Н.Н. Лаптев
РАСЧЕТЫ ВЫПУСКОВ
СТОЧНЫХ ВОД
строииздат
ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Н. Н. ЛАПШЕВ
РАСЧЕТЫ ВЫПУСКОВ
СТОЧНЫХ ВОД
МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1977
УДК 628.394.001.24
Печатается по решению секции литературы по инженерному
оборудованию редакционного совета Стройиздата.
Лапшев Н. Н. Расчеты выпусков сточных вод. М.» Стройиз-
дат, 1977. 87 с. (Защита окружающей среды).
Изложены современные представления о процессах разбав-
ления сточных вод в реках, озерах, водохранилищах и морях.
Приведены основные методы расчета кратности разбавления и
условий сброса сточных вод в водотоки и водоемы. Даны при-
меры конструктивных решений выпусков сточных вод и их оголов-
ков, а также методика гидравлического расчета этих конструкций.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических
работников проектных и научно-исследовательских организаций.
Табл. 5, рис. 34, список лит.: 19 назв.
30210—367
л 047(01)-77	128-77
© Стройиздат, 1977
ПРЕДИСЛОВИЕ
Прогрессирующее загрязнение поверхностных вод, наблюда-
ющееся в мире, угрожает здоровью населения и пагубно влияет
на жизнь в водной среде. В настоящее время загрязнены от-
дельные участки рек, прибрежные зоны озер, водохранилищ и
морей.
В нашей стране партия и правительство постоянно проявля-
ют заботу об охране природы и, в частности, о сохранении чи-
стоты поверхностных водоемов. Так, рациональному использо-
ванию и охране поверхностных и подземных вод посвящены два
закона, принятых Верховным Советом СССР: «Основы водного
законодательства Союза ССР и союзных республик» и «Основы
законодательства Союза ССР и союзных республик о здравоох-
ранении».
В «Основных направлениях развития народного хозяйства
СССР на 1976—1980 годы», принятых на XXV съезде КПСС,
предусмотрены разработка и осуществление мероприятий по
охране окружающей среды, рациональному использованию и
воспроизводству природных ресурсов.
Загрязнение и самоочищение вод — это два взаимосвязанных
процесса, возникающих в результате хозяйственной деятельно-
сти человека, а также вследствие естественного поступления
загрязняющих веществ в водотоки и водоемы. Производствен-
ные и коммунальные сточные воды, сбрасываемые в реки, озера,
водохранилища и моря, вносят существенное изменение в ре-
жим водной среды, нарушая нормальную жизнедеятельность
растительных и животных организмов. В итоге в водоемах воз-
никает процесс самоочищения, под которым понимают комп-
лекс процессов, приводящих к уменьшению концентрации за-
грязняющих компонентов и к восстановлению естественного об-
лика водного объекта.
Многогранность, комплексность факторов и малая изучен-
ность процессов превращения загрязнений, вносимых со сточ-
ными водами, являются причиной того, что до настоящего вре-
мени эта проблема не решена еще полностью.' Поэтому при рас-
смотрении динамики загрязнений в поверхностных водоемах в
первую очередь обращается внимание на процесс разбавления
как на основной фактор, определяющий снижение концентраций
загрязнений в водной среде.
Настоящая работа написана на основе многолетних иссле-
дований автора по созданию методов расчета выпусков и уста-
новлению закономерностей процесса перемешивания сточных
вод с водами водотоков и водоемов. Здесь же приведены и не-
которые другие методы, хорошо зарекомендовавшие себя иа
1*(0,б) Зак. 532	3
практике. Выбор материала определялся в основном теми зада-
чами, которые ставятся при проектировании очистных сооруже-
ний и сброса сточных вод в водотоки и водоемы. Иные методы
расчета разбавления сточных вод в реках, озерах, водохранили-
щах и морях можно найти в материалах Всесоюзных симпозиу-
мов по вопросам самоочищения водоемов и смешения сточных
вод.
Поскольку работа, посвященная данному вопросу, издается
впервые, автор с искренней благодарностью примет все замеча-
ния и пожелания, направленные на улучшение качества книги
при ее возможном переиздании.
ГЛАВА 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РАЗБАВЛЕНИЯ
СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОТОКАХ И ВОДОЕМАХ
1.1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
Разбавление сточных вод — процесс снижения концентраций
загрязняющих веществ в водотоках и водоемах, протекающий
вследствие перемешивания сточных вод с окружающей водной
средой. Интенсивность процесса разбавления количественно
характеризуется кратностью разбавления, которая равна отно-
шению суммы расходов сточных вод Qo и окружающей водной
среды Q к расходу сточных вод:
Q + Qo
(1.1)
или отношению избыточных концентраций загрязнений в месте
выпуска к аналогичным концентрациям в рассматриваемом' се-
чении:
где Со, Сю С — концентрации загрязняющих веществ соответственно в
очищенных сточных водах, в водном источнике до выпуска сточных вод и в
рассматриваемом сечении, мг/л.
Для водотоков выражение (1.1) .записывают еще в виде
где у — безразмерный коэффициент смешения, показывающий, какая часть рас-
четного расхода водотока участвует в смешении, при этом где QB—
расчетный расход водотока.
Распространение примесей обычно происходит в направле-
нии господствующих течений, и в этом же направлении крат-
ность разбавления имеет тенденцию к увеличению. Так, в на?
чальном сечении /месте выпуска) кратность разбавления равна
единице (Q=0, или С=Со), а затем, по мере увеличения рас-
ходов жидкости, концентрация снижается, а кратность разбав-
ления растет. В пределе, когда в процесс перемешивания вовле-
каются все возможные для данного водного объекта расходы
воды, наступает полное перемешивание.
Значение концентрации загрязнений после полного переме-
шивания сточных вод нетрудно получить из следующих сообра-
жений. В водоем или водоток за интервал времени df со сточ-
ными водами поступит количество загрязнений, равное CoQodf,
и с водами притоков — равное 2CBQBdf.
2 Зак. 532
5
Допуская полное перемешивание сточных вод с окружаю-
щей водной средой, получим количество загрязнений, выходя-
щих из рассматриваемого водного объекта за тот же интервал
времени C(Q0+SQb — Qn)df (здесь Qn— потери расхода воды
без уноса вещества, например испарение и др.). Кроме того,
часть загрязняющих веществ будет накапливаться в объеме во-
доема или водотока; за рассматриваемый период это количество
составит WdC (где W— объем водотока или водоема).
Составляя баланс по загрязняющим веществам, имеем
CoQod/ + 2CBQBd/-C(Qo4-2QB-Qn) d/4-lFdC = 0,-	(1.4)
а разделив переменные и интегрируя по времени от 0 до t и по
концентрации от Св до С, получим после простейших преобразо-
ваний
п Со Qo + 2 Св QB Г / Qo + 2 QB Qn Д | .
с-вГ+sa-a, I’ -еч> Г-w-'JJ+
+с,еч,(й+^а
(1.5)
Полученное выражение и определяет значение концентрации
загрязнений в произвольный момент времени при условии пол-
ного перемешивания сточных вод.
Проанализируем выражение (1.5) в применении к различ-
ным водным объектам. В водотоках (реки, каналы и т. п.) объ-
ем воды W намного меньше объема стока (Qo+SQb — Qn) t а
величина Qn настолько мала, что ею можно пренебречь. В этом
случае аргумент показательной функции стремится к бесконеч-
ности, а сама функция—к нулю. Указанное -позволяет преобра-
зовать выражение (1.5) к известному соотношению
__Ср Qo + S Св QB
Qo + 2 Qb
(h6)
которое определяет среднюю концентрацию загрязнений в водо-
токе в створе полного перемешивания.
В случае проточных озер и водохранилищ отношение объема
воды в водоеме к среднему многолетнему стоку представляет
собой период полного обмена воды
Подставляя это значение в выражение (1-5), получим
с = (Со Qo + 2 CBQB) -5- Г1 - exp	^-Y| + Св exp	(1.8)
W L \ Ре / J	\ Рб /
Поскольку в дальнейшем мы будем иметь дело в основном
с установившимся распространением концентраций, а из зави-
симости (1.8) следует, что стационарное значение концентрации
будет иметь место лишь при t—>-оо, следует ограничить время
6
и значение концентрации определенной, достаточной для практи-
ческих расчетов точностью. Можно положить значение показа-
тельной функции равным нулю в том случае, когда /^4Рб, т. е.
считать процесс распределения концентраций установившимся,
если время поступления сточных вод превышает время четырех-
кратного периода обмена воды в водоеме. Уравнение (’1.8) в
этом случае принимает вид
C=(C0Q0 + SCBQB)₽6/IF.	(1-9)
В морях объем воды значительно превышает объем стока,
следовательно, аргумент показательной функции стремится к
нулю, а сама функция — к единице. Таким образом, в условиях
полного перемешивания концентрация загрязнений стремится
к фоновой, т. е. С—>СВ. Для практических расчетов можно
принять
С = СВ.	(1.10)
Участок водоема или водотока от места выпуска сточных
вод до сечения, где произойдет их полное перемешивание, услов-
но разделяют на три зоны (рис. 1.1). Первая зона — начальное
разбавление. Здесь процесс разбавления происходит вследствие
Рис. 1.1. Схема распространения сточных вод в водотоке
увлечения окружающей жидкости турбулентным струйным по-
током, образующимся при истечении сточных вод из оголовка
выпуска. В результате этого наблюдается заметное снижение
концентраций загрязнений, что происходит до сечения, где раз-
ность скоростей струйного потока и окружающей среды стано-
вится незначительной. Вторая зона — основное разбавление.
Обычно течение в водотоках и водоемах носит турбулентный
характер, а степень перемешивания во второй зоне определяется
интенсивностью турбулентного обмена. За створом полного пе-
7
ремешивания располагается третья зона, снижение концентра-
ций загрязнений в которой определяется лишь процессами само-
очищения.
Зная значения кратности разбавления на каждом из рас-
смотренных участков, можно получить общую кратность разбав-
ления. Пусть концентрация загрязняющего вещества в первой
точке (см. рис. 1.1) равна С], а во второй — С2, при этом С]>
>С2. Тогда разбавление составит:
от места выпуска до первой точки
Со Св
"«=С1-с8:
от первой до второй точки
_________________________ £1 Св
п°7 Ci — cB ’
а общее разбавление на рассматриваемом участке
(1.11)
(1.12)
6*0 б"в
п -----------------
С-С •	(1ЛЗ)
Решая уравнение (1.11) относительно (Со—Св), а уравне-
ние (1.12) относительно (С2 — Св) и подставляя результаты в
выражение (1.13), получим
п==пнп0.	(1-14)
Таким образом, решить задачу о разбавлении сточных вод
в водотоке или водоеме означает определить концентрацию
одного или нескольких загрязняющих компонентов в любой
точке локальной зоны этого водного объекта, подверженной
влиянию сточных вод. При этом нужно, во-первых, установить
картину распространения загрязняющих веществ в водотоке или
водоеме под влиянием сброса сточных вод и гидродинамических
и морфологических факторов, во-вторых, выявить влияние есте-
ственных факторов на процесс разбавления с целью наилучшего
использования местных условий для его регулирования, ©-третьих,
определить возможность применения искусственных мероприя-
тий для «интенсификации разбавления сточных вод.
В дальнейшем мы будем рассматривать разбавление сточ-
ных вод, содержащих такие компоненты, которые не оказывают
существенного влияния на динамику среды, а находятся в раст-
воренном или коллоидном состоянии либо в виде мельчайших
взвешенных частиц. К данному разряду могут быть отнесены
сточные воды, прошедшие как минимум сооружения механиче-
ской очистки.
1.2. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПРОЦЕСС
РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОТОКАХ И ВОДОЕМАХ
Разбавление сточных вод в водотоках и водоемах определя-
ется комплексным влиянием следующих трех процессов:
1)	распределением сточных вод в начальном сечении водо-
8
ема или водотока (месте сброса), которое зависит от конструк-
ции выпускного сооружения;
2)	начальным разбавлением сточных вод, протекающим под
действием турбулентных струй;
3)	основным разбавлением сточных вод, определяющимся
гидродинамическими процессами водоемов и водотоков.
Для удобства рассмотрения материала условия, определяю-
щие процесс разбавления, разделим на две группы:
1) конструктивные и технологические особенности выпуска
сточных вод;
2) гидрометеорологические особенности водоемов и водото-
ков.
Первая группа включает такие факторы, как конструкция
выпускного сооружения; число, форма и размеры выпускных
отверстий; расход и относительная скорость выпускаемых сточ-
ных вод, технологические и санитарные показатели сточных вод
(физические свойства, концентрации загрязняющих компонен-
тов и др.).
Ко второй группе следует прежде всего отнести характер
движения водных масс в форме течений и токов;- причины, вы-
зывающие эти движения: сток, ветер, стратификация темпера-
тур и плотностей; морфометрические характеристики русла
водотока или ложа водоема; степень проточности (водообмена);
состав и свойства водной среды.
Рассмотрим некоторые факторы первой группы. В начальной
стадии процесс разбавления во многом определяется конструк-
тивными особенностями выпуска. Так, можно считать установ-
ленным, что разбавление протекает более интенсивно при рас-
сеивающих выпусках, при этом расстояние до створа заданной
степени разбавления значительно сокращается по сравнению с
сосредоточенным (единичным) выпуском.
В выходящих из выпуска сточных водах, как правило, на-
чальная скорость истечения превышает скорость движения
окружающей среды. Влияние этой разности находит свое отра-
жение в возникновении турбулентного струйного потока, ос-
новной особенностью которого является утолщение погранич-
ного слоя путем увлечения частиц окружающего пространства.
Это приводит, с одной стороны, к постепенному увеличению
поперечного сечения и расхода струи, а с другой — к постепен-
ному уменьшению скоростей потока и концентраций загрязне-
ний. Указанное снижение концентраций в струйном потоке и
называют начальным разбавлением.
Из физических свойств сточных вод наибольшее влияние на
разбавление оказывают начальные плотность и температура,
причем не их абсолютные значения, а разность между ними и
аналогичными параметрами водной среды, т. е. избыточные
плотность и температура. Для бытовых сточных вод плотность
изменяется очень незначительно и может быть принята равной
9
1 г/см3, а их температура в основном следует за температурой
воздуха и составляет 7—22°С. Температура и плотность произ-
Бедственных сточных вод зависят от технологических процессов
и изменяются в очень широких пределах.
Из факторов второй группы рассмотрим отдельно водотоки
и водоемы в связи с их различными гидрологическими особен-
ностями.
Течение водотоков всегда носит турбулентный характер, а
•степень смешения сточных вод зависит от развитости турбулент-
ной диффузии. При этом на участке начального разбавления
влияние интенсивности турбулентной диффузии имеет подчи-
ненное значение по сравнению с действием турбулентной струи,
но в дальнейшем это влияние проявляется сильнее и с некото-
рого момента полностью определяет характер протекания про-
цесса разбавления. Эта стадия разбавления, обусловленная
турбулентной диффузией и, следовательно, определяющаяся
гидрологическими параметрами потока, названа основным раз-
бавлением.
Существенное значение при разбавлении сточных вод в водо-
токах имеют вторичные течения, возникающие в результате дей-
ствия кориолисовых сил или на повороте русла. Здесь течения
внутри потока движутся из областей с высокими концентрация-
ми в области с меньшими их значениями, а вместе с тем проис-
ходит и обратный процесс. Такие перемещения объемов также
приводят к снижению концентраций загрязняющих веществ.
На ход процесса разбавления оказывают определенное вли-
яние морфологические особенности берегов и ложа водотока:
изрезанность береговой линии, острова, перекаты, теснины, по-
роги и пр. Воздействие этих факторов на динамику потока, а
значит и на его диффузионную способность заключается в раз-
дроблении установившейся структуры течений, образовании за-
вихрений, что способствует более эффективному перемешива-
нию вод.
В водоемах (озерах, водохранилищах, морях) наблюдаются
различного рода течения и токи, обусловливающие перенос за-
грязненных вод в направлении вектора скорости. К числу при-
чин, вызывающих движение вод, можно отнести сток, вегер,
разность плотностей и температур, приливообразующие силы,
перемены в атмосферном давлении и др. Кроме того, на харак-
тер течения действуют отклоняющая сила земли, строение ложа
водоема, трение и пр. Поскольку на образование течений влия-
ет несколько факторов, то при анализе течений обычно выбира-
ют главные. Поэтому течения подразделяются на стоковые, вет-
ровые, приливно-отливные и градиентные.
В наших морях (Черном, Балтийском, Каспийском, Белом и
др.), глубоко вдающихся в сушу, а также в озерах и водохрани-
лищах очень слабо выражены приливные и градиентные тече-
ния, поэтому основными следует считать ветровые течения, а
10
для озер и водохранилищ еще и стоковые. Истинную картину
течений в природных условиях устанавливают на основе много-
летних систематических наблюдений при различных гидромете-
орологических ситуациях.
Из физико-химических показателей воды водоемов важней-
шими являются температура, соленость (минерализация) и
плотность, характер распределения которых, особенно для мо-
рей, определяет не только черты общего гидрохимического ре-
жима, но и влияет на его динамику.
Знание указанных факторов позволяет не только описывать
процесс разбавления сточных вод, но и количественно учиты-
вать их влияние.
1.3.	ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАЧАЛЬНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ
Рассмотрим струйный поток, выходящий из источника диа-
метром d0 под углом <р0 к горизонту со скоростью ^о. Истекаю-
щая жидкость имеет плотность ро и кинематическую вязкость
у0. На движение .такого потока кроме начальных параметров
будут оказывать влияние плотность воды рто и скорость течения
г’п, а в случае стратифицированной среды — еще и градиент
плотности по глубине др^ду. Следовательно, начальное раз-
бавление должно определяться указанными параметрами и ко-
ординатами х, у. Это позволяет записать функцию начального
разбавления в виде
= / у\ dQ\ <р0; \0; р^; g; vn; dPoD/dy). (1.15)
Используя известную л-теорему, зависимость (1.15) можно
представить в_виде функции следующих безразмерных комплек-
сов: x=xjd<h y=y/dv — относительные координаты струи; <р0 —
угол выхода струи; Re0—цДАо — число Рейнольдса на выходе;
Роо
т2 = — п- —отношение скоростных напоров;
Ро^
т,. gdQ Роо“Ро
Ri =	-------- — число Ричардсона;
го Ро
ЭР»
о =------------- — (параметр стратификации.
Р« —Ро дУ
Теперь выражение (1.15) примет вид
nH = fi(x-> у; <р0: Re0; R'! о)-	(1-16)
С другой стороны, начальное разбавление может быть опре-
делено исходя из условия сохранения вещества для случая уста-
11
повившегося движения струи. Баланс вещества для произволь-
ного сечения запишем в виде
j* (С — Св) (« —vn) d cd = const,	(1.17)
CO
где и — местная скорость, м/с; со — площадь живого сечення, м2.
В сечении выпуска интеграл (1.17) имеет решение
(Со — Св) (и0 — ^п) л /-J; = const.	(1.18)
Рассматривая средние избыточные концентрации для про-
извольного сечения, расположенного на расстоянии s от начала
координат, выражение (1.17) можно переп'И1Сать следующим
образом:
2 Л (Сср Св) (И Vn)rdr=(Co Св) (Ц) ^п)зТГр, (1.19)
о
где ггр — радиус граничной поверхности струи.
Преобразуя уравнение (1.19), имеем
гп?
2 ) (« — vn)rdr
С0-Св 6__________________
ССр Св (и0 Vn) Гд
(1.20)
В левой части полученного выражения имеем отношение из-
быточных концентраций для начального и рассматриваемого
сечений, т. е. начальное разбавление, а в правой — отношение
избыточного расхода струй к начальному расходу струй из
источника. Для того чтобы проинтегрировать выражение
(1.20), необходимо знать зависимость избыточной скорости в
струе от расстояния г от оси струи. Наиболее часто для описа-
ния изменения скоростей в струе используют формулу Шлих-
тинга
ит
(1.21>
где ит — скорость иа осн струи.
Подставляя теперь значение избыточной скорости из выра-
жения (1.21) в (1.20) и интегрируя, имеем
ит /^гр \2 -
лн = 0,258 ----------------------------- — »
и ’ Ц) —	\ г0 }
ИЛИ
пн = 0,258	d2.	(1.22)
Формула (1.22) выражает общий закон начального разбав-
ления для водотоков и водоемов. Однако для его применения
необходимо в каждом конкретном случае установить зависимо-
12
сти максимальных избыточных скоростей и диаметра струи от
основных параметров, определяемых выражением (1.16)/
Расширение струи. Теоретические и экспериментальные ис-
следования, выполненные для различных условий распростране-
ния струй, позволили установить, что при условии аффинного
подобия профилей скорости в струе ее расширение может быть
описано линейной зависимостью
2 = as+l,	(1.23)
где- а — эмпирический коэффициент, зависящий от угла расши-
рения струй; s=sjdo — относительная длина струи.
В условиях свободных затопленных струй коэффициент а
является постоянной величиной, равной 0,48, а при наличии
разности плотностей а=0,4. Для распространения струи в спут-
ном и сносящем потоках эта зависимость, строго говоря, не
является линейной, однако в интервалах изменения параметров
струи 1^А«т^0,1 и 0^/71^0,25 границы струй могут быть
с достаточной для практических расчетов точностью аппрокси-
мированы линейным уравнением
2 = 0,48s (1 — 3,12т) 4-1.
(12.4)
При больших значениях s единицей в правых частях выраже-
ний (1.23) и (1.24) можно пренебречь.
Траектория оси струи. Рассмотрим движение струи в снося-
щем потоке при одновременном
(рис. 1.2). При выводе уравне-
ния траектории струи исполь-
зуются следующие общеприня-
тые допущения:
1)	движение струи происхо-
дит 1в потоке с равномерным
полем скорости;
2)	плотность жидкости в ок-
ружающей -среде постоянна;
3)	поля скорости, плотности
и избыточного содержания ве-
щества в струе аффинны;
4)	радиус граничной поверх-
действии гравитационных сил
Рис. 1.2. Схема движения струи
в потоке
ности -струи изменяется линейно в зависимости от длины струи;
5) скорость на оси струи и ее составляющие определяются
формулами:
ci . - gj cos2 ф0 _ Qi sin2 ф0
~ ~ » итх —	-	» иту —	-		(1 • 25)
О	х	у
Уравнения количества движения секундной массы струи в
проекциях на координатные оси для рассматриваемого случая
принимают вид:
3 Зак. 53Й
13
Ksdx/ds — ЛоС05<ро = Гх;|-
Ksd y/ds — Ko sin фо=Л/. J
где Кя и Ko — количество движения секундной массы струи в (произволь-
ном и начальном сечеинях; Fx — сила динамического давления потока нэ
струю, определяемая соотношением
Fx = yrrv рда /2;	(1.27)
Fy — подъемная (архимедова) сила, определяемая зависимостью
s ггр
Fy = 2ng J J (р — pM)rdrds.	(1.28)
6 о
Для замыкания системы (1.26) напишем уравнение постоян-
ства избы I очной плотности
ггр
(Ро — р00)ц)лйо/4 = 2л J (р—Poo)wrdr.	(1.29)
О
Подставляя в систему (1.26) значения сил по формулам
(1.27) и (1.28), раскрывая значения количеств движения, а
также используя соотношения (1.25) и (1.29) и условия аффин-
ности полей скорости и избыточной плотности, получим диффе-
ренциальное уравнение траектории оси струи в безразмерном
виде
dx	coscpo + ^m^s
d у	sin ф0 + Л2 Ri x2/cos2 фо
Интегрирование уравнения '(1.30) с помощью рядов Тейлора
дает приближенное решение в виде ряда
_ „	2	/ А2 Ri	\
i/ = xtg<po+_^__	-----Л1/пМб2<р0^зГ +
8 Atm2 tg2ф0 (	Л2 Ri \	7s
+ ~ с^ф0 ~ V4*”*	^-^7Р4 + 5^<Ро) 5Г + -...	(1-31)
числовой анализ которого показывает, что он сходится при всех
действительных значениях х и при m2<l, Ri<?l, <ро=/=9О°.
Экспериментальная проверка выражения (1.31) позволила
найти числовые значения постоянных: Л1=0,465, /4^=0,0948.
Для частных случаев распространения струи с учетом опыт-
ных значений и имеем:
при распространении струи в однородной покоящейся среде
у = х tg ф0;	(1.32)
при распространении струи в покоящейся среде иной плот-
ности
£/=xtg фo + O,O316Ri x3/cos3 ф0;	(1.33)
при распространении струи в однородной движущейся среде
х — у ctg фо + 0,155 лп2	/sin2 фо-	(1-34)
14
Следует отметить, что стратификация плотности, обычно на-
блюдающаяся в водоемах, не оказывает существенного влияния
на траекторию струи, за исключением области затопления.
Длина оси струи. Обычно длина кривой, заданной в явной
форме, находится из выражения
s = J yA + (d	х)2 d х.	(1.35)
о
При этом решение для распространения струи в однородной
покоящейся жидкости при использовании выражения (1.32)
имеет вид
s=x/cos<p0.	(1.3б)
Однако для уравнений (1.31), (1.33) и (1.34) интегрирование
зависимости (1.35) не приводит к конечному решению, поэтому
вычисление длины струи следует выполнять приближенными
способами. Для 'случая, когда производная траектории оси струи
не меняет знак, т. е. траектория не имеет максимума или мини-
мума, длину кривой можно* заменить длиной радиуса-вектора,
соединяющего начало координат с заданной точкой на оси струи.
Вычисленная длина будет несколько меньше фактической, сле-
довательно, в выражении для начального разбавления будет
некоторый запас. Определение длины струи для этого случая
производится по формуле
s = l/-*2 + #2»	(1«37)
где значения х и у определяются из уравнения траектории оси
струи.
Для более точных расчетов, а также в том случае, когда
траектория струи имеет экстремум, вычисление длины оси струи
следует производить по формуле (1.35), переписанной в виде
конечных разностей:
i _____________________’
’ = 2 /1*'' ~	(1.38)
1
где i— число участков, на которые разбивается длина струн.
Скорость на оси струи описывается зависимостью (1.25).
Опытные значения постоянной позволяют переписать эту за-
висимость для частных случаев:
а)	при распространении струи в однородной покоящейся сре-
де
«m=-6,8/s;	(1.39)
б)	при распространении струи *в однородном спутном потоке
[Vm2 4-8,1 (1 — mj/d2— т],	(1.40)
] — т
3* Зак. 532
15
где значения d зависят от т и s в соответствии с формулой
(1.24);
в)	при распространении струи в движущейся среде иной
плотности
дЪт= 3,7/1	(1.41),
Затопление струи в стратифицированной среде. Сточные во-
ды, поступающие в стратифицированную среду и имеющие плот-
ность меньшую, чем плотность окружающей среды, образуют
струйный поток, который всплывает под действием архимедовых
сил. При таком движении сточные воды разбавляются вначале
более плотной водой, а затем смесь поступает в вышележащие
слои с меньшей плотностью. Если смесь сточных вод с окружа-
ющей средой на некотором расстоянии от дна приобретает плот-
ность, равную плотности воды на этой же глубине, то подъем
струи прекращается, и она начинает распространяться только
в горизонтальном направлении (рис. 1.3).
Определение высоты затопления поля сточных вод над вы-
пуском уз необходимо как для расчета начального и основного»
разбавления, так и для прогнозирования санитарного состояния
поверхности акватории и прибрежных зон.
Изменение плотности окружающей среды характеризуется
зависимостью
у
P«(!/)=₽H-J(a₽<10/ay)di/,	(1-42>
где рн — плотность донных слоев.
Во многих случаях; представляющих практический интерес
для расчета разбавления сточных вод, изменение плотности па
вертикали может быть описано линейной зависимостью
Рис. 11.3. Расчетная
схема затопления
струи б стратифи-
цированной среде
16
Роо (у) = ₽H — a у.	(1.43)
Используя этот закон и уравнения (1.26) применительно к поко-
ящейся жидкости, можно получить уравнение траектории оси
струи, которое с учетом опытных постояиных имеет вад
У = 0,0948 Ri (x:’/cos:* <р0)	(Гх2) |-х tg <р0	(Гх2),	(1.44)
где
г1(гГг)-_±-М2 ,	,, |г (г*Г
flUJC)- 3	3|7 +...+(-1) (2„+1)|(4„ + 3)-
Г2(Гх2)=1_Й^4-	+( П" (ГГ2)аП -
2U ' 2|5 +...+(-!) 2п1(4„+1) ,
0,481 ,г—
Г =--------VRi с;
COS2 фо
0=0 ^o/(poo — Ро) —параметр стратификации.
Относительной высоте затопления отвечает максимум тра-
ектории оси струи; находя производную уравнения (1.44) и при-
равнивая ее к нулю, нетрудно найти относительную абсциссу
х3, а подставляя это значение в уравнение траектории (1.44),
можно получить выражение для относительной высоты затопле-
ния	_
— sin фо VА	Г Л	1
Уз =-------~-z —i/—	----------~4F1 М) +^2 (Л) L (1.45)
0,695 (Ri о) [5,1 sin фо (o/Ri)/#	J
где	4=л— arctg (б,1 sin ф0 У or/Ri).
На рис. 1.4 предста1влен график для 1вычисления высоты за-
топления струи. Вначале необходимо вычислить величину
Рис. L4. График для определения высоты затопления струи
17
куда далее рассчитать величину у3 при известных начальных
условиях выпуска в водоем.
В случае горизонтального истечения (<ро=О) уравнение
(1.45) значительно упрощается:
Уз = 0,252 (Ri/o3)1/1.	(1.46)
Прогиб нижней границы струи. Струя, вытекающая из вы-
пуска, расположенного горизонтально или под небольшим углом
к горизонту, при своем расширении может коснуться дна (рис.
1.5). Так как при этом возможны размыв дна и снижение эф-
фективности струйного разбавления из-за ограничения подхода
окружающей жидкости, то следует несколько поднять оголовок
выпуска на высоту, большую, чем максимальный прогиб нижней
границы струи. Величина прогиба струи может быть получена
из уравнения траектории оси струи при использовании закона
расширения струи. Для Ri>0 эта зависимость принимает вид
Vi= — (2,16/J<Ri) (0,24 —tg <p0)S/l cos”Zl фо-	(1.47)
Из этого выражения видно, что чем больше угол <ро и число Ri,
тем на меньшую высоту следует приподнимать источник струи,
а при углах <Po^arctg 0,24, т. е. при	струя не будет
касаться дна.
Рис. 1.5. Схема прогиба ниж-
ней границы струи
Поверхность моря
Рис. 1.6. Схема подъема струи
Наибольший подъем струи. Для случаев, когда плотность
сточных вод больше плотности окружающей среды, а угол
<ро>О, движение струи имеет траекторию, близкую к баллисти-
ческой кривой, т. е. вначале струя поднимается, а затем, после
достижения 1максимума, опускается (рис. 1.6). При конструиро*
вании выпуска важно организовать такое движение струи, чтобы
ее границы не выходили за пределы поверхности воды. Диффе-
ренцируя уравнение (1.33), приравнивая производную нулю, на-
ходя из решения значение х и подставляя его в уравнение (1.33),
получим
у2 = 2,18 /sin3<p0/(-RiF.	(I-48)
Если теперь к относительной величине у2 прибавить значение
половины относительного диаметра струи в данном сечении, то
полученная величина и определит наибольший подъем струи.
18
1.4.	ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОСНОВНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ
.В турбулентном потоке происходит диффузия градиентного
и конвективного типов. Для градиентного переноса вещества че-
рез элементарную площадку поверхности равной концентрации
в единицу времени имеет место зависимость
Тс = —DgradC.	(1’49)
Здесь знак минус показывает, что перенос вещества проис-
ходит в сторону уменьшения концентрации, a D означает неза-
висимую от концентрации переменную величину, называемую
коэффициентом турбулентной диффузии. Поскольку в левой и
правой частях выражения (1.49) стоят векторные величины, то
D будет либо скаляром, либо тензором второго ранга.
Конвективная диффузия определяет перенос вещества через
элементарную площадку в единицу времени вместе с движу-
щимся потоком:
Ти = иС.	(1.50)
Рассмотрим осредненный поток вектора вещества через не-
которую неподвижную замкнутую поверхность F произвольной
формы при отсутствии внутри выделенного объема источников
и стоков вещества. Количество вещества, проходящее через
данную поверхность в единицу времени, будет складываться из
конвективного переноса! uCdF и градиентного переноса
J (—DgradC)dF. Перемещение вещества вызовет его измене-
а г
ние в выделенном объеме на величину	J CdV. . десходя
из условия сохранения вещества, напишем
fuCdF+ f (— DgradC) dF + — fcdV = O. (1.51)
F	£	о / V
Заменяя в выражении (1.51) поверхностные интегралы объ-
емными на основании теоремы Остроградского — Гаусса, имеем
Г	рас
J div (uC —Z)grad C)dV + J — dV=O,
у	у a t
что дает вследствие произвольности интегрирования
dCjdt + divuC — div (D grad C) = 0.	(1.52)
Анализируя второй член уравнения (1.52) и раскрывая его,
получим
div и С = С div и + и grad С.
Для несжимаемой жидкости div w=0, следовательно, окон-
чательно имеем уравнение турбулентной диффузии
aCjdt 4-н gradC = div (D grad С),	(1.53)
или в обычном виде при однородной турбулентности, когда со-
19
ставляющие коэффициента турбулентной диффузии могут счи
таться постоянными, можно записать
(154)
Полученное уравнение позволяет найти изменение концент-
раций консервативного (не меняющегося во времени) вещества
под влиянием ряда факторов:
а)	нестационарного характера поступления вещества, опре-
деляющегося первым членом уравнения;
б)	переноса вещества существующими течениями, характери-
зующегося следующими тремя членами уравнения;
в)	переноса вещества под воздействием турбулентной диф-
фузии, определяющегося правой частью уравнения.
Уравнение (1.54) выведено исходя из полуэмпирической те-
ории диффузии и, следовательно, имеет определенные недостат-
ки. Однако в многочисленных приложениях методы, основанные
на полуэмпирической теории, дают результаты, близкие к фак-
тически наблюдаемым величинам, при условии надежно опреде-
ленных опытных параметров. Для нашей задачи это замечание
относится в основном к правильной реализации краевых усло-
вий и выбору функциональной зависимости коэффициента тур-
булентной диффузии от гидравлических параметров окружаю-
щей среды.
Решение уравнения (1.54) для сложных кинематических и
геометрических условий реальны/ водоемов и водотоков натал-
кивается на непреодолимые математические трудности. Поэтому
для решения общих и частных задач прибегают к опреде-
ленным допущениям, которые позволяют упростить исходное
уравнение без существенного нарушения физической сущности
процесса. Приведем основные допущения, приводящие к конк-
ретным решениям уравнения диффузии.
Установившееся поступление вещества. Здесь допускается,
что сброс сточных вод имеет постоянный режим. Это допущение
основано на принципе расчета канализационных коллекторов и
напорных трубопроводов на максимальный расход в условиях
равномерного движения. Кроме того, оно отвечает условиям
работы канализационных очистных сооружений. Математически
это условие может быть записано в виде
Qo = const; Со = const.	(1.55)
Движение потока в реках, озерах, водохранилищах и морях,
установившееся и плавно изменяющееся. Здесь и в дальнейшем
под местной скоростью в точке будем понимать ее осредненное
значение. Если совместить ось ох с направлением осредненного
потока, то при установившемся плавно изменяющемся движении
проекции скорости в поперечном направлении равны нулю и
20
осредненные скорости не зависят от времени. Это допущение
формулируется в виде:
иу = 0; wz = 0; ux = v = const.	(1.56)
Пренебрежение поперечными составляющими скорости при-
водит к тому, что при расчете не учитывается конвективный пе-
ренос вещества в поперечном направлении, а это дает некото-
рый запас в величине разбавления.
В направлении осредненного движения конвективный пере-
нос играет основную роль по сравнению с градиентным. Такое
допущение означает, что в установившемся потоке загрязнения
распространяются в направлении течения со скоростью v, а роль
диффузии в этом направлении слишком мала. Математически
это допущение записывается в виде
д С	д2 С	д2 С
v — ^Dx —- или —- = 0.
д х	д х2	дх2
Диффузия в вертикальном направлении идет намного
леннее, чем в горизонтальном. Это допущение основано на
гочисленных исследованиях составляющих коэффициента
булентной диффузии в морях. Вследствие наличия вертикальной
плотностной стратификации перенос вещества в этом направле-
нии сильно затруднен, что приводит к резкому уменьшению
коэффициента турбулентной диффузии Dz, который становится
на два-три порядка меньше, чем Dx и Dy. Это условие можно
записать в
(1.57)
мед-
мно-
тур-
виде уравнения
Я2==0.	(1.53)
Следует учесть, что применение каждого из приведенных
допущений должно быть надлежащим образом обосновано.
Рассмотрим теперь краевые условия.
Начальные условия. Основное разбавление начинается от се-
чения, где струя теряет свою индивидуальность, т. е. где прекра-
щается действие инерционных сил и дальнейшее движение про-
исходит под действием течений, а снижение концентраций —
вследствие турбулентной диффузии. В этом сечении (в дальней-
шем будем называть его начальным пятном) концентрация ве-
щества распределена неравномерно: для сосредоточенного
выпуска в центре пятна концентрация имеет максимальное зна-
чение, на периферии она равна концентрации в окружающей
среде; для рассеивающего выпуска это будет система таких пя-
тен, «расположенных на «некотором расстоянии друг «от друга, с
аналогичным распределением концентраций. Если положить те-
перь начало координат в центре одного из пятен, то начальное
условие можно записать в общем виде
с|х==0=/(!/; *)••	(1.59)
Граничные условия. Этими условиями обычно задается, ха-
рактер поведения вещества на границах потока и на бесконеч-
ном удалении от места сброса.
21
Граничные поверхности — дно, поверхность воды, берега —
являются непроницаемыми для вещества, следовательно, нор-
мальная составляющая потока вещества у таких поверхностей
должна обращаться в нуль. Формулировка этого утверждения и
является одним из граничных условий и записывается в виде
^1	=0,
дп Дио» берег	(1.60)
поверхность	'
где п — нормаль к .граничной поверхности.
Другое граничное условие (на бесконечности) задает кон-
центрацию вещества после его полного перемешивания с окру-
жающей средой. Значение концентрации в этом случае зависит
от вида водоема или водотока и определяется выражениями
(1.6), (1.9) или (1.10).
Основой для решения уравнения турбулентной диффузии
является выбор зависимости для коэффициента турбулентной
диффузии. Определение значения и функциональной связи этого
коэффициента для водоемов и водотоков является самостоя-
тельной задачей, выходящей за рамки настоящей работы. При-
решении задачи о распространении сточных вод в водоемах и
водотоках общепринято использовать постоянное для данного
района значение коэффициента турбулентной диффузии. Зави-
симости такого рода и условия их применения ?удут приведены
ниже при рассмотрении конкретных методов расчета разбавле-
ния сточных вод.
ГЛАВА 2
МЕТОДЫ РАСЧЕТА РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
В РЕКАХ
__________________________1____________
Сброс сточных вод в реки наиболее часто встречается на
практике. Применение изложенных ниже методов должно опре-
деляться видом задачи, степенью точности решения, обеспечен-
ностью исходными данными* по водному объекту.
Так, метод В. А. Фролова — И. Д. Родзиллера, изложенный в
п. 2.1, целесообразно применять для больших и средних рек при
оценочных расчетах, когда не рассматривается конструкция вы-
пуска, а решается вопрос о возможности сброса сточных вод
в реку. В аналогичных условиях должен применяться метод,
описанный в п. 2.5, однако для него требуется более детальное
знание морфологии русла.
Наиболее точные результаты дают методы, указанные в
пп. 2.3 и 2.4, причем первый метод целесообразно применять для
22	|
удаленных от выпуска створов, а второй — для створов, прибли-
женных к месту сброса.
Метод, изложенный в п. 2.2, занимает промежуточное поло-
жение, он позволяет установить кратность разбавления при уже
известной конструкции выпуска, однако не дает возможности
найти распределение концентраций по сечению, а определяет
разбавление в максимально загрязненной струе, без уточнения
ее положения.
2.1. МЕТОД В. А. ФРОЛОВА—И. Д. РОДЗИЛЛЕРА
Метод расчета разбавления сточных вод в реках, предложен-
ный В. А. Фроловым и развитый И. Д. Родзиллером, основан на
решении дифференциального уравнения турбулентной диффузии
(1.54) при следующих положениях: область речного потока рас-
сматривается безграничной, начальное разбавление отсутствует,
выпуск сосредоточенный. Решение уравнения (1.54) в условиях
стационарной линейной задачи для концентрации максимально
загрязненной струи имеет вид
Смаке = С + (Со — С) ехр (— а3 ГД	(2.1)
где С — концентрация в створе полного перемешивания, определяемая
соотношением (1.9); а — коэффициент, зависящий от гидравлических усло-
вий смешения. .
Анализ экспериментальных материалов позволил предложить
авторам приближенную зависимость для коэффициента ос:
(2.2)
где £ — коэффициент, учитывающий место расположения выпуска (для
берегового выпуска 6 = 1, для руслового 6=1,5); <р — коэффициент извилисто-
сти, определяемый как отношение полной длины русла от выпуска до расчет-
ного створа L к расстоянию между этими сечениями по прямой Lu; D —
коэффициент турбулентной диффузии.
Для расчетов кратности разбавления на заданном расстоя-
нии используется формула (1.3), а коэффициент смешения у вы-
числяется из следующего выражения, полученного на основе
зависимостей (2.1), (2.2) .и (1.6):
1 — ехр (— a L 1
У =---------------------Г— .	(2.3)
1 + (Qb/Qo) ехр а )
Определение коэффициента турбулентной диффузии можно
производить по формуле А. В. Караушева
23
Или В. М. Маккавеева
(2.5)
2тБ Сщ ’
где Н — средняя глубина, м; ип — средняя скорость, м/ic; Сш — коэф-
фициент Шези1, «м^2/с; М— функция коэффициента Шези, mV2/ic; тБ —ко-
эффициент Буосинеска, m^2/ic (для воды тБ =22,3 im^2/ic).
При изменении гидрологических условий на отдельных уча-
стках движения сточных вод до расчетного пункта коэффициент
диффузии находится по одной из приведенных формул для каж-
дого отдельного участка, а затем для всей расчетной длины по
формуле
Р 	^1 4~ ^2 £г 4~ - - - L)n Ln
(2.6)
И Т Ч Т •  • Т
где £j, L2t..Ln — длины отдельных усчатков, м.
Принятые исходные положения приводят к следующим огра-
ничениям метода В. А. Фролов — И. Д. Родзиллера:
1)	определяется только основное разбавление для сосредото-
ченного выпуска;
2)	кратность разбавления находится в любом створе для
максимально загрязненной струи, но без уточнения положения
этой струи, ее формы и размеров;
3)	метод применим для больших и средних рек.
Пример 2.1. В реке устраивается русловой сосредоточенный выпуск,
сбрасывающий сточные воды с максимальным расходом Qo=0>4 м3/с.
Расчетный минимальный среднемесячный расход реки (95 %-ной обеспе-
ченности) QB = 120 м3/с, при этом средняя скорость потока ип=0,35 м/с, а
средняя глубина //=3 м. Коэффициент Шези Сш=42 м1/2/^ Требуется опре-
делить кратность разбавления сточных вод в расчетном створе водопользова-
ния, удаленном от выпуска на расстояние £=500 м.
Находим коэффициент турбулентной диффузии по формуле (2.5)
9,8-3-0,35
D -------------- о 00545 м2/с.
[2-22,3*42	’	1
Далее вычисляем коэффициент а по формуле (2.2) при ф=1 и |= 1,5:
^4— = 0,358 м“7‘ ..
Определим коэффициент смешения у по формуле (2.3):
1 — ехр (—0,358 ^5бо)
а
0,00545

= 0.0508,
ехр (—0,358 ^500 )
а кратность разбавления в расчетном створе найдем по формуле (1.3):
0,0508-120 + 0,4
----	------- --— = 16,3.
п =
0,4
1 В дальнейшем будем считать коэффициент Шези известным, методы его
определения изложены в курсах гидравлики.
24
2.2. УЧЕТ НАЧАЛЬНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ
ПРИ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ И РАССЕИВАЮЩИХ ВЫПУСКАХ
СТОЧНЫХ ВОД'В РЕКИ
С целью интенсификации разбавления сточных вод в реке
целесообразно создавать выпуски, в которых вследствие увели-
чения скорости истечения образуется турбулентный струйный
поток, а следовательно, происходит и начальное разбавление.
Кратность начального разбавления можно найти из следующей
зависимости, полученной на основе формул (1.22) и (1.40):
0,248 _ / г-------Y—fh \
V"I + 8’I-S““" ’	(2'7)
Рис. 2.Л. Номограмма для определе-
ния начального разбавления в потоке
Для упрощения расчетов составлена номограмма (рис. 2.1).
Анализируя формулу (2.7) и рис. 2.1, нетрудно установить, что
увеличить кратность началь- j
ного разбавления можно
уменьшением диаметра ого-
ловка выпуска или «отноше-
ния скоростей. Уменьшить
диаметр оголовка выпуска
можно при повышении ско-
рости истечения или при уве-
личении числа оголовков,
т. е. с помощью рассеиваю-
щего выпуска. Увеличение
скорости истечения приво-
дит к уменьшению парамет-
ра т. Исходя из сказанного
и учитывая, что формула
(1.40) применима только для
т^0,25, следует принимать
скорость истечения из еди-
ничного оголовка а
по абсолютной величине не
менее 2 м/с.
Начальное разбавление заканчивается в сечении, где струя
не может присоединять расход. По данным экспериментальных
исследований это сечение следует условно принимать там, где
скорость на оси струи на 10—15 см/с превышает скорость реч-
ного потока. Задаваясь величиной ит — цп=0,1 ... 0,15 м/с, по
формуле (1.40) или по номограмме (рис. 2.2) можно найти диа-
метр расчетного сечения струи. При использовании номограммы
предварительно следует вычислять значение (UnJvn)—1, а затем
при известном т найти d по графику. При применении рассеи-
вающих выпусков расчетным сечением начального разбавления
будет сечение, где соседние струи начинают соприкасаться. При
соприкосновении струй интенсивность начального разбавления
25
снижается вследствие того, что к струе подходит не чистая вода
водотока, а смесь чистых и загрязненных вод соседних струй.
В этом случае расчетное сечение определяется условием d=l\t
где	—относительное расстояние между оголовками
рассеивающего выпуска.
Движение струи между начальным и расчетным сечениями
может быть осложнено случаем, когда струя, расширяясь, дости-
Ри-с. 2.2. Номограмма для оп-
ределения диаметра струи в
расчетном сечении
гает дна водотока или поверхности его воды (рис. 2.3). Вслед-
ствие ограничения доступа окружающей жидкости интенсив-
ность разбавления будет снижаться. Для количественной оценки
данного явления необходимо вначале вычислить отношение H/d,
где Н— глубина водотока, d — диаметр нестесненной струи, а
Рис. 2.3. Схема стеснения струи гра- Рис. 2.4. График для расчета функ-
ничными поверхностями	дим f(Hld)
затем по графику (рис. 2.4) найти функцию, учитывающую стес-
нение струи f (Hid). Теперь начальное разбавление в стесненной
струе вычисляется по формуле
«Н.с = ”н/(ад.	(2.8)
26
Рис. 2.4 и формула (2.8) ’применимы лишь на участках, где
d^H, для остальных случаев f (Hid) = 1.
Чтобы избежать стеснения струи на возможно большем рас-
стоянии, необходимо так ор-
ганизовать ее движение, что-
бы границы струи одновре-
менно достигли дна и по-
верхности воды. Используя
уравнение траектории оси
струи (1.34), можно найти
угол -сро, под которым следу-
ет направить ось выходя-
щей струи. Этот расчет лег-
ко выполняется по номо-
грамме (рис. 2.5), построен-
ной по формуле (1.34). Здесь
Н'—Н — hi, где fti—высота
расположения оголовка над
дном.
После вычисления на-
чального разбавления следу-
ет определить основное раз-
бавление по одному из пред-
ложенных методов, а общее
разбавление находится по
формуле (1.14).
Рис. 2.5. Номограмма для расчета
наклона вытекающей струи
Пример 2.2. Выполнить расчет сосредоточенного выпуска с учетом на-
чального разбавления для условий примера 2.1.
* Примем 'v0=2 м/с, при этом и02>4иш тогда диаметр оголовка выпуска
при расчетном расходе составит:
, l/W уГ 4-0,4
Г ли0 - Г 3,14-2
= 0,505 м.
Примем do=0,5 м, при этом
параметра
т =
скорость истечения о0=2,04 м/с, а значение
0,35
2,04
= 0,172.
Принимая ит—ип=0,1 м/с, найдем (Umlva)—1=0,285, а затем при из-
вестном zn=0,172 по рис. 2.2 определим относительный диаметр струи в рас-
четном сеченин rf=19. Поскольку d>H/dG, струя будет стеснена. Вычислив
относительное стеснение Z//d=6/19=0,316, по номограмме (см. рис. 2.4) на-
ходим f (H)d) =0,44.
Далее по формуле (2.7) найдем начальное разбавление без учета стес-
нения
0,248	/,/---------
“«-ГГ0Л72 23. (/о. >724-8,1
1 — 0,172
232
0,1721 = 5,42»
Этот расчет можно выполнить и по номограмме рис. 2.1.
27
Теперь определим разбавление в стесненной струе
лнх = 5.42-0,44 = 2,39.
Вычислим расход в створе начального разбавления
QH = 2,39-0,4 = 0,956 мз/с.
Для определения основного разбавления примем метод А. В. Фролова —
И. Д. Рюдзиллера, при этом D=0,00545 м2/с и а=0,358 im"1^ имеют преж-
ние значения, а в формулу (2.3) вместо Qo подставим QH.’
1 —ехр (—0,358 ^50о)
1+М^ ехр (-0,358 ^500)
и,Уэо \	г /
Основное разбавление также учитывает расход в сечении начального раз-
бавления и составляет
Y (Qb-Qh + Qo)+<2h	0,113 (120-0,953 4-0,4)+0,953 о
= 15,2.
= 0,113.
«о
<2н	0,953
Общее разбавление найдем по формуле (1.14):
« = 2,39-15,2 = 36,3.
Пример 2.3. Для условий примера 2.1 рассчитать разбавление при сбро-
се сточных вод через рассеивающий выпуск. Оголовки рассеивающего выпуска
расположены на расстоянии Zi=4 м друг от друга, общее число их N=20.
Определим диаметр отверстия единичного оголовка, принимая v0=2 м/с.
л»= т ~3tv^°N = г ‘з= 0,112 м-
По сортаменту d0= 100 мм, тогда и0=2,54 м/с.
Вычислим относительный диаметр струи в расчетном сечении
й = А=А=40
4о 0,1
Определим отношение скоростей потока и выпуска
0,35
т = --—- = 0,137.
2,54
Теперь при известных d и т найдем начальное разбавление
0,248	/1/	1__о 137	\
”н = Т^0й37 40’(Г°’1372+8’1
Учтем стеснение струи граничными поверхностями: поскольку HJd=
=3/4=0,75, то по рис. 2.4 находим f(H/d) =0,92, тогда
пнс = 7,17-0,92 = 6,61.
Определим расход в сечении начального разбавления
QH= 6,61-0,4 = 2,64 м3/с.
Найдем значение у при D и а, вычисленных ранее:
1 — ехр
Y =
7,17.
= 0,258.
120
2,64
0,358
28
Основное разбавление определим с учетом начального разбавления
0,258 (120 — 2,64 4-0,4)+ 2,64
«о =-----------------'------:— = 12,5,
2,64
а общее разбавление
п = 6,61 12,5 = 82,6.
2.3.	МЕТОД РАСЧЕТА РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
В ОТНОСИТЕЛЬНО ПРЯМОМ ВОДОТОКЕ
Для установления распределения концентраций загрязнений
в произвольной точке прямолинейного русла в условиях стацио-
нарной задачи уравнение (1.54)^ путем введения безразмерных
переменных х=х/Н, у=2у/В, z—z/H и определения коэффи-
циента диффузии по формуле А. В. Караушева (2.4) приводится
к виду
[Дв/ а? + д* г	( )
При решении используются граничные условия:
а начальные условия могут быть определены в зависимости от
распределения концентраций в сечении выпуска или высечении,
где закончилось начальное разбавление. В общем виде началь-
ные условия записываются выражением (1.59).
Решение уравнения (2.9) нетрудно получить в виде двойного
ряда Фурье
оо 00
Ci,V,z = ^i 2еХР (») cos	(210)
/=0 /=0
где ехр (li.jX) Si (у)—собственная функция, отвечающая собственному
значению taj; i, j — номера гармоник соответственно по у и z; TpJ— коэф-
фициент, зависящий от начальных условий.
Анализ 'выражения (2.10) позволяет установить, что для
удаленных х (х^100... 150) разложение по / «может не учиты-
ваться, т. е. в этом случае следует рассматривать плоскую за-
дачу, а выражение (2.10) представить в виде
00
С-х - = 2 ехР *) Si (jr) V	(2.11)
z=o
Величины, входящие в уравнение (2.П), определяются сле-
дующим образом. Для нахождения значений Xi используется
зависимость
_	(Н\*
*—мсш	•
(2.12)
4 Зак. 532
29
Функция Si (у) для четных i вычисляется по формуле
Si (у) = COS (i л у 12),	(2.13а)
для нечетных — по формуле
Si (у) = sin (i л у 12).	(2.136)
Значение коэффициента thj, зависящего от начальных усло-
вий в общем виде находится из выражения
= С а, г) Si &
cos (/ л z) d у d z,
(2.14)
где С (у, z)—функция распределения концентраций в начальном сече-
нии; F — область интегрирования по начальному сечению.
Решение интеграла (2.14) наиболее (просто -получить, если
рассматривать в начальном сечении прямоугольник или систе-
Рис. 2.6. Схема начальных условий для
выпусков в реку
ратной формы (рис. 2.6, в). Размеры
вого случая
Ь = TV d\ h — nn Qo/vn N d,
а для второго случая
b = h = VnaQolvnN.
му прямоугольников жид-
кости с равномерным рас-
пределением концентра-
ции. Сосредоточенный вы-
уск в начальном сечении
дает прямоугольник или
квадрат (рис. 26,а), пло-
щадь которого составля-
ет:
bA = nHQo/on.	(2.15)
При отсутствии на-
чального	р азб авления
ин=1.
Рассеивающий вы-
пуск в этом же сечении
дает либо линейный ис-
точни к концентр ации
(рис. 2.6, б), либо дис-
кретные источники квад-
этих источнико1в для пер-
(2.16)
(2.17)
Для указанных случаев распределения в условиях плоской
задачи решение интеграла (2.14) в зависимости от четности i
будет иметь вид:
а) для сосредоточенных и рассеивающих выпусков по схе-
мам рис. 2.6, а> б:
при i= О
_Cmbh
D и
ВН
(2.18а)
при четных i
при нечетных i
б) для рассеивающих выпусков по схеме рис. 2.6, в:
при 1 = 0:
CmNbh
1)0" вн :
при четных i
(2.186)
(2.18в)
(2.19а)
(2.196)
при нечетных i
N
2Cmh х? ( Пл f- b Vi Пл /— b \T|
T)rcoslr H’tJJj- {219b)
Начальная избыточная концентрация в исходном сечении
Оп = О)/Пн»	(2.20)
а при отсутствии начального разбавления принимается пн = .1.
Для сокращения числа членов в разложении (2.11) следует
ограничиваться точностью расчетов S, которая составляет не
менее ±5% от средней концентрации в створе полного пере-
мешивания. Наибольшее число членов i при заданной точности
можно найти подборам из формулы
(2.21)
Основное разбавление нетрудно определить через избыточ-
ные концентрации по формуле (1.2.), а общее разбавление —
по формуле (1.14).
Пример 2.4. Определить кратность разбавления сточных вод в расчетном
створе» удаленном на расстояние х=2000 м. На расчетном участке река имеет
среднюю глубину Я=3,2 м, среднюю ширину В=120 м, среднюю скорость
течения тп=0,28 м/с, коэффициент Шези Сш=46,4 м!/2/с. Расчетный расход
сточных вод Qo=0,24 м3/с, начальное разбавление пн—5. Выпуск сосредото-
ченный, ось выпуска расположена на расстоянии 24 м от левого берега.
Определим относительные координаты в расчетном сечении:
—	2«Ю	_	2 ( 2	24}
'	3.2	--------°-6-
4* За-к. 532
Установим значение коэффициента М:
М = 0,7-46,4 + 6 = 38,5 м*л/с-
Далее найдем необходимое число членов I, полагая точность расчетов рав-
ной ±5% от концентрации в створе полного смешения, т. е. S=±0,05. Для
этого положим »=13 и найдем S по формуле (2.21):
д =
Г 9,8	/ 3,2 \«	1
ехр I —------------- |----I (13 — 1 )2 628,8 I
v L 38,5 - 46,4 \ 120 ) '	7	’ J
9,8 I 3,2 \«
-----Ч--- —~ (13—1) 628,8
38,5-46,4 \ 120 / '	’
Теперь пусть 1= 14, тогда
Г 9,8	/ 3,2 V	1
ехр —'	'	(14 — 1 )2 628,8
L 38,5 • 46,4 \ 120 / '	' J
9,8	( 3,2 \«
ййм(«-) (Н — !) 623.8
= 0,0971 > 0,05.
0,0468 <0,05.
Следовательно, в расчетах достаточно ограничиться 14 членами (i=
=0, 1, 2, . .	13). Для дальнейших расчетов найдем ширину начального пят-
на, считая его квадратным, 
5*0,24 О ЛО
—— = 2,08 м;
0,28
аргумент показательной функции
9,8-3,14а / 3,2 \>
' л 	628,8 г2 = — 0,02436/2;
38,5-46,4	\ 120 /
функцию Si (yi) при j/i=0,6 для четных i
о /-Ч	//-3,14-0,6 \ л .
Sf (у!) cos I------------] = cos 0,94251
Ki х =
2
и для нечетных I
z_.	/ i-3,14-0.6 \
Si \У1) = sin I-----------I = sin 0,9425 L
Положим условно, что избыточная концентрация на выпуске сточных вод
Со=1000 мг/л, тогда концентрация в начальном сечении
1000
Ст = —-— = 200 мг/л,
5
а значения коэффициента т). определяются следующим образом: при 1=0
200-2,082	л _
—----------= 2,25;
10	120-3,2	’
г	2,08
0,6 + ——
t	120
при четных i
2-200-2,08 f Г‘-3,14
<.з.н.з.2
при нечетных i
2-200-2,08 Г Г‘-3,14
Т1/ = ----------- <{ cos I---
1	i-3,14-3,2 I L 2
Дальнейшие вычисления приведены в табл. 2.1. Сумма последней колонки
таблицы является решением уравнения (2.11) для максимального значения
избыточной концентрации в расчетном створе
32
Таблица 2.1. Расчет концентрации загрязнений в заданном створе
(к примеру 2.4)
i		ехр(\. х)	{у}		exp (Xz x) S£ ( y) T]z
0	0,0000	1,0000	1,000	2,250	2,250
1	—0,0224	0,9760	0,808	3,676	2,890
2	—0,0974	0,9080	—0,305	—1,412	0,391
3	—0,2190	0,8130	0,305	4,198	1,044
4	—0,3890	0,6780	—0,808	—3,852	2,110
5	—0,6090	0,5440	—1,000	—4,422	2,405
6	—0,8740	0,4160	0,802	3,674	1,225
7	—1,1900	0,3040	0,305	1,394	0,129
8	—1,5500	0,2120	0,305	1,338	0,087
9	—1,9700	0,1400	0,808	0,334	0,038
10	—2,4400	0,0872	—1,000	—0,008	0,001
11	—2,9500	0,0523	—0,802	—3,594	0,151
12	—3,5100	0,0299	0,305	1,305	0,012
13	—4,1200	0,0163	—0,305	1,372	0,001
					12,73 мг/л
Теперь определим кратность основного разбавления
По==
200
12,73
= 15,7,
а общее разбавление составит
п = 5-15,7 = 78,6.
2.4.	ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ
К РАСЧЕТУ РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД В РЕКАХ
Решение уравнения турбулентной диффузии (1.54) методом
конечных разностей (предложено А. В. Караушевым. Здесь бу-
дет рассмотрено решение (плоской
задачи, которое менее трудоемко
при ручном счете. В этом случае
для установившегося потока урав-
нение (1.54) можно записать в
форме конечных разностей
Рис. 2.7. Схема расчетных кле-
ток к методу А. В. Караушева
ДХС_ gH
Дх МСШ Ду2
(2.22)
Применительно к схеме рис. 2.7
уравнение (2.22) перепишется в
виде
gH Ах
Ck.m~Ck,m—l “ МСщДу2 (CA4-l,m-l	1 + 2СА,т—1)' (2.23)
Принимая в этом уравнении
gHbx _ 1
МСщДу2 “ 2 •
33
получим
Ckjn —	1	i)/2»	(2-2)
т. е. концентрация вещества в клетке (k, т) равна среднему
арифметическому из концентраций вещества в соприкасаю-
щихся с ней клетках, расположенных в (предыдущем сечении.
Указанная зависимость требует, чтобы область потока была
разбита на сетку равных клеток размерами каждая Дх, Д#,
а размеры клеток связаны между собой зависимостью
Л1СШД^
2gH
(2.25)
Д х =
В условиях рассматриваемой задачи размер начальной
клетки связан с начальными условиями выпуска сточных вод.
А. В. Караушев рассматривает два случая:
выпуск у берега, где
=	(2.26)
и выпуск русловой, для которого
Д{/ = (20/2гпЯ.	(2.27)
Зависимость (2.27) показывает, что при русловом выпуске
расчет следует начинать с двух клеток.
Реализация граничных условий в методе А. В. Караушева
производится следующим образом: при достижении загрязнен-
ной жидкостью берега (крайней клетки) следует учесть непро-
ницаемость границ, что осуществляется экстраполяцией кон-
центрации за пределы потока (см. далее табл. 2.2). При этом
во всех добавляемых клетках записывается та же концентра-
ция, что и в клетке, прилегающей к берегу.
Размеры клеток обычно не очень велики, поэтому получает-
ся много расчетных зависимостей вида (2.24). Для сокращения
объема вычислений можно применять способ объединения не-
скольких клеток по ширине. После объединения находят сред-
нюю концентрацию вещества в клетках, и дальнейший расчет
проводят уже для новой сетки. Размер этой сетки Ду1 опреде-
ляется числом объединенных клеток, умноженных на соответ-
ствующий размер Лу предыдущей сетки, а продольный раз-
мер Axi вычисляется по формуле (2.25). Операцию объедине-
ния можно повторять несколько раз.
Пример 2.5. В реке и а расстоянии 11 м от берега устроен сосредото-
ченный выпуск сточных вод. Расчетный расход на выпуске Qo=0,8 м3/с,
избыточная концентрация загрязняющих веществ Со=120 мг/л. Река при рас-
четном расосоде имеет следующие дамные: В = 70м, Я=1,8м, v£=0,2 м/с,
Сш=38,4 mV2/c. Установить кратность разбавления на расстоянии 500 м от
выпуска.
Для руслового выпуска поперечный размер начальной клетки устанавли-
вается уравнением (2.27):
34
Таблица 2.2. Расчет распределения концентраций загрязнений методом конечных разностей
(к примеру 2.5)
№ клетки	Концентрация,							мг/л, при X,	, м				
	0	43,8	87,6	131,4	175,2	219	262,8	306,6	350,4	394.2	438	481.8	525,6
		0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,25	0,25	0,7	0,7
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,25	0,25	0,7	0,7
2	0	0	0	0	0	0	0	0	0,5	0,25	1,2	0,7	2,0
3	0	0	0	0	0	0	0	1,0	0,5	2,2	1,2	3,3	2,0
4	0	0	0	0	0	0	1,9	1,0	3,8	2,2	5,4	3,3	6,5
5	0	0	0	0	0	3,8	1,9	6,6	3,8	8,5	5,4	9,7	6,5
6	0	0	0	0	7,5	3,8	11,3	6,6	13,2	8,5	14,0	9,7	14,4
7	0	0	0	15	7,5	18,8	11,3	19,8	13,2	19,6	14,0	19,2	14,4
8	0	0	30	15	30	18,8	28,2	19,8	26,1	19,6	24,4	19,2	18,0
9	0	60	30	45	30	37,5	28,2	32,4	26,1	29,2	24,4	26,8	18,0
10	120	60	60	45	45	37,5	37,5	32,4	32,4	29,2	29,2	26,8	26,8
11	120	60	60	45	45	37,5	37,5	32,4	32,4	29,2	29,2	26,8	26,8
12	0	60	30	45	30	37,5	28,2	32,4	26,1	29,2	24,4	26,8	18,0
13	0	0	30	15	30	18,8	28,2	19,8	26,1	19,6	24,4	. 19,2	18,0
14	0	0	0	15	7,5	18,8	11,3	19,8	13,2	19,6	14,0	19,2	14,4
15	0	0	0	0	7,5	3,8	11,3	6,6	13,2	8,5	14,0	9,7	14,4
16	0	0	0	0	0	3,8	1,9	6,6	3,8	8,5	5,4	9,7	6,5
17	0	0	0	0	0	0	1,9	1,0	3,8	2,2	5,4	3,3	6,5
18	0	0	0	0	0	0	0	1,0	0,5	2,2	1,2	3,3	2,0
19	0	0	0	0	0	0	0	0	0,5	0,25	1,2	0,66	2,0
20	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,25	0,12	0,66	0,33
21	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,12	0,06	0,33
22	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,06	0,03
23	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,03
24	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
о? П р и м е ч а*и и е. Первая строка определяется экстраполяцией концентрации за пределы потока.
Перед определением продольного размера клетки найдем
М = 0,7-38,4 + 6 = 32,9 м'^/с,
а затем
Дх
32,9-38,4-1,1Р
~	2-9,8-1,8
= 43,8 м.
Далее подготавливаем сетку для расчета (табл. 2.2), причем по горизонта-
ли откладываются расстояния от сечения выпуска в м, а по вертикали — но-
мера клеток. Согласно принятому шагу Ау, выпуск будет располагаться в
10-й и 11-й клетках, так как 11/1,11 «10. В эти клетки заносим значение кон-
центрации на выпуске, а в остальные — нули (избыточные -фоновые концент-
рации). Для последующих сечеиий определение концентрации производится по
формуле (2.24). Результаты расчета приведены в табл. 2.2. По данным этой
таблицы в расчетном створе находим максимальное значение избыточной
концентрации вещества Cm—26fi мг/л, что позволяет вычислить основное раз-
бавление по формуле (1.2):
120
По’_ 26,8
= 4,48,
которое будет и общим разбавлением.
2.5.	РАСЧЕТ РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
В ИЗВИЛИСТЫХ РУСЛАХ
Рассмотренные выше методы не учитывают поперечных
составляющих скорости течения, однако течение внутри потока
способно значительно ускорить процесс перемешивания сточ-
ных вод. Это связано с тем, что такие течения, с одной сторо-
ны, движутся из областей с высокими концентрациями веществ
в области с меньшими концентрациями, а с другой — происхо-
дит 1и обратный процесс. Решение уравнения (1.54) при таких
условиях в аналитической форме невозможно, поэтому на осно-
ве численного решения составлены приближенные зависимости
для распределения максимальных концентраций по длине из-
вилистого русла. Наименьшее общее разбавление для сосредо-
точенного выпуска сточных вод находится по формуле
"= Qo + Qb exp [—JJG//?)0’25] •	(2-28)
Если предварительно установлено значение начального раз-
бавления, то формула (2.28) принимает следующий вид:
Qo + Qb	л
Qh + (Qb - Qh + Go) exp [- ₽ (Z/7?)0'251 ’	(2’2 }
где P — коэффициент, учитывающий относительные параметры русла
В/Н и R/B; I — расстояние до расчетного сечения; R — радиус кривизны
водотока.
Значение коэффициента 0 находится по номограмме рис.2.8.
Обычно длины участков с относительно постоянными пара-
36
метрами русла невелики по сравнению с расстояниями до рас-
четного створа, поэтому рекомендуется проводить расчет в
следующем порядке. Криволинейное русло разбивают на участ-
ки с одинаковыми значениями от-
носительных параметров В/Н и
/?/В; далее определяют длины
этих участков Ц9 12, ... Ц и по гра-
фику (рис. 2.8) находят значения
₽Ь ₽2» ••• ₽<> причем изменение
знака кривизны не влияет на ме-
тодику расчета. Для первого уча-
стка устанавливается разбавле-
ние П1 по формуле (2.28) или
(2.29) и определяется расход сме-
си сточных и речных вод на рас-
стоянии Zi
Qi= пн Mi Qo«	(2.30)
На последующих участках
разбавление определяется по фор-
муле
рас-
Рис. 2.8. Номограмма для
чета коэффициента Р
Qo 4~ Qb
Qz—1 + (QB -	+ Q>) ехр [ - ₽z (Id Ri ) °-25]
(2.31)
а расход смеси сточных и речных вод — из выражения
Q/ ==	^2 • • • Qo-	(2 • 32)
После расчета разбавления на последнем участке находится
общее разбавление по формуле
n = nHn!n^. . .П/.
(2.33)
В заключение отметим некоторые ограничения данного ме-
тода. При численном решении уравнения турбулентной диф-
фузии было принято постоянное значение коэффициента Шези
Сш=45 m'Z«/c, характерное для многих средних и больших
равнинных рек. Поэтому в номограмме на рис. 2.8 даны зна-
чения В/Н > 10, а коэффициент Шези для расчетного водото-
ка не должен отличаться от вышеприведенного более чем
на ±10%.
Пример 2.6. В реку с расчетным расходом QB = 160 м3/с сбрасывается
через русловой сосредоточенный выпуск Qd=0,6 м3/с сточных вод. Река имеет
среднюю ширину В=80 м и среднюю глубину Я=4 м. На пути смешения
сточных вод русло реки в плане имеет три участка со следующими длинами и
радиусами кривизны: /1=170 м; J?1=650 м; /2=220 м; R$=800 м; /3=480 м;
Яз=П00 м. Найти кратность разбавления сточных вод иа расстоянии 500 м
от места выпуска.
Исходя из приведенных данных следует рассчитать разбавление последо-
вательно на трех участках с длинами А = 170 м, /2=220 м, /3 =110 м, так
как Z1+Z2+/3 =500 м. Для каждого участка вычислим отношения (RIB) < и
(B!H)i, а по нх значениям найдем величины р< по графику рис. 2.8. Далее
37
Таблица 2.3. Вычисление относительных параметров к примеру 2.6
№ уча- стка	Длина участ- ка, м	R1B	в/н	6		Р (W)0,25	еч> Г-Р(//Я)0,25]
1	170	8,12	20	2,94	0,382	2,31	0,0993
2	220	10	20	3,07	0,364	2,38	0,0926
3	ПО	13,75	20	3,32	°.Ц	1,70	0,1827
определим отношения (li/Ri), установим аргумент показательной функции
и найдем ее значение. Результата этих вычислений приведены в
табл. 2. 3.
После этих предварительных вычислений найдем кратность разбавления
по формулам (2.28) или (2.31) последовательно для каждого участка.
Участок 1:
0,6+160
п, =------------------= 9,74.
0,6+ 160-0,0993
Участок 2: по формуле (2.30) расход смеси сточных и речных вод при
flu = 1
Qj = 9,74-0,6 = 5,84 м3/с,
тогда кратность разбавления
_ _____________________________0,6+160________________
”г— (160 — 5,84 4-0,6) 0,0926 4-5,84 “ ' '
Участок 3:
Q2 = 9,74-7,97-0,6 = 46,57 м3/с;
0.6+160	Л п
п3 =---------------!!------------------= 2,38.
3	(160 — 46,57 + 0,6) 0,1827 + 46,57
Общее разбавление на всех трех участках:
и = 9,74-7,97-2,38= 186.
ГЛАВА 3
МЕТОДЫ РАСЧЕТА РАЗБАВЛЕНИЯ
СТОЧНЫХ ВОД В ОЗЕРАХ И ВОДОХРАНИЛИЩАХ
Исследованиями, проведенными на водохранилищах и про-
точных озерах под руководством М. А. Руффеля, установлено,.
что условия смешения сточных вод с водами водохранилищ и
проточных озер значительно отличаются от условий смешения
в реках. Из-за слабых постоянных течений замедляется уда-
ление мало разбавленных сточных «вод от места выпуска, а эпи-
зодические ветровые течения относят их в любую сторону.
Степень загрязнения вначале быстро уменьшается, но полная
ликвидация все еще значительного загрязнения происходит на
38
очень больших расстояниях От мест выпуска (до нескольких
километров).
Метод расчета разбавления, предложенный М.А. Руффелем,
(прошел экспериментальную пронерку на крупных (водохранили-
щах и проточных озерах (аналоги — Ладожское озеро, Рыбин-
ское водохранилище), причем в качестве основного рассмотре-
но течение, возникающее в результате ветровых воздействий
на водную поверхность.
Отсутствие ветрового (перемешивания ;в периоды ледостава и
длительного штиля и отсутствие учета реальных размеров во-
доемов ограничивают применение метода М. А. Руффеля. Учи-
тывая это, автор разработал метод расчета выпусков глубин-
ного типа в озера и водохранилища любых размеров на основе
турбулентного смешения затопленных струй с учетом ряда ги-
дрологических особенностей водоема, а также размещения вы-
пуска в плане и по глубине.
Помимо указанных ниже методов для сброса сточных вод в
озера и 'водохранилища могут быть применены методы расчета
разбавления сточных вод в морях. Условия применения этих
методов рассмотрены в примере 4.3.
3.1. МЕТОД М. А. РУФФЕЛЯ
М. А. Руффелем применен метод решения дифференциально-
го уравнения (1.54) для условий распространения сточных вод
в водохранилищах и озерах, когда основное течение вызывает-
ся ветром. Здесь рассмотрена пространственная задача в усло-
виях установившегося движения. Решение предварительно на-
ходилось способом конечных разностей согласно рекомендаци-
ям А. В. Караушева. Расчеты проведены для условий наиболь-
шего загрязнения, (которое возникает при ‘ветре, направленном
вдоль берега, а скорость ветра принята постоянной и рав-
ной 5,5 м/с.
Определяя размеры первой клетки расчета согласно фор-
мулам (2.25) и (2.26), а вертикальный размер (клетки Ди при-
нимая равным горизонтальному Ду, М. А. .Руфф-ель получил
значение концентрации в ней в зависимости от расхода сточных
вод и глубины водоема. Исходя из этого значения концентра-
ции было вычислено разбавление, которое М. А. Руффель наз-
вал начальным. (Здесь начальное разбавление имеет несколь-
ко другой смысл — это разбавление вследствие распределения
загрязнений в начальной клетке). Начальное разбавление ап-
проксимировано в виде формул в зависимости от места распо-
ложения выпуска. При выпуске в верхней трети глубины или
в мелководной прибрежной части
Qo+0,0118/7*
"н Qo 4-0,00118 ZP ’	1 ‘ '
39
лри выпуске в нижней трети глубины
Qo+0,0087/72
п*~ Qo + 0,000435/Т2 '	<3’2)
При расчете основного разбавления рассмотрены условия,
возникающие при выпуске у берега или вдали от берега. Здесь
М. А. Руффелем также был выполнен большой объем вычис-
лительных работ, в результате которых получены следующие
зависимости:
для выпуска у берега
«0 = 1 + 0,412 (£/Д *)0>627+0.0002 Д/Д х	(3,3/
для выпуска вдали от берега
По = 1,85 + 2,32 (£/Д х)0,4^0,0064 L^x,	(3.4)
где £ — расстояние от выпуска до расчетного створа; Дх—расстояние
между расчетными сечениями.
Значение Дх определяется следующими формулами:
для первого случая
Дх = 6,53//’-167;	(3.5)
Рис. 3.1. Номограмма для расчета разбавления сточных вод при их выпуске
у берега
40
лля второго случая
А х = 4,41 Я1’167.	(3.6)
Ввиду сложности приведенных зависимостей М. А. Руффелем
составлены номограммы (рис. 3.1, 3.2), с помощью которых
при известных L, Н и рассчитанному пн (можно найти п0, а
также и полное разбавление п, которое определено зависи-
мостью (1.14).
Рис. 3.2. Номограмма для расчета разбавления сточных вод при нх выпуске
вдали от берега
Пример 3.1. В водохранилище, имеющее среднюю глубину в прибреж-
ной части Я=4,5 м, сбрасываются сточные воды через береговой выпуск с
расходом Qo=0,112 м3/с. Установить разбавление, которое будет на расчет-
ном расстоянии £=8 км.
Определяем начальное разбавление по формуле (3.1)
0,112 + 0,0118-4,52
пн =---------------------=2,58.
	0,112 4-0,00118-4,52
41
Пользуясь номограммой (рнс. 3.1), проводим вертикаль от расчетного рас-
стояния L=8 км до средней глубины Н=4,5 м. Из точки пересечения прово-
дим горизонтальную линию до оси ординат и получим п0=16,1. Если гори-
зонтальную линию провести дю совмещения с величиной начального разбав-
ления ин=2,58 и полученную точку спроектировать на верхнюю ось абсцисс,
то можно сразу определить полное разбавление п=41.
Пример 3.2. Определить разбавление при глубинном выпуске сточных
вод в озеро, средняя глубина которого в месте выпуска Я=5,5 м. Расчетный
расход сточных вод Qo=0,052 м3/с, створ водопользования расположен на
расстоянии L=450 м от места сброса.
Находим начальное разбавление по формуле (3.2):
0,052 + 0,0087-5,52
пн =---------------------==4,73.
н 0,052 + 0,000435-5,52
Используя номограмму (рис. 3.2) аналогично предыдущему примеру
(показано штриховыми линиями), получим «о=Ю,6 и п=47.
3.2. МЕТОД Н. Н. ЛАПШЕВА
Метод расчета разбавления сточных вод в озерах и водо-
хранилищах, предложенный автором, применим для рассеива-
ющих и сосредоточенных выпусков при скорости истечения
сточных вод 2м/с. При этом сам выпуск располагается на
некотором удалении от берега и относительная глубина в
месте устройства выпуска H/d0>3Qt где d0 — диаметр выпус-
кного отверстия.
Наименьшее разбавление, наблюдающееся на расстоянии L
от места выпуска сточных вод в озеро или водохранилище
(с учетом начального разбавления), находится по формуле
/0,2L \ps
п==лЬг)
(3.7)
где А — параметр, определяющий изменение разбавления при применении
рассеивающего выпуска; р— параметр, зависящий от степени проточности во-
доема и нагрузки сточных вод на него; s — параметр, определяемый относи-
тельной глубиной водоема.
При сосредоточенном выпуске А =4, при рассеивающем
4 = 0,74 (L/4 + 2,1)-0’4,	(3.8)
где /1 — расстояние между оголовками выпуска.
Параметр р для случая, когда движение воды в озере или
водохранилище определяется стоком, можно найти по формуле
/вфо
₽	0,000015 РбГГо + ^Юо ’	(3‘9)
где £в — длина водоема от места выпуска в направлении стокового те-
чения, и; (Оо — суммарная площадь выпускных (отверстий, м2; Рб— период
обмена воды в водоеме, годы; ш0 — годовой объем сбрасываемых сточных вод,
м3/-год.
В случае когда течения в озере или водохранилище опреде-
ляются ветром или известны скорости стоковых течений, значе-
ние р можно найти из соотношения
42
0П
(ЗЛО)
районе
(ЗЛ1)
же по
Р 0,0000151)0 + ип ’
где vn — скорость течения, м/с; — скорость на выпуске, м/с.
Значение параметра s в зависимости от глубины в
выпуска рассчитывается по формуле
л „	0,325Н
s =	+!--------------.
36О+(0пМ)Ю»
Параметр s всегда меньше или равен единице, если
расчету его значение получается большим, то величину s прини-
мают равной единице.
Пример 3.3. Найтн разбавление сточных вод для глубинного сосредото-
ченного выпуска в .проточное озеро, если скорость течения оп=0,02 м/с, сред-
няя глубина в месте выпуска Я=30 м, расчетный расход сточных вод Qo=
=0,32 м3/с. Расчетный створ водопользования расположен на расстоянии
£=500 м.
Поскольку рассматривается сосредоточенный выпуск, то Л=1. Найдем
диаметр отверстия выпуска, принимая скорость истечения о0=2,5 м/с:
1/ 4-0,32
do — |/ 3J4.2,5 — 0,404 м’
Выбирая диаметр оголовка выпуска do=0,4 м, установим фактическую
скорость истечения и0=2,53 м/с.
Теперь вычислим параметр p.-
о.02
р = -----------?------------= 0,997.
к 0,000015-2,53 + 0,02
Далее определим значение параметра $.•
0,325-30
W—
Наименьшее разбавление на заданном расстоянии составит:
_________0,997-0,884
= 126.
= 0,884.
п = 1
ГЛАВА 4
МЕТОДЫ РАСЧЕТА РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
• В МОРЯХ
Вопросами -сброса сточных вод в море начали заниматься
лишь в послевоенный период. До этого выпуски, как правило,
строились -без расчета, эксплуатировались беспорядочно, и че-
43
рез них стоки бесконтрольно сбрасывались непосредственно у
берега или на незначительном удалении от него. Эксплуатация
подобных выпусков привела в конечном счете к загрязнению
прибрежной полосы морей. Поэтому в дальнейшем мы не будем
рассматривать выпуски берегового типа, а остановимся лишь на
современных методах расчета зон загрязнения и кратности раз-
бавления при глубинных канализационных выпусках.
Как показано ранее (см. п. 1.3), при движении струи моря
определяющим параметром является число Ri, которое прини-
мает положительные значения при ро<р«>, отрицательные — при
ро>Роо и равна нулю при р0=рто. В связи с этим расчет началь-
ного разбавления будет различным для каждого из указанных
трех случаев.
4.1. РАСЧЕТ НАЧАЛЬНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ
ПРИ Ро<Рсо
Для случая, когда плотность сточных вод меньше плотности
окружающей среды, на движение струи оказывает существен-
ное влияние архимедова сила, заставляя ее подниматься к по-
верхности моря. Закон расширения струи и траектория ее оси
определяются соотношениями (1.23) и (1.33), а скорость на
оси струи можно установить по формуле (1.41). Эти закономер-
ности позволяют найти зависимость начального разбавления от
длины струи или от координат ее оси. Поскольку длина струи
не может быть точно вычислена аналитическим путем, то для
данного случая воспользуемся приближенной зависимостью
(1.37).
Введем новую переменную tgip=i//x, которая представляет
собой тангенс угла наклона радиуса-вектора, соединяющего
начало координат с заданной точкой на оси струи. Значение
данного параметра нетрудно определить из уравнения траекто-
рии струй
tg ф = tg <р0 + 0,0316 Ri x2/cos3 <р0.	(4.1)
Теперь, если подставить зависимости (1.23) и (1.41) в фор-
мулу начального разбавления (1.22) и преобразовать с учетом
новой переменной, то получим
0,86 cos3,5 <р0	г----------------------------
Пн---------		(l+tg8^) /(tgip-tg«Po) [1+(3 tg-ф—2tg<p0)al- (4.2)
Г Ri
В этой формуле переменной величиной является tg-ф, для
определения которого, а следовательно, и для расчета началь-
ного разбавления предварительно в заданном сечении необхо-
димо установить координаты оси струи, используя выражение
(1.33). ш
Начальное разбавление заканчивается в сечении, где струя
достигает поверхности воды или глубины затопления. В первом
44
случае ось расчетного сечения расположена на относительной
высоте yPi которая зависит от относительной глубины размеще-
ния оголовка Hi = H+yi и угла истечения струи. Здесь Н—
H/dv — относительная глубина моря в месте выпуска; =
= i/i/do—относительная высота установки оголовка, которая
должна быть больше или равна прогибу нижней границы струи,
определяемому выражением (1.47). Для определения расчетного
значения относительной глубины составлена номограмма (рис.
4.1).
Рис. 4.1. График для определения расчетной высоты зоны начального раз-
бавления
Во втором случае расчетное сечение расположено на высоте
затопления струи у3, которая определяется выражением (1.45)
или (1.46).
При выполнении расчетов следует найти оба значения рас-
четной высоты ур и уз и сравнить их между собой. Если уР<у&
то струя не затоплена и расчетной высотой будет ур, если уР>
>у3, то струя будет затоплена, и для расчета следует прини-
мать высоту у3.
45
В последующем расчете начального разбавления необходимо
знать значение параметра tgip, а поскольку нахождение этой
величины требует знания второй координаты х, то для упроще-
ния расчетов построен вспомогательный график (рис. 4.2).
Здесь, используя расчетное значение у, предварительно следует
вычислить значение sinq?0/VRi^2 и tg(p0, затем по графику найти
отношение tgip/tgq>0 и из него определить искомый tgip. График
неприменим при угле истечения струи ф0=0°, <в этом случае
значение tgip можно вычислить по формуле
tg t =^0,0316 Ri у2 .	(4-3)
Приведенные формулы и графики позволяют рекомендовать
следующий порядок расчета начального разбавления при р0<
1. Задаются диаметром выпускного отверстия do и скоростью
истечения через него и0. Последнюю рекомендуется принимать
в пределах 2—5 м/с.
Рис. 4.2. График для расчета вспомога-
тельного .параметра tgi|)
2. Устанавливают угол наклона оголовка к горизонту ф0.
Здесь наибольшая длина струи, а значит, и начальное разбавле-
ние будет при фо=О°. Однако в этом случае требуется подни-
мать оголовок выпуска для предотвращения размыва дна. При
углах (р0>13,5° струя не будет касаться дна, но ее длина не-
сколько сократится.
Очевидно, пределы 0°<оро<13,5° с учетом конструктивного
решения оголовка будут -оптимальными.
3. При ^известной глубине моря в месте выпуска по приведен-
ным ранее зависимостям находят Ri, о, ух и
4. Определяют относительные глубины ур и у3 и устанавлива-
ют расчетную глубину начального разбавления.
46
5. Находят значение tg-ф и вычисляют начальное разбавле-
ние по формуле (4.2).
4.2.	РАСЧЕТ НАЧАЛЬНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ
ПРИ Ро = Роо
При равных плотностях сточных вод и окружающей водной
среды число Ri=0, а струя будет иметь прямолинейную траек-
торию. Используя общую закономерность для начального раз-
бавления (1.22) с учетом зависимостей для диаметра струи
(1.23), длины струи (1.36) и относительной скорости на оси
струи (1.39), получим расчетную формулу
пн = 0,405 x/cos <р0-	(4.4)
Начальное разбавление заканчивается в сечении, где струя
достигает поверхности воды или расширяется до диаметра, рав-
ного глубине водоема. Значение относительного расстояния х
в указанном сечении определяется зависимостью
- __ (Й — У1) cos <р0
Х~ tg^ + 0,24 ’
(4.5)
где H=Hld$ — относительная глубина моря в месте выпуска; y\ = y\ldQ—
относительная высота расположения оголовка над дном.
При больших относительных расстояниях (х^80) на движе-
нии струи сказываются потери энергии. В этом случае часть
энергии струи переходит в тепло, а ее разбавляющая способ-
ность снижается. Для удаленных расстояний кратность разбав-
ления определяется зависимостью
пн.д = пнехР( — 0,001 х),	(4.6)
где Пн.д — начальное разбавление с учетом диссипации энергии; пн — на-
чальное разбавление, определенное по формуле (4.4).
Из формулы (4.5) .видно, что расстояние х уменьшается с
увеличением угла наклона струи к горизонту. Поэтому большие
значения угла <р0 могут привести к снижению начального раз-
бавления. Однако, с другой стороны, при малых значениях угла
Фо возможны размыв дна и снижение разбавления из-за ограни-
чения доступа окружающей жидкости. В связи с этим угол на-
клона оголовка к горизонту рекомендуется принимать в преде-
лах 13,5°<ф0<30°.
Для расчета начального разбавления следует задаться диа-
метром оголовка выпуска, скоростью истечения через него и уг-
лом наклона оголовка к горизонту. Далее находят относитель-
ное расстояние до расчетного сечения и вычисляют начальное
разбавление по формуле (4.4). При удаленных расстояниях раз-
47
бавление уточняется по зависимости (4.6). Данный метод может
применяться и к расчету начального разбавления сточных вод
в озерах и водохранилищах.
4.3.	РАСЧЕТ НАЧАЛЬНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ
ПРИ Ро>Роо
Когда плотность сточных вод больше плотности окружающей
водной среды, наибольшее начальное разбавление можно полу-
чить, если оголовок приподнять над дном и направить.истека-
ющую струю под углом, близким к 45°.
Зависимость для начального разбавления (1.22) после под-
становки выражений (1.23) и t1.41) приведем к виду
nH = 0,225 s.	(4.7)
В связи со сложностью траектории струи для определения
ее длины следует использовать уравнение (1.38). При этом по-
следовательно задают значения Xt с достаточно малым шагом
и по формуле (1.33) вычисляют величины Расчетную длину
s, на которой закончится начальное разбавление, определяют в
том сечении, где ось струи достигает дна. При этом на пути дви-
жения струя в месте наибольшего подъема не должна выходить
за пределы поверхности моря.
Расчет начального разбавления в случае тяжелых струй
проводят в следующем порядке.
1.	Задаются диаметром выпускного отверстия d0 и скоро-
стью истечения через него vG.
2.	Назначают угол наклона оголовка к горизонту qp0 и высо-
ту его над дном yt.
3.	Вычисляют параметр Ri.
4.	Задаются значениями и последовательно находят уг и
Расчет ведется до (значения у=—уи где #i=#i/do — относи-
тельная высота расположения оголовка.
5.	По выражению (1.48) находят значение относительной
ординаты у2 в месте наибольшего подъема струи и вычисляют
диаметр струи в этом сечении по формуле (1.23). Чтобы струя
не выходила за пределы поверхности воды, должно быть выпол-
нено неравенство:
^>Fi+^2+5/2.	(4.8)
6.	Определяют начальное разбавление по формуле (4.7).
4.4.	РАСЧЕТ ОСНОВНОГО РАЗБАВЛЕНИЯ
СТОЧНЫХ ВОД В МОРЕ
Определение основного разбавления сточных вод в море про-
изводится на основе решения дифференциального уравнения
турбулентной диффузии (1.54). Для упрощения этого уравнения
48
допускают, что движение установившееся, поперечные составля-
ющие скоростей малы, основную роль в продольном направле-
нии играет конвективный перенос, коэффициент вертикальной
диффузии намного меньше коэффициента горизонтальной, рас-
сматриваемое вещество консервативно. В результате этих допу-
щений уравнение (4.54) принимает вид:
ас	<^с
дх	ду2
(4.9)
Общее решение такого уравнения относительно избыточной
концентрации в произвольной точке в предположении безгранич-
ности пространства имеет вид:
Сх.у =----5— - +f f (О ехр [- (.У~^*1 dl, (4.10)
2 nD x/v J**,	L 40 x/v J
где Ст — максимальная избыточная концентрация в центре начального
сечения;	— функция начального распределения концентраций.
Решение уравнения (4.10) возможно при известном распре-
делении концентрации в начальном сечении, которое в общем
случае рассеивающего выпуска представляет систему пятен,
расположенных на одной прямой. В случае если неравномер-
ность распределения расходов из оголовков рассеивающего вы-
пуска не превышает 10%, размеры пятен и распределение кон-
центраций в них можно считать одинаковыми.
Обозначим половину ширины начального пятна загрязнения
через Вп, где Bn=d/2. Используя закономерности распределе-
ния концентраций в сечениях струйного потока, получим функ-
цию начального распределения концентраций для единичного
пятна, расположенного в начале координат:
f Ш =
Ст (1 — У!Вп) в интервале 0 < у < + В„;
Ст И + »/вп) в интервале — Вв;
О	в интервале—Вп>У>+^п'
(4.11)
Из множества эмпирических зависимостей выбрана та, кото-
рая хорошо согласуется с данными наблюдений и вместе с тем
имеет простую форму.
Для других пятен, расположенных на одной прямой, харак-
тер распределения концентраций остается таким же, меняются
лишь значения координат центра пятна и его границ.
Решение уравнения (4.10) при начальных условиях вида
(4.11) и открытых граничных условиях дает в общем случае
функцию
А =	; N‘, ---,ВП —)
Ст ‘ \Вв' 2ВП ’2 VDxfv )
(4-12)
где b — расстояние между соседними пятнами.
49
Учитывая сложность функции (4.12) и желая получить удоб-
ную для расчетов номограмму, было решено сделать вычисле-
ния на ЭЦВМ при у=0 и 6=0. Это дает возможность получить-
решение, отвечающее максимальным значениям избыточных
концентраций и, следовательно, наименьшему разбавлению.
Полученная функция
=	т]= ---)	(4.13>
Ст \	2 VDx/v )	k
приведена в виде номограммы на рис. 4.3.
Анализ номограммы показывает, что независимо от числа
оголовков выпуска избыточная концентрация снижается до ве-
личины С/Ст^0,5, а затем в зависимости от числа оголовков
N происходит дальнейшее снижение концентраций с уменьше-
нием т). Из графика также видно, что при С/Ст<0,3 система
кривых переходит в прямые с углом наклона 45°. Поскольку но-
мограмма построена в логарифмической шкале, каждая кривая
в этой области отвечает уравнению
С/Ст = 0,55Лп-	(4.14}
Рассматривая основное разбавление как наименьшее сниже-
ние избыточных концентраций
и подставляя значение т) из соотношения (4.13), можно получить
приближенную формулу для расчета диффузионного разбавле-
ния сточных вод в море
п0 = -^^- TKDx/d.	(4.15)
/V £>п
Формула (4.15) в интервале 3^п0^оо дает погрешность
до 1,5%. При значениях п0<3 следует пользоваться номограм-
мой, данной на рис. 4.3.
Максимальная избыточная концентрация в центре началь-
ного пятна может быть вычислена также исходя из избыточной
концентрации сточных вод и значения начального разбавления
Cm = Co/(0,428nH),	(4.16)
где Со — избыточная концентрация загрязняющих веществ в сточных во-
дах; 0,428 — коэффициент для перехода от средних концентраций к макси-
мальным.
Размер начального пятна, как указывалось ранее, равен по-
ловине диаметра струи в сечении, где закончилось начальное
разбавление. В зависимости от соотношения плотностей сточных
и морских вод этот размер может быть найден по формулам:
для ро<Ср<ю
вп = 0.2~у9 d0 Vl + 1/tg»	(4.17)
ДЛЯ Ро= Poo
Вп = 0,24 хdo/cos ф0;	(4.18)
50
СП
Сщ______?
Рис. 4.3. Номограмма для расчета снижения концентрации при рассеивающих выпусках в море
ДЛЯ Ро^3>|Рсо
Bn = 092sdo.	(4.19)
Значения средней скорости морского потока и коэффициента
горизонтальной турбулентной диффузии следует принимать по
данным г.идро‘метеор|ологи’чеаких наблюдений в районе предпола-
гаемого сброса сточных вод или в близлежащем районе. При
этом численные значения указанных величин должны .выби-
раться для наименее благоприятных условий смешения сточных
вод на пути их движения к ближайшему району водопользова-
ния. При отсутствии натурных наблюдений следует провести
ориентировочные расчеты. Среднюю скорость морского потока
в этом случае определяют по формуле
v = kW,	(4.20)
где k — коэффициент пропорциональности, выведенный для ближайшего
гидрЮхмет1П(у1Н1кта; W7 — среднегодовая или заданная iOKop-ость ветра.
Для вычисления коэффициента турбулентной диффузии при
очень малых скоростях течения (в почти штилевых условиях)
используют формулу (2.4), а при ветровых течениях — выраже-
ние
(t>B hB + п V* Н) d'J*
D~------------------------- (4’21>
где ув—фазовая скорость волны; Лв — высота волны; у* — средняя по
вертикали скорость течения; Н—средняя глубина; —эффективный диаметр
донных отложений, соответствующий 10% (по массе) содержания крупных
частиц и определяемый по кривой гранулометрического анализа; Ао — коэффи-
циент, зависящий от условий волнения (при среднем и сильном волнении
Ло=250 ____ 350, при слабом волнении или штиле Ло=150).
4.5.	ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ РАЗБАВЛЕНИЯ
СТОЧНЫХ ВОД В МОРЕ
Пример 4.1. Установить кратность разбавления сточных вод в море,
если сооружается глубинный сосредоточенный выпуск; отводящий расход
сточных вод Qo—0,1 m3/ic, плотность ро=iЮ00 кг/м3. Предполагаемое место
сброса расположено на глубине Я=12 м, здесь расчетная скорость течения
v=0,02 м/с, плотность морской воды рсо = 1014кг/|м3, градиент плотное гн
по глубине а=0,03 кг/м2, коэффициент горизонтальной диффузии D=
=0,0032 м2/с. Расчетный створ водопользования расположен и а расстоянии
1=500 м.
Приняв скорость истечения сточных вод через оголовок выпуска о0=3 м/с,
найдем диаметр выпускного отверстия
О.ЭТн.
и г Л г 3,14-3
Принимаем do=0,2 м, тогда фактическая скорость истечения составит
у0=3,18 м/с.
Для найденных значений d0 и у0 при известных плотностях сточных и
морских вод установим значения числа Ричардсона и параметра стратифика-
ции:
9,8-0,2
R1 “ 3,18»
1014—1000
1000
= 0,00272;
52
0,03 0,2
— crdn
cr =------5— =----!------— = 0 000428.
Pco-Po 1014-1000
Для получения наибольшей длины струи направим истечение под углом
<ро=0° к горизонту (tg(po'=0; cos(p0=l). В этом случае отверстие выпуска
необходимо приподнять над дном на относительную высоту, определяемую
формулой (1.47):
—	2,16 а,
r/i = — -	0,24	= — 4,88,
/0,00272
а координата дна водоема составит
г/х =-4,88-0,2 =—0,976 м.
Принимаем возвышение оголовка над дном hi=—уъ= 1 м.
Установим расчетную относительную глубину размещения оголовка
— И -	12
= —= —- — 5 = 55.
«о	0,2
Для определения расчетной высоты струи следует воспользоваться гра-
фиком (рис. 4.1), для чего вначале вычисляем значение
/Л /ЙГ = 55 /0,00272 = 2,87,
далее по графику устанавливаем уР V Ri=2,5 и, наконец, находим величину
_ __	2,5
= /0,00272 = 48,1’
Проверим возможность затопления струи, для чего вычислим относитель-
ную высоту затопления по формуле (1.46) при (р0=0°
_	,4 / 0,00272
t/з = 0,252 у о ооо4283 ~ 19>4-
Поскольку Уз<Ур, расчетной высотой начального разбавления будет
высота затопления.
Теперь определим значение параметра tgip по формуле (4.3):
tg ф = у 0,0316-0,00272 • 19,42 = 0,318
и вычислим начальное разбавление по формуле (4.2):
0,86 (1 -4-0,3182) г.____________________
пв= —----,	—/0,318 (1 + 9 • 0.3182) = 14,2.
/0,00272	v	’
Для определения основного разбавления установим размер начального
пятна загрязнения по формуле (4.17):
Вп = 0,2-19,4-0,2 / 1+0з182- = 2,55 м.
По формуле (4.15) найдем основное разбавление (так как выпуск сосре-
доточенный, то N=l):
3,64 , / 0,0032-500
"°-1-2,55 V 0,02	—12,7.
Полученное значение основного разбавления п0>3, поэтому проверку по
номограмме (рис. 4.3) делать не следует, а можно установить общее разбав-
ление по формуле (1.14):
п = 14,2-12,7= 180,3.
53
Пример 4.2. Определить кратность разбавления для рассеивающего
выпуска, имеющего 7У=15 оголовков с интервалом /|=6 м и сбрасывающего
в море сточные воды с расходом Qo=0,75 м3/с и плотностью р0=997 кг/м3.
Расчетные параметры моря в предполагаемом районе выпуска: Н=8 м;
v=0,04 м/с; р оо =1010 кг/м3; <т=0,011 кг/м2; D=0,0058 м2/с. Расчетный
створ водопользования находится на расстоянии L=300 м от выпуска.
Определим диаметр оголовков выпуска, считая их одинаковыми н при-
нимая скорость истечения у—2,5 м/с:
4*0.75
15-3,14-2,5 0,16 м-
Принимаем по сортаменту do=0,15 м, тогда р0==2,83 м/с.
Найдем число Ричардсона и параметр стратификации:
Ri
9,80,15
~ 2,832
1010 — 997
997
= 0,00237;
0,011-0,15
1010 — 997
= 0,000127.
Расположим отверстия оголовка выпуска непосредственно у дна, а для
предотвращения размыва дна направим истечение под углом ф0=15° (tg<Po=
=0,268; sin<po=0,259; cos(po=0,966).
Вычислим значение относительной глубины моря в месте выпуска
Я = ЯМе = 8/0,15 = 53,3
и найдем величину
Н /Ri = 53,3 /0,00237 = 2,58.
Затем по графику на рис. 4.1 установим значение t/Pi^Ri=2,15 и опре-
делим относительную расчетную высоту
2,15
Ур~ /0,00237 ~ ‘
Для определения относительной высоты затопления у3 вначале найдем
величину
/0,000127
sin фо ~\/ —— = 0,259 I/ —- — - = 0,0599,
v У R1	у 0,00237
потом по рис. 1.4 устанавливаем значение «/з(Р1'а)1/4/51пф0=5,4, а отсюда вы-
числим относительную глубину затопления
-	5,4-0,259
=------------------
/0,00237 • 0,000127
= 60,1.
Поскольку уъ>Ур> то расчетной высотой начального разбавления будет
уР, которую мы будем использовать в дальнейших расчетах.
Для определения tgip вычислим величину
sin фо	0,259
~	----= 0,1 bl.
/Rij^ / 0,00237 • 45,2s
Далее по графику иа рис. 4.2 установим отношение
tg ф/tg фо — 2,35
54
л, наконец, определим
tg ф = 2,35-0,268 = 0,63.
Установим начальное разбавление по формуле (4.2):
0.86-0.9663,5 (1 4-0,632) г________________________________________
«н=-------- у0 сразу -------’ /(0,63 — 0,268) [1 + (3-0,63 — 2-0,268)2]=
= 29,5.
Найдем размер начального пятна загрязнения по формуле (4.17):
Вп = 0,2-45,2-0,15 /1+^=2,54м.
Сравнивая полученное значение с расстоянием между оголовками, уста-
навливаем, что удвоенное значение меньше, чем расстояние оголовков друг от
друга. В случае если удвоенный размер начального пятна загрязнения оказы-
вается большим, чем расстояние между оголовками, то в расчет следует при-
нимать последнюю величину. По формуле (4.15) находим основное разбавле-
ние
3,64	1 Г 0,0058-300
"°- 15-2,54 Г 0,04	—0,63.
Поскольку п0<3, то расчет следует выполнить по номограмме, для чего
найдем
2,54
= 0,192,
4 =
/ 0,0058-300
2 Г 0,04
далее при 7V=15 по рис. 4.3 устанавливаем C/CTO=0,5, а основное разбав-
ление
=
— = —= 2
С 0,5
Общее разбавление найдем как произведение начального и основного:
п = 29,5-2=59.
Пример 4.3. Рассчитать разбавление сточных вод в водохранилище,
если через рассеивающий выпуск с 7V=5 оголовками, расположенными на рас-
стоянии /1 = 3,5 м друг от друга, сбрасывается расчетный расход Qo=0,125 м3/с
сточных вод. В районе сброса сточных вод водоем имеет следующие харак-
теристики: скорость течения v=0,03 м/с; среднюю глубину H=3fi м; эффек-
тивный диаметр донных отложений da=0,0027 м. Расчет выполнить для сла-
бого волнения (&о~150), когда фазовая скорость волны гв = 1,15 м/с и вы-
сота волны Лв=0,45 м. Плотности сточных вод и воды водохранилища
принять одинаковыми, а расстояние до створа водопользования L=8000 м.
Установим диаметр единичного оголовка выпуска, считая г>о=3,5 м/с:
1/ 4-0.125
d®= V 5-3,14-3,5 =0>0955 “•
Принимаем rfo=0,l м, тогда у0=3,18 м/с.	_
Расположим отверстие выпуска непосредственно у дна (t/i=0), направив
истечение под углом (ро=20° к горизонту (tgq>o=0,364, cos(po=0,94). Тогда
относительное расстояние до сечення, где закончится начальное разбавление,
установим по формуле (4.5):
_= 3,9qO,94;(o,364 + 0 24) = 60,5
55
Tai< как х<80, то учет потерь энергии по формуле (4.6) проводить не
следует, а можно сразу установить кратность начального разбавления по фор-
муле (4.4):
0,405-60,5
пн =-------------= 26,2.
н	0,94
Для определения основного разбавления найдем размер начального пятна
по формуле (4.18):
„	0,24-60,5-0,1
Вп =-----------------= 1,54 м
0,94
и вычислим коэффициент турбулентной диффузии из условий ветровых волне-
ний по формуле (4.21):
(1,15 0,45 + 3,14 0,03-3,9)	0,0027
D =--------------:----------------------= 0,000166 м2/с.
о____
3,14-150 у 3,9
Теперь найдем, основное разбавление по формуле (4.15):
3.64 । / 0,000166.8000
”0 —5-1,54 г 0,03	—3,15,
а поскольку п0>3, то окончательно определим общее разбавление по формуле
(1-14):
п = 3,15-26,2 = 82,5.
Пример 4.4. Найтн кратность разбавления сточных вод, сбрасываемых
через сосредоточенный выпуск в море. Расход сточных вод Qo=0,84 м3/с,
плотность ро=1037 кг/мэ. Расчетная скорость течения в месте выпуска р=
=0,025 im/c; средняя глубина Я=42м; плотность морской воды рсо =
= 1012 кг/м3; коэффициент турбулентной диффузии D=0,0074 м2/с. Расчетный
створ водопользования находится на расстоянии 800 м от предполагаемого
места выпуска.
Принимая o0i=3 м/с, установим диаметр выпускного отверстия
1/4-0,84
=== j 14-3 == 0 ’ ^97 м.
Принимаем 4=0,6 м, тогда у0’=2,98 м/с.
Примем направление истечения под углом (р0=45° (tgq>o= 1;) cos(po=9»707;
sin фо=0,707). Поскольку сточные воды имеют большую плотность, чем окру-
жающая морская среда, то для улучшения движения струн приподнимем ого-
ловок выпуска на высоту Л| =—#|.= 1,2 м (#i=—2).
Установим значение числа Ричардсона
9,8-0,6
R1 ~ 2,982
1012 — 1037
1012
= — 0,0163.
Теперь зададимся шагом расчетов по х, равным Дх=3, и будем последо-
вательно вычислять относительную ординату струн по формуле (1.33), преоб-
разованной с учетом ранее вычисленных величин,
yi = х/ —0,00145 х*
и длину струи по формуле (1.38), расчлененной на две части:
_______________________________________ i
Asz = j/д х2 + (^—^_i)2; =	•
1
56
Расчет выполняется до значений |г/»| > |г/||; результаты вычислении при-
ведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Данные вычислений длины струи (к примеру 4.4)
xi	~у<	AS/	®z
3	2,96	4,21	4,21
6	5,68	4,06	8,27
9	7,94	3,76	12,03
12	9,49	3,38	15,41
15	10,11	3,06	18,47
18	9,54	3,05	21,52
21	7,6	3,57	25,09
24	4	4,67	29,76
27	—1,53	6,29	36,05
Из табл. 4.1 можно установить, что ордината струи с увеличением ее
^абсциссы вначале возрастает, а затем уменьшается, и прн х<=27 мы имеем
у г——1,53, что весьма близко к yt =—2. Поскольку дальнейшие вычисления
с принятым шагом дают значения г/, намного меньшие, чем yi=—2, то на
этом расчет можно закончить.
Прежде чем переходить к определению начального разбавления, уста-
новим, не выходит ли струя за пределы поверхности моря. Для этого вычислим
относительную ординату струи в точке ее максимума по формуле (1.48):
-	1 / 0.7073
02=2,18 у 0,0163 = 10,15,
Сравнивая полученное значение с наибольшей величиной yi из табл. 4.1,
отметим их хорошее соответствие. Затем найдем диамегр струи в рассматри-
ваемом сечении по формуле (1-23), принимая относительную длину струи по
табл. 4.1:
5 = 0,4-18,47 = 7,38.
Для того чтобы струя не выходила за пределы поверхности моря, необхо-
димо выдержать неравенство:
/_	_ d\
t У1 + Уъ + 2 ) < Н •
Подставляя сюда известные значения, получим
(	7 38	\
Ю 154- —------+ 2 0,6 = 9,504 м<12 м.
2	/
Так как струя не выходит выше поверхности моря, то можно вычислить на-
чальное разбавление по формуле (4.7)
пн = 0.225-36,05 = 8,12.
Переходя к расчету основного разбавления, найдем значение Вп по фор-
муле (4.19):
Вп = 0,2-36,05 0,6 = 4,33 м
и выполним расчет по формуле (4.15):
3.64.	0,0074-800
п°~ 1-4,33 V 0,025	~ 12.9-
57
В итоге имеем п0>3, что позволяет найти общее разбавление
п = 8,12-12,9= 105.
ГЛАВА 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИИ
СБРОСА СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОТОКИ И ВОДОЕМЫ
5.1.	О ЧИСТОТЕ И ЗАГРЯЗНЕНИИ ВОДОЕМОВ
Поверхностные водоемы в естественном состоянии чрезвы-
чайно разнообразны по химическому составу, распределению
органических и минеральных веществ и микрофлоре. Эти осо-
бенности в сочетании с климатическими и гидрологическими ус-
ловиями определяют видовой и количественный состав сущест-
вующих в водоемах биоценозов, который обычно неизменен в
течение длительного срока, пока экологические условия обита-
ния остаются постоянными. Как правило, нежелательные изме-
нения состава и свойств природных вод, а значит и нарушение
экологического равновесия происходят лишь в результате вме-
шательства человека.
Сказанное позволяет считать поверхностные воды загрязнен-
ными, если их состав или свойства изменились под прямым или
косвенным влиянием производственной деятельности или быто-
вых условий жизни населения, в результате чего воды стали
непригодными или менее пригодными для одного или несколь-
ких видов водопользования. Соответственно воды являются чи-
стыми, если их состав и свойства, а также экологическая обста-
новка не изменены в результате деятельности человека.
Таким образом, представление о загрязненности природных
вод является относительным, и водоемы, не вовлеченные в сфе-
ру влияния человеческой деятельности, но обладающие неблаго-
приятными свойствами в своем естественном состоянии, тем не
менее не считаются загрязненными.
Для объективной оценки свойств воды нередко употребля-
ется термин «санитарное состояние водоема», под которым по-
нимается совокупность физико-химических, микробиологических
и гидробиологических показателей, характеризующих водоем с
точки зрения возможности его использования для коммуналь-
ного водопользования.
Эксплуатация природных вод определяется различными, не-
редко противоречивыми требованиями со стороны производст-
венных, сельскохозяйственных и коммунальных потребителей,
объединяемых в группы по видам водопользования. Следова-
58
тельно, задача охраны водоемов состоит в том, чтобы добиться
наилучшего удовлетворения требований всех водопользователей
при обязательном условии сохранения экологического равнове-
сия и естественных свойств водоема как неотъемлемой части
природного комплекса. Именно с этих позиций природные воды
подлежат государственной охране и регулированию, что особо
1подчеркнуто -в решениях XXV съезда КПСС, законах об охране
природы СССР и союзных республик.
Условия выпуска коммунальных и промышленных сточных
вод для рек, озер и водохранилищ регламентируются «Правила-
ми охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами»
(№ 1166—74), а для морей — «Правилами санитарной охраны
(прибрежной зоны морей» (№ 483—64).
Оба указанных нормативных документа исходят из следую-
щих принципиальных положений.
1.	Ограничением для сброса сточных вод является не их ка-
чество, а качество воды водоема в расчетном пункте водополь-
зования.
2.	Нормативные показатели качества воды — предельно допу-
стимые концентрации (ПДК) различаются в зависимости от
вида водопользования и относятся к составу воды в том же рас-
четном пункте.
3.	Критическими условиями являются наихудшие условия
возможного разбавления сточных вод в водоеме у мест водо-
пользования.
4.	Допускается учет процессов самоочищения воды, если
динамика этих процессов достаточно надежно изучена в услови-
ях конкретного вида водоема и характера сточных вод.
5.2.	НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ВОДОЕМАХ
Нормативные показатели качества природных вод разрабо-
таны «Правилами» для двух видов водопользования: а) питье-
вого и культурно-бытового; б) рыбохозяйственного.
Вода считается пригодной для данного вида водопользова-
ния, если ни по одному из показателей состава и свойств воды
качество ее после -сброса сточных вод не ухудшено. В целях на-
дежной защиты водоема все расчеты по проверке соответствия
прогнозируемых показателей с нормативными должны отно-
ситься к наихудшим условиям смешения сточных вод от места
выпуска до расчетного -створа водопользования. При таком под-
ходе во всех остальных зонах, расположенных дальше створа
водопользования (при отсутствии последующих сбросов), обес-
печиваются показатели качества воды, лучшие, чем норматив-
ные.
Для водотоков (реки, каналы и др.) расчетный створ питье-
вого и культурно-бытового водопользования назначается на рас-
стоянии 1 км выше (по течению) существующего или перспек-
59
тивного пункта водопользования. Для водотоков, используемых
в рыбохозяйственных целях, невозможно указать расчетный
створ водопользования, однако органами рыбоохраны установ-
лено, что предельные нормативы должны быть выдержаны на
расстоянии не более 500 м ниже выпуска сточных вод, а для
нерестовых участков — в самом створе выпуска. В последнем
случае нормативные показатели по существу должны быть
применены к самим срочным водам.
В озерах, водохранилищах и морях существующие течения
могут разносить смесь сточных вод и воды водоема в любом на-
правлении, поэтому здесь теряют смысл понятия «выше» и «ни-
же» выпуска. Применение нормативных показателей качества
воды для озер и водохранилищ относится к расстоянию 1 км в
любую сторону от пункта водопользования, а для морей — к рас-
стоянию не более 300 м.
Нормативные показатели качества воды состоят из общих
показателей, к которым относятся взвешенные вещества, плава-
ющие примеси, запахи, привкусы, окраска, температура, значе-
ние pH, минеральный состав, растворенный кислород, биохими-
ческая потребность в кислороде (БПК), возбудители заболева-
ний, ядовитые и вредные вещества. Для всех загрязняющих ве-
ществ указаны конкретные значения ПДК. Вредные же и
ядовитые вещества, входящие в общие показатели, весьма раз-
нообразны по своему составу, в связи с чем они нормируются
по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под
1которы1м {понимается наиболее вероятное неблагоприятное воз-
действие каждого вещества. По лимитирующему показателю
вредности все вещества в водоемах питьевого и культурно-быто-
вого водопользования разделены на три группы:
а)	вещества,	имеющие	санитарно-токсикологический	ЛПВ;
б)	вещества,	имеющие	общесанитарный ЛПВ;
в)	вещества,	имеющие	органолептический ЛПВ.
Для рыбохозяйственного	водопользования к указанным груп-
пам ЛПВ добавлено еще две:
а)	вещества, имеющие токсикологический ЛПВ;
б)	вещества, имеющие рыбохозяйственный ЛПВ.
Санитарное состояние водоема будет удовлетворительным,
если одно вредное вещество или группа вредных веществ, име-
ющих один лимитирующий показатель вредности, будет содер-
жаться в воде водоема в таких концентрациях, что выполняется
соотношение
' 'с‘
(5.1)
1 Сдоп
где С1т —фактическая или расчетная концентрация t-ro лимитирующего
показателя вредности в расчетном створе; Сд*п — предельно допустимая кон-
центрация соответствующего вредного вещества; i — количество вредных ве-
ществ с одинаковым ЛПВ.
€0
В общем случае необходима проверка соблюдения такого
числа неравенств вида (5.1), сколько групп ЛПВ-отвечает конк-
ретному виду водопользования. При этом каждое вещество мо-
жет участвовать только в одном таком выражении, т. е. сумми-
руются только доли концентраций веществ, относящихся к одно-
му ЛПВ.
Из неравенства (5.1) вытекает, что каждое загрязняющее
вещество одной группы ЛПВ из всех содержащихся в воде водо-
ема может присутствовать в расчетном створе водопользования
в концентрации не большей, чем
/	1 с* \
Ст^Сдоп 1-2 -—'У	(5-2)
\	1 сдоп/
где Сдоп—предельно допустимая концентрация расчетного вещества.
В заключение отметим, что все расчеты по определению
условий сброса сточных вод следует проводить для самых не-
выгодных условий, а именно:
а)	для незарегулцрованных рек'на средний расход наиболее
маловодного месяца гидрологического года 95%-ной обеспе-
ченности;
б)	для нижних бьефов зарегулированных рек — на мини-
мальный гарантированный пропуск гидроузла;
в)	для озер и водохранилищ — при наименьших уровнях
воды в них;
г)	для морей, озер, водохранилищ — при наиболее небла-
гоприятном направлении течений к ближайшему пункту водо-
пользования.
5.3.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ
ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
При определении степени очистки сточных вод мы полагаем
уже найденной величину кратности разбавления, причем даль-
нейший ход вычислений не зависит от природы водного объек-
та. Приведем основные методы вычисления предельных ха-
рактеристик очищенных сточных вод и определения степени
очистки.
Расчет степени очистки сточных вод по содержанию взве-
шенных веществ. Концентрация взвешенных веществ в очищен-
ных сточных водах перед сбросом в водоем должна удовлет-
ворять соотношению
Свзв<Свзв + лСв:в,	(5.3)
где Свзв —концентрация взвешенных веществ в воде водоема до сброса
сточных вод; Свзв —допустимое увеличение содержания взвешенных ве-
ществ в водоеме после сброса сточных вод.
61
Степень очистки сточных вод по взвешенным веществам в
процентах находится по формуле
£»ВЗВ _ £»ВЗВ
Эвзв = СТ - -°-too.	(5.4)
^ст
где Сет* —исходная концентрация взвешенных веществ в сточных водах
до очистки.
Во избежание отложения взвешенных веществ в водоем.ах
и водотоках их .гидравлическая крупность и0 независимо от ве-
личины Свов, вычисленной по формуле (5.3), при сбросе сточ-
ных вод в реки не должна превышать 0,4im<m/ic, а при сбросе
сточных вод в озера, водохранилища и моря — 0,2 мм/с.
Расчет степени очистки сточных вод по содержанию вредных
веществ и других лимитированных нормами загрязнений. Кон-
центрация каждого из растворенных вредных веществ в очи-
щенных сточных водах определяется выражением
+	(5-5)
где С* —концентрация рассматриваемого вещества в воде водоема до
сброса сточных вод; Clm—максимальная допустимая концентрация того же
вещества, вычисляемая по формуле (5.2) с учетом максимальных концентра-
ций и ПДК всех компонентов, относящихся к одной группе ЛПВ.
Найдем из уравнений вида (5.4) значения для каждого
из компонентов одной группы ЛПВ:
С10 = (1 -3</100)С‘т.	(5.6)
Приравнивая правые части уравнений (5.5) (5.6), можно
определить максимальную допустимую концентрацию ьто ком-
понента в расчетном створе
Если полученные значения С£т для каждого компонента
подставить в выражение (5.1), то получим расчетную формулу
для определения степени очистки
Обычно при прохождении очистных сооружений различные
вещества одной группы лимитирующего показателя вредности
очищаются неодинаково, поэтому нахождение степени очистки
должно быть выполнено для того компонента, который наибо-
лее трудно извлекается из сточных вод. Степень очистки этого
компонента в процентах можно установить из уравнения
62
а поскольку остальные вещества данной группы имеют более
высокий эффект очистки, то неравенство (5.1) будет обязатель-
но выполнено.
Расчет степени очистки сточных вод по БПК смеси воды
водоема и сточных вод. При распространении сточных вод в
водоемах и водотоках снижение концентрации органических
веществ, выраженное в БПК, происходит не только благодаря
разбавлению, но и вследствие самоочищения. В последнем
случае скорость изменения БПК пропорциональна количеству
кислорода, необходимого для биохимического окисления орга-
нических веществ. Интенсивность процесса биохимического
потребления кислорода характеризуется уравнением
Lt=La\Q-k^ ,	•	(5.10)
где Lt — БПК смеси воды водоема и сточных вод через i суток после
сброса в водоем; La — БПК этой же смеси в момент выпуска в водоем;
— константа биохимического потребления кислорода.
С учетом выражения (5.10) БПК смеси водоема и сточных
вод в расчетном створе может быть найдена из выражения
Lq = ~1Q—£17 ^ДОП — ^в-10	j + IQ—»	(5-11)
где £Доп — предельно допустимое значение БПК смеси сточных вод и воды
водоема; Ьъ— БПК воды водоема до сброса сточных вод; k\ и kY —соот-
ветственно константы скорости потребления кислорода сточными водами и
природной водой; t — время протекания воды от места выпуска до расчетного
створа.
Константа скорости потребления кислорода для смеси
бытовых и природных вод имеет различные значения в зави-
симости от температуры:
Температура во-
ды, °C ... 0	5	10	15	20	25	30
Ль сут-1 . .0,04 0,05 0,063 0,08 0,10 0,126	0,158
Значение Л/ равно ^0,005, однако часто для большей
надежности расчетов его принимают равным нулю.
При сбросе сточных вод от промышленных предприятий
значение ’константы кжоросТ|И потребления кислорода оп-
ределяется либо по данным специальных анализов, либо на ос-
нове литературных данных и аналогичных показателей для род-
ственных предприятий.
Степень очистки сточных вод по БПК смеси воды водоема
63
и сточных вод находится по формуле/ аналогичной фор-
муле (5.4).
Расчет степени очистки сточных вод по содержанию раство-
ренного кислорода. Наименьшее содержание растворенного
кислорода в природных водах в зависимости от вида водополь-
зования установлено указанными выше «Правилами». Если в
расчетном створе окажется, -что содержание растворенного кис-
лорода больше или равно нормируемому, то во всех остальных
створах по течению воды его содержание будет большим. По-
скольку растворенный (кислород в основном идет на снижение
значения ВПК, то при расчете определяется это значение в
сбрасываемых сточных водах. Расчетная концентрация ino ВПК
в очищенных сточных водах из условия сохранения в расчет-
ном створе допустимого содержания растворенного кислорода
находится по формуле
£о = -~(Ов-ОЛЬв-Одоп)	,	(5.12)
-где Ов — содержание растворенного кислорода в природной воде до абро-
са сточных вод; ОДоп— предельно допустимая концентрация растворенного
кислорода, которая должна быть в расчетном створе после сброса сточных
вод; 0,4 — коэффициент для пересчета полного потребления кислорода в двух-
суточное.
Найденное значение ВПК позволяет установить степень
очистки, используя формулу (5.4).
Расчет степени очистки сточных вод по изменению зна-
чения pH.
Согласно требованиям к свойствам воды (водоемов в (створах
питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водополь-
зования, изменение водородного показателя pH не должно
выходить за (пределы 6,5—8,5. Сточные воды, содержащие
растворенные кислоты ’или щелочи, взаимодействуют ю водами
природных водоисточников, в которых имеются растворенные
двууглекислые соли кальция и магния, а также другие соли
карбонатной жесткости и угольная кислота. При поступлении в
водоем кислых вод содержащаяся в них кислота взаимодей-
ствует с бикарбонатами, причем кислота нейтрализуется и вы-
тесняется свободная углекислота. Концентрация бикарбонатов
при этом снижается, а концентрация свободной углекислоты
повышается.
При поступлении в водоем сточных вод, содержащих ще-
лочь, последняя нейтрализуется свободной углекислотой и
бикарбонатами. Одновременно здесь понижаются концентрации
свободной углекислоты и бикарбонатов.
Для того чтобы установить допустимое количество кислоты
или щелочи, сбрасываемой в водоем со сточными водами, тре- ।
(буется знать щелочность В и pH природной воды. Для облег-
чения этих расчетов С. Н. Черкинским составлен график i
(рис. 5.1), позволяющий с достаточной для практических рас- 1
64
четов точностью установить максимальное количество кисло-
ты Ск или щелочи Сщ в мл 1 н. раствора, нейтрализуемых 1 л
воды водоема. На рис. 5.1 сплошные 'кривые используются при
определении Сю а штриховые—при нахождении Сщ. Приве-
денным трафиком определены границы нейтрализующей -спо-
Рис. 5. 1. Номограмма для расчета допустимого спуска в водоем кислых и
щелочных вод
собности водоема: так, при pH воды (водоема 6,5 сброс
щелочи со сточными .водами невозможен; аналогичное положе-
ние в отношении кислоты наблюдается при pH 8,25.
Из условий разбавления сточных вод водой водоема нетруд- ’
но получить зависимости для определения содержания кислоты
или щелочи в очищенных сточных водах:
Сок=(п-1)СК;	(5.13)
Сощ = О Оц»	(5.14)
а нужную степень очистки можно рассчитать по формуле (5.4).
Расчет температуры сточных вод перед сбросом в водоем.
Температура сбрасываемых сточных вод должна удовлетворять
неравенству
== Тв -|- п Т'доп, *	(5.15)
где Тв— расчетная температура природной воды до сброса сточных вод;
Т’доп — допустимое увеличение температуры воды в расчетном створе водо-
пользования.
65
5.4.	ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
УСЛОВИЙ СБРОСА СТОЧНЫХ ВОД
Пример 5.1. Определить необходимую степень очистки сточных вод,
если в расчетном створе водопользования достигается общая кратность раз-
бавления и=20. Состав стоков характеризуется следующими концентрациями:
по взвешенным веществам Съ™ = 25 Ом г/л; по БПКполн Lct=300 мг/л.
Согласно данным анализов природная вода в расчетном створе имеет следу-
ющие концентрации: по взвешенным веществам Свзв=15 мг/л; по
БПКполн LB = 1,5 мг/л; по растворенному кислороду Ов = 8 мг/л. Средняя тем-
пература воды в летний период 15°С. Время протекания воды от места вы-
пуска до расчетного створа /=0,25 сут.
Расчетный створ по виду водопользования относится к «водоемам, исполь-
зуемым для других рыбохозяйственных целей», поэтому для него требуется
обеспечить следующие значения ПДК: СВдВ=0,75 мг/л; £доп (по БПКполн) =
= 2 мг/л; Одон=4 мг/л.
Найдем содержание взвешенных веществ в очищенных сточных водах
перед сбросом в водоем по формуле (5.3):
Свзв = 15 + 20-0,75 = 30 мг/л,
отсюда необходимая степень очистки по взвешенным веществам определится
из выражения (5.4):
250 — 30
аВзв = “—— 100 = 88,2%.
Установим степень очистки по БПК смеси сточных вод и воды водоема,
полагая k j = 0, &i=0,08 при температуре 15°С («см. с. 63). Расчет ведется
на основе соотношения (5.1’1):
20—1	„	2
Lo= IQ—0,08-0,25 ( 2	1>^)+ IQ—0,08-0,25 = *2МГ/Л-
Необходимая степень очистки
300— 12,07
•^БПК“ 3qq 100 — 95,8%.	।
Расчет предельного значения БПК в очищенных сточных водах выполним
по формуле (5.12), исходя из требуемого содержания кислорода в расчетном
створе:
20—1	4
Lo =------ (8 — 0,4-1,5 — 4) — —— = 173 мг/л.
0,4 v	0,4
Тогда степень очистки
300 — 173
ЭБПК = --------- 100 = 42,7%.
БПК	300
Проведенные расчеты показывают, что сточные воды перед сбросом в во-
доем должны быть подвергнуты очистке с Эбпк =95,8%, причем указанную
степень очистки определяет значение БПК смеси сточных вод и воды водоема.
Эффективность очистки по взвешенным веществам Эвэв должна быть не менее
88,2%.
Пример 5.2. Определить необходимую степень очистки производствен-
ных сточных вод от вредных веществ и степень нейтрализации кислотности
бб
этих вод, если в стоках содержатся следующие концентрации загрязнений:
свинца С** = 1,7 мг/л; мышьяка =0,8 мг/л; никеля =4,8 мг/л;
серной кислоты С н^.°4 =400 мг-экв/л. Расчетная кратность разбавления
на пути движения сточных вод и=85. Расчетный створ водопользования от-
носится к «водоемам, используемым для централизованного хозяйственно-пить-
евого водоснабжения». По данным анализов природная вода характеризуется
следующими показателями: концентрация свинца С^ь =0,04 мг/л; селена
CSBe =0,0004 мг/л; никеля С1^1	=0,085 мг/л; мышьяк отсутствует; рН=
= 7,2; суммарная щелочность В=3 мг-экв/л.
Предельно допустимые концентрации веществ составляют: Сд^п«=0,1 мг/л;
сдоп =0-05 мг/л; С^п =0,001 мг/л; С ™п>=0,1 мг/л; рН=6,5—8,5.
Прежде всего все компоненты, имеющиеся в сточных водах, а также и в
воде водоема, следует разбить на труппы с одинаковым лимитирующим по-
казателем вредности.
В группу санитарно-токсикологического ЛПВ следует отнести свинец и
мышьяк, имеющиеся в сточной воде, и селен, обнаруженный в чистой воде. К
группе общесанитарного ЛПВ относится никель.
Теперь можно найти эффект очистки по каждой группе ЛПВ, используя
выражение (5.9). Для санитарно-токсикологического ЛПВ найдем:
4? Св	0,04	0	0,0004
rz	0,1	0,05	0,001
1 ^дсп
Так как к группе общесанитарного ЛПВ относится лишь один компонент,
то вначале определим содержание его в сточных водах перед сбросом по фор-
муле (5.5):
Cq! = 85 (0,1—0,085) +0,085= 1,36 мг/л,
а затем установим необходимую степень очистки
4,8 — 1,36
, о 100 = 71,7%.
При определении концентрации серной кислоты на выпуске установим
необходимость ее нейтрализации, используя график (см. рис. 5.1), по которому
найдем значение Ск=0,8 мг-экв/л три B=Q мг-экв/л. Отсюда допустимая
кислотность в сточных водах, найденная по формуле (5.13), составляет:
CH2S°4 = (gg—	0,8 = 67,9 мг-экв/л,
а необходимая степень очистки
400 — 67,9
5Hsso«— 400	100 — 83%.
Из расчетов следует, что для данного случая при очистке сточных вод
необходимо, во-первых, удалить не менее 46,1% вредных веществ, относящихся
к санитарно-токсикологическому ЛПВ, во-вторых, снизить на 71,7% содержа-
ние никеля и, в-третьих, нейтрализовать не менее 83% серной кислоты.
67
ГЛАВА 6
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ .
КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ВЫПУСКОВ
•у
6.1. КЛАССИФИКАЦИЯ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ВЫПУСКОВ и
ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Канализационные выпуски могут быть классифицированы по
следующим признакам:
а) по типу водоема или .водотока, в котором производится
сброс сточных вод: речные, озерные, морские;
•б) по месту расположения выпуска: береговые, русловые»
глубинные и глубоководные;
в) по конструкции распределительной части: сосредоточен-
ные, рассеивающие, рассредоточенные;
г) по типу оголовка: отверстия или щели в теле трубы;
цилиндрические насадки; цилиндрические насадки е отража-
телями и кон(фуеора1М|И; -оголовки, интенсифицирующие сме-
шение.
Рассмотрим наиболее характерные типы и конструкции ка-
нализационных выпусков.
Береговые выпуски. Как видно из названия, выпуски такого
рода располагаются в пределах береговой полосы (водотока
или 'водоема таким образом, чтобы -сточная жидкость поступа-
ла непосредственно у берета. Область применения этих выпус-
ков весьма разнообразна; таким способом производятся сбросы
очень малых количеств -сточных вод, выпуски в мелководные
водоемы, выпуски и лив-несбросы, устраиваемые в пределах
городской застройки. Пример последнего случая приведен на
рис. 6.1, где канализационный береговой ливнеспуск ^конструк-
тивно оформлен в набережной. _
В конструктивном отношении береговые выпуски довольно
разнообразны, причем это разнообразие определяется высот-
ным расположением подводящего канала или трубопровода,
амплитудой колебаний уровня воды в водотоке или водоеме,
конфигурацией берегового склона и т. п. На рис. 6.2 дан еще
один пример берегового выпуска при нез атолл енно-м истечении
сточной жидкости. Оголовок этого выпуска решен в виде бе-
тонной подпорной стенки прямоугольного -сечения.
В большинстве своем береговые выпуски являются сосре-
доточенными.
При использовании береговых выпусков разбавление проис-
ходит неэффективно, так как начальное разбавление практи-
чески отсутствует, а процесс основного разбавления протекает
68
весьма медленно из-за наличия береговой линии и малых глу-
бин. В связи с этим береговые [выпуски рекомендуется приме-
нять только для сброса ливневых и условно 'чистых вод.
Русловые выпуски. Русловые выпуски представляют собой
устройство в виде трубопровода, выводимого в русло реки и
оканчивающегося одним или несколькими оголовками. Основ-
ной целью создания русловых выпусков является обеспечение
наилучшего смешения сточных и речных вод на кратчайшем
Рис. 6. 1. Выпуск (В набережной
Рис. 6,2. Береговой незатопленный
шыттуск
1 — 1П0ДП'0|р1ная стенка; 2 — булыжная от-
мостка
расстоянии от выпуска. С этой целью оголовки выпуска распо-
лагают в месте наиболее интенсивного течения реки, а выпуск-
ные отверстия устраивают не на дне, а возможно ближе к сере-
дине глубины потока, хотя последнее часто затрудняется из-за
судоходства или лесосплава.
Наибольший интерес представляют собой оголовки русловых
канализационных выпусков. В общем виде оголовок имеет в пла-
не прямоугольную, ромбическую или каплевидную форму и рас-
положен своей длинной осью вдоль потока. Очень часто оголо-
вок (в смысле сооружения) не устраивается, a ib теле трубы де-
лаются отверстия различной формы или щели,-
На рис. 6.3 приведен оголовок, состоящий из сборных эле-
ментов. Он выполняется в виде отдельных блоков и затем с по-
мощью водолазов устанавливается в месте выпуска с соедине-
нием отдельных блоков болтами. Некоторые оголовки изготов-
ляются способом подводного бетонирования, для этого на дне
водотока устанавливается металлический кожух (рис. 6.4) с
подводящим трубопроводом и выпускными патрубками, а затем
с баржи кожух заполняется бетоном.
Русловые выпуски устраиваются как сосредоточенные, так
и рассеивающие. Рассеивающие выпуски имеют на одной тру-
бе-,распределителе несколько оголовков, число которых опре-
деляется шириной реки, условиями смешения и некоторыми дру-
гими факторами. Оголовки рассеивающих канализационных вы-
69
пусков мало отличаются от оголовков сосредоточенных выпус-
ков; так, оголовки, приведенные на рис. 6.3 и 6.4, применяются
и в том и в другом случае. Однако при расположении трубопро*
вода в грунте либо при достаточно хорошем его укреплении ого-
ловок выпуска значительно упрощается и может иметь вид, по-
казанный на рис. 6.5. Здесь на трубопроводе устраиваются от-
ветвления, заканчивающиеся поворотом и конически сходящим-
ся патрубком (конфузором).
В иЗ по А
Рис. 6. 5. Оголовок с кониче-
ски сходящимися патрубка-
ми
Рис. 6.3. Сброс-
ный оголовок
выпуска
Рис. 6.4. Металлический оголо-
вок с бетонным заполнением
1 — металлический кожух: 2 — бе-
тонное . заполнение; 3 — выпускное
отверстие; 4 — булыжная отмостка
Глубинные и глубоководные выпуски. Под глубинным выпус-
ком понимают сброс сточных вод в озеро, водохранилище или
море на некотором расстоянии от берега (обычно до глубин
30—40 м). При сбросе сточных вод на глубинах более 30—40 м
такие выпуски называют глубоководными. Принципиальной раз-
ницы в работе таких сооружений нет, однако приведенное деле-
ние связано с различными условиями производства работ по со-
оружению подводных трубопроводов.
Канализационные выпуски в озера, водохранилища и моря
весьма разнообразны вследствие различия местных гидрогеоло-
70
гических условий и способов производства работ. По своим кон-
струкциям выпуски такого типа мало отличаются от русловых,
однако к подводному трубопроводу и оголо|вкам здесь предъяв-
ляются дополнительные требования. Они заключаются в том,
что форма оголовка должна быть как можно более простой,
размеры — минимальными, но обеспечивающими устойчивость,
соединения трубопроводов и их гидроизоляция — долговечными.
Оголовки по возможности должны располагаться в зоне, где их
не достигают удары волн, а устройство подводного трубопрово-
да требует особого внимания, так как он подвергается постоян-
ному динамическому воздействию водоема, а в случае выпусков
в море — еще и химическому воздействию морской воды.
Само устройство трубопровода зависит от местных грунто-
вых условий и от диаметра трубопровода. Как правило, подвод-
ный трубопровод укладывается по поверхности дна либо вро-
вень с последним. Это вызывает необходимость дополнительного
закрепления трубы бетонными якорями или пригрузочными мас-
сивами. На рис. 6.6 приведен характерный пример оголовка
сосредоточенного морского выпуска, а на рис. 6.7 и 6.8 — приме-
ры рассеивающих выпусков.
Рассмотренные конструкции канализационных выпусков до-
вольно разнообразны, однако наибольший интерес для разбав-
ления сточных вод представляют конструкции оголовков, кото-
рые в схематическом виде изображены на рис. 6.9.
Круглые отверстия в теле трубы. Такая конструкция оголов-
ка является недорогой и наиболее простой в изготовлении. Впер-
вые она была предложена Л. X. Максимовым для рассеиваю-
щих выпусков в реки. Круглые отверстия в теле трубы в послед-
нее время довольно широко применяются за рубежом при проек-
тировании и строительстве выпусков, называемых диффузорами,
и считаются наиболее рациональными, однако такой вид выпус-
ка имеет ряд недостатков. К важнейшим из них относится до-
вольно низкий коэффициент расхода отверстия, что приводит к
увеличению потерь напора при истечении сточных вод. Далее,
при применении-оголовков данного вида для рассеивающих вы-
пусков коэффициенты расхода изменяются вдоль трубопровода,
что обусловливает неравномерность, распределения расходов и
ухудшает эффективность работы выпуска вследствие неравно-
мерного разбавления сточных вод.
Щели в теле трубы. Это решение аналогично предыдущему,
однако щели, обладая всеми недостатками круглых отверстий,
способствуют еще более неравномерному начальному разбавле-
нию. Последнее вызвано тем, что для равномерного распределе-
ния расходов рекомендуется изменять длину щелей вдоль вы-
пуска, из-за чего начальное разбавление, зависящее от разме-
ров щели, будет отличаться для разных щелей. Кроме того, от-
носительное изменение расходов (разбавление) в плоской струе
пропорционально квадратному корню из длины струи, а в осе-
71
Рис. 6. 6. Оголовок сосредото-
ченного морского выпуска
Рис. 6.7. Рассеивающий выпуск с
зонтамн-ютражателямн
1 — оголовки выпуска; 2 — бетонные при-
прузочные массивы
dN-529пгт
ОголоВки Выпуска
10000
,d=200
,d-500
Рис. 6.8. Рассеивающий выпуск У-об-
разной формы в плане
1 — цилиндрические патрубки; 2 — надвиж-
ные муфты
Рис. 6.9. Схема конструкций
оголовков выпусков сточных
®од
а — круглые отверстия в теле тру-
бы; б — щели в теле трубы; в —
цилиндрические оголовки; г —
цилиндрические оголовки с отра-
жателями; д — цилиндрические ого-
ловки с конфузором; е — оголовок
с эжектирукмцей насадкой
72
симметричной — длине струи. Следовательно, разбавление бу-
дет не только неравномерным, но и меньшим по величине, чем
для оголовка с круглым отверстием.
Цилиндрический оголовок находит применение там, где по
причинам гидрогеологического характера нельзя укладывать
трубопровод выпуска по дну. Коэффициент расхода такой кон-
струкции несколько выше, чем для отверстия, но все же не яв-
ляется постоянным по длине рассеивающего выпуска.
Отражатель на цилиндрическом оголовке. Выходящий из ци-
линдрического оголовка поток ударяется об отражатель, и в
итоге образуется коническая струя, полая внутри. Потери напо-
ра в таком оголовке выше по сравнению с предыдущими, конст-
рукция сложнее и дороже. Хотя эта конструкция и нашла при-
менение в ряде проектов морских и речных выпусков, она совер-
шенно не изучена. Если учесть, что движение струи из рассмат-
риваемого оголовка несколько затормаживается, а во внутрен-
ней полости могут возникнуть замкнутые циркуляционные токи,
то процесс разбавления будет протекать менее интенсивно, и це-
лесообразность таких конструкций, по нашему мнению, являет-
ся сомнительной.
Цилиндрический оголовок с конфузором является более со-
вершенной конструкцией; сооружение в конце цилиндрической
части конфузора вызывает увеличение скорости истечения, а сле-
довательно, повышает кратность разбавления. Вместе с тем
здесь более высокие коэффициенты расхода, а, кроме того, их
значения не зависят от места расположения оголовка в рассеи-
вающем выпуске.
Оголовок с эжектирующей насадкой разработан и исследо-
ван Н. Н. Лаптевым и В. Ф. Цвиликовым. Конструктивно ого-
ловок такого типа сложнее и дороже, однако это окупается вы-
сокой эффективностью разбавления. Поток, создаваемый соплом,
эжектирует окружающую жидкость и вместе с ней поступает в
камеру смешения. Здесь оба потока, имеющие различные плот-
ности и концентрации, перемешиваются, и на выходе из камеры
смешения создается поток с относительно равномерными по се-
чению параметрами и значительно сниженными концентрация-
ми загрязнений. Создание оголовков с эжектирующими насадка-
ми требует некоторой дополнительной энергии на перемешива-
ние жидкости.
6.2.	ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
РАССЕИВАЮЩИХ ВЫПУСКОВ
В большинстве случаев рассеивающий выпуск представляет
собой трубопровод-распределитель постоянного сечения с одина-
ковыми оголовками, расположенными на равных расстояниях
Друг от друга. Наибольший интерес при гидравлическом расчете
такой конструкции представляет собой расчет распределитель-
73
Рис. 6. 10. Схема ого-
ловка € КОМфуЗОрОМ
ной (рассеивающей) части. Расчет подводя-
щего трубопровода выполняется известными
методами, и в настоящей работе мы не бу-
дем его приводить.
Рассмотрение условий движения жидко-
сти в рассеивающем выпуске начнем с рас-
смотрения отдельного оголовка и определе-
ния его коэффициента расхода. Написав
уравнение Д. Бернулли для сечений /—/,
II—II и 0—0 (рис. 6.10), получим с учетом
уравнения неразрывности выражение для
разности и напоров в сечениях I—I и 0—0:
п2
Р1 — Ро  >
Y 2g
а + £к +
(6.1)
где у — удельный вес; а — корректив скорости; £к — коэффициент сопро-
тивления канфузара; £Вх—коэффициент сопротивления на вход в цилиндри-
ческую насадку; X—коэффициент Дарси; di и I — соответственно диаметр и
длина цилиндрической насадки.
При-выводе уравнения (6.1) мы пренебрегли скоростным на-
пором в сечении I—/, так как направление вектора скорости
здесь перпендикулярно направлению истечения, поэтому ско-
рость движения в трубопроводе может оказывать влияние лишь
на значение £вх, искажая эпюру скорости на входе -в цилиндри-
ческую часть оголовка. Принимая, по литературным данным,
для конически сходящихся насадок а =1,02 и £к=0,04, после
несложных преобразований получим коэффициент расхода, отне-
сенный к скорости истечения жидкости из оголовка:
_____________________1______________
и “ Г 1.06 + (£вх + 1//^) (doMx)4 ‘
(6-2)
Следует отметить, что если в оголовке имеется поворот, то
коэффициент расхода следует находить с учетом коэффициента
сопротивления поворота, который входит в качестве дополнитель-
ного слагаемого к коэффициенту сопротивления входа. Поскольку
цилиндрическая часть оголовка, как правило, больше по длине,
чем рекомендуется для цилиндрических насадок, то учет потерь
по длине здесь обязателен. Анализ выражения (6.2) показывает,
что при соотношении диаметров цилиндрической части и отвер-
стия di/^o>2,5... 3 влияние цилиндрической части становится
незначительным, а коэффициент расхода стремится к постоян-
ной величине. Это как раз и определяет независимость коэффи- •
циента расхода оголовка от расхода, протекающего по основно- 1
му трубопроводу.	I
74	’
Формула (6.2) применима как для оголовков указанной кон-
струкции, так и для цилиндрических оголовков; в последнем
1случае следует положить при расчетах d0/di = l.
При расчете распределителя с отверстиями коэффициент рас-
хода зависит от положения отверстия в трубопроводе. Нумеруя
отверстия против движения воды: 1, 2, 3,..Д, можно для каждо-
го отверстия найти коэффициент расхода р, по данным, приве-
денным в табл. 6.1. Эта таблица составлена нами по опытным
данным Л. X. Максимова. При отношении диаметра отверстия
к диаметру трубопровода do/dT = O,l... 0,2 рекомендуется прини-
мать не более 20 отверстий, а при ^о/^т = О,2... 0,35 — не более 15-
Таблица 6.1. Значения коэффициентов ц и в зависимости
от порядкового номера отверстия
Порядковый номер отверстия	did =0,1... 0,2 0 т		djd = 0,2... 0,35 0 т	
	М		М	
1	0,65	1	0,67	1
2	0,67	1,01	0,68	1,01
3	0,674	1,01	0,69	1,01
4	0,675	1,02	0,69	1,01
5	0,68	1,02	0,68	0,99
6	0,68	1,02	0,66	0,98
7	0,68	1,03	0,64	0,97
8	0,69	1,03	0,61	0,96
9	0,69	1,04	0,58	0,95
10	0,69	1,05	0,55	0,94
11	0,69	1,06	0,52	0,92
12	0,68	1,1	0,48	0,91
13	0,68	1,15	0,46	0,9
14	0,68	1,21	0,44	0,87
15	0,68	1,25	0,41	0,83
16	0,68	1.3	—	—
17	0,68	1,33	—	—
18	0,67	1,36	—	—
19	0,67	1,39	—.	—
20	0,67	1,41	—•	—
Необходимый напор перед оголовком определяется по фор-
муле
hp - -
2ёНл' ’
(6.3)
где v0N — скорость истечения из оголовка, имеющего порядковый номер/V;
P-jy — коэффициент расхода этого же оголовка.
Весьма важной характеристикой работы распределительно-
го трубопровода является коэффициент неравномерности распре-
деления расходов под которым понимают отношение paicxo-
75
да из произвольного отверстия или оголовка к расходу из пос-
леднего по ходу движения воды отверстия или оголовка (№ 1):
₽© == Qo tf/Qoi-	(6.4>-
Для определения коэффициента неравномерности распределе-
ния расходов рассмотрим движение жидкости через рассеи-
вающий выпуск, который имеет одинаковые оголовки, располо-
женные на равных расстоя-
ниях друг от друга (рис.
6.11). При анализе такой
системы обычно принимают
следующие допущения: ко-
эффициенты расходов одина-
ковы; .коэффициенты 1 и «о
•постоянны для всего распре-
делительного трубопровода;
раздача расхода непрерывна
по длине трубы, и отделение
жидкости происходит -нор-
мально к основному потоку.
Принимая за плоскость
Рис. 6.11. Расчетная схема рассей- сравнения поверхность водо-
вающего выпуска	ема, направляя ось Ох по
движению потока и исполь-
зуя уравнение Г. А. Петрова для установившегося движения
жидкости с переменной массой, получим выражение для разно-
сти пьезометрических напоров в начальном сечении и в -сечении
на расстоянии х
/ Рн \	/ Рх.
.р'13"1*- <6-s>
С учетом допущения о непрерывности раздачи жидкости из-
менение расхода на единицу элементарной длины распредели-
теля можно найти по уравнению
Решая уравнение (6.6) относительно рх/у— zx и подставляя
результат в выражение (6.5), получим:
----—-----/jLQ Vs .	(л2 — л2) 4-__!___х
И/	\ dx / geo3	2g(ifldT
xJ*Q2dx.	(6.7)
о
Левая часть уравнения (6.7) представляет собой гидростати-
ческий напор в начальном сечении распределительной части вы-
пуска, первый член правой части — необходимый напор на исте-
4
1
76
чение, второй член — потери напора за счет уменьшения ско-
рости движения, третий — потери напора на трение по длине.-
|Пройиф'ференци|равав уравнение (6.7) по х и приведя его к
безразмерному виду, имеем
d2 Q
dx2
dQ _ dQ
d x	dx
(6.8)
где Q=QIQn — относительный расход, определяемый как отношение рас-
хода в произвольном сечении на расстоянии х к расходу в начальном сечении;
x—x/L— относительная длина; Вк=2а0 (рЛо )а;	=0,5 (нКш )2lL/dT;
=Мво/(£) — конструктивное отношение.
Уравнение (6.8) должно удовлетворять следующим краевым
условиям: в начале трубопровода х=0; Q = l; в конце — х=1;
Q=0. Анализ полученного уравнения показывает, что движе-
ние жидкости вдоль рассеивающего выпуска определяется толь-
ко параметрами hL/d? и , входящими © выражение для Вк
и В х . Кроме того, характер пьезометрической линии не зависит
от скорости истечения жидкости.
Решение уравнения (6.8) в общем виде дает весьма сложное
выражение, поэтому это решение нами аппроксимировано в ви-
де простой зависимости относительно неравномерности распре-
деления расходов
= 1 + 0,167 (р Кш)2 X L/dT.	(6.9)
Зависимость (6.9) дает максимальную возможную неравно-
мерность распределения расходов вдоль рассеивающего выпус-
ка, т. е. расчет по этому выражению дает значения коэффициен-
та превышающие фактические.
Для более точных расчетов нами составлена номограмма
(«рис. 6.12). Она отвечает диапазону параметров KLId? «и рА©»
обычно встречающемуся в практике проектирования рассеива-
ющих выпусков сточных вод. Эта номограмма получена на осно-
ве экспериментальных исследований, проведенных с учетом ука-
занных выше теоретических разработок. Кроме номограммы
можно использовать и эмпирическую формулу
pv= 1 +(0,093 XL/dT-0,316) (нКи)1,67.	(6.10).
При расчете рассеивающего выпуска следует установить ого-
ловок, имеющий наибольшее значение расхода, и, определив по*
этому расходу скорость истечения, рассчитать потребный напор
на всю распределительную часть по формуле (6.3). Этот оголо-
вок чаще всего расположен первым по течению воды (порядко-
вый номер А/).
Расчет неравномерности распределения расходов для рас-
сеивающего выпуска с отверстиями не может быть выполнен
по формулам (6.9) и (6.10), а также по номограмме рис. 6.12.
В этом случае значения коэффициента устанавливаются из
77
табл. 6.1, рассчитанной нами по опытным данным Л. X. Мак-
симова. Потребный напор для этого выпуска определяют ана-
логично предыдущему, только следует помнить, что коэффи-
циент расхода ц не является постоянным, а зависит, как ука-
зывалось ранее, от места расположения «отверстия на трубо-
проводе.
Рис. 6.12. Номограмма для определе- Рис. 6.13. Схема взаимодействия
ния коэффициента неравномерности	двух струй
распределения расходов
Большая неравномерность распределения расходов вдоль
рассеивающего ‘выпуска влечет за собой и неравномерность
разбавления в водотоках и водоемах, а значит, и ухудшает
эффективность работы выпуска. Это требует при создании
распределительной части выпуска ограничиваться величиной
6.3.	КОНСТРУИРОВАНИЕ РАССЕИВАЮЩЕГО ВЫПУСКА
Длина рассеивающей части выпуска и расстояние между
оголовками не могут быть получены из гидравлического рас-
чета, поэтому эти элементы должны быть определены из усло-
вия получения возможно лучшего разбавления.
Вначале определим влияние расстояния между оголовками
рассеивающего выпуска, для чего рассмотрим две соседние
струи, расположенные на расстоянии Л друг от друга (рис. 6.13).
При распространении струй в водоеме или водотоке вначале
они движутся самостоятельно, а затем начинают взаимодей-
ствовать между собой. При этом доступ окружающей воды в
струю ограничивается, так как уменьшается поверхностыконтак-
та струи с чистой водой, что приводит к снижению интенсив-
ности начального разбавления.
Изменение разбавления на оси суммарного потока зависит
от расстояния между струями и от их числа. На рис. 6.14
78
представлен график зависимости относительного снижения
разбавления в процентах от относительного расстояния между
оголовками, построенный по данным теоретических расчетов
и хорошо согласующийся с
экспериментальными данны-
ми. Из него видно, что при
взаимодействии двух струй
относительное разбавление
снижается с увеличением от-
носительного расстояния
ax/ly и достигает в пределе
29,3% от разбавления оди-
ночной струи, при трех стру-
ях оно достигает 42,3% при
четырех — 50%, при пяти —
55,2% и т. д.
Проведенные расчеты
позволили установить заяви-
Рис. 6.14. Относительное снижение
разбавления на оси суммарного
1потока
симость относительного сни-
жения «разбавления от числа оголовков:
ДиЛГ=(п1-пЛГ)/п1=1 — УМ/N,	(6.11)
где ли — разбавление для единичной струи; Пк — разбавление для N струй,
расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.
Таким образом, при назначении расстояния между оголов-
ками рассеивающего выпуска следует учитывать снижение
начального разбавления, а наилучшими условиями будут та-
кие, при которых струи до достижения наибольшего разбав-
ления не будут взаимодействовать.
В этом случае при расположении оголовков на одном трубо-
проводе расстояние между ними назначают:
/i = d + /',
(6-12)
а при расположении оголовков на двух параллельных трубо-
проводах в шахматном порядке
l1 = 2d + 0t5lTp + l't	(6.13)
где d — расчетный диаметр струи в сечении начального разбавления;
Лр — расстояние между осями параллельных трубопроводов; /' — запас, при-
нимаемый от 0,5 до 1 м.
Обратимся теперь к нахождению длины распределитель-
ной части выпуска. При размещении выпуска в водоеме необ-
ходимо учитывать рельеф дна, гидрогеологические условия,
условия судоходства, лесосплава и др.
Эффективную длину рассеивающей части выпуска для рек
следует принимать не более 80—90% от полной ширины реки
в межень. Это позволяет размещать выпуск в зависимости от
поперечного профиля реки в области глубин, близких к сред-
79
ним. Необходимо избегать попадания неразбавленных сточных
вод в области, прилегающие к берегам и характеризующиеся
малыми скоростями течения. При использовании реки для су-
доходства длину рассеивающей части и конструкцию оголовков
устанавливают исходя из условия безопасного прохождения
судов.
Число оголовков рассеивающего выпуска в реку определя-
ется как отношение эффективной длины рассеивающей части
к расстоянию между оголовками:
N = Lll^	(6.14)
Диаметр выпускного отверстия устанавливается в зави-
симости от расчетного расхода, скорости истечения и числа
оголовков. Наименьший диаметр выпускного отверстия do сле-
дует принимать равным 100 мм.
Длина рассеивающей части выпуска для озер, водохрани-
лищ и морей устанавливается в зависимости от числа оголов-
ков и расстояний между ними. Расстояния между оголовками
назначаются исходя из получения наибольшего начального
разбавления по формуле (6.12). Число оголовков для выпус-
ков такого типа не регламентируется, однако его можно опре-
делить, задаваясь диаметром единичного оголовка и скоростью
истечения через него.
При создании оголовков, состоящих из цилиндрической
части и конически сходящейся насадки (конфузора), рекомен-
дуемое отношение диаметра цилиндрической части к диаметру
отверстия di/d0>2,5. В этом случае коэффициент расхода ого-
ловка будет иметь наибольшие значения.
Диаметр трубопровода распределительной части выпуска
должен иметь постоянное сечение. Применение «телескопичес-
ких» трубопроводов приводит к очень неравномерному истече-
нию сточных вод на отдельных участках и отражается на раз-
бавлении сточных вод. Сечение трубопровода влияет на два
важнейших условия работы выпуска. Увеличение диаметра
приводит к более равномерному распределению расходов, но в
то же время возникает опасность заиливания последних участ-
ков трубопровода из-за малых скоростей течения. При умень-
шении диаметра происходит обратная картина: опасность за-
иливания становится меньше, но возрастает неравномерность
распределения расходов.
Для предотвращения выпадения взвешенных веществ в пос-
ледних по ходу воды участках рассеивающего выпуска диа-
метр трубопровода должен удовлетворять неравенству:
, ^O,5t7oldQ Qq МИН
WT	Q	>
«о 11	*0 макс
(6.15)
где г01 — скорость «стечения из последнего оголовка, м/с; и0 — наиболь-
шая гидравлическая крупность взвешенных веществ, сбрасываемых в водоем,
80
м/с; Оомин — минимальный расход сточных вод, м3/с; Оомакс — максимальный
расход сточных вод, м3/с.
При выборе диаметра из условия получения заданной сте-
пени неравномерности распределения расходов вначале необ-
ходимо вычислить удельное сопротивление трубопровода
0,496Л^(ро-1)
А =---------------
(6.16)
где 0,496 — коэффициент, с2/м;	— число ветвей рассеивающего выпуска;
L — общая длина всех ветвей выпуска, м; N — общее число оголовков.
Затем по таблицам устанавливают диаметр трубопровода,
отвечающий пол ученному значению Д.
При выполнении условия (6.16) фактическая неравномер-
ность распределения расходов будет меньше, чем принятая в
расчете, поэтому необходимо проверить возможность использо-
вания труб с меньшими диаметрами. Эту проверку можно
осуществить по формуле (6.10) или по номограмме (рис. 6.12).
Пример 6.1. Определить конструктивные размеры распределительной
частЦ рассеивающего выпуска сточных вод в реку при следующих данных:
максимальный расход сточных вод 0омакс=0,4 м3/с; минимальный Оомии=
= 0,36м3/|с; наибольшая гидравлическая крупность взвешенных веществ после
очистки wo=0,4 мм/с; диаметр струи в расчетном сечении d=3 м; возвышение
отверстия оголовка над дном Aj=0,8 м; истечение струи направлено под
углом (р0=13° к горизонту; ширина реки в месте выпуска В'=100 м.
Определим эффективную длину распределительной части, принимая ее
равной 80% от ширины реки:
£ = 0,8-100 = 80 м.
Находим расстояние между оголовками рассеивающего выпуска по фор-
муле (6.12):
/1 = 3 + 1 =4 м.
Общее число оголовков, согласно выражению (6.14), составит:
N = 80/4 = 20.
Установим диаметр отверстия единичного оголовка, принимая v0=2 м/с:
1/	4-0,4
rfo = V 3,14-2-20 =°.112м-
Назначаем do=0,l м, тогда г>0=2,54 м/с.
Принимаем следующую конструкцию оголовка (см. рис. 6.5). Распредели-
тельный трубопровод постоянного сечения укладывается ниже поверхности дна,
от него идет вертикальная цилиндрическая часть диаметром di=2,5-0,l =0,25 м,
в конце которой устанавливается сварной ттавор1от иа угол а=90°—13°=77°.
Непосредственно к повороту крепится конфузор, осуществляющий переход с
dj на dQ. Принимая длину цилиндрической части равной 0,8 м и устанавливая
по таблицам коэффициент Дарси Х=0,03, коэффициент сопротивления на вход
£вх=0,5 и коэффициент сопротивления поворота £пов=0,2, найдем коэф-
фициент расхода оголовка рассматриваемой конструкции по формуле (6.2):
и =-------------- ----------- 1	-----= 0-96.
V! ,	0,03 • 0,8\ ( 0,1 \«
1’°6 + (°’5 + 0.2 + -^“) fe-)
81
Определим диаметр распределительного трубопровода из условия равно-
мерного распределения расходов по оголовкам рассеивающего выпуска, для
чего положим р„ = 1,2, а затем найдем удельное сопротивление трубопровода
по формуле (6.16):
0,496-13 (1,2— 1) Л Л
и, наконец, по таблицам установим б/т = 0,5м (Л =0,4692 с2/м6, Х=0.176).
Проверим значение коэффициента неравномерности распределения расходов,
определив относительные параметры:
0,14
р,= 0,96-20	= 0,0308;
IL 0,0176-80 п ,
----^=—--------= 2,81.
dr 0,5
Теперь по момопрамме на рис. 6.12 найдем ₽„ = !. Следовательно, расходы
распределяются равномерно.
Проверим полученный диаметр распределительной части на пропуск взве-
шенных веществ заданной гидравлической крупности, для этого решим урав-
нение (6.15) относительно «0:
0,5-2,54’0,I2
«о-------------
0,36
-Г---= 0,00576 м/с.
0,4
Вычисленное значение превышает заданное «=0,0004 м/с. Таким образом,
диаметр idT = 0,5 м удовлетворяет поставленным условиям.
Найдем потребный напор перед распределительной частью выпуска по
формуле (6.3);
0,5’4
,	2,542
йр = " 7 / 7k» — 0,356 м.
р	2-9,8-0,962
Далее следует провести гидравлический расчет подводящего трубопрово-
да, который выполняется обычными методами.
Пример 6.2. Определить конструктивные размеры рассеивающего вы-
пуска в море при следующих исходных данных: максимальный расход сточных
вод Омане =2,35 м3/с; минимальный 0мин = 1,96 м3/с; наибольшая гидравли-
ческая крупность после 'очистки «о=0,2 мм/с; оголовок расположен непосред-
ственно у дна; диаметр струи в расчетном сечении t/=16,3 м.
Принимаем do=0,3 м и г>0=2,5 м/с, тогда число отверстий
42,35
N= ~13'3-
Считаем W=43, тогда скорость истечения составит ^0=2,56 м/с. Устанав-
ливаем расстояние между отверстиями по формуле (6.12):
/1== 16,34-0,7 = 17 м.
Общая длина рассеивающей части
L= 1713 = 221 м.
В качестве оголовка выпуска принимаем отверстие; для установления его
характеристик ц и необходимо знать диаметр распределительной части
выпуска. Здесь следует принять такую же скорость движения, как и в под-
водящем трубопроводе, и найти диаметр по таблицам. Устанавливаем для
заданного расхода dT = l,4 м, ит = 1,52 м/с. Вычисляем отношение d^dT =
=10,3/1,4 = 0,245, и при этом значении по табл. 6.1 находим р,=0,46 и р© = 0,9.
82
Проверяем принятый диаметр на пропуск взвешенных веществ аналогично
примеру 6.1:
0,5-2,56 0,32 1,96 л	,
—Гллт- Т5Г-°да(>3 ”'с-
и, сравнивая с заданным izo, устанавливаем, что заиливания не будет,
Найдем потребный напор перед распределительной частью выпуска по
формуле (6.3):
2,562
hD =-----------------= 1,57 м.
р 2  9,8 • 0,462
6.4.	ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ,
НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ВЫПУСКА СТОЧНЫХ ВОД
Рассмотренные выше методы расчета разбавления сточных
вод и определения их степени очистки, закономерности гидрав-
лического расчета рассеивающих выпусков и условия их
конструирования требуют детального изучения технологичес-
ких условий очистки сточных вод и гидрологических данных
водоема или водотока. Для правильного учета всех особен-
ностей конкретного объекта, а также для планирования изыска-
тельских и !пред!проектных работ необходимо представлять ми-
нимальный объем «исходных данных, которые требуются для вы-
полнения указанных расчетов.
Данные о количестве и составе сточных вод:
расчетные расходы сточных вод и режим водоотведения;
основные показатели качества сточных вод до очистки
(плотность, температура, содержание взвешенных веществ и
их гидравлическая крупность, концентрации всех загрязняю-
щих компонентов);
те же показатели качества сточных вод, прошедших раз-
личную степень очистки (механическую, неполную биологи-
ческую, биологическую, биологическую с доочисткой и др.).
Данные о морфологии и гидрологии рек:
план участка реки от предполагаемого места сброса сточ-
ных вод до расчетного створа водопользования с указанием
характерных размеров и других источников загрязнения;
план намечаемого района выпуска сточных вод в изобатах
и характерные продольные профили;
многолетние расходы воды и их колебания;
колебания уровней воды и связь их с расходами;
расчетные скорости течения реки на характерных участках;
описание ложа реки 1 (характер и крупность донных отло-
1 Приведенные данные по характеру ложа рек, озер, водохранилищ и мо-
рей необходимы лишь для изложенных выше целей; гидрогеологические дан-
ные, требуемые для строительства выпуска, здесь не учтены.
83
жений, коэффициенты шероховатости на участках реки, нали-
чие камней, водной растительности и пр.);
характер зимнего режима реки (начало и окончание ледо-
става, толщина льда, горизонты ледостава и ледохода);
основные показатели качества воды по всем ингредиентам,
нормируемым «Правилами»;
оценка санитарного состояния реки и динамики его по се-
зонам года;
использование реки для судоходства, лесосплава и других
нужд.
Данные о гидрологии озер и водохранилищ:
план всего водоема и участка выпуска в изобатах с распо-
ложением мест водопользования и указанием об их видах;
продольные профили намечаемого створа выпуска;
кривые объемов, зеркал и средних глубин водоема;
описание ложа водоема;
многолетние расходы стока и их колебания;
компоненты водного баланса (период обмена, интенсив-
ность испарения, сток на водную поверхность и др.);
расчетные и фактические данные об устойчивых течениях
(направления и скорости течения, их обеспеченность);
гидрометеорологические условия (ветровые, волновые и
температурные режимы);
характер зимнего режима;
основные показатели качества воды по нормируемым ком-
понентам для водоема и впадающих в него притоков;
оценка санитарного состояния водоема и его динамика по
^сезонам года.
Данные о морях и морских заливах:
план акватории, прилегающей к месту выпуска, ib изоба-
тах с указанием мест водопользования и их видов;
продольные профили намечаемого створа выпуска;
колебания уровней 1воды (-суточные, годовые, ^многолетние);
ветровой и волновой режимы;
направления и скорости устойчивых течений;
изменение температуры и плотности воды по вертикали
для различных месяцев или сезонов года;
расчетные или фактические значения коэффициента гори-
зонтальной турбулентной диффузии для характерных гидро-
метеорологических условий;
описание ложа водоема;
характер зимнего режима;
основные показатели качества воды по регламентируемым
компонентам для рассматриваемой акватории и близлежащих
водных протоков;
оценка санитарного состояния акватории и его динамики.
.84
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Атлас М. И. Процесс разбавления при напуске сточных вод в море.—
^Водоснабжение и санитарная техника», 1957, № 6.
Всесоюзная научно-техническая конференция по охране поверхностных и
подземных вод от загрязнения. Доклады и сообщения по вопросам самоочи-
щения водоемов и смешения сточных вод. II Всесоюзный симпозиум. Таллин,
изд. ТПИ, 1067.
Караушев А. В. Турбулентная диффузия и метод смешения. М., Гидро-
метиздат, 1946.
Лаптев Н. Н. Разбавление сточных вод в водоемах. — В кн.: Очистка бы-
товых и производственных вод в Ленинграде и области. Л., изд. Ленинград-
ского Дома научно-технической пропаганды, 1969.
Лаптев Н. Н. Расчет разбавления сточных вод в реках при применении
рассеивающих канализационных выпусков. — В кн.: Санитарная техника. Во-
доснабжение и канализация. Л., изд. ЛИСИ, 1974, № 87 (Труды ЛИСИ).
Лаптев Н. Н. Расчет разбавления сточных вод в море при применении
рассеивающих канализационных выпусков. — В Межвузовском тематическом
сборнике научных трудов № 2: Новые исследования сетей и сооружений во-
доснабжения и канализации. Л., изд. ЛИСИ, 1974.
Лаптев Н. Н., Безобразов Ю. Б. Распределение концентраций сточных
вод в прямом водотоке. — «Водоснабжение и санитарная техника», 1972, № 2.
Максимов Л. X. Гидравлический расчет рассеивающих канализационных
выпусков. — «Водоснабжение и санитарная техника», 1959, № 3.
Материалы III Всесоюзного симпозиума по вопросам самоочищения во-
доемов и смешения сточных вод. Т. 1, 2. Москва — Таллин, изд. ВНИИ
ВОДГЕО, 1969.
Материалы IV Всесоюзного симпозиума по современным проблемам са-
моочищения н регулирования качества, воды. Т. 1—4. Таллин, изд. ТПИ,
1972.
Научные доклады по вопросам самоочищения водоемов <и смешения сточ-
ных вод. I Всесоюзный симпозиум. Таллин, издь ТПИ, 1965.
Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами
(№ 11-66—74). М., Медгиз, 1975.
Правила санитарной охраны прибрежных районов морей (№ 483—64). М.,
Медгиз, 1964.
Родзиллер И. Д. Определение кратности разбавления сточных вод речной
водой. — «Гигиена и санитария», 11959, №11.
Руффель М. А. Определение степени разбавления сточных вод при са-
нитарной охране водоемов. — «Гигиена и санитария», 1958, № 3.
Санитарная техника. Доклады к XIX—XXXI научным конференциям
ЛИСИ. Л., изд. ЛИСИ, 1961—1973.
Указания по методам расчета смешения и разбавления сточных вод в ре-
ках, озерах и водохранилшцах (проект первой обобщенной редакции). М.,
изд. ВНИИ ВОДГЕО, 1971.
Черкинский С. Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы.
4-е изд. М., Стройиздат, 1971.
Чернус Ю. К. Санитарные условия сброса сточных вод в море и длина
зоны их растекания. «Водоснабжение и санитарная техника», 1963, № 4.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие............. . ......................................... 3
Глава 1. Теоретические основы процесса разбавления сточных вод
в водотоках и водоемах.............................................. 5
1.1. Общие закономерности разбавления сточных вод............... 5
1.2. Факторы, определяющие процесс разбавления сточных вод в
водотоках и водоемах........................................ 3
ДД Закономерности начального разбавления........................ 11
1.4. Закономерности основного разбавления...................... 19
Глава 2. Методы расчета разбавления сточных вод в реках . . . .	22
2.1.	Метод В. А. Фролова — И. Д. Родзиллера ........	23
2.2.	Учет начального разбавления при сосредоточенных и рассеива-
ющих выпусках сточных вод в реки............................... 25
2.3.	Метод расчета разбавления сточных вод в относительно пря-
мом водотоке................................................... 29
2.4.	Применение метода конечных разностей к расчету разбавления
сточных вод в реках............................................ 33
2.5.	Расчет разбавления сточных вод в извилистых руслах ...	36
Глава 3. Методы расчета разбавления сточных вод в озерах и водо-
хранилищах .....................................?.................. 38
3.1. Метод М. А. Руффеля......................................  39
.3.2. Метод Н. Н. Лаптева....................................... 42
Глава 4. Методы расчета разбавления сточных вод в морях ...	43
4.1.	Расчет начального разбавления при ро<р<ю.................. 44
4.2.	Расчет начального разбавления при ро=р«>.................. 47
4.3.	Расчет начального разбавления при ро>р«>.................. 48
4.4.	Расчет основного разбавления сточных вод	в море........... 48
4.5.	Примеры расчетов разбавления сточных вод в море ....	52
Глава 5. Определение условий сброса сточных вод в водотоки и
водоемы............................................................ 58
5.1.	О чистоте и загрязненности водоемов....................... 58
5.2.	Нормирование качества воды в водоемах..................... 59
5.3.	Определение необходимой степени очистки	сточных	вод	.	.	61
5.4.	Примеры расчетов по определению условий	сброса	сточных	вод	66
86
,	Стр.
Глава 6. Расчет и проектирование конструкций канализационных вы-
пусков .......................................\	.	68
6.1.	Классификация канализационных выпусков н их конструктив-
ные особенности.......................................... 68
6.2.	Гидравлический расчет	рассеивающих	выпусков......... 73
6.3.	Конструирование	рассеивающего	выпуска............... 78
6.4.	Исходные данные, необходимые для проектирования выпуска
сточных вод............................................. 83
Списоклитературы...........................................   85
Николай Николаевич Лаптев
РАСЧЕТЫ ВЫПУСКОВ СТОЧНЫХ ВОД
Редакция литературы по инженерному оборудованию
Зав. редакцией И. П. Скворцова
Редактор Т. В. Рютина
Мл. редактор Н. Г. Кравцова
Внешнее оформление художника Ю. И. Смурыгина
Технические редакторы Р. Т. Никишина, Ю. Л. Циханкова
Корректоры Г. Г. Морозове к а я, Г. А. Кравченко
Сдано в набор 22/IX 1976 г.
Т-20481	Формат бумаги 60X90Vie Д. л.
5,5 печ. л. (уч. изд. 5,56 л.)
Изд. № AVIII-4917	Заказ 532
Подписано в печать 28/XII 1976 г.
Бумага типографская № 3
Тираж 10 000 экз.
Цена 33 коп.
Стройиздат
103006, Москва, Каляевская ул., 23а
Подольский филиал ПО «Периодика» Союзполнграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
г. Подольск, ул. Кирова, 25 "
Цена 33 коп.