РД 52.24.622-2001

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Проведение расчетов фоновыхконцентраций
химических веществ в воде водотоков

Предисловие

Содержание

РД 52.24.622-2001

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Дата введения 2002-01-01

1 Областьприменения

Настоящиеметодические указания устанавливают методы проведения расчетов фоновыхконцентраций химических веществ в воде водотоков в заданных створах.

Методическиеуказания предназначены для оперативно-производственных подразделенийРосгидромета, осуществляющих обработку результатов наблюдений на водныхобъектах, а также проектных организаций министерств и ведомств и другихзаинтересованных- организаций, имеющих лицензии на проведение расчетов фоновыхконцентраций химических веществ в воде водотоков или разработку проектовпредельно допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные объекты.

Фоновыеконцентрации химических веществ, рассчитанные в соответствии с настоящимиметодическими указаниями, могут быть использованы для нормирования сбросасточных вод для проектируемых, реконструируемых и действующих предприятий, атакже при проектировании и осуществлении забора воды из водотоков на различныехозяйственные нужды.

2 Нормативные ссылки

В настоящихметодических указаниях использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ17.1.1.02-77. Охрана природы. Гидросфера. Классификация водных объектов

ГОСТ17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана воды.Основные термины и определения

ГОСТ 19179-73.Гидрология суши. Термины и определения

ГОСТ 27065-86(СТ СЭВ 5184-85). Качество вод. Термины и определения

3 Определения

В настоящихметодических указаниях использованы следующие термины.

Вертикаль встворе водотока - условная отвесная линия от поверхности воды (или льда) до днав водотоке, используемая для описания места отбора проб воды в створе илиоценок и прогноза качества воды в нем.

Водоток -водный объект, характеризующийся движением воды в направлении уклона вуглублении земной поверхности (ГОСТ 19179-73).

Загрязняющеевещество - вещество в воде, вызывающее нарушение норм качества воды (ГОСТ17.1.1.01).

Качество воды -характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее дляконкретных видов водопользования (ГОСТ17.1.1.01).

Максимальнозагрязненная струя в створе водотока - масса воды с наиболее высокимсодержанием загрязняющих веществ, занимающая определенную часть поперечногосечения водного потока.

Нормы качестваводы - установленные значения показателей качества воды для конкретных видовводопользования (ГОСТ27065).

Предельнодопустимый сброс - масса вещества в сточных водах, максимально допустимая котведению с установленным режимом в данном пункте (створе) водного объекта вединицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте (ГОСТ17.1.1.01).

Самоочищениеводы - совокупность природных процессов, направленных на восстановлениеэкологического благополучия водных объектов (ГОСТ 27065).

Створ водотока(реки) - условное поперечное сечение водотока, используемое для оценок ипрогноза качества воды.

Сточные воды -воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельностичеловека (ГОСТ17.1.1.01).

Фоноваяконцентрация химического вещества - расчетное значение концентрации химическоговещества в конкретном створе водного объекта, расположенном выше одного илинескольких контролируемых источников этого вещества, при неблагоприятныхусловиях, обусловленных как естественными, так и антропогенными факторамивоздействия.

4 Общие положения

4.1 Расчетколичественных значений показателей химического состава и свойств водыводотоков выше проектируемого или действующего выпуска сточных вод (далее дляуказанных величин используется термин "фоновые концентрации химическихвеществ") должен периодически проводиться с целью установления оптимальнойстепени очистки, режима и условий сброса сточных вод, при которых качество водыводотока ниже выпуска сточных вод будет удовлетворять установленным нормам.

4.2 Фоновыеконцентрации химических веществ рассчитываются для конкретного, задаваемогопроектными или другими заинтересованными организациями створа водотока иявляются количественной характеристикой содержания веществ в этом створе принаиболее неблагоприятных ситуациях, обусловленных как естественными условиямиформирования химического состава и свойств воды, так и влиянием всех источниковзагрязнения, расположенных выше рассматриваемого створа.

4.3За фоновую концентрацию вещества С_ф^* принимаетсястатистически обоснованная верхняя доверительная граница возможных среднихзначений концентраций этого вещества, рассчитанная по результатамгидрохимических наблюдений для наиболее неблагоприятных гидрологических условийили наиболее неблагоприятного в отношении качества воды периода (сезона) вгодовом цикле.

Значениефоновой концентрации вещества С_ф^* рассчитываетсядля конкретных створов водотоков и считается статистически обоснованным, еслионо определено с доверительной вероятностью Р = 0,95.

4.4В целях возможности осуществления контроля, проверки и корректировкирассчитанных значений фоновой концентрации вещества С_ф^*,а также увеличения запаса надежности расчетов разбавления загрязненных водствор, задаваемый для определения фоновой концентрации вещества С_ф^*,должен располагаться выше рассматриваемого проектируемого или действующеговыпуска сточных вод на 1 км для больших и средних рек¹, на 500 м длямалых рек.

Если междуствором, для которого рассчитываются фоновые концентрации, и створом, гдепланируется осуществление сброса сточных вод, имеются притоки, то для устьевойчасти этих притоков фоновые концентрации рассчитываются отдельно.

__________________

¹ Имеется в виду классификация рек всоответствии с ГОСТ17.1.1.02.

4.5 Перечень веществ, для которых требуетсярассчитать фоновую концентрацию вещества С_ф^*,определяется организацией-заказчиком.

4.6В соответствии с правилами [1] (приложение Д)наиболее неблагоприятными расчетными гидрологическими условиями следуетсчитать:

а) длянезарегулированных водотоков - наименьший (минимальный) среднемесячный расходводы года 95 %-й обеспеченности по данным органов Росгидромета;

б) длязарегулированных водотоков - установленный гарантированный расход воды нижеплотины (санитарный попуск) при обязательном исключении возможности обратныхтечений в нижнем бьефе. В том случае, если систематические наблюдения непроводились, то сначала, пользуясь [2],определяют среднегодовой расход 95 %-й обеспеченности. Затем, учитываявнутригодовое распределение стока реки-аналога или пользуясь схемамивнутригодового распределения стока по районам, устанавливают расчетныйсреднемесячный минимальный расход для этого характерного года.

4.7 Определениефоновой концентрации для любого вещества заключается в нахождении С_ф^*,соответствующей вышеуказанным расчетным гидрологическим условиям. Дляпериодически пересыхающих и перемерзающих участков водотоков, а также в томслучае, если отсутствует достаточно надежная статистическая связь междуконцентрацией вещества и расходом речной воды, рассчитывается значение фоновойконцентрации вещества С_ф^* за наиболеенеблагоприятный в отношении качества воды период в годовом цикле.

4.8 В случае неравномерного распределенияконцентрации вещества в сечении заданного створа водотока (например, в зоненеполного смешения речной воды со сточной водой или водой притока) наиболееважным параметром является та С_ф^*, котораярассчитана отдельно для струи с наиболее высокой концентрацией этого вещества(далее эту струю будем называть контрольной струей или, если речь идет овлиянии на химический состав речной воды конкретного сброса сточных вод,максимально загрязненной струей). Значение фоновой концентрации вещества,полученное в контрольной струе заданного створа водотока, представляют какконечный результат расчета.

4.9Для расчета фоновой концентрации вещества С_ф^*используют результаты систематических наблюдений, при получении которых неизменялись:

- методикаотбора и анализа проб воды;

- водный режимводотока (зарегулирование, забор воды и т.п.);

- характерпоступления рассматриваемых химических веществ на вышерасположенном участкеводотока.

4.10При расчете фоновой концентрации вещества С_ф^*следует учитывать только те створы наблюдений, где имеются данные не менее чемза один год - при ежемесячной, ежедекадной или еще более дробной системе отборапроб воды; не менее чем за двухлетний период при 6 - 11-разовом отборе пробводы в год; не менее чем за трехлетний период при 4 - 5-разовом отборе пробводы в год. Основное условие - чтобы наблюдения проводились во все характерныесезоны не менее одного года и минимальное число данных в каждом сезоне зарасчетный период было не менее трех.

Результатыгидрохимических наблюдений на средних и больших реках в створах, расположенныхпримерно на 500 м ниже контролируемого выпуска сточных вод, разрешаетсяиспользовать для расчета только в том случае, если отбор проб воды в нихосуществлялся с учетом местоположения максимально загрязненной струи.

Характернаблюдений и состояние водного объекта за выбранный период должнысоответствовать требованиям, указанным в 4.9.

4.11При отсутствии на водотоке створов наблюдений, удовлетворяющих 4.9 и 4.10, расчет возможен только после проведениянеобходимых дополнительных наблюдений.

Отбор и анализпроб воды водотока проводится в соответствии с требованиями, изложенными в [3,4].

4.12Расчетные значения фоновой концентрации С_ф^*действительны в течение трех лет со дня выдачи официального ответа на запрос,после чего подлежат пересмотру (порядок запросов и ответов рассмотрен в разделе6). В случае значительного изменения водного режима водотока, а такжеввода, закрытия или реконструкции крупных предприятий, сбрасывающих сточныеводы на вышерасположенных участках водотока, значения фоновой концентрациивещества С_ф^* независимо от сроков их установленияобязательно корректируются.

5 Методы расчетовфоновых концентраций химических веществ в воде водотоков

5.1 Заданныйдля расчета фоновой концентрации вещества створ водотока может быть расположенниже, выше или совпадать со створом, результаты наблюдений в которомсоответствуют 4.9, 4.10.

5.2 Поспецифике вычислительных операций для заданного химического вещества условноможно выделить пять методов расчета, связанных с определением фоновойконцентрации вещества С_ф^*:

1) выделение взаданном створе максимально загрязненной струи;

2) оценкадостоверности статистической связи между концентрацией вещества и расходом водыв водотоке (отдельно для максимально загрязненной струи и остальной массы водыв водотоке); расчет фоновой концентрации вещества при наличии достовернойстатистической связи между указанными параметрами;

3) расчетфоновой концентрации вещества для случая, когда систематические наблюдения втечение последних трех лет проводились не реже чем один раз в месяц;

4) расчетфоновой концентрации вещества для случаев, когда наблюдения проводились режечем один раз в месяц;

5) пересчетфоновой концентрации вещества, полученной в створе систематическихгидрохимических наблюдений, на другой заданный створ водотока.

5.3Выделение в заданном створе максимально загрязненной струи проводится только втом случае, если число точек контроля состава воды в рассматриваемом створепревышает единицу¹ и объем наблюдений в каждой точке контролясоответствует 4.9, 4.10.

__________________

¹Сведения об организации гидрохимическихнаблюдений в створах водотоков приведены в работах [3-5].

5.3.1 Длякаждой точки контроля в створе водотока рассчитывается среднее значениеконцентрации рассматриваемого вещества по формуле

                                                                             (1)

где С_ф(ср)- средняя концентрация вещества в рассматриваемой точке контроля;

С_ф,i- i-е значение концентрации вещества в этой точке;

n - число значений С_ф,i взятых для определения С_ф(ср).

Перед расчетом С_ф(ср)из рядов концентраций вещества должны быть удалены аномально высокие или низкиезначения концентрации, появление которых может быть связано только с грубымиошибками при получении информации или аварийными ситуациями на водном объекте.

5.3.2 Точкаконтроля, для которой полученное значение средней концентрации наибольшее,принимается за основную (опорную). Если концентрация вещества в основной точкеконтроля существенно отличается от концентраций этого вещества в"соседних" (справа, слева, выше, ниже) точках, то следует считать,что результаты наблюдений в основной точке контроля характеризуют качество водыв максимально загрязненной струе (методы сопоставления выборочных рядов данныхуказаны в 5.3.3).

Если концентрация вещества в основной вертикалиотличается от концентраций этого вещества в одной или нескольких соседних(справа, слева, выше, ниже) точках контроля несущественно, то следует считать,что все эти точки расположены в одной контрольной струе. Для получения единогоряда концентраций, характеризующих состав воды в этой струе, результатынаблюдений, полученные в указанных точках контроля за расчетный период, объединяюти усредняют.

Аналогичноеусреднение результатов наблюдений выполняют и для точек контроля, не вошедших вконтрольную струю.

Если известно,что происходит периодическое поступление рассматриваемого вещества откакого-либо источника, расположенного выше заданного створа водотока, тоследует попытаться выделить контрольную струю путем аналогичного анализаданных, но с учетом только тех периодов, когда может происходить выпускрассматриваемого вещества из этого источника.

В заданномстворе следует выделять не более двух условно изолированных масс воды:контрольную струю и остальную часть речной воды с более низкими концентрациямизагрязняющего вещества.

Для каждойвыделенной массы воды определяют примерную долю расхода воды водотока вмеженный период. Определение последней осуществляют совместно с гидрологамипосредством анализа распределения расхода воды в поперечном профиле створаводотока и анализа, местоположения в этом створе точек отбора проб воды,отнесенных к контрольной струе¹.

______________________

¹ Возможные ошибки при такомориентировочном выделении расхода воды, относимого к контрольной струе, какправило, полностью компенсируются запасом надежности используемых методоврасчета смешения и разбавления загрязненных масс воды в реке. Однако при вновьорганизуемых исследованиях следует иметь в виду, что правомерность отнесенияполучаемых значений концентраций ко всей выделяемой относительно однородной похимическому составу массе речной воды будет наиболее высока в тех створах, гдеотбираются усредненные (составные) пробы воды по всему сечению этой выделенноймассы.

5.3.3Оценку значимости отличия сравниваемых выборок концентраций вещества следуетосуществлять с помощью непараметрического статистического критерия Вилькоксона- Манна - Витни (критерий и_*) [6].

Сущность даннойметодики заключается в следующем.

Значенияконцентраций обеих выборок располагают в общую возрастающую последовательность,например в виде

у₁  x₁ х₂  у₂  у₃  у₄  х₃  у₅  у₆  х₄

где x₁,..., х₄ - концентрации первой выборки;

у₁, ..., у₆- концентрации второй выборки.

Каждому значениюконцентрации в общей возрастающей последовательности присваивается ранг,например:

(2)

Если в первой и второй выборках имеютсяравные значения концентрации, то каждому из них приписывается среднее значениеранга. Например, если х₂ = у₂, то длярассмотренной последовательности будем иметь:

(3)

При х₂ = у₂= у₃ получим:

(3а)

Далее отдельнодля каждой выборки подсчитывается сумма рангов. Например, дляпоследовательности (3) получим:

-для первой выборки

сумма рангов равна 22,5;

- для второй выборки

сумма рангов равна 32,5.

Значениякритерия и_* определяют по формулам

,                                                                    (4)

,                                                              (5)

где Т₁- меньшая сумма рангов в сравниваемых выборках;

n₁ - число значений концентраций в выборке с суммойрангов Т₁;

Т₂ - большая сумма рангов всравниваемых выборках;

n₂ - число значений концентраций в выборке с суммойрангов Т₂.

Например, дляпоследовательности (3) получим

.                                                            (6)

Если числоданных в большей из сравниваемых выборок m^* менее или равновосьми m^* ≤ 8), то рассчитывается теоретическое(критическое) значение критерия и_Т по формуле

и_Т = (0,448 m^*- 0,301)n^* - 0,287 m^* - 0,204,                                 (7)

где n^* - число данных в меньшей изсравниваемых выборок.

Примечание - Результат, полученный поформуле (7), округляется до первого знака после запятой.

В том случае,если рассчитанное значение и_* больше и_Т, тоотличие между сравниваемыми выборками принимается незначимым.

Например, дляпоследовательности (3) m^* = n₂ = 6; n^* = n₁ = 4; и_* =12,5; и_Т = 11,1. Следовательно, отличие сравниваемых выборокконцентраций принимается незначимым (при Р = 0,90).

Если числоданных в большей выборке более восьми (m^* > 8), то оценкаотличия сравниваемых выборок концентраций проводится по критерию z,который представляет собой приближенно нормированную величину, распределеннуюпо нормальному закону:

.                      (8)

В том случае,если рассчитанное значение z попадает в интервал -1,28< z < 1,28, отличие между двумя сравниваемымивыборками концентраций принимается незначимым (при Р = 0,90).

5.4Оценку возможности установления и использования для расчетов фоновыхконцентраций статистических связей между концентрацией вещества С ирасходом воды в водотоке Q осуществляют в том случае, если на датуотбора проб представлены значения расхода речной воды.

5.4.1Корреляционный анализ для оценки статистической связи типа С = f(Q)желательно проводить с использованием ПЭВМ. Если данный анализ выполняется"вручную", то для выяснения вида статистической связи (прямолинейная,логарифмическая, экспоненциальная) вначале анализируют характер распределенияточек на графике связи С = f(Q). После выбора вида связипроводится корреляционный анализ линеаризованной статистической связи. Прииспользовании ПЭВМ для анализа линеаризованных связей С = f(Q)рекомендуется использовать следующие уравнения регрессии:

у = a + bx,	y = abx,
у = a + bx2,	,
,	y = ab1/x,
у = a + blgx,	y = axb,
,	,
,	,
,	,
,	.

Статистическаясвязь принимается значимой, если она удовлетворяет параметрам, приведенным втаблице 1.

Таблица 1 - Критерии оценки качества статистических связей

В таблицу 1 включеныпараметры:

σ -среднеквадратическое отклонение, определяемое для анализируемого ряда значенийконцентрации вещества по формуле

;                                                          (10)

S_св - среднеквадратическая погрешность результатовпроверочных расчетов значений концентрации вещества по найденному уравнениюрегрессии, определяемая по формуле

,                                                              (11)

где С_ф(р),i- значение концентрации вещества, полученное по уравнению регрессии по темданным расхода воды в водотоке, при которых была зафиксирована С_ф,i:

r - коэффициент корреляции линейной связи между параметрами С_ф,iи Q_i определяемый по формуле

,                                                 (12)

где С_ф,i,Q_i - наблюденные i-е значения коррелируемыхпараметров;

С_ф,ср, Q_ср -среднеарифметические значения этих параметров.

Если прилинеаризации статистической связи параметры С_ф,iи Q_i использовались в измененном виде (например, lgС_ф,i;; Q_i²; ), то в формулу (12) их i-е значения следуетподставлять в том же измененном виде.

В случаеналичия достоверной статистической связи С = f(Q)составляют необходимые расчетные зависимости (уравнения регрессии)¹.

___________________

¹ Способы упрощенного установлениястатистических связей можно найти в работах [7-10].

5.4.2 Значениефоновой концентрации вещества определяют по формуле²

,                                                                                (13)

где С'_ф- рассчитанная по уравнению регрессии средняя концентрация вещества,соответствующая условиям расчетного минимального расхода воды в водотокесогласно 4.6;

 - возможная погрешность определения С'_ф.

__________________

² При определении С^*_ф длярастворенного в воде кислорода используется формула

.                                                                                   (13а)

Значение параметра , вычисляют по формуле

,                                                                                  (14)

где t_St - коэффициент Стьюдента приР = 0,95 (значения коэффициента приведены в приложенииВ).

Примерырасчетов фоновых концентраций представлены в приложенийГ.

5.4.3 В створахводотока, в которых с увеличением расхода воды увеличивается концентрациярассматриваемого вещества, помимо фоновой концентрации при минимальномрасчетном расходе воды, по уравнению регрессии рассчитывают фоновуюконцентрацию вещества, соответствующую как среднемноголетнему расходу воды , так и наибольшему (максимальному) среднемесячному расходуводы года 5 %-й обеспеченности .

5.5Расчет фоновой концентрации вещества при отсутствии достоверной статистическойсвязи типа С = f(Q) и наличии ежемесячных наблюдений захимическим составом воды не менее трех лет должен выполняться с выделениемнаиболее неблагоприятных условий в отношении качества воды в годовом цикле порассматриваемому веществу. Ниже показана последовательность этапов расчета.

5.5.1В рассматриваемом диапазоне лет из результатов наблюдений исключаютнепоказательные экстремальные значения. Для этого рассчитывают величины I' иI" по формулам

,                                                                             (15)

,                                                                             (16)

где С_ср,С_maх, C_min - соответственно средняя,максимальная и минимальная концентрации вещества за рассматриваемый период;

σ - среднеквадратическое отклонение значенийконцентрации вещества.

В том случае,если I' > I_н или I" > I_н (где I_н - нормативное значение,определяемое по таблице 2), то взятое для анализа экстремальное значениеконцентрации вещества исключается из рассматриваемого ряда данных.

Таблица 2 - Предельныезначения I_н

5.5.2 Последний годнаблюдений следует принимать за основной. Из предыдущих лет берут данные толькоза те годы, в которых значения концентрации рассматриваемого веществанесущественно отличаются от значений концентрации за основной год (правиласравнения двух выборок приведены в 5.3.3).

Если дляопределения фоновой концентрации вещества С^*_фвыделена контрольная струя, то выбор числа лет для статистической обработкипроводят отдельно по данным, характеризующим содержание вещества в контрольнойструе, и данным, характеризующим его содержание в остальной массе водыводотока.

5.5.3Выбранные для расчета фоновой концентрации вещества С^*_фданные сводятся в градации по месяцам (число градаций - 12).

Если хотя бы водном месяце число данных оказалось менее трех, то продолжение расчета возможнотолько в соответствии с 5.6.

Далее из каждойвыделенной градации исключают непоказательные экстремальные значенияконцентрации согласно 5.5.1.

5.5.4В выделенных градациях рассчитывают среднюю концентрацию вещества. Месяц снаибольшим значением концентрации вещества принимают за основной (опорный).Если значение концентрации вещества в этом месяце существенно отличается отзначений концентрации в остальных месяцах, то верхняя доверительная границасредней концентрации вещества в основном месяце принимается за искомое значениефоновой концентрации вещества С^*_ф. Формула длярасчета фоновой концентрации вещества С^*_ф имеетвид¹:

,                                                                          (17)

где С_ф(ср)- средняя концентрация вещества в основном месяце;

σ -среднеквадратическое отклонение значений концентрации в этом месяце;

n - число данных в градации.

Если отличиеданных в основном месяце от данных в одном или нескольких других месяцахнесущественно, то результаты наблюдений, попавшие в несущественно отличающиесяградации, объединяются с результатами наблюдений в основной градации. Для вновьсоставленной (увеличенной) градации определяют среднюю концентрацию. Верхняядоверительная граница, определяемая по формуле (17), составит искомое значениефоновой концентрации вещества С^*_ф².

_____________________

¹ Для растворенного кислорода в формуле (17) знак"+" следует заменить на "-".

² Еслиполученное значение фоновой концентрации С^*_фпревышает максимальное наблюденное значение С_ф, то этоозначает, что либо были неправильно выбраны градации (или периоды) временныхизменений концентрации вещества, либо при действительно высокой изменчивостизначений концентрации вещества в выделенном периоде было проведено недостаточнонаблюдений для расчета фоновой концентрации С^*_ф.

5.6 Расчет фоновой концентрациивещества при наблюдениях реже, чем один раз в месяц, выполняют с учетомвозможных версий характерной внутригодовой периодичности (сезонности) измененияконцентрации вещества. Последняя может быть связана с особенностямигидрологического, температурного, ледового режимов водотока или совокупностиэтих и других факторов воздействия. Основное условие при выборе версий - вкаждом периоде (сезоне) должно быть не менее трех значений концентрации.

5.6.1 Отдельнов каждой версии в каждом выделенном периоде (сезоне) исключаютсянепоказательные экстремальные значения концентрации согласно 5.5.1. Затем в каждом выделенном периоде (сезоне) рассчитываютсреднее значение концентрации вещества. Период (сезон) с наибольшей среднейконцентрацией вещества принимают в рассматриваемой версии за основной(опорный). Если значение концентрации вещества в этом периоде существенноотличается от значений концентрации в остальных периодах (сезонах), то верхнююдоверительную границу средней концентрации вещества в основном периоде (сезоне)принимают за предварительно рассчитанную фоновую концентрацию вещества С^*_ф(п)в данной версии. За искомое значение фоновой концентрации вещества С^*_фпринимают наибольшее из предварительно рассчитанных значений фоновойконцентрации вещества.

Если врассматриваемой версии данные в основном периоде (сезоне) отличаются от данныхв одном или нескольких периодах (сезонах) несущественно, то их объединение ирасчет С^*_ф(п) выполняют согласно 5.5.4.

5.6.2 Приналичии в заданном створе выделенной максимально загрязненной струи расчеты,указанные в 5.5.3 - 5.6.1, проводятсяотдельно для данных, характеризующих содержание вещества в контрольной струе, иданных, характеризующих его содержание в остальной массе воды водотока.

5.7 Пересчетфоновой концентрации вещества, полученной в створе систематических гидрохимическихнаблюдений, на другой расположенный ниже по течению створ водотока следуетвыполнять с учетом процессов смешения и разбавления в водотоке вод боковыхпритоков и сточных вод, а также процессов самоочищения воды водотока.

5.7.1 В связи сприближенностью существующих методов и моделей количественного описанияпроцессов формирования химического состава речных вод для осуществлениярассматриваемого пересчета концентраций химических веществ необходимо учитыватьследующие условия.

Заданный длярасчета фоновой концентрации вещества С^*_ф створдолжен устанавливаться в соответствии с 4.4.

Время добеганияводных масс на участке между створом наблюдения и створом, заданным дляопределения фоновой концентрации вещества, не должно превышать при расчетныхгидрологических условиях для малых и средних рек с расходом воды менее 50 м³/спримерно двух суток (по расстоянию не более 50 км), для средних рек с расходомне менее 50 м³с - трех суток (по расстоянию не более 100 км) и длябольших рек - пяти суток (по расстоянию не более 250 км).

При болеезначительном удалении створа, заданного для определения фоновой концентрациивещества, от створа систематических гидрохимических наблюдений необходимопровести дополнительные наблюдения с целью получения исходной информации длярасчета фоновой концентрации вещества в соответствии с 4.4, 4.9 - 4.11.

Примечание - Не рекомендуется проводитьпересчет фоновой концентрации растворенного в воде кислорода на нижележащиестворы независимо от их местоположения.

5.7.2Пересчет фоновой концентрации вещества для заданного створа водотока следуетпроводить с использованием формул:

                             (18)

                                 (19)

             (20)

                      (21)

В формулы (18)-(21)включены обозначения:

 - фоновая концентрация вещества в максимальнозагрязненной струе заданного (х-го) створа водотока, мг/дм³;

 - фоновая концентрация вещества в начальномстворе наблюдений, мг/дм³;

С_нз - концентрация вещества, докоторой реально может происходить снижение содержания вещества в воде водотокана рассматриваемом участке, мг/дм³;

С_ст,i- концентрация вещества в i-м выпуске сточных вод (или i-мпритоке), рассчитанная по результатам наблюдений; при рассмотрении сточных водзначение С_ст,i берется с обеспеченностью20 % (для строящихся предприятий - по проектным данным); если расход сточныхвод непостоянен, то при выборе значения С_ст,iследует исходить из количества сбрасываемого вещества С_ст,i q_i (q_i- расход сточных вод в i-м выпуске), рассчитанного стой же обеспеченностью; в устьевой части притока значение С_ст,iрассчитывается как фоновая концентрация по 5.4-5.6;

N_ст - общее количество учтенных источников вещества нарассматриваемом участке водотока;

ε_ст,i- безразмерный коэффициент, учитывающий неконсервативность вещества,поступающего в водоток через i-й выпуск сточных вод (или i-йприток);

ε_ф- безразмерный коэффициент, учитывающий неконсервативность того же вещества,используемый при повышенных концентрациях вещества в фоновом створе, т.е. при

ψ_i - безразмерный коэффициент,учитывающий разбавление в водотоке вод i-го выпуска сточных вод (илиi-го притока) в максимально загрязненной струе заданного для расчета  створа.

Если в исходномдля расчета створе, выделены контрольная струя с наибольшей концентрациейрассматриваемого вещества и остальная масса воды с менее высокой концентрацией,то при пересчете фоновой концентрации вещества на нижележащий створ в формулах(18)-(21) за С_ст,iпринимается концентрация вещества, полученная в струе с меньшим расходом воды.Концентрация вещества в струе с бoльшим расходом принимаетсяза фоновую концентрацию вещества  а сам расход в этойструе - за расход воды в реке в исходном для расчета створе.

Значенияпараметра С_нз можно задавать на основании результатовлабораторных или натурных наблюдений за самоочищением воды водотока. За С_нзможно также принять статистически обеспеченную нижнюю доверительную границусреднего значения концентрации вещества в выделенном для расчета фоновойконцентрации вещества характерном периоде (сезоне), рассчитанную по результатамгидрохимических наблюдений в ближайшем створе, расположенном ниже заданного длярасчета фоновой концентрации вещества  створа нанезагрязненном или слабо загрязненном участке водотока.

Для определенияпараметра С_ст,i 20 %-й обеспеченности можноиспользовать формулы

m_20% = 0,2 (n +1,9),                                                                        (22)

,                                                       (23)

где m_20% - порядковый номер значенияС_ст,i в ранжированном убывающемряду;

n - число значений С_ст,iвзятых для расчета C_ст(20%);

C_ст(20%) -значение С_ст,i 20 %-й обеспеченности;

Δ_m - дробная часть значения m_20% (например, при m_20% = 2,25 Δ_m = 0,25);

 - разница между значениями С_ст,iкоторые соответствуют номерам m_20% - Δ_m и m_20% - Δ_m+1;

 - значение С_ст,iв ранжированном убывающем ряду, соответствующее номеру m_20% - Δ_m.

5.7.3Коэффициент ε можно использовать для расчетов только в тех случаях, когдапроцессы самоочищения воды водотока от рассматриваемого химического веществахорошо изучены. При отсутствии надежных данных о самоочищающей способности водыводотока принимается, что ε = 1. Следует однако иметь в виду, что если научастке водотока между створом наблюдения и заданным створом возможно появлениедополнительного количества веществ в результате вторичного загрязнения(например, конечным или промежуточным продуктом распада которых может бытьрассматриваемое вещество), то это условие не является достаточно "жестким".В случаях, вызывающих такого рода сомнения, следует провести несколькогидрохимических съемок по длине рассматриваемого участка водотока для оценки,по крайней мере, возможности появления случаев вторичного загрязнения. Врасчетах допускается принимать, что

                                                                                       (24)

где К -суммарный коэффициент скорости самоочищения воды водотока от рассматриваемогохимического вещества¹, 1/сут;

τ_р- примерное время перемещения загрязненных масс воды от створа наблюдений дозаданного для расчета фоновых концентраций створа, сут.

______________

¹Способы определения коэффициента K можно найти в работе [5].

Параметрτ_р определяется по формуле

                                                                         (25)

где L_p- расстояние по фарватеру водотока между рассматриваемыми створами, м;

υ_mах- максимальная скорость течения поды в водотоке на этом участке при расчетныхгидрологических условиях, м/с;

86400 -коэффициент пересчета секунд в сутки.

Если междукоэффициентом скорости самоочищения воды от вещества К и расходом водыустановлена достоверная статистическая связь, то для расчета фоновойконцентрации вещества  используется К_р,определяемый по формуле

K_p = K' - S_K',                                                                               (26)

где К_p- искомый расчетный коэффициент;

К'- коэффициент К,рассчитанный по уравнению регрессии для Q_95%;

S_K'- возможная погрешность определения К' по уравнению регрессии.

Параметр S_K' - определяется по формуле,аналогичной формуле (11).

Призначительном удалении заданного створа от створа наблюдений (τ_р> 0,1-0,2 сут) параметр К' для таких ингредиентов, как БПК_полн,нефтепродукты, СПАВ, фенолы (групповые показатели содержания в водеорганических веществ), можно определить по предварительно установленным для зимнеймежени статистическим связям типа К = f(τ_р).

При отсутствиинадежных статистических связей типа К = f(Q) или К= f(τ_р)¹ для расчета фоновой концентрациивещества  берется К 80%-й обеспеченности², определяемый по следующим формулам:

m_80% = 0,80 (n + 0,78),                                                                    (27)

,                                                             (28)

где m_80%- порядковый номер величины К_р в ранжированномубывающем ряду;

n - число значений К, взятых для расчета К_р;

Δ_m - дробная часть значения m_80% (например, при m_80%= 14,25 Δ_m = 0,25);

Δ_k - разница между значениями К,которые соответствуют номерам m_80% - Δ_m и m_80% - Δ_m + 1.

_____________

1 Варьирование величины К в таких случаях может в большей степенизависеть от изменения температуры воды, влияния вторичного загрязнения,изменчивости исходного химического состава сбрасываемого со сточными водамивещества и т. д., чем от гидродинамических характеристик.

2 Выбор указанной обеспеченности вызван необходимостьюиспользования гарантированных минимальных значений коэффициента К, асамого метода - сравнительно малым числом исходных данных.

Обязательнымусловием для расчета коэффициента К 80 %-й обеспеченности являетсяналичие измеренных значений К на рассматриваемом участке реки при низкихи высоких значениях расхода и температуры воды водотока, причем общееколичество измеренных значений К за расчетный период должно быть неменее 10.

Кроме того, для веществ, которые могутприсутствовать как в загрязненной, так и в незагрязненной воде водотока,необходимо иметь сведения о примерных уровнях концентраций, до которых реальноможет происходить их снижение в результате химических и биохимическихпроцессов, т. е. сведения о параметре С_нз. При отсутствии такихсведений следует принимать, что ε = 1.

Коэффициентε_ст,i определяется по формуле

                                                                            (29)

где К_ст,i- суммарный коэффициент скорости самоочищения речной воды от рассматриваемоговещества (без учета процессов разбавления вещества), сбрасываемого через i-йвыпуск (или i-й приток), 1/сут;

τ_ст,i- время перемещения загрязненных масс речной воды от i-говыпуска (или i-го притока) до заданного для расчета створа, сут.

Требования копределению и использованию величин К_ст и ε_станалогичны указанным для величин К_р и ε_ф. Всложных ситуациях (несколько сравнительно близко расположенных выпусков сточныхвод, наличие контрольной струи в створе наблюдений и т.п.) при расчетахдопускается использование коэффициентов К, полученных в условияхлабораторных испытаний с учетом возможных изменений температуры и значенийкратности разбавления сточной воды соответствующих выпусков (или притоков).

5.7.4Вычисление коэффициентов ψ_i в зависимости оттехнических возможностей пользователя настоящих методических указаний можнопроводить как по упрощенной методике (без использования ПЭВМ), так и по болеесложной методике, предназначенной для ПЭВМ. Оба варианта расчета тем не менеепозволяют получить достаточно надежные для рассматриваемой задачи значенияψ_i.

Если прирасчетах ПЭВМ не используется, то вычисление значений коэффициента ψ_iпроводят по следующим формулам¹:

___________

¹С теоретическими основами использованного метода расчетаразбавления сточных вод можно ознакомиться в работах [11-14]

а) длязагрязненной струи речной воды в заданном створе у левого берега

                                                      (30)

                                             (31)

б) длязагрязненной струи речной воды в заданном створе у правого берега

                                         (32)

                                                (33)

где

                                                                     (34)

υ, Н,В - соответственно средние значения скорости течения (м/с), глубины (м)и ширины (м) речного потока на рассматриваемом участке¹;

___________

¹Если в пределах участка протяженностью L_x,i, имеются участкиреки с существенно отличающимися морфометрическими характеристиками, то для каждогоi-го источника вкачестве параметров υ, Н, В следует брать ихсредневзвешенные значения с учетом длины таких участков.

L_x,i- расстояние по фарватеру водотока от i-го источника до заданногодля расчета фоновой концентрации вещества  створа, м;

q_i расход воды в i-м источнике загрязняющего вещества, м³/с;

q_i(л) - расход воды в i-м левобережном источнике, м³/с;

q_i(пр)- расход воды в i-м правобережном источнике, м³/с;

D_у - коэффициент поперечнойдисперсии, м²/с.

Если при расчете по формулам (30), (33) для какого-либо источника вещества окажется, чтоψ_iменее q_i/(Q+q_i) (где Q - расход водыв реке в начальном створе наблюдений; q_i - расход воды в i-мисточнике), то следует принимать, что ψ_i = q_i/(Q+q_i).Если при расчете по формулам (31), (32) окажется, что ψ_i более Q/(Q+q_i),то следует принимать, что ψ_i = Q/(Q+ q_i).

Далее,используя одну из формул (18)-(21), выполняют расчет значения фоновой концентрации вещества  отдельно длялевобережной и правобережной струй в заданном створе водотока. За искомоепринимают наибольшее из полученных значений фоновой концентрации вещества .

При расчетах,ориентированных на использование ПЭВМ, нужно провести ряд дополнительныхвычислений и иметь в виду следующие условия:

1)предварительно должно быть рассчитано общее число выделяемых для расчетавертикалей в заданном створе водотока N_в:

                                                               (35)

                                                             (35а)

где  - наименьший расходводы среди всех учитываемых источников на рассматриваемом участке реки, м³/с;

2) отсчетместоположения всех учитываемых вертикалей и источников сброса вещества в сеченииводотока на рассматриваемом участке требуется вести от левого берега;

3) коэффициентсмешения ψ_ij рассчитывается для каждогоисточника в j-й вертикали заданного створа;

4) для расчетапараметра ψ_ij каждый i-йисточник разбивается на определенное число условно точечных выпусков, общеечисло которых для него определяется по формуле

                                                                                   (36)

Примечание - Все значения N_i,стследует округлять до целого числа.

5) расстояние всечении реки от левого берега до каждого условно точечного выпуска y_0,Ni вычисляется по следующимформулам:

                                                  (37)

                                                                         (37а)

где у_0,i- расстояние места i-го выпуска сточных вод отлевого берега (при выпуске непосредственно с левого берега у_0,i= 0; с правого берега - у_0,i = B),м;

 - расстояние от левого берега до первогоусловно точечного выпуска i-го источника, м;

                                                                 (38)

где N_i- номер очередного из N_i,ст условно точечного выпуска;

                                                                 (39)

где  - расстояние отлевого берега до первого условно точечного выпуска i-го источника,расположенного у правого берега, м;

                                  (40)

                                                                 (41)

Примечание - Значения параметра  следует округлять доодного знака после запятой (до десятых).

6) расход водыв одном условно точечном выпуске  вычисляется поформуле

                                                                                      (42)

Расчетпараметра ψ_ij выполняют по формуле

                                                                                  (43)

гдепринимается, что ψ_ij = 1, если имеет местоусловие

                                                                (44)

Во всех другихслучаях

                      (45)

Примечание - Значения параметров знака после запятой (до сотых).

Если для i-гоисточника максимальное из рассчитанных по формуле (43) значений ψ_ij окажется меньше q_i/(Q+q_i),то следует принять, что для этого источника все значения ψ_ij = q_i/(Q+q_i).

Во всех случаяхследует принимать, что ψ_ij = 1, если в результатерасчетов будет выполняться одно из условий

                                                                                          (46)

                                                                                                                           (47)

Далее,используя одну из формул (18)-(21), для каждой j-й вертикали рассчитываютзначение фоновой концентрации вещества. За искомое значение  принимают наибольшееиз полученных значений фоновой концентрации вещества в сечении заданного створаводотока.

5.7.5 Дляопределения коэффициента поперечной дисперсии D_y используютследующие формулы¹:

___________________

Формула (48) рекомендована для расчета разбавлениясточных вод в работе [15].

а) при наличиисведений о радиусе кривизны русла R_изд ниже рассматриваемогоместа выпуска сточных вод (или впадения притока), рассчитанном по одной-двумизлучинам, и максимальной из средних по створам глубины на рассматриваемомучастке Н_mах

;                                                                             (48)

б) приотсутствии сведений о величинах R_изд и Н_mах

                                                                            (49)

где с -значение коэффициента Шези;

g - ускорение свободногопадения, равное 9,8 м/с²;

М - коэффициент, зависящий отс (при 10 < с < 60 М = 0,7с + 6; при с≥ 60 М = 48);

К_общ - поправочный множитель,который для извилистых участков водотоков позволяет учитывать поперечнуюциркуляцию в потоке и его кинематическую неоднородность (для сравнительнопрямых русел К_общ=1);

φ -коэффициент извилистости реки, представляющий собой отношение длины участка,измеренной по фарватеру, к длине этого же участка, измеренной по прямой (дляопределения φ можно использовать крупномасштабную карту).

Коэффициент К_общвычисляют по уравнению

lg К_общ= 0,25γ_н (1 + 0,54 w) + 0,589 w - 0,356,                            (50)

где

                                                                              (51)

                                                             (52)

Значениякоэффициента Шези определяют с использованием формулы Шези [16]

                                                                                       (53)

где I -гидравлический уклон, %о.

Если сведения о гидравлическом уклоне отсутствуют,коэффициент Шези вычисляют по формуле Н.Н. Павловского [17]

                                                                                      (54)

где R -гидравлический радиус потока (для летних условий R » Н), м;

n_ш - коэффициент шероховатости ложа реки, определяемыйдля участков реки по таблицам 3 и 4;

m - коэффициент, который вычисляется по формуле

                                       (55)

Таблица 3 - Значения коэффициента шероховатости n_ш для открытыхрусел (по М. Ф. Срибному)

Таблица 4 - Значениякоэффициента шероховатости n_ш для равнинных рек (по Б.В.Полякову)

Прирасчете разбавления сточных вод в реках для зимних условий в выражения длярасчета коэффициента D_y подставляется приведенное значениекоэффициента Шези, учитывающее влияние ледяного покрова.

Значенияприведенного коэффициента Шези с_зим определяют по формуле

                                                                          (56)

где n_зим - приведенный коэффициентшероховатости;

R_зим - приведенный гидравлический радиус потока;

у - показатель, являющийсяфункцией коэффициента шероховатости и гидравлического радиуса.

Приведенный коэффициент шероховатости n_зим вычисляют по формуле

                                                                (57)

где n_л - коэффициент шероховатостинижней поверхности льда, определяемый по таблице 5.

Таблица 5 - Значениякоэффициента шероховатости нижней поверхности льда n_л [17]

Длярек в зимний период можно принять, что

R_зим = 0,5Н.                                                                                     (58)

Показатель увычисляют по формулам

                                                               (59)

                                                              (60)

5.8 В техслучаях, когда заданный для определения  створ находится вышествора, в котором проводились систематические гидрохимические наблюдения,расчет фоновых концентраций химических веществ можно выполнять в соответствии с5.3-5.6только после проведения необходимых гидрохимических наблюдений в этом створе,организованных с учетом 4.3-4.12.

Если заданныйствор находится довольно близко к створу наблюдений (не далее 10 км) и вышеэтих створов нет существенного поступления рассматриваемых веществ, то послесоответствующей проверки на местности и отбора нескольких контрольных проб водыв обоих створах (с учетом времени перемещения исследуемой массы воды водотока),в виде исключения, за фоновые концентрации веществ  в заданном створеможно принять значения , рассчитанные в створе систематических наблюдений по одномуиз методов, указанных в 5.3-5.6.

6Порядок ответов и запросов о фоновых концентрациях химических веществ

В соответствиис правилами [1] проектнаяили другая заинтересованная организация, которой для нормирования сбросасточных вод или решения других водохозяйственных вопросов необходимы сведения офоновых концентрациях химических веществ в определенном створе реки, можетнаправлять запрос в территориальное управление Росгидромета.

В запросеобязательно указываются:

- название иведомственная принадлежность запрашивающей организации, ее почтовый адрес;

- причиназапроса (проектирование новых или реконструкция существующих очистныхсооружений, разработка проекта предельно допустимого сброса сточных вод,перенесение местоположения сброса сточных вод и др.) с указанием названияорганизации или предприятия, для которых требуется рассчитать фоновыеконцентрации;

- название водотокаи точное местоположение на нем створов, по которым запрашиваются сведения офоновых концентрациях химических веществ;

- переченьвеществ, для которых нужно рассчитать фоновые концентрации.

Для повышенияполноты исходной информации для расчета фоновых концентраций веществзаинтересованные организации могут представить в местный орган Росгидрометавместе с запросом о фоновых концентрациях все имеющиеся в их распоряжениисобственные результаты гидрохимических наблюдений на рассматриваемом участкеводотока с указанием использованных методов химического анализа.

6.3 Фоновыеконцентрации химических веществ в воде водотоков рассчитываются местнымиорганами Росгидромета в соответствии с настоящими методическими указаниями¹.

____________

¹Если по результатам наблюдений Росгидромета фоновыеконцентрации были рассчитаны какой-либо другой организацией, то для ихпрактического использования требуется согласование с территориальным УГМС.

6.4 Сведения о фоновыхконцентрациях выдаются в течение двухмесячного срока со дня получения запроса.

Принеобходимости проведения дополнительных наблюдений на водном объекте срокивыдачи сведений о фоновых концентрациях, а также вопросы финансированияорганизуемых работ согласовываются организацией-заказчиком с соответствующимтерриториальным органом Росгидромета.

6.5 Материалыпо расчету фоновых концентраций химических веществ оформляют по форме,указанной в приложении А. Представляемые результаты расчета утверждаютсяначальником УГМС.

Копии выданныхдокументов сохраняются в Гидрометфонде УГМС совместно с запросами потребителейо фоновых концентрациях в течение шести лет.

6.6 Запросы иответы регистрируются в журнале, составленном по форме, указанной в приложенииБ.

Приложение А
(рекомендуемое)

Формапредставления результатов расчета фоновых концентраций химических веществ

Приложение Б
(рекомендуемое)

Форма заполнения„Журнала регистрации запросов и ответов о фоновых концентрациях химическихвеществ"

ПриложениеВ
(обязательное)

Значениякоэффициента Стьюдента t_St приодносторонней доверительной вероятности Р = 0,95

ПриложениеГ
(справочное)

Примеры расчетовфоновых концентраций химических веществ в воде водотоков¹

Пример Г.1 - В заданном для расчетастворе систематических гидрохимических наблюдений N реки А требуетсяопределить фоновую концентрацию вещества  для азота аммонийного Расчетный минимальныйрасход воды в реке Q_95% = 14,5 м³/с. Результатынаблюдений приведены в таблице Г.1 и на рисунке Г.1.

_____________

¹ Для возможности проведения расчетов фоновыхконцентраций веществ на основе информации, выбираемой с помощью информационнойсистемы "Гидрохим ПК", в ГХИ разработаны программы "ГХМ -ФОН1" и "ГХМ - ФОН2", эксплуатируемые в среде Windows 95/98,Windows NT 4.0 и выше.

Таблица Г.1 - Результатынаблюдений за содержанием азота аммонийного в створе N реки А

Рисунок Г.1 - Зависимость изменения содержанияазота аммонийного С от расхода воды в реке Q

В результатестатистического анализа исходных данных получено:

n = 20; r = 0,93; S_св = 0,16 мг/дм³; S_св/s = 0,40; t_St = 1,73.

Выбранный видстатистической связи

                                                                               (Г.1)

Сравниваяполученные данные с табличными (таблица 1), можно убедиться, что надежностьстатистической связи достаточно высока.

По уравнению(Г.1) рассчитываем значение  при расчетномминимальном расходе воды Q_{95 %}:

По формуле (13) вычисляем :

Пример Г.2 - В заданном для расчетастворе М реки Б требуется определить фоновую концентрацию  для химическогопотребления кислорода (ХПК). Расчетный минимальный расход воды в реке Q_95%= 21,6 м³/с. Результаты наблюдений приведены в таблице Г.2 и нарисунке Г.2.

В результатестатистического анализа исходных данных получено:

n = 36; r = 0,88; S_cв= 0,617 мг/дм³; σ = 1,28 мг/дм³; S_cв/σ = 0,481; t_st = 1,69.

Выбранный вид статистической связи

С_ф= 2,276 + 0,065Q.                                                                      (Г.2)

Посколькустатистическая связь достоверна, а содержание ХПК при повышении расхода воды вреке увеличивается, дополнительно рассчитаем фоновую концентрацию при среднеммноголетнем расходе воды и максимальном среднемесячном расходе воды года 5 %-йобеспеченности, т.е. при Q_ср.мн = 45,0 м³/с и Q_5%= 85,0 м³/с.

По уравнению (Г.2) находим:

С'_ф =2,276 + 0,065·21,6 = 3,68 (мг/дм³),

 (мг/дм³),

 (мг/дм³),

С^*_ф= 3,68 + 1,28·1,69·0,617 = 5,01 (мг/дм³),

 (мг/дм³),

 (мг/дм³).

Таблица Г.2 - Результатынаблюдений за содержанием химического потребления кислорода (ХПК) в створе Мреки Б

Рисунок Г.2 - Зависимость изменения содержанияХПК от расхода воды в реке

Пример Г.3 - В заданном для расчетастворе G реки В требуется определить фоновую концентрацию нефтепродуктов. Расчетный минимальный расход воды в реке Q_95%= 75,3 м³/с. Результаты наблюдений приведены в таблице Г.3 и нарисунке Г.3.

Посколькусодержание нефтепродуктов в воде не зависит от расхода речной воды (рисунокГ.3), обработку результатов наблюдений для определения  проводим согласно 5.5. Для выяснения значимости отличиярезультатов наблюдений, полученных в 1999 г., от данных 1997, 1998 гг.используем статистический критерий u_*

Из таблицы Г.4следует: Т₁ = 145,5; n₁ = n^* = 12; Т₂= 154,5; n₂ = m^* = 12.

По формуле (4)находим величину u_*:

u_*(1999/1998)= 145,5 - 12 (12+1) / 2 = 67,5.

Таблица Г.3 - Результатынаблюдений за содержанием нефтепродуктов в створе G рекиВ

Рисунок Г.3 - Изменение содержаниянефтепродуктов С с увеличением расхода волы в реке Q

Так как m^* > 8, по формуле (8) определяем параметр z.

Полученноезначение z попадает в интервал -1,28 < z < 1,28, поэтомупринимаем, что отличие результатов наблюдений за 1999 и 1998 гг. незначимо.

Аналогичнымспособом проверим значимость отличия данных в 1997 г. Результаты этого анализа;Т₁ = 144; n₁ = n^* = 12; u_*(1999/1997)= 56;

z_1999/1997= - 0,95.

Полученноезначение z попадает в интервал - 1,28 < z < 1,28, поэтомупринимаем, что отличие результатов наблюдений за 1999 и 1997 гг. незначимо.

ТаблицаГ.4 - Результаты совместного ранжирования данных за 1999 и 1998 гг.

Таккак данные за 1997-1999 гг. отличаются несущественно, в дальнейшемстатистическом анализе все данные будем рассматривать совместно. Результатыгруппируем помесячно в соответствии с 5.5и для каждой выделенной градации определяем среднюю концентрацию нефтепродуктов(таблица Г.5). В январе среднее содержание нефтепродуктов было наибольшим,поэтому этот месяц относим к основной (опорной) градации. Используя критерий u_* определим значимостьотличия основной градации от остальных. От основной градации незначимоотличаются данные за июнь, сентябрь и октябрь (значения параметра u_* больше значений параметра u_T = 2,1). Данные за четыре месяца (январь, июнь,сентябрь и октябрь) объединяем в один массив (тогда n = 12) и, используя формулы(1), (10),(17), получаем:

C_ф(ср) = 0,12 мг/дм³;σ = 0,05 мг/дм³; t_St= 1,80;

Таблица Г.5 - Определение концентраций нефтепродуктов по выделеннымградациям, мг/дм³

ПримерГ.4 - В заданном для расчета створе В реки К требуется определитьфоновую концентрацию меди . Расчетный минимальный расход воды в реке Q_95%= 46,0 м³/с. Результаты наблюдений приведены в таблице Г.6 и нарисунке Г.4.

Сравнениерезультатов наблюдений, полученных в отдельных вертикалях, показывает, чтосредняя концентрация меди у левого берега наибольшая¹. Кроме того,содержание меди в этой вертикали значимо отличается от ее содержания в среднейчасти сечения реки (Т₁ = 456; u_* = 180; z = 1,67). Наосновании этих результатов принимаем, что качество воды в контрольной струехарактеризует концентрацию меди у левого берега.

____________

¹Результат наблюдений, выделенный в таблице Г.6 рамкой, врасчете не учитывался, так как принят нехарактерным (при n = 23, C_ф(ср)= 5,15 мкг/дм³; σ = 5,4 мкг/дм³; I' = 3,7; I_н = 2,6; I' > I_н).

Таблица Г.6. - Результаты наблюдений за содержанием меди в створе Вреки К

a) у левого берега. б)на середине реки

РисунокГ.4 - Изменение содержания меди C с увеличением расхода волы в реке Q

Таким образом,для рассматриваемого сечения реки получено два ряда значений концентрации меди,один из которых характеризует качество воды в контрольной струе, второй - востальной массе воды на середине реки и у правого берега. Значения концентрациимеди в выделенных массах воды не зависят от изменения расхода воды в реке(рисунок Г.4).

Дальнейшийрасчет фоновой концентрации меди  проводим отдельно длякаждой из выделенных водных масс. Сопоставление результатов наблюдений по годампоказало, что данные за 1999 г. несущественно отличаются от данных за 1998 г.как в контрольной струе (Т₁ = 118; u_* = 63; z = 0,16), таки в остальной массе воды в сечении реки (Т₁ = 129; u_* = 51; z = -0,95). Всвязи с этим далее в статистическом анализе данные за 1999 и 1998 гг. будемрассматривать как один массив.

Для оценкиналичия существенных внутригодовых изменений содержания меди в речной водевыделим три версии периодичности (сезонности) этих изменений в годовом цикле:

1) попродолжительности гидрологических сезонов: весна (март-май),

лето-осень(июнь-сентябрь),

зима(декабрь-февраль);

2) попродолжительности характерных наблюдаемых температур в речной воде:

первый период стемпературой менее 5 °С (ноябрь-апрель),

второй период стемпературой в пределах 5-15 °С (май-октябрь),

третий период стемпературой более 15 °С (июнь-сентябрь);

3) посовокупному влиянию различных факторов (по визуальному анализу данных):

первый период(март-сентябрь),

второй период(октябрь-февраль).

Размещениерезультатов наблюдений по градациям показано в таблице Г.7.

Таблица Г.7 - Распределение значений содержания меди,полученных в контрольной струе и остальной массе речной воды, с учетом версийвыделенных градации (сезонов и периодов)

Таблица Г.8 - Результаты оценки отличия между отдельнымиградациями содержания меди в речной воде

Сопоставление результатов наблюденийпо выделенным градациям (таблица Г.8) показывает, что в контрольной струе попервой версии следует объединить в один основной массив данные за периодвесна/лето-осень; по второй версии - за третий и второй периоды; по третьейверсии для расчета предварительного значения фоновой концентрации вещества  первый опорный периодпринимается за основной. Для остальной массы воды в сечении реки ни по одной изверсий сезонности значимых отличий между выделенными градациями не обнаружено,поэтому все данные по содержанию меди в этой массе воды будем рассматривать какединый массив.

По первойверсии сезонности получим

                    

по второйверсии сезонности -

                                           

по третьейверсии сезонности -

                                           

За фоновуюконцентрацию вещества  принимаемконцентрацию меди, равную 7,5 мкг/дм³.

Для остальноймассы речной воды в сечении реки получим:

                                           

Пример Г.5 - Требуется определить  для меди в заданномдля расчета створе G реки К. В створе G систематическиегидрохимические наблюдения не проводились. На 10 км выше створа Gрасположен створ L, где систематически проводятся наблюдения закачеством воды. Минимальный среднемесячный расход воды года 95 %-йобеспеченности в створе G Q₁ = 46,0 м³/с. Этомурасходу соответствует средняя скорость течения воды υ = 0,25 м/с,средняя глубина реки Н = 1,81 м и ширина реки В = 103 м.

Значения концентрации меди в створе Lсоставляют в контрольной струе 7,5 мкг/дм³, в остальной массе воды -2,6 мкг/дм³ (расчет указанных значений меди приведен в примере Г.4). Контрольная струя в створе Lпо ширине составляет примерно 34 м и имеет расход воды 15,3 м³/с.Ширина остальной массы речной воды - 69 м и расход этой массы воды - 30,7 м³/с.

Извилистость русла реки К на рассматриваемомучастке составляет φ = 1,2, гидравлический уклон I = 0,012 %о. На 4 км ниже створа Lв реку с левого берега впадает приток Т, а на 7 км ниже с правого берегапоступают сточные воды (рисунок Г.5). Для устьевой части притока Т фоновоезначение концентрации меди равно 4,2 мкг/дм³, расход воды - 15 м³/с.Коэффициент самоочищения речной воды от меди на рассматриваемом участке при Р= 80 % составляет К_р = К_ст = 0,61 1/сут. Параметр С_нзравен 1 мкг/дм³. Ниже впадения притока Т расчетные параметры руслареки составляют: Q₂ = 68,1 м³/с; υ =0,27 м/с; Н = 2,36 м; В = 108 м; I = 0,012%о.

Учитывая исходные данные, контрольную струю в створеL принимаем за условный (первый) выпуск сточных вод, а остальную массуречной воды за исходный расход речной воды (рисунок Г.5).

По формулам (53), (49)рассчитаем параметры с и D_y на участке реки до и нижевпадения притока Т:

Рисунок Г.5. - Схема рассматриваемого участкареки К

На участке рекиК от створа L до створа G протяженностью 10 км средневзвешенныезначения параметров υ, Н, В, с, D_yсоставят:

Рассчитаем поформулам (34), (30),(31) параметры x_iи ψ_i для левобережной струи водных масс в створе G:

Дляправобережной струи в створе G, используя формулы (32), (33), получим:

Далее длярасчетов за фоновую концентрацию вещества принимаем значение, полученное в створе L для массыводы за пределами контрольной струи:  = 2,6 мкг/дм³.Поскольку С_нз < , расчеты  проведем по формуле (20). Параметр  для левобережнойструи в створе G составит¹:

_________

¹Так как для правобережного выпуска сточных вод влевобережной струе в створе G параметр ψ_з(л) составил0,0000, данные по этому выпуску не включены в расчет по формуле (20).

= 1,992 + 0,234 + 3,265 +1,358 = 6,8 (мкг/дм³).

Для правобережной струи в створе Gаналогичный параметр будет равен:

=1,992 + 0,234 + 0,001 + 0 +1,649 = 3,9 (мкг/дм³).

В качествеискомой фоновой концентрации меди в воде реки К в створе G принимаем  = 6,8 мкг/дм³.

Пример Г.6¹ - Требуется определить  для СПАВ в створе Мреки Н. В створе М наблюдения не проводились. На 864 м вышествора М расположен створ А, где систематически проводятсянаблюдения за химическим составом речной воды. На 364 м выше створа М вреку Н впадает приток П. Данные по реке Н в створе А:  = 0 мкг/дм³;Q₁ = 101,4 м³/c. Ниже впадения притока П данные пореке Н составляют: Q₂ = 152 м³/с, υ = 2,42м/с, Н = 2,37 м, В = 26,5 м, n_ш = 0,043, φ = 1. Исходныеданные по притоку П: q = 50,6 м³/с, С_ст =100 мкг/дм³.

_____________

¹Исходные данные для примера были взяты из работы [15](с. 130, пример 1) для иллюстрации сходимости расчетов смешения и разбавлениясточных вод по методу ГГИ и по методу, использованному в настоящих методическихуказаниях.

Контрольныерезультаты расчета  в створе М наПЭВМ с использованием программы "ГХМ - ФОН2", разработанной всоответствии с указаниями 5.7.2, 5.7.4, составили:

максимальноезначение 94 мкг/дм³;

минимальноезначение 0 мкг/дм³;

в 10 м отберега со стороны выпуска сточных вод 40 мкг/дм³;

в 12 м отберега со стороны выпуска сточных вод 25 мкг/дм³;

в 20 м отберега со стороны выпуска сточных вод 1 мкг/дм³.

В качествеискомой фоновой концентрации СПАВ в воде реки Н в створе М принимаем  = 94 мкг/дм³.

ПриложениеД
(справочное)

Библиография

1Правила охраны поверхностных вод (типовые положения) / Госкомприрода СССР. -М.,1991.-34с.

2СН 435-72. Указания по определению расчетных гидрологических характеристик.

3РД 52.24.309-92. Методические указания. Охрана природы. Гидросфера. Организацияи проведение режимных наблюдений за загрязнением поверхностных вод суши на сетиРоскомгидромета.

4Р 52.24.353-94 Рекомендации. Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточныхвод. - М., 1995. - 28 с.

5Справочник по гидрохимии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 391 с.

6Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. - М.:Мир, 1973. - 957с.

7Плохинский Г.А. Биометрия. - М; Изд-во МГУ, 1970. - 367 с.

8Уланова Е.С., Сиротенко О.Д. Методы статистического анализа в агрометеорологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1968. - 156 с.

9Клименко О.А., Тарасов М.Н. Временные методические рекомендации по оперативномупрогнозированию загрязненности рек. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 103 с.

10Тарасов М.Н., Клименко О.А. и др. Вопросы исследования и прогнозированиязагрязненности рек // Гидрохимические материалы. - 1977. - Т. 67. - 114 с.

11Кондюрина Т.А., Филькин Г.В., Степанов П.М. Распределение концентраций в потоке// Методы системного анализа в управлении водохозяйственными системами. -Новочеркасск, 1979. - С. 149-152.

12Кондюрина Т.А., Филькин Г.В. К вопросу о теоретическом решении распространенияпримеси и потоке // Тр. Грузинского с.-х. ин-та. - 1981.-Т. 12. - С. 96-100.

13Филькин Г.В., Медведева Л.Д. Поле концентраций, создаваемое линейным выпуском /Гидрохимический институт. - Новочеркасск, 1985. - 6 с. - Деп. в ВИНИТИ, №3949-85.

14Кондюрина Т.А., Филькин Г.В. Математическая модель процессов смешения сточныхвод в водотоках // Тр. Южгипроводхоза. - Ростов-на-Дону, 1990.-С. 136-140.

15Методические основы оценки антропогенного влияния на качество поверхностных вод/ Под ред. А.В. Караушева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - С. 42-44.

16Чугаев Р.Р. Гидравлика.-Л.: Энергоиздат, 1982. - С. 176-178.

17Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленныхпредприятий. - М.: Стройиздат, 1981. - С. 32-40.

Лист регистрацииизменений РД 52.24.622-2001