Взаимодействие речных и сточных вод (стр. 4 из 5)
В последние годы получила распространение искусственная аэрация - один из эффективных способов очищения загрязненных вод, когда процесс самоочищения резко сокращается при дефиците растворенного в воде кислорода. Для этого специальные аэраторы устанавливаются в водоемах и водотоках или на станциях аэрации перед сбросом загрязненных вод. (Авакян, 1994)
2.2.Коэффициенты самоочищения рек Тюменского региона.
Водоотведение является одним из видов водопользования. Гарантией экологически безопасного водоотведения служат объемы предельно допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ. Расчеты ПДС выполняются для каждого предприятия водопользователя. Одним из важных параметров расчета выступает коэффициент самоочищения (неконсервативности) речных и озерных вод.
Как правило, при расчетах ПДС используются справочные значения коэффициента неконсервативности, исправленные в зависимости от температуры воды и скорости течения реки. Однако, в «Методике расчета предельно-допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными водами» прямо указывается на то, что лучше эти коэффициенты принимать по данным натурных наблюдений.
Для условий Тюменского региона с его специфическими природными условиями подробные оценки не проводились. Рассмотрены лишь гидрологические аспекты самоочищения рек. Указано на небольшие скорости течения, даже в период половодья, низкие температуры воды и большое количество естественной органики, связывающей кислород, столь необходимый для процесса самоочищения.
В качестве расчетной была принята экспоненциальная модель распада органического вещества:
(1)где
- концентрация загрязняющего вещества в контрольном створе; мг/л, 
- тоже вначальном створе, мг/л; t– время добегания, сут; к - коэффициент самоочищения, 1/сут.Отсюда коэффициент неконсервативности К может быть определен обратным ходом из формулы (1)
(2)Количественные характеристики составляющих формулы (2) получены на основании стандартных наблюдений постов Росгидромета. При этом, выбирались реки, имеющие два пункта наблюдений, расположенных как можно ближе друг к другу. Второе условие - это отсутствие на участие между выбранными створами крупных протоков и источников загрязнений. Кроме того, верхний створ обычно находился вблизи мощного источника загрязнения. Например, на Оби верхний створ с. Белогорье расположен несколько ниже впадения Иртыша, который выносит в Обь большое количество поллютантов. На р. Ишим - это город Ишим и т.д. Оказалось, что указанным условиям отвечает ограниченное число крупных рек региона (табл. 1).
Таблица 1
Перечень принятых к расчету рек.
| Река | Створы | Время добегания, сут. | |
| Верхний | Нижний | ||
| Таз | Красноселькуп | Тазовский | 14 |
| Обь | Белогорье | Октябрьский | 7 |
| Вах | Ларьяк | Большетархово | 9 |
| Конда | Болчары | Выкатное | 30 |
| Ишим | Ишим | Абатский | 4 |
| Тобол | Иевлево | Тобольск | 5 |
Для всех указанных в табл. 1 створов были построены графики годового хода уровней за характерные годы и по методу соответственных уровней определены значения времени добегания. Затем, за последние 5 лет вычислены средние годовые концентрации 13 показателей в верхних и нижних створах рек. На основании этих данных по формуле (2) определены коэффициенты неконсервативности, представленные в табл. 2.
Данные табл. 2 показывают значительный разброс величин коэффициентов самоочищения. Однако, обнаруживается явная тенденция их увеличения по мере движения с севера на юг.
Тундровая зона представлена рекой Таз. Это третья по водности река Тюменской области (после Оби и Иртыша). Длина ее составляет 1401 км, площадь водосбора 150 тыс. км2. Самоочищающая способность определялась между створами п. Красноселькуп и п. Тазовский. На данном участке река имеет низкие скорости течения 0,2-0,5 м/с, длительный период ледостава 7-8 месяцев и низкуютемпературу воды: в июле 15,4°, а в среднем за год около 4о С. Все это обуславливает малые значения коэффициентов самоочищения. Они в 5-10, а иногда и более раз меньше, чем, допустим, для р. Тобол.
Лесная зона занимает большую часть территории Тюменской области. Здесь для исследования были взяты три реки: Обь (участок с. Белогорье - п. Октябрьский), Вах (с. Ларьяк - с. Большетархово), Конда (п. Болчары - с. Выкатное). (Башлаков, 1991)
Вах является одним из наиболее полноводных правых притоков Оби в пределах Тюменской области. Длина реки 964 км, площадь бассейна - 76,7 тыс. км2. На водосборе много озер и болот (озерность 4,3%, заболоченность 38%). Продолжительность ледостава на реке достигается 6-7 месяцев. Температура воды в июле составляет 15°-20°С.
Таблица 2
Коэффициенты самоочищения рек Тюменского региона
| Показатели | Реки | Справочные данные | |||||
| Таз | Обь | Вах | Конда | Ишим | Тобол | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Взв. вещ. | 0,008 | 0,16 | 0,02 | 0,25 | 0,009 | 0,44 | |
| ХПК | 0,017 | 0,06 | 0,024 | 0,058 | 0,079 | - | |
| БПК5 | - | 0,076 | 0,02 | - | 0,45 | 0,27 | 0,23 |
| Нефтепр. | 0,05 | 0,12 | - | 0,05 | 0,19 | 0,18 | 0,044 |
| Фенолы | 0,036 | 0,05 | 0,012 | 0,057 | 0,136 | 0,20 | 0,32 |
| СПАВ | 0,028 | 0,27 | - | 0,097 | 0,13 | 0,19 | 0,046 |
| NH4+ | 0,022 | 0,02 | 0,005 | 0,057 | 0,266 | 0,26 | 0,069-0,207 |
| N02 | 0,05 | - | 0,039 | - | 0,266 | 0,24 | 0,112-0,173 |
| no3- | 0,11 | - | 0,057 | 0,08 | - | 0,19-10,8 | |
| Железо | 0,02 | 0,17 | 0,045 | 0,149 | 0,18 | 0,13 | |
| Медь | 0,032 | 0,175 | 0,04 | 0,36 | 0,175 | 0,206 | |
| Никель | - | 0,14 | - | 0,08 | - | ||
| ДДТ | 0,028 | - | - | 0,29 | - | ||
Вынос с болот большого количества органики связывает кислород и тем самым снижает самоочищающую способность реки. В бассейне Ваха функционируют крупные нефтедобывающие комплексы, базирующиеся на известных месторождениях: Самотлорском, Сороминском, Хохряковском, Ершовском, Пылинском, Вахском, Коликъеганском и др. В связи с этим не удалось рассчитать коэффициент самоочищения по нефтепродуктам, так как их концентрация вниз по течению реки все время возрастает.
Конда - левый приток Иртыша. Имеет малые уклоны, очень извилиста, бассейн заозерен (озерность 6%) и заболочен (заболоченность 53%). Длина реки 1097 км, площадь водосбора 72,8 км. Сильная зарегулированность болотами и озерами (особенно русловыми) способствует формированию своеобразного уровенного режима. Половодье часто растягивается до зимнего ледостава, который продолжается 6 месяцев. Температура воды в июле 16°С. Антропогенная нагрузка на речные экосистемы здесь ниже, чем на Вахе. Месторождения нефти и газа разрабатываются в верхнем течении. Самоочищая способность Конды несколько лучше, чем Ваха.
Расчет самоочищающей способности Оби выполнен между створами с. Белогорье - п. Октябрьский. Здесь река течет одним руслом, имеет значительные скорости течения и при своей большой водности обеспечивает хорошее самоочищение по сравнению с Кондой и Вахом.
Для анализа самоочищающей способности рек лесостепной зоны приняты к анализу реки Ишим и Тобол. Продолжительность ледостава на этих реках не превышает 5 месяцев. Температура воды в июле достигает 20°С. Более значительные уклоны территории способствуют увеличению скоростей течения рек. Указанные обстоятельства являются причиной более высоких значений коэффициентов самоочищения.
Приведенные в таблице 2 коэффициенты самоочищения рек могут найти применение при расчетах ПДС и прогнозах качества воды рассмотренных рек. Кроме того, данные реки способны выступать в качестве аналогов для других рек в зонах тундры, тайги и лесостепи. (Топников, 1992)
2.3.Разбавления сточных вод.
Сброс хозяйственно-бытовых, производственных и иных сточных вод сопровождается загрязнением рек и водоемов.
По мере удаления от места выпуска струя сточной воды постепенно расширяется и концентрация загрязнений в ней уменьшается вплоть до полного перемешивания. В реке это происходит в силу турбулентной диффузии, наличия внутренних течений и водоворотных зон. В озерах и водохранилищах, кроме того, влияет ветровое волнение и разного рода течения (стоковые, дрейфовые, градиентные), которые носят сложный и неустойчивый характер, особенно в прибрежной мелководной зоне.
Для обеспечения как можно более благоприятных условий разбавления сточных вод в реках иногда прибегают к строительству рассеивающих выпусков. Такой выпуск представляет собой трубу с расположенными на ней выходными патрубками. С учетом особенностей ледового режима и руслового процесса, а также требований судоходства труба может располагаться над водной поверхностью, на некоторой глубине от поверхности, на дне реки.
Створ полного перемешивания. Это створ на реке ниже места выпуска сточных вод, где максимальная концентрация рассматриваемого загрязняющего вещества в поперечном сечении ненамного превышает среднюю концентрацию (примерно на 5—10%). Очевидно, что местоположение указанного створа непостоянное и зависит от расхода воды в реке и других причин. При рассеивающем выпуске сточных вод посредине реки расстояние до створа полного перемешивания уменьшается примерно в 1,5 раза по сравнению с сосредоточенным выпуском у берега. Важно и то, что струя с наибольшей концентрацией загрязняющего вещества находится при этом на стрежне, а не у берега.