
| 32 | 67,31 |
За допомогою отриманих даних побудуємо графік:
Рис. 3.1. Залежність максимальної нестачі кисню від концентрації БСК
2) Для моделювання залежності максимальної нестачі кисню від швидкості вітру приймаємо В=10 мг/дм3. Таким чином, при розрахунку коефіцієнту аерації, підставляючи по черзі значення wз табл. 2.1, маємо:
, 1/дПотім використаємо отримані значення коефіцієнту аерації для розрахунку максимальної нестачі кисню:
Таким чином отримаємо наступні дані:
Табл. 2.3. Залежність значення максимальної нестачі кисню від швидкості вітру
| w, м/с | Dmax, мг/дм3 |
| 2 | 21,04 |
| 2,1 | 21,11 |
| 2,2 | 21,19 |
| 2,3 | 21,27 |
| 2,4 | 21,34 |
| 2,5 | 21,42 |
| 2,6 | 21,50 |
| 2,7 | 21,58 |
| 2,8 | 21,66 |
| 2,9 | 21,74 |
| 3 | 21,82 |
| 3,1 | 21,91 |
| 3,2 | 21,99 |
| 3,3 | 22,07 |
| 3,4 | 22,16 |
| 3,5 | 22,24 |
| 3,6 | 22,33 |
| 3,7 | 22,41 |
| 3,8 | 22,50 |
| 3,9 | 22,59 |
| 4 | 22,68 |
| 4,1 | 22,77 |
| 4,2 | 22,86 |
| 4,3 | 22,95 |
| 4,4 | 23,04 |
| 4,5 | 23,13 |
| 4,6 | 23,23 |
| 4,7 | 23,32 |
| 4,8 | 23,42 |
| 4,9 | 23,51 |
| 5 | 23,61 |
Таким чином отримаємо дані, що демонструють ступінь залежності максимальної нестачі кисню від швидкості вітру.
За допомогою отриманих даних побудуємо графік:
Рис. 3.2. Залежність максимальної нестачі кисню від швидкості вітру
Залежність максимальної нестачі кисню, розрахована для комплексного впливу концентрації БСК та швидкості вітру на графіку буде виглядати наступним чином:
Рис. 3.3. Залежність максимальної нестачі кисню, розрахована для комплексного впливу концентрації БСК та швидкості вітру
2.3 Прогнозування значення максимальної нестачі кисню в р. Сіверський Донець на 2010 рік
За даними Гідрометцентру України для даного участку характерна швидкість вітру w=3,5 м/с. А згідно з даними Вишневського В.І., глибина біля 2 м і швидкість течії біля 1,5 м/с.
Табл. 2.4. Концентрація БСК за період 1985-2008 рр. за даними МОНПС.
| Рік | БСК, мг/дм3 |
| 1985 | 2,93 |
| 1986 | 3,05 |
| 1987 | 3,6 |
| 1988 | 3,2 |
| 1989 | 3,3 |
| 1990 | 3,87 |
| 1991 | 4,3 |
| 1992 | 3,3 |
| 1993 | 3,1 |
| 1994 | 3,6 |
| 1995 | 3,9 |
| 1996 | 4,2 |
| 1997 | 4,99 |
| 1998 | 5,5 |
| 1999 | 4,5 |
| 2000 | 4,4 |
| 2001 | 3,8 |
| 2002 | 3,3 |
| 2003 | 3,6 |
| 2004 | 3,2 |
| 2005 | 2,9 |
| 2006 | 1,9 |
| 2007 | 1,7 |
| 2008 | 2,65 |
Маючи дані багаторічного спостереження, розрахуємо максимальну нестачу кисню в р.Сіверський Донець за період з 1985 - 2008 рр.
, 1/д 
Зробивши необхідні розрахунки, ми отримаємо наступні дані:
Табл. 2.4. Максимальна нестача кисню за період 1985-2008 рр.
| Рік | D, мг/дм3 |
| 1985 | 7,93 |
| 1986 | 8,17 |
| 1987 | 9,29 |
| 1988 | 8,48 |
| 1989 | 8,68 |
| 1990 | 9,83 |
| 1991 | 10,70 |
| 1992 | 8,68 |
| 1993 | 8,28 |
| 1994 | 9,29 |
| 1995 | 9,89 |
| 1996 | 10,50 |
| 1997 | 12,10 |
| 1998 | 13,13 |
| 1999 | 11,11 |
| 2000 | 10,91 |
| 2001 | 9,69 |
| 2002 | 8,68 |
| 2003 | 9,29 |
| 2004 | 8,48 |
| 2005 | 7,87 |
| 2006 | 5,85 |
| 2007 | 5,44 |
| 2008 | 7,36 |
Маючи необхідні дані, можемо побудувати графік, який відображає зміни максимальної нестачі кисню за період з 1985-2008 рр.
Рис. 3.4. Графік зміни показнику максимальної нестачі кисню за період з 1985-2008 рр.
Дослідивши показники БСК минулих років, з’являється можливість спрогнозувати цей показник на 2010 р.. Для цього проаналізуємо головні чинники, що впливають на БСК досліджуваної території: промисловий комплекс та демографічна ситуація у Луганській, Донецькій та Харківській областях.
Нажаль, в останні роки в Україні показник смертності значно перевищує показники народжуваності, що в свою чергу призводить до зменшення кількості населення. По результатам прогнозів спеціалістів-соціологів і в 2010 р. буде тривати тенденція до зменшення кількості населення, зокрема в Луганській, Донецькій та Харківській областях. Таким чином, можемо зробити припущення, що рівень забруднень, які є продуктами життєдіяльності людини буде зменшуватись.
Оскільки інформації щодо припинення діяльності або ліквідації підприємств, що на цей час функціонують у районі басейну р.Сіверський Донець чи створюванні нових промислових об’єктів не надходило, можемо зробити висновок, що рівень промислових викидів залишиться на тому ж рівні, яким він є на даний момент.
Походячи з даних, що маємо можемо зробити висновок, що рівень концентрації БСК буде зменшуватись, у зв’язку з чим зменшиться і показник максимальної нестачі кисню і він не буде перевищувати 7 мг/дм3.
Рис. 3.5. Графік зміни показнику максимальної нестачі кисню за період з 1985-2010 рр.