Конференции ИВТ СО РАН

VII Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (с участием иностранных ученых)

1-3 ноября 2006 года, Красноярск, Россия

Тезисы докладов

Математическое моделирование

Параметрическая идентефикация математической модели формирования качества воды с учетом вторичного загрязнения

Чечин И.В.

Институт динамики систем и теории управления СО РАН (Иркутск)

В настоящее время весьма актуальным становится расчет и прогноз изменения содержания растворенных веществ на устьевых участках водных объектов.

В современной практике прогнозов качества воды методы, основанные на эмпирических зависимостях, постепенно уходят в прошлое, им на смену приходят математические модели, учитывающие в количественной форме основные закономерности формирования стока и загрязнения на водосборе. Вследствие недостаточного информационного обеспечения таких задач, чисто математические модели, основанные на решении уравнений гидродинамики и математической физики, не дают возможности достоверно оценить прогноз качества воды. Эти модели весьма приближенны, так как требуют задания коэффициентов дисперсии, турбулентной диффузии и др., которые заранее часто неизвестны.

В настоящей работе сделана попытка обойти указанную проблему за счет анализа временных зависимостей концентраций загрязнителей только в створах гидрохимических наблюдений. В дальнейшем исходим из того, что створы гидрохимических и гидрологических наблюдений обычно близки по местоположению, поэтому возможно использование гидрологических наблюдений как входных данных гидрохимической модели. Дальнейшее рассуждение основывается на наличии нескольких последовательно расположенных вдоль крупной реки створов гидрохимических и гидрологических наблюдений, но такой подход может быть также достаточно легко обобщен на любую речную сеть и, соответственно, расположение постов.

В рамках работы по разработке математической модели формирования качества воды водотоков была сформирована база данных (БД) для параметрической идентификации модели.

Были выполнены серии прямых замеров на каскаде «р. Вихорева – Усть-Вихоревский залив Усть-Илимского водохранилища» следующих переменных:

- концентрации приоритетных загрязняющих веществ в разных створах в различные фазы водного режима;

- коэффициенты турбулентного перемешивания, коэффициенты продольной и поперечной дисперсии загрязняющих веществ;

- скорости течения в р. Вихоревой;

- разбавляющие расходы р. Вихоревой;

- охарактеризованы укрупнено батиметрия русла и глубины р. Вихоревой.

Изучался интегральный баланс за фиксированный промежуток времени характерный, с точки зрения явления, в целом для системы «р. Вихорева – Усть-Вихоревский залив Усть-Илимского водохранилища» (для Усть-Вихоревского залива период наблюдений, который принимался во внимание, составил 36 лет).

Первичная статистическая обработка и анализ натурных гидрохимических данных, показал отсутствие резких градиентных зон в пространственном среднегодовом распределении загрязняющих веществ на участке от сбросов до устья. С учетом этого факта, при оценке ассимиляционной емкости этой части речной экосистемы (загрязненной) было принято допущение о возможности пространственного осреднения полей распределения загрязняющих веществ. Идущие в экосистеме внутренние перераспределения в водной среде и переотложение осадков в донной части не меняют общего количества загрязняющих веществ в целом в каждой составляющей экосистемы.

В результате задача описания физического переноса примеси существенно упростилась, поскольку в этом случае оказалось возможным ограничиться рассмотрением только процессов переноса на границах рассматриваемой экосистемы.

Формирование вторичного загрязнения обусловлено:

- поступлением в водоток загрязняющих веществ, сорбированных на взвешенных частицах, находящихся в донных отложениях; - на взвесях, попадающих в реку с депонированным стоком.

В первом случае вторичное загрязнение наблюдается в периоды максимального стока за счет взмучивания, диффузии и переноса донных отложений в поток, где происходит десорбция загрязняющих веществ.

Во втором случае загрязнение происходит практически в течение всего года за счет стекания задержанной воды из зон естественной аккумуляции (низкие поймы, болота, старицы), которые были заполнены в периоды паводков и половодья.

Помимо указанных механизмов в явлении вторичного загрязнения участвуют физико-химические процессы, идущие непосредственно в донной и придонной областях водотока.

В результате действия обменных процессов «осаждение - взмучивание взвесей» и физико-химических - «сорбция - десорбция загрязняющих веществ», происходит интенсивное перераспределение загрязняющих веществ, как по длине водотока, так и по времени. Учет этих явлений, особенно при наличии большого количества взвесей (лигнин, органические вещества, волокна) приводит к принципиальному улучшению количественных оценок и качественных представлений о протекающих гео- и гидрохимических процессах по сравнению с традиционными подходами.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии
Обратная связь

[Головная страница]
[Конференции]