Моделирование качества вод (А.В. Готовцев)

• МОДЕЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОД

• В РАЗВЕТВЛЁННОЙ СИСТЕМЕ ВОДОТОКОВ

• Готовцев Алексей Васильевич•

• Институт водных проблем РАН,

• Лаборатория управления водными ресурсами (ЛУВР)

• gotov44@mail.ru

• Аспирантам –• 2015.02.18

• HEC-RAS – Корпус американских инженеров

• MIKE – Датский гидравлический институт

• ECOMAG – ИВП РАН, автор Мотовилов Ю.Г.

• WPI-RQC – ИВП РАН, автор Готовцев А.В.

• В модели реализован алгоритм

эвристической оптимизации по критерию

минимума мощности вновь вводимых

очистных сооружений при выполнении

ограничений на концентрацию ЗВ в

заданных створах речной сети.

Схема Москва-реки в пределах МКАД

Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!

Продолжение :Продолжение :

Оценка предельно допустимой антропогенной Оценка предельно допустимой антропогенной нагрузки на русловую и коллекторную сеть нагрузки на русловую и коллекторную сеть

Москва-реки в пределах МКАДМосква-реки в пределах МКАД

Готовцев А.В., Данилов-Данильян В.И., Ларина Готовцев А.В., Данилов-Данильян В.И., Ларина Е.Г.Е.Г.

ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА РУСЛОВУЮ И

КОЛЛЕКТОРНУЮ СЕТЬ МОСКВА-РЕКИ В ПРЕДЕЛАХ МКАД

Готовцев А.В., Данилов-Данильян В.И., Ларина Е.Г.

Институт водных проблем РАН, г. Москва, РОССИЯ

всего на территории города Москвы в пределах МКАД имеется более 140 водотоков, общая протяженность которых составляет около 660 км

45 рек и ручьев имеют полностью открытые русла

40 водотоков полностью забраны в коллекторы

остальные имеют частично открытые русла и частично заключены в коллекторы

«малые» (протяженностью от 26 до 100 км)

«самые малые» (от 10 до 25 км) «мельчайшие реки и ручьи» (менее 10

км)

Реки, протекающие на рассматриваемой территории, можно разделить на три типа:

Модель «WPI-RQC» позволяет оценивать неконсервативный

одномерный стационарный перенос загрязняющих веществ:

от точечных источников от неточечных (диффузных) источников

Наблюдательный режим – при заданных нагрузках от точечных и диффузных источников ЗВ вычисляются концентрации и потоки ЗВ во всех расчетных створах разветвленной системы русел.

Режим калибровки – при известных натурных концентрациях ЗВ в контрольных створах вычисляются «невязки» потоков ЗВ, на основе которых корректируются диффузный сток ЗВ и другие расчетные параметры.

Режим управления качеством – при заданных ограничениях на концентрации ЗВ определяются створы, в которых необходимо построить сооружения для очистки сбрасываемых в эти створы сточных вод, а также мощность и стоимость этих сооружений.

Модель WPI-RQC работает в трех режимах:

– р. Яуза - левый приток, общая протяженность - 48 км, в черте города – 26,4 км, площадь бассейна – 450 км2

– р. Сетунь - правый приток, общая протяженность – 38 км, в черте города –25,1 км, площадь бассейна–190 км2

– р. Сходня - левый приток, общая протяженность – 47 км, в черте города – 31,6 км, площадь бассейна – 255 км2

Помимо Сходни, Сетуни и Яузы в модели поименно учитываются 9 притоков первого порядка и 4 притока второго порядка

В черте города р. Москва имеет 33 притока первого порядка. Из них три наиболее крупных выбраны нами на первом этапе

для включения в расчетную Схему модели:

Схема Москва-реки в пределах МКАД

Агрегированные коллекторы стока

загрязняющих веществ • ЗВ от точечных источников поступают не сразу в реку, а в коллекторы сточных вод, которые примыкают ко всем вершинам графа, кроме конечной• ЗВ частично разлагаются, «пробегая» некоторый путь (равный длине коллектора), прежде чем попасть в реку • скорость «пробега» в первом приближении полагается равной скорости течения воды в примыкающем к коллектору створе реки

5 4

Митино, ниже р.Братовка

Куркино, выше ручья Безымянного

4к

QP ZP

ZW

Фрагмент «агрегированный коллектор»

Условие проведения расчетов в режиме «Калибровка» для биохимической потребности в

кислороде (БПК):

С≡ПДК=3 мг/л,Где С-концентрация ЗВ, ПДК-значение предельно

допустимой концентрация

Название левой вершины Вектор NR L км

LZкм

QP м3/с

ZP г/с

Zw г/с*уч.

1 2 3 4 5 6 7

1. Ниже Рублёво 2. Спасский мост 3. Керосиновый,устье 4. р.Сх,в.Безымянного 5. р.Сх,н. р.Братовки 6. Мост походн. пр-да 7. Мост у Строит. пр 8. Сходня устье 9. Ниже Сходни 10. Соболевский, устье 11. Таракановка, устье 12. р. Филька, устье 13. Ваган.Студенец,уст 14. р.Пресня, устье 15. Бережковский мост 16. Мост Новопеределк. 17. р.Сетунь МКАД 18. Багрицкий мост 19. Аминьевский мост 20. Минский мост 21. р.Сетунь устье 22. Бабьегородс. плот. 23. Б.Москворецк. мост 24. р. Яуза МКАД 25. р.Яуза ул. Широкая 26. р. Яуза Чермянка 27. р. Яуза Лихоборка 28. р.Яуза Яросл. мост 29. р.Яуза Электрозав. 30. р. Яуза устье 31. Б.Краснохолм. мост 32. р. Чура устье 33. р. Котловка устье 34. АМО ЗИЛ 35. Плотина Перерв. 36. р. Нищенка, устье 37. Выше ОКСА 38. Ниже ОКСА 39.я р. Городня устье 40. Выше Бесед. Моста 41. Бесединский мост

2 3 8 5 6 7 8 91011121314152117181920212223302526272829303132333435363738394041

7.9 1.5 0.4 0.5 5.8 1.4 2.1 0.8 5.0 3.9 2.0 2.8 1.4 3.4 0.8 14.0 4.8 1.8 6.0 4.0 6.5 1.9 1.1 0.9 4.3 4.3 3.6 6.0 7.2 1.2 5.4 1.2 1.3 5.5 1.8 1.8 3.7 7.5 0.5 1.0

10101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010

15.0 2.0 1.0 7.0 1.0 2.0 1.0 1.0 2.0 1.0 1.0 1.0 1.0 5.0 2..0 7.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 6.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 3.0 4.0 3.0 1.0 5.0 2.0 4.0 3.0 1.0

35.7 4.8 2.416.3 2.3 4.7 2.4 2.5 5.1 2.4 2.4 2.4 2.412.1 4.817.1 2.6 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.414.0 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.4 2.5 7.610.1 7.3 2.412.7 4.8 9.5 7.3 2.4

3.1 0.7 0.2 0.1 1.0 0.3 0.5 0.9 6.3 3.8 2.0 2.9 1.5 4.1 0.9 3.1 1.6 0.4 1.6 1.2 8.4 2.5 1.5 0.1 0.6 0.7 0.7 1.3 1.7 2.014.9 3.4 3.913.9 3.8 6.1 8.518.1 1.4 2.8

137 400 96.0 124 133

Исходные данные и результаты калибровки мощностей точечных (ZP) и диффузных (Zw) источников ЗВ при условии СБПК≡ПДК=3 мг/л

Левый створ Правый створ Q (м3/с) Z (г/с.)

1. Ниже Рублёво 2. Спасский мост 3. Керосиновый,устье 4. р.Сх,в.Безымянного 5. р.Сх,н. р.Братовки 6. Мост походн. пр-да 7. Мост у Строит. пр 8. Сходня устье 9. Ниже Сходни 10. Соболевский, устье 11. Таракановка, устье 12. р. Филька, устье 13. Ваган.Студенец,уст 14. р.Пресня, устье 15. Бережковский мост 16. Мост Новопеределк. 17. р.Сетунь МКАД 18. Багрицкий мост 19. Аминьевский мост 20. Минский мост 21. р.Сетунь устье 22. Бабьегородс. плот. 23. Б.Москворецк. мост 24. р. Яуза МКАД 25. р.Яуза ул. Широкая 26. р. Яуза Чермянка 27. р. Яуза Лихоборка 28. р.Яуза Яросл. мост 29. р.Яуза Электрозав. 30. р. Яуза устье 31. Б.Краснохолм. мост 32. р. Чура устье 33. р. Котловка устье 34. АМО ЗИЛ 35. Плотина Перерв. 36. р. Нищенка, устье 37. Выше ОКСА 38. Ниже ОКСА 39. р. Городня устье 40. Выше Бесед. Моста

→Спасский мост →Керосиновый,устье→Сходня устье →р.Сх,н. р.Братовки →Мост походн. пр-да→Мост у Строит. пр→Сходня устье →Ниже Сходни →Соболевский, устье→Таракановка, устье →р. Филька, устье →Ваган.Студенец,уст→р.Пресня, устье →Бережковский мост→р.Сетунь устье →р.Сетунь МКАД →Багрицкий мост →Аминьевский мост →Минский мост →р.Сетунь устье →Бабьегородс. плот. →Б.Москворецк. мост→р. Яуза устье →р.Яуза ул. Широкая→р. Яуза Чермянка →р. Яуза Лихоборка →р.Яуза Яросл. мост→р.Яуза Электрозав.→р. Яуза устье →Б.Краснохолм. мост→р. Чура устье →р. Котловка устье →АМО ЗИЛ →Плотина Перерв.→р. Нищенка, устье→Выше ОКСА →Ниже ОКСА → р. Городня устье →Выше Бесед. Моста→ Бесединский мост

15.0 17.0 18.0 7.0 8.0 10.0 11.0 30.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 41.0 43.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 55.0 56.0 57.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 69.0 70.0 73.0 77.0 80.0 81.0 86.0 88.0 92.0 95.0 96.0

45 51 54 21 24 30 33 90 96 99102105108123129 21 24 27 30 33165168171 18 21 24 27 30 33207210219231240243258264276285288

Расходы воды и ЗВ (БПК) при условии калибровки СБПК≡ПДК=3 мг/л

Условие проведения расчетов в режиме «Калибровка»

для нефтепродуктов

С≡ПДК=0.3 мг/л,

где С-концентрация ЗВ, ПДК-значение предельно допустимой концентрация

Из расчетов, соответствующих сценарию «Определение предельно допустимой нагрузки» следует, что на входе в Москву поток нефте-продуктов в основном русле равен 4.5 г/с, а на выходе – 28.8 г/с.

Самоочищение в исследуемой русловой и коллекторной сети равно 5.815 г/с (183.4 т/год), что составляет 21 % от антропогенного или 17 % от общего объёма (природного и антропогенного) ЗВ, поступающего в сеть.

Расчеты, выполненные для нефтепродуктов при k=0.1 сут-1 (что соответствует температуре воды 20ºС), показывают наибольшее по сезонам значение предельно допустимой нагрузки.

Очевидно, что в зимний период, когда скорость распада ЗВ существенно меньше, расчётное значение предельно допустимой нагрузки уменьшится.

Спасибо за внимание!