Модель формирования поля загрязнения воды на приплотинной части акватории братского водохранилища (стр. 3 )

5.3.2. Реализация модели на компьютере

Для проведения практических расчетов разрабатываемая модель реализована в виде информационно-программного комплекса на ПК. При ее построении модели вся площадь выбранного участка акватории Братского водохранилища и прилегающей к нему суши разбита на квадраты со стороной примерно 68 метров. Совокупность этих дискретных элементов составляет сеточную область задачи. Временная динамика распределения примесей рассчитывается с шагом 1 час.

Файлы исходных данных модели содержат все необходимые материалы, которые требуются для решения сформулированной проблемы. Они, в частности, включают в себя:

координаты изолиний глубины при максимальном наполнении водохранилища; координаты границ областей и створов, ортогональных линиям тока транзитных и макроциклических течений; данные о проточности и уровне и стратификации контрольного участка водохранилища; материалы о статистическом распределении скорости и направления ветра; параметры, задающие пространственное расположение и временную динамику интенсивности сброса сточных вод в нормальных условиях и при аварийной ситуации; данные о гидравлической крупности и плотности частичек взвеси; сведения о концентрациях растворенных и взвешенных веществ в водохранилище, фильтрационных и аварийных стоках золоотвала.

Специально разработанные для решения рассматриваемой задачи программные средства реализуют следующие основные операции:

расчет и интерполяцию на сеточную область распределения глубины контрольного участка, соответствующего заданному уровню водохранилища; расчет компонент и интерполяцию на сеточную область средних транзитных и макроциклических скоростей движения воды; вычисление пульсационных составляющих скорости; имитацию на выделенном участке акватории Братского водохранилища пространственно-временной динамики концентрации загрязняющих веществ, попадающих в залив Сухой Лог с фильтрационными потоками или в результате аварийного разрушения дамбы золоотвала; расчет распределения приращения донных отложений по акватории контрольного участка, образующихся при оседании взвеси, поступающей в залив Сухой Лог при аварийном разрушении дамбы золоотвала.

Первичное воздействие золоотвала на прилегающую к его дамбе часть залива Сухой Лог задается сбросом в нее за каждый шаг по времени порции сточных вод, объем которой пропорционален текущей мощности источника загрязнения. Концентрации загрязняющих ингредиентов в сточных водах задаются в соответствии с данными натурных наблюдений [Технический отчет … , 1991; Расширение и реконструкция … , 2000]. Перенос загрязнения моделируется путем имитации случайного блуждания частиц примеси, для каждой из которых на каждом временном шаге определяется собственный вектор скорости. Концентрации загрязняющих веществ в водохранилище оцениваются по данным распределения частиц по акватории в выбранный момент времени. Их вычисление производится учетом глубины места и с использованием формулы смешения сточных вод с водами водохранилища в каждой ячейке сеточной области. При имитации аварийной ситуации в конце периода расчетов оценивается также распределение по акватории приращения донных отложений, образовавшихся в результате оседания взвесей.

5.3.3. Расчеты полей загрязнения воды, формирующихся при нормальном режиме эксплуатации золоотвала

Приближенная рамочная оценка экстремального загрязнения фильтрационными стоками залива Сухой Лог в подледный период

Загрязнение Братского водохранилища фильтрационными стоками золоотвала ТЭЦ-6, вследствие небольшой его интенсивности, представляет опасность только для внутренней части залива Сухой Лог, отделенной от остальной акватории дамбой БЛПК. Здесь наиболее высокие концентрации вредных веществ образуются в зимний период. В это время имеет место минимум сезонного хода уровня водохранилища и отсутствие течений ветрового происхождения.

При минимальном уровне объем внутренней части залива составляет примерно 2.107 м3. За период, в течение которых залив находится подо льдом, в него фильтрационным путем из золоотвала поступает приблизительно 3.105 м3 сточных вод с концентрацией наиболее интенсивных загрязнителей до 35 ПДК (ртуть). Если считать, что в зимний период (до 150 суток) проточность этой части залива равна нулю, а ее водообмен с внешней частью отсутствует, то к моменту вскрытия акватории ото льда сточные воды будут составлять в нем около 1,5%. Соответственно, приращение средней концентрации главного загрязнителя составит примерно 0,5 ПДК.

Динамика сезонного повышения концентраций растворенных загрязнителей в зимний период

Подледная ситуация в заливе Сухой Лог характеризуется низким уровнем водообмена. Это приводит к заметному сезонному возрастанию концентраций загрязняющих веществ во внутренней части залива. Для оценки характера динамики такого возрастания был проведен имитационный эксперимент на модели. Входные данные, использованные в этом эксперименте представлены в табл.5.3.1.

В качестве примера иллюстрации результатов расчетов  на рис. 5.3.4 и 5.3.5 показана динамика поля загрязнения верхней части залива Сухой Лог ртутью и фтором. Первое из этих веществ имеет наибольшую концентрацию в фильтрационном потоке и, кроме того, фоновые концентрации, превышающие ПДК. Особенности загрязнения залива этим веществом представляют предельные характеристики воздействия. Как видно на рис. 5.3.4, приращение концентрации ртути в контрольном створе к концу зимы не превысит 0,8-1,0 ПДК. Поступление этого вещества за пределы внутренней части залива до вскрытия водохранилища маловероятно.

Фтор, относительная концентрация которого в фильтрационном потоке занимает примерно среднее место среди остальных загрязняющих веществ, регистрируется в водах залива на уровне ниже ПДК. Поэтому характер его накопления и распространения в течение зимы отражает характерный уровень загрязнения залива в результате сброса сточных вод золоотвала и другими веществами. Наибольшее приращение концентрации этого элемента в контрольном створе, которое ожидается к концу зимнего периода, ограничивается величиной  0,3-0,4 ПДК (рис. 5.3.5).

Оценка динамики концентраций загрязняющих веществ в период открытой воды

При решении этой задачи можно выделить два ее варианта, различающиеся начальными условиями (см. табл. 5.3.2). Источник загрязнения в обоих случаях характеризуется постоянной мощностью фильтрационного потока. В первом варианте значимого повышения концентраций загрязняющих веществ в водах залива Сухой Лог и, тем более, в открытой части водохранилища не наблюдается. Во втором варианте, после вскрытия залива и появления ветровых течений, происходит быстрое (на протяжении нескольких дней) перемешивание загрязняющих веществ по акватории внутренней части залива. Далее ситуация развивается по типу аварийного сценария для растворенных веществ через три и более дней после аварии (см. рис.5.3.7).

Таблица 5.3.1

Входные параметры для расчетов динамики поля загрязнения от фильтрационных стоков золоотвала в подледный период

Контролируемые характеристики
Наименование	Значение
Гидрометеорологические параметры
Превышение уровня водохранилища над уровнем моря, м	394
Расход в створе Братской ГЭС, м3/с	2800
Средняя глубина слоя скачка, м	-
Ветровое воздействие	экранируется ледовым покровом
Параметры источника загрязнения
Мощность фильтрационного потока, м3/сут	2000
Концентрация загрязняющих веществ в сточных водах золоотвала, доли ПДК	фон	сброс
Алюминий	0,78	16
Молибден	0,86	10
Фтор	0,23	11
Ванадий	0,55	3
Литий	6,05	16
Медь	2,63	3
Ртуть	3,27	35
Селен	0,69	3
Начальные условия
Равномерное распределение по акватории участка всех контролируемых ингредиентов с фоновыми концентрациями.
Граничные условия
Отсутствие потоков ЗВ через дно и свободную поверхность контрольного участка акватории Братского водохранилища. Непрерывность концентраций и потоков ЗВ в замыкающих створах контрольного участка.

Рис.5.3.4. Динамика поля загрязнения залива Сухой Лог ртутью в фильтрационном стоке с золоотвала в зимний период. Концентрации приведены в долях ПДК, число дней над каждой из схем распределения ртути по акватории залива – время, прошедшее с момента установления ледового покрова, КС – контрольный створ

Рис.5.3.5. Динамика поля загрязнения залива Сухой Лог фтором в фильтрационном стоке с золоотвала в зимний период. Концентрации приведены в долях ПДК, число дней над каждой из схем распределения фтора по акватории залива – время, прошедшее с момента установления ледового покрова, КС – контрольный створ

Таблица 5.3.2.

Входные параметры для расчетов структуры поля загрязнения от фильтрационных стоков золоотвала Иркутской ТЭЦ-6

в период открытой воды

Контролируемые характеристики
Наименование	Значение
Гидрометеорологические параметры
Превышение уровня водохранилища над уровнем моря, м	394
Расход в створе Братской ГЭС, м3/с	3000
Средняя скорость ветра, м/с	3
Средняя продолжительность ветра одного направления, часы	10
Вероятность ветра заданного направления	в соответствии с розой ветров
Средняя глубина слоя скачка, м	20
Параметры источника загрязнения
Те же, что и втабл.5.3.1.
Начальные условия
Вариант 1. Равномерное распределение по акватории участка всех контролируемых ингредиентов с фоновыми концентрациями. Вариант 2. Распределение загрязняющих веществ по акватории, соответствующее окончанию ледового периода.
Граничные условия
Те же, что и в табл. 5.3.1

Комментарии к расчетным оценкам воздействия фильтрационных стоков золоотвала ТЭЦ-6 на качество воды Братского водохранилища

Проведенные оценочные и детальные расчеты формирования поля загрязнения Братского водохранилища показали, что наибольшее воздействие стоков с золоотвала в нормальном режиме эксплуатации реализуется в зимний период. Это обусловлено тем, что при замедленном водообмене, характерном для этого времени,  разбавление сточных вод локализуется во внутренней части залива Сухой Лог. В связи с этим наибольшие приращения концентраций отдельных ингредиентов могут достигать к концу зимы 0,3-1 ПДК.