IV. Расчет величин НДС для водохозяйственного участка водотока

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

Критерий оптимальности - минимум суммарных приведенных затрат на достижение НДС:

, (29)

где:

- приведенные затраты i-го водопользователя на достижение НДС, тыс. руб./год;

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

R - число технологических маршрутов очистки и использования сточных вод;

N - 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 , ;

- 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 , ;

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

- вектор максимальных среднечасовых концентраций веществ в сточных водах выпуска , ;

- расход сточных вод выпуска , ;

- расход воды реки в расчетной секции , ;

- номер расчетной секции, в начале которой расположен выпуск сточных вод водопользователя , ;

- 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 m со створом k;

- то же для сброса i;

- разбавление речных вод при переходе от секции к следующей по течению данной реки секции j + 1. , если секция j последняя или

, если (32)

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

, (33)

где

- индекс вещества (показателя);

- коэффициент неконсервативности вещества , 1/сут.;

- время перемещения воды в водотоке на протяжении секции j, 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 воды при расчетной температуре, ;

- множество номеров расчетных секций, соединяющих секцию p со створом k.

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:

(36)

где:

- предельно допустимая концентрация вещества в створе k;

- множество номеров показателей, нормируемых по лимитирующему признаку вредности p;

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

- множество номеров створов, в которых контролируется качество воды.

Модель комплекса водоохранных мероприятий:

(37)

(38)

, (39)

где:

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

- вектор концентраций веществ в сточных водах выпуска i с расходом , после прохождения технологического маршрута r 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 r агрегатов (очистных сооружений) обработки сточных вод;

- множество технологических маршрутов, включающих агрегат j;

- расход сточных вод выпуска i, ;

, - 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:

r - номер технологического маршрута очистки или использования сточных вод;

R - число технологических маршрутов.

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

; i = 1,.....,N, (42)

где:

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

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, определяется как:

; i = 1,...,N, (43)

где:

- расход сточных вод выпуска i, .