IV. Расчет величин НДС для водохозяйственного участка водотока

30.Расчет величин НДС для водохозяйственного участкаопределяется из решения задачи математического программирования.

Критерий оптимальности - минимум суммарных приведенных затрат на достижение НДС:

(29)

где: - приведенные затраты i-гo водопользователя на достижение НДС, тыс. руб./год;

- оптимизируемых переменных, определяющих доли расхода сточных вод - , проходящие по различным техноло­гическим маршрутам их очистки и использования, ; - число технологических маршрутов очистки и использования сточных вод;

- число водопользователей.

31. Для формирования модели водного объекта водоток раз­бивается на секции с постоянным расходом, в пределах которых все параметры модели можно принять постоянными, границы секций совмещаются с местами сброса сточных вод, водозаборами, устья­ми притоков, створами, в которых контролируется качество воды, и местами резкого изменения гидрометрических характеристик водо­тока. При совпадении места водозабора с местом сброса сточных вод или устьем притока, для этого водозабора вводится отдельная секция нулевой протяженности. Для каждого притока и основной реки помимо створов контроля качества воды необходимо указать расчетный створ в устье и начальный створ, и качество воды в истоке реки. Все створы нумеруются последовательно от истока к устью для каждого притока и основной реки. Аналогично нумеруются рас­четные секции.

32. Модель водного объекта:

(30)

где: - множество номеров расчетных створов, в которых моде­лируется качество воды;

- вектор показателей (концентраций веществ), характеризу­ющих качество воды в створе , г/м³;

- то же для предшествующего по течению створа . Если , то створ является начальным створом (истоком) реки и ;

- вектор фоновых концентраций веществ в воде водотока в створе , г/м³;

- то же для створа , расположенного в устье притока, впада­ющего на участке ;

- вектор максимальных среднечасовых концентраций веществ в сточных водах выпуска i, г/м³;

- расход сточных вод выпуска i, м³/с;

- расход воды реки в расчетной секции , м³/с;

- номер расчетной секции, в начале которой расположен вы­пуск сточных вод водопользователя i, м³/с;

- множество номеров створов, расположенных в устьях при­токов, впадающих на участке ;

- множество номеров выпусков сточных вод, поступающих в водный объект на участке ;

, , - матрицы, характеризующие разбавление и трансформацию качества речных и сточных вод;

(31)

- множество номеров расчетных секций с постоянными ха­рактеристиками потока, соединяющих створ со створом ;

- то же для сброса i;

- разбавление речных вод при переходе от секции к следую­щей по течению данной реки секции . , если секция пос­ледняя или

, если (32)

- нижняя треугольная матрица, характеризующая самоочищение и трансформацию веществ в водотоке на про­тяжении секции . Диагональные элементы матрицы определяются как:

(33)

где — индекс вещества (показателя);

- коэффициент неконсервативности вещества , 1/сут;

- время перемещения воды в водотоке на протяжении сек­ции , сут. Внедиагональные элементы матрицы характеризуют пе­реход одних соединений в другие или потребление веществ при хи­мических реакциях. В простейшем случае внедиагональные эле­менты матрицы равны нулю для всех показателей кроме растворен­ного кислорода, для которого внедиагональный элемент имеет вид:

(34)

где: - индекс ;

- индекс растворенного кислорода. При расчете концентрации растворенного кислорода в соответствующее ему уравнение в сис­теме (30) также добавляется член, характеризующий насыщение речной воды атмосферным кислородом:

(35)

где: - растворимость кислорода в 1 м³ воды при расчетной температуре, г/м³;

- множество номеров расчетных секций, соединяющих секцию со створом .

33. Модель водного объекта по формулам (30) - (35) предполагает полное и мгновенное смешение речных и сточных вод и предназначена для расчета водоохранных мероприятий на перспективу, когда учет степени смешения речных и сточных вод затрудняется из-за отсутствия исходных данных.

При расчетах на ближайший период, а также при наличии необходимых данных при перспективных расчетах для учета степени смешения речных и сточных вод может быть применен описанный выше метод В. А. Фролова - И. Д. Родзиллера либо другие упрощенные методы расчета разбавления (см. п. 29).

34.Требования к качеству воды:

-для БПК, минерализации и других показателей, не оказывающих аддитивного воздействия; (36)

-для растворенного кислорода;

-для показателей нормируемых по лимитирующим признакам вредности (ЛПВ).

где: - предельно допустимая концентрация вещества в створе ;

- множество номеров показателей, нормируемых по лимити­рующему признаку вредности ;

- множество ЛПВ, определяемых нормативными требования­ми к качеству воды в створе ;

- множество номеров створов, в которых контролируется ка­чество воды.

Модель комплекса водоохранных мероприятий:

(37)

(38)

(39)

где: - приведенные затраты, соответствующие технологическому маршруту очистки или использования сточных вод, руб./м³;

- вектор концентраций веществ в сточных водах выпуска i с расходом , после прохождения технологического маршрута по очистке сточных вод.

35. При наличии данных о зависимости затрат на водоохранные мероприятия от расхода обрабатываемых сточных вод для расчетов может быть использована более сложная модель, отличающаяся формой записи затрат на водоохранные мероприятия - выражение (37) заменяется следующим:

(40)

где: - множество входящих в технологический маршрут агрегатов (очистных сооружений) обработки сточных вод;

- множество технологических маршрутов, включающих агрегат ;

- расход сточных вод выпуска i, тыс. м³/сут;

, - коэффициенты аппроксимации.

36. В результате решения задачи оптимизации (29) - (39) определяются оптимальные доли расхода сточных вод, проходящие по различным технологическим маршрутам очистки и исполь­зования соответствующие им величины расходов обрабатываемых сточных вод:

(41)

где: - номер технологического маршрута очистки или использования сточных вод;

- число технологических маршрутов.

37. Концентрации веществ в сточных водах выпуска i рассчитываются по формуле:

(42)

где: - концентрации веществ в сточных водах выпуска i с расходом после прохождения технологического маршрута по очистке сточных вод, г/м³.

38. Норматив допустимого сброса веществ на выпуске сточных вод, обеспечивающий соблюдение нормативного качества воды в контрольных створах при оптимальном распределении массы сбрасываемых веществ между отдельными водопользователями, определяются как:

(43)

где: - расход сточных вод выпуска i, м³/ч.