Abstract
<jats:p>Введение. Улучшение состояния водных объектов после сброса сточных вод определяется понижением концентрации загрязнений в результате их разбавления. Анализ разбавления должен производиться синергетически с оценкой взаимовлияния составляющих загрязняющих веществ и учетом их динамики во времени. В связи с этим должны разрабатываться автоматизированные алгоритмы на основе информационных технологий. Основой подходов к решению задач сохранения экологического равновесия водной среды должны служить методики составления массивов данных, позволяющих увязывать теоретические модели с экспериментальными данными. Поступление в водотоки и водоемы загрязнений приводит к окислительным процессам, связанным с потреблением растворенного кислорода. Целью работыявляется автоматизация расчетов разбавления сточных вод в водотоках на основе уравнения турбулентной диффузии загрязнения и модели Стритера–Фелпса в среде Mathcad. Математическое моделирование. Гидродинамические процессы, определяющие динамику качества загрязненных вод, описываются системой дифференциальных уравнений Сен-Венана, приводящих к уравнениям изменения биохимического потребления и концентрации растворенного кислорода. Диффузионные уравнения Стритера–Фелпса, использованные в работе, являются упрощенной формой системы уравнений динамики потребления и концентрации кислорода. При расчете определяется створ, начиная с которого качество вод соответствует санитарным нормам. Матрица исходных данных содержит двадцать четыре строки с параметрами концентрации загрязнений в сбросах, их фоновое значение, ПДК, расходы водотока и стоков. На основе метода Лапшева определяется кратность начального разбавления. При расчете вычисляются интервалы между створами, расходы сточной и проточной вод и извилистость русла. После ввода средней глубины и уклона свободной поверхности рассчитываются параметр Шези по трем зависимостям и параметр турбулентной диффузии. Выводы. Для учета специфики водотока вычислены коэффициенты характера выпуска стоков, гидрологических условий, расхода в струе с наибольшим загрязнением. В итоге по методу Фролова–Родзиллера вычисляется кратность основного разбавления. Результаты промежуточным вычислений для всех двадцати четырех строк, приведенных в исходной матрице, в которых указаны основные загрязняющие вещества при различных условиях сброса сточных вод, сведены в автоматизированные таблицы.</jats:p> <jats:p>Introduction. The improvement of water body conditions following wastewater discharge is determined by the reduction in pollutant concentrations resulting from dilution. Dilution analysis should be performed synergistically, assessing the mutual influence of pollutant components and accounting for their dynamics over time. Accordingly, automated algorithms based on information technologies must be developed. The methodological basis for addressing the preservation of aquatic ecosystem balance should consist of data array compilation techniques that link theoretical models with experimental data. The discharge of pollutants into watercourses and water bodies triggers oxidative processes associated with the consumption of dissolved oxygen. The research aims to automate the calculation of wastewater dilution in watercourses based on the turbulent diffusion equation for pollutants and the Streeter–Phelps model using the Mathcad environment. Materials and methods. The hydrodynamic processes governing the dynamics of polluted water quality are described by the Saint-Venant system of differential equations, which leads to equations for biochemical oxygen demand and dissolved oxygen concentration. The Streeter–Phelps diffusion equations employed in this study represent a simplified form of the dynamic system for oxygen demand and concentration. The calculation identifies the river reach starting from which water quality complies with sanitary standards. The input data matrix contains twenty-four rows specifying pollutant concentrations in discharges, their background values, maximum permissible concentrations, and flow rates of the watercourse and wastewater. The initial dilution ratio is determined using the Lapshev method. The calculation includes intervals between river reaches, wastewater and receiving water flow rates, and channel sinuosity. Following input of average depth and free-surface slope, the Chezy parameter is calculated using three dependencies, together with the turbulent diffusion parameter. Conclusions. To account for the specific characteristics of the watercourse, coefficients were calculated for discharge outlet type, hydrological conditions, and flow rate within the most polluted jet. The Frolov–Rodziller method was subsequently applied to compute the main dilution ratio. The intermediate calculation results for all twenty-four rows of the input matrix—specifying the principal pollutants under various wastewater discharge conditions—are summarized in automated tables.</jats:p>