Курсова робота
На тему: «Розрахунок максимальної нестачі кисню при органічному забрудненні р. СіверськийДонець»
Одеса-2010
Зміст
Вступ
1 Обгрунтування вибранихпараметрів
1.1 Загальна характеристика р.Сіверський Донець
1.2 Гідрологічний режим р.Сіверський Донець
1.3 Гідрохімічна характеристикар. Сіверський Донець
1.4 Водогосподарськевикористання р. Сіверський Донець
2 Розрахунок максимальноїнестачі кисню при органічному забрудненні р. Сіверський Донець
2.1 Опис методу розрахунку
2.2 Моделювання залежності максимальної нестачі кисню від концентрації БСК5 ташвидкості вітру
2.2.1 Похідні дані для моделювання залежності максимальної нестачікисню від концентрації БСК5 та швидкості вітру
2.2.2 Розрахунки для моделювання залежності максимальної нестачі кисню відконцентрації БСК5 та швидкості вітру
2.3 Прогнозування значення максимальної нестачі кисню в р. Сіверський Донець нанайближчий час
Висновок
Список літератури
Вступ
Середрозчинних речовин, що потрапляють в океан із суші, велике значення длямешканців водного середовища мають не тільки мінеральні, біогенні елементи, алей органічні залишки. Винесення в світовий океан органічної речовини оцінюєтьсяв 300—380 млн т/рік.
Стічніводи, які містять суспензії органічного походження або розчинену органічнуречовину, згубно впливають на стан водойм. Осідаючи, суспензії заливають дно ізатримують розвиток або зовсім припиняють життєдіяльність мікроорганізмів, якіберуть участь у процесі самоочищення вод. При гнитті цих осадів можутьутворюватися шкідливі сполуки й отруйні речовини, такі як сірководень, щопризводять до забруднення усієї води в ріці. Наявність суспензій ускладнюєтакож проникнення світла в глиб води і сповільнює процес фотосинтезу.
Однієюз основних санітарних вимог, що висуваються до якості води, е вміст у нійнеобхідної кількості кисню. Шкідливий вплив мають усі речовини, які так чиінакше сприяють зниженню вмісту кисню у воді. Поверхнево-активні речовини — жири, олії, мастильні матеріали — утворюють на поверхні води плівку, якаперешкоджає газообміну між водою й атмосферою, що знижує ступінь насиченостіводи киснем. Значний обсяг органічних речовин, більшість з яких не властиваприродним водам, скидається в ріки разом із промисловими й побутовими стоками.Інтенсивне забруднення водойм і водостоків спостерігається у всіх промисловихкраїнах. У зв'язку зі швидкими темпами урбанізації і порівняно уповільненимбудівництвом очисних споруд або їхньою незадовільною експлуатацією воднібасейни й ґрунт забруднюються побутовими відходами. Особливо відчутним єзабруднення у водоймах з уповільненою течією або непроточних (водосховища,озера). Розкладаючись у водному середовищі, органічні відходи можуть статисередовищем для патогенних організмів.
Вода,забруднена органічними відходами, стає практично непридатною для пиття й іншихпотреб. Побутові відходи небезпечні не тільки тим, що є джерелом деяких хвороблюдини (черевний тиф, дизентерія, холера), але й тим, що вимагають для свогорозкладання багато кисню. Якщо побутові стічні води надходять у водоймище вдуже великих кількостях, то вміст розчинного кисню може впасти нижче рівня,необхідного для життя морських і прісноводних організмів.
1 Обґрунтування вибраних параметрів
1.1 Загальнахарактеристика р. Сіверський Донець
СіверськийДонець є найбільшою річкою на сході України. Водночас це найбільша притокаДону. Загальна довжина річки становить 1053 км, площа басейну — 98900 км2,середній похил до гирла – 0,00018 (18 см на 1 км) [6, 9].
Українськачастина басейну за своїми розмірами і впливом на стік є головною; її довжинастановить 723 км, площа басейну – 54500 км2 (55 % повної площі водозбору).Останній населений пункт перед виходом річки за межі країни – х. Попівка (222км від гирла).
Назварічки пов’язується з тим, що у верхів’ї її басейну свого часу мешкало плем’я сіверян [14]. Серед місцевих жителів річку найчастіше називають просто Донець.
Річкабере початок на південному схилі Середньоруської височини. Основний напрямокверхньої течії – на південь, нижче м. Змієва – південний схід. Значна частинаправобережжя відноситься до Донецького кряжу.
Уцілому басейну річки притаманна складна геологічна будова. Важливою йогоособливістю є висхідні неотектонічні рухи, які сприяють врізанню річковихдолин, активізації ерозійних процесів. Еродованість території, поширеність ярів- невід’ємні риси басейну річки [8, 10].
Умежах України басейн річки умовно може бути поділений на кілька частин. Перша –розташована в Харківській області. Зазначена територія, хоча і належитьчастково до Лісостепу, але насправді є майже безлісою рівниною. Невеличкіділянки лісів складені з дуба. У південній частині області на правому березіздіймаються пагорби, що часто складені з крейдяних порід. На цій ділянціспостерігаються карстові явища. Наявність карстових порід притаманна і дляосновних притоків: Оскола, Айдару, Деркула.
Втій частині, де до річки притискується Донецький кряж, відмінності між правоюта лівою частинами басейну стають більшими. Лівобережжя тут є рівнинним; що ждля правобережжя, то для нього характерний пагорбовий рельєф. Лівий схилрічкової долини тут здебільшого пологий, правий – високий та крутий. Де-не-дена схилах долини можна побачити виходи корінних порід на поверхню (мергель,крейда). Заплава річки – здебільшого лівобережна; у багатьох місцях вона маєстаричні озера.
Наділянці, де річка тяжіє до Донецького кряжу, вона має доволі значну висотуберегів – у межінь вона становить близько 5 м. На всій цій ділянці вздовжлівого берега до кордону з Росією тягнеться широка смуга лісів (ближче до русла– дуб, далі – сосна). Значною мірою вони мають штучне походження. Деревнарослинність зустрічається і в ярах.
Післятого, як Сіверський Донець полишає Донбас, відмінності між його ліво- іправобережними частинами знову нівелюються.
Основнимтипом грунтів у басейнів Сіверського Дінця є чорноземи – у верхній частинісередньогумусні, у нижній – мало гумусні. Поблизу самої річки на лівому березібільш поширені піщані грунти, на правому – більш важкі щебенчасті [10].
Кліматичніхарактеристики басейну річки мають певні особливості, зумовлені розташуваннямна сході держави. У цілому для термічого режиму притаманна прохолодна зима(інколи холодна) і тепле (інколи спекотне) літо. Зокрема, у Харкові середнябагаторічна (період 1961 – 1990 рр.) температура у січні становить -6,9º,липні 20,3º. У Луганську ці характеристики є такими: -5,9º і21,7º. Басейну Дінця притаманна доволі мала кількість опадів, на рівні 500мм. У Харкові і Луганську середня річна кількість опадів відповідно становить519 і 473 мм [15]. Порівняно з басейнами інших великих річок басейн СіверськогоДінця відзначається переважанням сухих вітрів зі сходу. Тут також меншавідносна вологість повітря (особливо влітку). Звичайно, що ці фактори, неможуть не впливати на умови формування річкового стоку. Модуль стоку в басейніДінця є меншим, ніж, наприклад, у басейні Дніпра.
РуслоСіверського Дінця є доволі покрученим. Його ширина при виході річки на територіюУкраїни (с.Огірцеве) становить 25-30 м, характерна глибина – 1 м. У районі м.Лисичанська (найбільше місто на річці) ширина в межінь становить 60-70 м. В тихмісцях, де русло притискується до високих пагорбів на правому березі, шириназменшується до 50 м. Максимальна глибина русла в межінь становить 2,0 – 2,5 м.Водночас можливі випадки, коли глибина сягає 4 м. Що ж до перекатів, то тутглибина падає до такої, що річку в межінь можна перетнути убрід. Деякезростання розмірів річки відбувається після того, як вона приймає такі важливіпритоки, як Айдар і Деркул.
РуслоДінця здебільшого складено з піску. Де-не-де трапляються виходи корінних порід.У руслі зустрічаються корчі; вздовж берегів доволі часто зустрічається смугаповітряно-водної та водної рослинності.
Водав річці має слабкий зеленуватий відтінок.
Характернимиознаками Сіверського Дінця, що виділяють його з-поміж інших великих річок України,є велика кількість водозабірних споруд, які можна зустріти через кожні кількакілометрів. Значне водоспоживання відповідно супроводжується водовідведенням.На додаток до цього, Сіверський Донець та його притоки приймають великукількість шахтних вод. Ці фактори зумовлюють значний вплив на якісніхарактеристики. Порівняно з іншими великими річками України якість води уСіверському Дінці є найгіршою.
Невисокаякість води у Дінці впливає не тільки на можливість водоспоживання, але й набіологічні ресурси. Риби в річці порівняно мало і вона здебільшого не встигаєдосягти великих розмірів. Причиною цього є періодичні скиди забруднюючихречовин, аварії на очисних спорудах.
Найбільшоюлівою притокою річки є р. Оскіл. Його довжина становить 472 км, площа басейну –14800 км2 [6, 12] (за іншими даними [7] – 14680 км2). Впадає р.Оскіл у Донець в 580 км від гирла.Особливістю Осколу до зарегулювання була значна мінливість стоку. Післякороткої повені більшу частину року водність річки звичайно була невеликою.Нині стік дещо вирівнявся. Серед найбільших лівих притоків також виділяютьсярічки Айдар (довжина – 264 км, площа водозбору – 7420 км2) і Деркул (163 км і5180 км2) [6].
Найбільшоюправою притокою Сіверського Дінця є р. Казенний Торець. Його довжина – 134 км,площа басейну – 5410 км2 [6]. Особливістю цієї притоки є розташування на нійцілої низки промислових міст: Краматорська, Слов’янська, Дружківки. З огляду нацей факт, використання річки (насамперед для промислового водопостачання) єдуже значним. На р. Казенний Торець збудовано кілька водо підпірних споруд, заякими утворено невеличкі водоймища. На жаль, деякі із споруд маютьнезадовільний технічний стан і давно потребують реконструкції.
Р.КазеннийТорець є водоприймачем великої кількості промислових підприємств; її верхів’язнаходиться під впливом шахтних вод. Зазначені фактори не тільки зумовилизначні зміни гідрохімічних характеристик, але й призвели до порушеннятермічного режиму. Річка замерзає лише у суворі зими.
Зінших правих притоків Дінця слід згадати р. Лугань (довжина річки – 198 км,площа водозбору – 3740 км2), на якій розташовано м. Луганськ [12].
1.2 Гідрологічнийрежим р. Сіверський Донець
Тойфакт, що Сіверський Донець упродовж століть широко використовувався длягосподарських потреб, не могло не вплинути на вивченість річки. Тільки в межахУкраїни на ній розташовано 10 водпостів, на яких вимірюються витрати води.Водпостами, які відзначаються найбільшою тривалістю спостережень, є: Зміїв(відстань від гирла – 793 км, площа басейну – 16600 км2), Ізюм (602 км, 22600км2) та Лисичанськ (430 км, 52400 км2). Замикаючим водо постом на річці єКружилівка (263 км, 73200 км2).
З основнихданих про стік Сіверського Дінця випливає, що на в/п Лисичанськ середнябагаторічна витрата води становить 104 м3/с (3,28 км2), при переході річки зтериторії України у Росію (в/п Кружилівка) – 137 м3/с (4,32 км2).
Зважаючина географічне положення річки (схід України), її стік має доволі значнумінливість. Максимальна середня річна витрата води на в/п Лисичанськ становила261 м3/с, мінімальна – 22,5 м3/с.
Фізико-географічнічинники, а також вплив господарювання зумовлюють певні особливості водностірічки по її довжині. Зустрічаються ділянки, де має місце не зростання водності,а її зменшення.
Невеличкепадіння стоку відбувається між водпостами Зміїв і Протопопівка, що розташованівідповідно в 793 і 650 км від гирла. Більш значне зменшення стокуспостерігається на ділянці Єремівка – Райстародубівка (573 і 510 км).
Упершому випадку факт зменшення стоку може бути пояснений розташуванням назазначеній ділянці карстових порід. Певну роль відіграє і господарськадіяльність, зокрема, підпитка водойми-охолоджувача Зміївської ТЕС. Щостосується ділянки річки між водопостами Єремівка – Райстародубівка, то в цьомувипадку чинником, що зумовлює зменшення водності, є відбір у води у каналСіверський Донець – Донбас. Перевищення відбору над припливом інколи має місцеі на ділянці Райстародубівка – Лисичанськ.
Помітнезростання водності Сіверського Дінця спостерігається на ділянці Протопопівка –Ізюм. Зазначений факт насамперед зумовлений тим, що саме на цій ділянці в річкунадходить вода з каналу Дніпро – Донбас. Зокрема, цим каналом 1998 р. у басейнДінця подано 120 млн.м3 води, що відповідає витраті близько 4 м3/с [3].
Увнутрішньорічному розрізі своєю водністю виділяється весняна повінь. Вонаспостерігається зазвичай з початку березня до середини травня. Незважаючи накороткочасність, упродовж повені проходить 2/3 річного стоку річки.
Пікповені зазвичай спостерігається наприкінці березня – початку квітня. В окремівесни інтенсивність підйому може сягати 1 м за добу. Середня багаторічнавитрата, що відповідає піку повені на в/п Лисичанськ становить 1100 м3/с.
Максимальнавитрата води, що будь-коли спостерігалася на в/п Лисичанськ, становить 3310м3/с, мінімальна – 3,90 м3/с. Амплітуда коливань рівня води на українськійділянці річки сягає 7-9 м.
ДляСіверського Дінця притаманний доволі значний стік наносів, що зумовленорозчленованістю рельєфу, великою розораністю, малою лісистістю. Середнійбагаторічний стік завислих наносів на в/п Лисичанськ становить 0,52 млн т,мутність – 170 г/м3.
Востанні десятиліття завдяки регулюванню стоку, а також надходженню води із-замеж басейну гідрологічний режим річки дещо змінився.
Основнимичинниками впливу на стік води є його використання незліченними водоспоживачами.З річки беруть початок канал Сіверський Донець – Донбас, водовід на Харківтощо. У річку також надходить вода каналом Дніпро – Донбас. Інший чинник –скидання у правобережні притоки шахтних вод. За цих умов оцінка природногостоку річки, що спостерігався б в непорушених умовах, — вкрай складна задача,що може бути вирішена лише наближено [11].
Результатомвпливу господарської діяльності на гідрологічний режим Дінця стало те, щозмінилися не тільки стокові характеристики річки, але й режим рівнів води. Цяобставина має бути згадана тому, що в природних умовах заплава річкизатоплювалася частіше, ніж нині. Зміни рівневого режиму зумовили зменшенняповторюваності виходу води на заплаву і відповідно підживлення підземних вод.
1.3 Гідрохімічна характеристика р. Сіверський Донець
Гідрохімічнийрежим Сіверського Дінця визначається як природними характеристиками басейну,так і значним впливом господарської діяльності.
Особливістюрічки, що відрізняє її від інших великих річок України, є те, що її басейн маєпорівняно малу зволоженість. Ґрунти, поширені в басейні, мають підвищений вмістводорозчинних солей. Водночас у річку потрапляють ґрунтові води, що такожвідзначаються великим солевмістом. У цілому природні чинники зумовлюють доволівисоку природну жорсткість (твердість) води.
Гідрохімічнийрежим Сіверського Дінця істотно залежить від впливу антропогенного фактору.Згідно з даними Держводгоспу України, у річку у 1998 р. після водокористуваннявідведено 1,18 км3. Разом із стічними водами було скинуто: сухий залишок – 1,19млн т, сульфати – 304 тис.т, хлориди – 236 тис.т, нафтопродукти – 338 т, феноли– 2,0 т, залізо – 234 т.
Окрімскидів, на якість води в річці впливає ще ряд чинників, які важко піддаютьсякількісному обрахунку. Достатньо лише згадати про існування в Донбасі великоїкількості фільтруючих накопичувачів, відстійниках та звалищ. За цих обставин недивно, що якість води у Дінці є найгіршою з-поміж інших великих річок України.
Надходженнясолей у річку сприяє навіть робота каналу Дніпро – Донбас. Адже траса каналучастково проходить по руслу р. Берека, для якої притаманний високий вмістсульфатів у грунтах.
Помірночистою вода в річці є лише у верхній течії. У напрямку до гирла відбуваєтьсязростання мінералізації, а також забруднення. Середні значення мінералізації наокремих ділянках у 1997-1998 рр. були такими: Чугуїв – Зміїв – 750, Ізюм –900-950, Лисичанськ – Кружилівка – 1200-1300 мг/л [5].
Значнепогіршення якості у Сіверському Дінці відбувається нижче впадіння КазенногоТорця, а також нижче Лисичансько – Рубіжанського промвузла (тут такожзнаходиться м. Сєверодонецьк). На р. Казенний Торець, окрім цілої низки доволізначних населених пунктів, розташований Краматорський металургійний комбінат, атакож Новокраматорський машинобудівний завод (НКМЗ). Чинником впливу на якістьводи у річці є фільтрація води з накопичувачів Слов’янського содового заводу.Фактично вже нижче гирла Казенного Торця вода в Сіверському Дінці стаєнепридатною для питного споживання.
Середпромислових підприємств, які знаходяться у Лисичанському, можна згадати завод«Лисичанська сода» (про її вплив на річку йшлося у третьому розділі),нафтопереробний завод «Линос», завод гумотехнічних виробів, два склозаводи. УРубіжному знаходиться завод «Барвник», у Сєверодонецьку – «Об’єднання Азот».
Великийобсяг вимірів якісного стану, що здійснюється на Дінці, свідчить про те, щовода тут є забрудненою. Зокрема, середній вміст нафтопродуктів нижче заводу«Лисичанська сода» у 1997-1998 рр. становив 0,24 мг/л, що майже в 5 разів вищеГДК. Перевищення ГДК має місце по вмісту СПАР (0,13 мг/л), фенолам (0,004мг/л), міді (0,01 мг/л) тощо. Водночас можна констатувати, що в останні рокиякісний стан води стабілізувався (табл.1.1) [4].
Таблиця1.1. Гідрохімічна характеристика води у Сіверському Дінці (в/п Лисичанськ нижческиду заводу «Лисичанська сода») у 1990-1991 і 1997-1998 рр.Характеристика Концентрація (мг/л) 1990-1991 рр. 1997-1998 рр. Кисень 8,16 8,84 Хлориди 320 328 Сульфати 312 230 Сума іонів 1308 1286 БСК5 3,87 4,99 Іони амонію 1,83 0,406 Нітрит. іони 0,118 0,079 Нітрат. Іони 11,8 2,02 Фосфор 0,22 0,7 Мідь 0,021 0,01 Цинк 0,072 0,05 Марганець 87,1 93,9 Феноли 0,01 0,004 Нафтопродукти 0,13 0,24 СПАР - 0,13
Данітабл. 1.1 свідчать про деяке поліпшення газового режиму Дінця; водночас можебути відзначене зменшення концентрацій сполук азоту, важких металів.
Деякеполіпшення відзначається і в бактеріологічному стані річки, про що свідчатьдані Лисичанського водоканалу та санітарно-епідеміологічної станції м.Лисичанська. Якщо на початку 90-х років кількість бактерій в 1 мл водистановила 30-50 тис., то у 1996-1998 рр. вона зменшилася на порядок.
Завдякиполіпшенню газового режиму та бактеріологічного стану склалися більш комфортніумови для існування іхтіофауни басейну Сіверського Дінця, зокрема, зменшилисягрибкові та інфекційні захворювання риби, зменшилась евтрифікація водойм. Однак,кількість викидів численних підприємств, що значно перевищують ГДК, унеможливлюютьрозвиток рибного господарства на річці.
1.4 Водогосподарське використання р. Сіверський Донець
Середвеликих річок України водогосподарське використання Сіверського Дінцяпоступається лише Дніпру. Що ж до використання річки порівняно з її стоком, товоно є найбільшим.
Основніпоказники водоспоживання з річки в межах України відповідно до данихДержводгоспу наведено у табл.1.2.
Таблиця1.2. Водоспоживання (км2) у басейні Сіверського Дінця в Межах УкраїниПоказники 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 Забір води 3,91 3,86 3,76 3,57 3,74 3,26 3,00 2,55 2,25 Використано води 3,41 3,55 3,23 3,00 3,20 2,76 2,40 1,96 1,57 Безповоротне водоспоживання 1,57 1,51 1,54 1,63 1,77 1,48 1,41 1,11 1,07 Скинуто 2,34 2,34 2,22 1,94 1,97 1,78 1,59 1,44 1,18
Порівнянняданих, наведених у табл.1.2, зі стоковими характеристиками Сіверського Дінцясвідчить про те, що водоспоживання з річки в свій час було близьким дорічкового стоку і лише в останні роки стало дещо меншим. Що ж до обсягівводовідведення, то ще на початку 90-х років воно перевищувало 50% середньогорічного стоку. В окремі ж роки частка води, що вже була використана, 70%.
Іззагального обсягу води, що була використана у 1997 р. (1,96 км3), часткаокремих споживачів становила: господарчо-питні потреби – 51%, виробничі – 40%,зрошення – 4%, сільгоспводопостачання – 4%. Приблизно такою ж залишилосяспіввідношення у 1998 р., хіба що об’єм використаної води зменшився до 1,57 км3.
Значневодокористування Сіверського Дінця починається ще у верхів’ї річки в межах Росії – тутрозташована низка перегороджуючи споруд. На цій ділянці Донець та його притоки(р.Оскіл) приймають води, що відкачуються при видобутку залізної руди. Майжемежує з Україною Бєлгородське водосховище (його об’єм 76 млн. м3), що маєкомплексне використання. Після того, як річка опиняється в межах України, вонана значній довжині (65 км) являє собою Печенізьке водосховище. Площа дзеркалаводосховища – 86,2 км2, повний об’єм – 383 млн м3. З водосховища поблизу с.Старий Салтів бере початокводовід на Харків. Дещо нижче від гідровузла на правому березі річки поблизус.Кочеток бере початок інший водовід (його пропускна здатність 8,6 м3/с), щослугує для забезпечення питних потреб міста. У 1997 р. ним було передано 232млн. м3 води.
Нижчепо течії у Сіверський Донець впадає р.Уди, що є основним водоприймачем стічнихвод м.Харкова. Тільки 1997 р. у річку відведено 279 млн. м3 води [13].
Об’єктом,що забирає воду із Сіверського Дінця, є Зміївська ТЕС, розташована поруч зоз.Лиман (воно і є водоймою-охолоджувачем). Підпитка водойми здійснюється зДінця; в річку ж відводиться вода під час «продувки» водойми.
Умежах Харківської області розташоване і найбільше в басейні річкиЧервонооскільське водосховище на р.Осколі. Одна із цілей його створення –поповнення стоку Сіверського Дінця у посушливі місяці року, коли природнівитрати води в річці не в змозі покрити потреби каналу Сіверський Донець –Донбас.
Помітноюгідротехнічною спорудою на Сіверському Дінці є розташована неподалік відСлов’янська Райгородська гребля, збудована у 1958 р. у комплексі з водозаборомканалу Сіверський Донець – Донбас. Гребля споруджена з метою підйому води врічці регулювання рівня на вході у канал. Основні характеристики греблі єтакими: довжина – 120 м, кількість прольотів – 6, ширина прольотів – по 16 м.Санітарні витрати води на греблі взимку дорівнюють – 14-16 м3/с, влітку – 25м3/с.
КаналСіверський Донець – Донбас бере початок на правому березі річки трохи вищеРайгородської греблі. Ще донедавна забір води в канал становив 1,0 км3. Востаннє десятиліття водозабір дещо зменшився, зокрема, у 1998 р. з річкизабрано 794 млн. м3.
ВищеРайгородської греблі, але вже на лівому березі річки бере початок ще кількаводопровідних об’єктів. Зокрема, тут знаходиться один із двох водозаборів Західноїфільтрувальної станції (ЗФС), що була збудована у 1993 р. Від водозабору водаподається до селища Білогорівки, розташованого трохи нижче по течії. Тутзнаходиться другий водозабір ЗФС. Залежно від обставин, зокрема забрудненості річки,більше використовується то один, то другий водозабір. Після очистки на очиснихспорудах вода подається для потреб міст Лисичанська, Первомайська, Кіровська [1].
Трохинижче від місця впадіння в Сіверський Донець р.Казенний Торець вода забираєтьсядля технологічних потреб Слов’янської ТЕС.
Наприлеглій ділянці річки беруть початок і кілька водопровідних об’єктів: ДругийДонецький водовід (його довжина – 150 км), Південно — Донбаський водовід тощо.
Великакількість водогосподарських об’єктів розташована нижче Лисичанська. Приблизно в 20 км від містазнаходиться – Світличанський водозабір. Сюди ж доходить трубопровід із Західноїфільтрувальної станції. Звідсіль вода подається для водопостачання м.Стахановата ще кількох населених пунктів, розташованих на правому березі Дінця.
Слідзазначити, що в багатьох випадках використання води для питних потребздійснюється з річки лише частково. Звичайно до води, що забирається з Дінця,додається вода з підземних джерел. У більшості випадків забір здійснюється зродовищ підземних вод, що розташовані на лівому березі.
Щобуникнути надмірного спрацювання запасів підземних вод, виконується їхпідпитування. Для цього проводиться ціла низка заходів. Одним з них є підкачкаводи з Дінця. Таким способом підживлюється одне з найбільших заплавних озер –Боброве, що знаходиться на лівому березі річки нижче м.Лисичанська. Ще одинспосіб полягає в розкритті дамб під час повені і їх відновленні після їїпроходження. Нарешті, на Сіверському Дінці 1993 р. знайшов поширення такийзахід, як штучний паводок. Сутність заходу полягає в організації скиду води зПеченізького, Червонооскільського та Червонопавлівського водосховищ (останнєвходить у водогосподарський комплекс Дніпро – Донбас) з тим, аби хвилі підйомунаклалися одна на другу і зумовили затоплення заплави. Реалізація паводкувиконується із врахування гідрометеорологічної ситуації – тоді, коли на річціпроходить водопілля.
Середважливих промислових об’єктів у нижній течії річки слід згадати Луганську ТЕС,що також використовує воду з річки.
Окрімтого, що вода із Сіверського Дінця широко використовується для задоволенняпромислових та господарчо-питних потреб, певну роль відіграє забір води назрошення. Основні водозабори розташовані нижче м.Лисичанська. Зокрема, на ційділянці розташовані водозабори цілої низки невеличких зрошувальних систем:Литвинівської, Должанської, Кримської, Раєвської, Ново-Аннівської,Кружилівської, Краснодонської, Молодогвардійської, Суходольської. У ціломупотужність зазначених водозаборів є малою: на рівні 1-2 м3/с. В останні рокичерез вихід з ладу частини обладнання, інші чинники забір води на зрошеннязменшився. Водночас, з огляду на численність зрошувальних систем, вониспроможні зумовлювати певний вплив на водність річки, насамперед у посушливімісяці.
Іншівиди господарського використання Сіверського Дінця: в гідроенергетиці, длясудноплавства – використання не знайшли. На самій річці нема жодної ГЕС. Можебути згадана порівняно невелика Червонооскільська ГЕС, що збудована нар.Осколі. Її потужність – 3,7 тис.кВт.
Щодотранспортного використання річки, то в межах України судноплавство відсутнє. Цезумовлено порівняно малими розмірами річки, наявністю в руслі виходів коріннихпорід, поширеністю корчі. Фактично на річці неможливо зустріти навіть моторнийчовен. У кількох місцях існують лише поромні переправи.
Якуже зазначалося, Сіверський Донець є доволі бідним на рибні ресурси. Більшбагатими на рибу є розташовані на річці водосховища, насамперед –Червонооскільське.
Востанні роки значно зменшилося використання річки для рекреації. Більшістьбудинків для відпочинку, таборів для дітей, що стоять на берегах річки(насамперед на правому березі) не працюють. Причина цього – важкий економічнийстан більшості підприємств Донбасу.
Останнімчасом ситуація з водогосподарським комплексом, що склався у Сіверському Дінці,свідчить про зростаючу небезпеку техногенних аварій. У багатьох підприємствнема коштів для належного утримання гідротехнічних об’єктів, очисних споруд. Деякіз перегороджуючих споруд на річках басейну залишилися без нагляду, деякі –списані з балансу. Зустрічаються випадки, коли розпочате будівництво якоїсьгреблі так і не завершено. Зокрема, здійснена розчистка русла р.Казенний Торецьна пропуск повені 1% — вої забезпеченості фактично не доведена до кінця,оскільки перегороджувальні споруди не реконструйовані.
2 Розрахунок максимальноїнестачі кисню при органічномузабрудненні р. Сіверський Донець
2.1 Опис методу розрахунку
Увипадках забруднення річкової води органічними відходами, розкладання відходіввідбувається під дією бактерій, що використовують розчинений у воді кисень. Концентрацієювідходів вимірюють біохімічним споживанням кисню (БСК), що являє собоюкількість кисню на одиницю об’єму води, необхідної для розкладання відходів.Одиниця виміру БСК – кількість кисню в мг/дм3.
Швидкістьрозкладання відходів пропорційна їх концентрації за умови, що у воді присутнядостатня кількість кисню для підтримки процесу. Для опису БСК використовуємосимвол В, і швидкість розкладання відходів виразимо формулою:
/> , (1)
де k1 – постійна добору кисню, вимірюється в одиницях 1/д. Привідсутності відходів концентрація кисню коливається біля рівноважного значення ср:
/> , (2)
Принаявності відходів реальна концентрація кисню с буде нижче рівноважної ізниження концентрації кисню D визначається як:
/> , (3)
ЗміннаD може збільшуватися згодом внаслідок окислювання відходів ізменшуватися внаслідок поглинання кисню поверхнею води:
/> , (4)
деперший член у правій частині рівняння характеризує процес окислювання відходів,а другий член аерацію; k2 є коефіцієнт аерації івимірюється в одиницях з розмірністю 1/д.
/>, (5)
w – швидкість вітру, м/с; h – середня глибина, м; u – середня швидкість течії, м/с
Спільнерозв’язання рівнянь (1,4) дає:
/> , (6)
де В– концентрація БСК і D0 – початкове зниження концентрації кисню в момент часу t=0.
Якщоза течією річки розташовано кілька скидів відходів виробництва, то виникаєпитання: яке максимальне збідніння води киснем спостерігається в річці.
Максимальнунестачу кисню Dмакс можна визначити,дорівнюючи похідну величини D, заданої рівнянням (6), нулю:
/> , (7)
де В – біохімічна потреба кисню в потоці і D– зниження концентрації кисню,обумовлене наявністю джерел забруднення у верхній течії річки [2].
2.2 Моделювання залежності максимальної нестачі кисню відконцентрації БСК та швидкості вітру
2.2.1 Похідні дані для моделювання залежності максимальної нестачікисню від концентрації БСК та швидкості вітру
Дляподальших 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
Приймемоk1=1 (1/д), а D=2 (мг/л)
2.2.2 Розрахунки для моделювання залежності максимальної нестачікисню від концентрації БСК та швидкості вітру
1) Длямоделювання залежності максимальної нестачі кисню від концентрації БСКприймаємо w=3,5 м/с. Таким чином, при розрахунку коефіцієнту аерації, маємо:
/>
/>, 1/д
Розрахуємозначення максимальної нестачі кисню, враховуючи дані, які ми отримали:
/>
/>
Почерговопідставляючи значення В з таблиці 2.1 отримаємо наступні значення Dмакс:
Табл.2.2. Залежність значення максимальної нестачі кисню від концентрації БСКВ, 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
Задопомогою отриманих даних побудуємо графік:
Рис. 3.1. Залежність максимальної нестачі кисню від концентрації БСК
/>
2) Длямоделювання залежності максимальної нестачі кисню від швидкості вітру приймаємоВ=10 мг/дм3. Таким чином, при розрахунку коефіцієнту аерації, підставляючипо черзі значення w з табл. 2.1, маємо:
/>
/>, 1/д
Потім використаємо отримані значення коефіцієнту аерації длярозрахунку максимальної нестачі кисню:
/>
/>
Такимчином отримаємо наступні дані:
Табл.2.3. Залежність значення максимальної нестачі кисню від швидкості вітруw, 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
Такимчином отримаємо дані, що демонструють ступінь залежності максимальної нестачікисню від швидкості вітру.
Задопомогою отриманих даних побудуємо графік:
Рис.3.2. Залежність максимальної нестачі кисню від швидкості вітру
/>
Залежністьмаксимальної нестачі кисню, розрахована для комплексного впливу концентраціїБСК та швидкості вітру на графіку буде виглядати наступним чином:
Рис.3.3. Залежність максимальної нестачі кисню, розрахована для комплексного впливуконцентрації БСК та швидкості вітру
/>
2.3 Прогнозування значення максимальної нестачі кисню в р.Сіверський Донець на 2010 рік
Заданими Гідрометцентру України для даного участку характерна швидкість вітру w=3,5м/с. А згідно з даними Вишневського В.І., глибина біля 2 м і швидкість течіїбіля 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
Маючидані багаторічного спостереження, розрахуємо максимальну нестачу кисню вр.Сіверський Донець за період з 1985 — 2008 рр.
/>, 1/д
/>
Зробившинеобхідні 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
Маючинеобхідні дані, можемо побудувати графік, який відображає зміни максимальноїнестачі кисню за період з 1985-2008 рр.
Рис.3.4. Графік зміни показнику максимальної нестачі кисню за період з 1985-2008рр.
/>
Дослідившипоказники БСК минулих років, з’являється можливість спрогнозувати цей показникна 2010 р… Для цього проаналізуємо головні чинники, що впливають на БСКдосліджуваної території: промисловий комплекс та демографічна ситуація уЛуганській, Донецькій та Харківській областях.
Нажаль,в останні роки в Україні показник смертності значно перевищує показникинароджуваності, що в свою чергу призводить до зменшення кількості населення. Порезультатам прогнозів спеціалістів-соціологів і в 2010 р. буде триватитенденція до зменшення кількості населення, зокрема в Луганській, Донецькій таХарківській областях. Таким чином, можемо зробити припущення, що рівеньзабруднень, які є продуктами життєдіяльності людини буде зменшуватись.
Оскількиінформації щодо припинення діяльності або ліквідації підприємств, що на цей часфункціонують у районі басейну р.Сіверський Донець чи створюванні новихпромислових об’єктів не надходило, можемо зробити висновок, що рівеньпромислових викидів залишиться на тому ж рівні, яким він є на даний момент.
Походячиз даних, що маємо можемо зробити висновок, що рівень концентрації БСК будезменшуватись, у зв’язку з чим зменшиться і показник максимальної нестачі киснюі він не буде перевищувати 7 мг/дм3.
Рис.3.5. Графік зміни показнику максимальної нестачі кисню за період з 1985-2010рр.
/>
Висновок:
Вході цієї курсової роботи ми визначили, що однією з характеристик кисневогорежиму водного об’єкту є максимальна нестача кисню. Вона виражає різницю міжрівноважною та фактичною концентрацією кисню.
Такожми визначили, що максимальна нестача кисню прямо пропорційно залежить відконцентрації БСК та швидкості вітру. У зв’язку з тим, що показники БСК можутьзмінюватись у діапазоні ширшому за зміни швидкості вітру, то й коливанняпоказників максимальної нестачі кисню більше залежать амплітуди коливаньконцентрації БСК.
Завдякирозумінню чинників, які впливають на значення максимальної нестачі кисню, можнаспрогнозувати його на найближчий час. Найбільш суттєвим чинником є концентраціяБСК, яка в свою чергу відображає рівень органічних забруднень водного об’єкту.Органічні забруднення виникають, в основному як викиди з промислових об’єктів,підприємств, сільського господарства та побічних продуктів життєдіяльностінаселення. Якщо проаналізувати ці основні чинники, то можемо зробити висновкипро те, як показник максимальної нестачі кисню буде змінюватись з часом. Унашому випадку рівень максимальної нестачі кисню на р.Сіверський Донець у 2010р. не повинен перевищувати 7 мг/дм3.
Список літератури:
1. Бабич М.Я., Вишневський В.І. Водогосподарське використаннявеликих річок України // Меліорація і водне госп-во. – 1996. – Вип.82.–С.65-76.
2. Бєлов В.В. Збірник до практичних робіт з дисципліни«Математичне моделювання гідроекологічних систем». – 2006. – 22с.
3. Вишневський В.І. Про зміни клімату і стоку річок в Україні // Меліораціяі водне господарство. – 1996. Вип.83. – С.72-81
4. Вишневский В.И., Казимир И.И. Гидрохимические характеристикинизовьев крупныхрек Украины // Гидрохимические материалы. — 1994. – Т.113. – С.31-43.
5. Горєв Л.М., Пелешенко В.І., Хільчевський В.К. ГідрохіміяУраїни. –К.: Вища школа, 1995. -308 с.
6. Данилишин Б.М., Дорогунцов С.І., Міщенко В.С. і др. Природно –ресурсний потенціал сталого розвитку України. –К.: РВПС, 1999. -716 с.
7. Материалы по типизации рекУкраинской ССР / Н.И.Дрозд. –К.: Изд-во АН УССР, 1953. -349 с.
8. Палиенко В.П. Новейшая геодинамика и её отражение в рельефеУкраины // К.: Наукова думка, 1992. -116 с.
9. Природа Украинской ССР. Моряи внутренние воды / Под ред. В.Д.Романенко. –К.: Наук. думка, 1987. -224 с.
10. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т.6. Украина и Молдавия.Вып.3. Бассейн Северского Донца и реки Приазовья / Под ред. М.С.Каганера. –Л.:Гидрометеоиздат, 1967. -492 с.
11. Симов В.Г. Гидрология устьев рек Азовского моря. –М.:Гидрометеоиздат, 1989. -328 с.
12. Справочник по водным ресурсам СССР. Т.VIII. Украинская ССР. Ч.2 / Подред. М.С.Каганер. –К.: Изд-во АН УССР, 1955. -657 с.
13. Хільчевський В.К.Водопостачання і водовідведення. Гідроекологічні аспекти. –К.: ВЦ «Київськийуніверситет», 1999. -319 с.
14. Юденич О.М. По річках України. –К. Радянська школа, 1968. -304 с.
15. Climatological Normals(CLINO) for the period 1961-1990. –Geneva, WMO. -№ 847, 1996. -768 p.