Оценка процесса переноса загрязняющих веществ в речном потоке при авариях на подводных трубопроводах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат технических наук Набиева, Оксана Рамизовна

• Набиева, Оксана Рамизовна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Набиева, Оксана Рамизовна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПЕРЕНОСА ПРИМЕСЕЙ

1.1 Методы расчета разбавления сточных вод в реках и водоемах

1.2 Специальные гидрологические модели

1.2.1 Модель качества речной воды QUAL2E

1.2.2 Программа моделирования качества воды - WASP4

1.3 Универсальные программные пакеты

1.3.1 Система компьютерного моделирования MIKE

1.3.2 Пакеты ANS YS

1.4 Современные модели переноса загрязняющих веществ

1.5 Понятие о коэффициенте дисперсии

1.6 Резюме по главе

2 ОПИСАНИЕ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ ПЛАНОВЫХ ТЕЧЕНИЙ И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ

2.1 Гидродинамический блок модели. Основные уравнения

2.1.2 Оцифровка картографической информации

2.1.3 Построение цифровой модели рельефа

2.1.4 Внешние параметры

2.1.5 Краевые и начальные условия

2.1.4 Методы решения

2.2 Блок переноса примеси

2.2.1 Уравнения модели

2.2.2 Краевые и начальные условия

2.2.3 Подготовка исходной информации

2.2.4 Численная методика решения уравнения переноса примеси

2.2.5 Численное исследование уравнения переноса

3 ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ

3.1 Проверка работоспособности гидродинамического блока по данным натурных измерений

3.2 Верификация модели переноса примеси на основе натурных данных

3.3 Сопоставление инженерного и численного методов расчета разбавления примеси в воде

3.4 Резюме по главе

4 РАСЧЕТЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА В РЕКЕ ПРИ АВАРИЙНОМ РАЗРУШЕНИИ ДЮКЕРА

4.1 Построение ЦМР участка р. Обь

4.2 Гидрологическая характеристика участка реки

4.3 Характеристика примеси (трассера)

4.4 Анализ состояния дюкерных переходов по результатам водолазных обследований

4.5 Расчет переноса примеси при разрушении дюкера

4.5.1 Расчет переноса примеси при разрушении «Саратовского»

подводного трубопровода

4.5.1 Расчет переноса примеси при разрушении «Заельцовского» дюкерного перехода

4.6 Описание программного интерфейса для прогноза распространения шлейфа загрязнения в русле р.Обь

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка процесса переноса загрязняющих веществ в речном потоке при авариях на подводных трубопроводах»

ВВЕДЕНИЕ

Открытие в пятидесятые годы 20 века огромных запасов нефти и газа, а также активное строительство благоустроенных домов способствовало интенсивному развитию трубопроводного транспорта - одного из наиболее экономичных и надежных средств доставки всех видов сырья и продуктов из районов добычи к промышленным центрам страны, а также организованного отвода сточных вод на очистные сооружения канализации [47].

Наиболее сложными и дорогостоящими участками магистральных трубопроводов и отводов от них являются подводные переходы, сооружаемые и эксплуатируемые в условиях интенсивного течения, волнения, наличия береговых оползней, карста и так далее. Незначительные по длине по отношению к самой трассе трубопровода они, однако, являются ее наиболее ответственными и чаще всего подверженными опасности повреждения участками.

Интенсивность строительства подводных трубопроводов за последние годы возросла, так как в настоящее время происходит рост урбанизированных территорий. Одновременно с этим увеличилось число подводных трубопроводов, оказавшихся в опасном для их эксплуатации или даже аварийном состоянии. Основной причиной этого являются русловые деформации рек, способствующие обнажению больших участков трубопроводов в русле и, следовательно, воздействию на них водного потока в период эксплуатации. Аварии на переходах могут привести к прекращению подачи сырья и продуктов потребителям, к их потерям, большим материальным затратам на их ремонт, заражению водной среды и созданию опасности для населенных пунктов. Это выдвигает на первый план задачу поиска новых более современных методов исследований, проектирования и строительства подводных переходов трубопроводов.

На сегодняшний день в России большинство трубопроводов эксплуатируется со степенью износа 70 - 80 %. Нормативный срок службы для чугунного трубопровода составляет 20 лет, для стальных - 10-15 лет. В настоя-

щее время всеми видами ремонта восстанавливается всего 1-3 % изношенных трубопроводов.

В течение всего срока эксплуатации трубопроводы испытывают динамические нагрузки. Они возникают при работе нагнетательных установок, срабатывании запорной трубопроводной арматуры, случайно возникают при ошибочных действиях обслуживающего персонала, аварийных отключениях электропитания, ложных срабатываниях технологических защит.

Анализ результатов обследований подводных трубопроводов [9] показывает, что основными причинами, вызывающими предаварийные и аварийные состояния, являются:

а) переформирования русла и берегов реки в створах переходов, в результате чего размытые участки трубопроводов подвергаются силовому воздействию потока, льда, опасности механического разрушения;

б) укладка трубопроводов со значительными отклонениями от проекта по заглублению в дно реки и врезке в берега вследствие недостаточного контроля скрытых подводно-технических работ;

в) механические повреждения трубы и изоляции при укладке и в период эксплуатации;

г) неправильная организация службы эксплуатации.

Наиболее часто встречаются первая и вторая причины разрушений дю-керных переходов.

За последние 10-15 лет участились случаи аварий на трубопроводном транспорте, как в пределах городской застройки, так и на магистральных трубопроводах. По данным средств массовой информации составлена картина событий, являющихся одной из причин ухудшения качества водных объектов Российской Федерации. Замечено, что собственники очень неохотно делятся информацией о фактах аварий и степени загрязнения рек и водоемов, поэтому, исходя из сообщений информационных агентств, зачастую сложно оценить масштабы результатов аварий. Данные об авариях на нефте- и газо-

вых магистральных трубопроводах и аварийных ситуациях со случаями из-лива канализационных стоков на почву тут не приводятся, хотя происходят также весьма регулярно.

Замена изношенного оборудования и трубопроводной арматуры последние 10 лет ведется крайне низкими темпами. Именно поэтому наблюдается устойчивая тенденция увеличения аварийности на трубопроводном транспорте на 7 - 9% в год, о чем свидетельствуют ежегодные Государственные доклады «О состоянии окружающей природной среды и промышленной опасности Российской Федерации» [31], а также сброс загрязняющих сточных вод в реки.

В качестве примеров можно привести наиболее серьезные аварии.

2005 год. На реке Оке в районе Нижнего Новгорода в марте 2005 года был порыв канализационного трубопровода, что привело к повышению уровня загрязнения воды в реке. На реке Волге в Костромской области (ноябрь 2005 года) поврежден канализационный дюкер. В ноябре на реке Сунгари (источник водоснабжения города Харбин), притоке Амура, произошла крупная авария на химическом заводе в Китае, что повлекло загрязнение бензольными соединениями речных вод [26];

2007 год. В августе 2007 года прорвало напорный коллектор на пойме реки Воронеж в городе Липецке, и почти сутки сточные воды поступали в водоток. В результате аварии на напорном коллекторе ОАО «ЦБК» «Кама» (г. Краснокамск Пермского края) 30 ноября 2007 года произошел промыв грунта с образованием воронки размером 60 на 35 метров и глубиной 15 метров. Авария была ликвидирована, неочищенные стоки попали в Боткинское водохранилище. На протяжении последних лет аварии на очистных сбросах канализации Пермского края происходят регулярно.

В течение ряда лет (с 2004 года по настоящее время) воды Москвы-реки загрязняются сточными коммунальными и промышленными сбросами в результате различных аварий.

В 2010 году двести тонн канализационных стоков вытекло в реку По-зимь (Удмуртия) из треснувшей по шву канализационной трубы (диаметром один метр), что повысило уровень воды в реке на 1 метр.

Летом и осенью 2011 года произошли аварийные утечки из хвостохра-нилища в Казахстане на притоках второго порядка р. Иртыш, на расстоянии 1200 км от границы с Россией. На протяжении нескольких суток в реку попадали с расходом около 1000 м3/час сточные воды, содержащие цианиды, хлорная известь, медный купорос, парасульфид натрия.

Многие очистные сооружения России и стран СНГ находятся в критическом и предаварийном состоянии, поскольку исчерпали лимит эксплуатации. Результатом становятся периодические сбросы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод в водотоки. Последствия техногенных катастроф, происходящих на водных объектах, могут нанести существенный ущерб окружающей среде, поэтому необходимо прогнозировать и моделировать возможные аварийные ситуации. Моделирование бывает физическим и математическим. Физическое моделирование позволяет экспериментально изучить различные физические явления, основанные на их физическом подобии, однако у исследователей не всегда есть возможность его проведения. Однако опыт практического (натурного) моделирования движения воды и переноса примесей в сложных водотоках привел к неожиданному противоречию [78]. Выяснилось, что затраты на обработку массивов первичной информации, оценку приемлемости итогов моделирования и инженерный анализ результатов промежуточных вычислений, многократно превышают затраты на моделирование непосредственно процессов. Это приводит к необходимости повышения степени автоматизации вычислений. Современный уровень развития вычислительной техники и программного обеспечения позволяет использовать математическое моделирование в качестве гибкого инструмента при определении различных параметров, в том числе, применительно к переносу загрязняющих веществ в водных объектах.

Численному моделированию переноса веществ в реках, озерах и морях в последнее время уделяется большое внимание в связи с растущей проблемой нехватки водных ресурсов необходимого качества, например, в работах [4, 8, 14, 33, 40, 51, 73, 82, 85, 131, 135, 136, 139, 152, 156]. Модели качества воды в реках подразделяются на группы: модели описывающие поведение токсичных веществ (различные химические механизмы разложения, осаждение токсиканта, сорбированного на взвеси и т.д.) и модели, описывающие самоочищение реки от органического загрязнения.

Исследование особенностей переноса загрязняющих веществ в водных объектах проводится с помощью экспериментов на природных реках или в лабораторных лотках, где в качестве красителя используются либо коротко-живущие радиоизотопы, либо флюоресцирующие вещества. Основная идея такого эксперимента состоит в исследовании реальных гидродинамических процессов с помощью легко обнаруживаемого в водном объекте консервативного вещества-индикатора (трассера), инжектируемого в водный объект [66]. Для определения коэффициентов продольной и поперечной диффузии вещества за последние два-три десятка лет была проведена масса подобных экспериментов [104, 115, 117, 151, 157]. Результаты натурных исследований являются необходимым условием для проведения численного моделирования переноса поллютантов в водных объектах.

При описании процессов переноса веществ загрязнения и разбавления сточных вод необходимы данные по гидрологии и гидродинамике водного объекта, характеристики течений и турбулентной диффузии. Основой моделирования качества воды в реках является расчет переноса примесей течением (см., напр. [2, 7, 21, 86, 105, 131, 138, 139, 146, 152, 156, 160]).

Таким образом, проблема обветшания канализационных сетей и дю-керных переходов остро стоит в каждом крупном населенном пункте. При разрушении трубопроводов сточные воды попадают в грунт, реки и водоемы,

что приводит химическому и микробиологическому загрязнению водных объектов и почв.

Коммунальные бытовые стоки г. Бердска, Академгородка и правобережной части г. Новосибирска поступают по трем канализационным подводным трубопроводам на левый берег для последующей их обработки на очистных сооружениях канализации. По результатам водолазных обследований известно, что вероятность возникновения аварии на дюкерных переходах через реку Обь в районе г. Новосибирска весьма велика. Это может повлечь за собой снижение качества воды в реке и в прибрежной зоне, ухудшить санитарно-эпидемиологическую обстановку в районе города и ниже по течению (в районе Заельцовского пляжа, дачных поселков о. Кудряш, прибрежной части поселка Кудряши).

Цель диссертационной работы состоит в исследовании процессов переноса примеси на морфометрически сложном участке р. Обь в различные режимы водности с помощью численной модели плановых течений.

Задачи исследования:

- адаптировать двумерную (плановую) численную модель переноса примеси, поступающей в водоток;

- сформировать цифровую модель рельефа р. Оби в районе г. Новосибирска на основе данных;

- изучить особенности динамики изменения концентрации загрязняющих веществ в результате аварийного попадания сточных вод в реку;

- изучить влияние водности (в период открытого русла) на характер распространения примеси.

Научная новизна работы.

1. Впервые для морфологически сложного участка реки Оби применена численная модель с детализацией пространственной структуры течения, что позволяет учесть особенности распределения примеси в аварийных ситуациях.

2. Выявлены новые закономерности переноса примеси в многорукавном русле: пространственная неоднородность поля концентрации, связанная с ме-андрированием и наличием островов в водотоке, а также появление нескольких волн загрязнения (непосредственно после сброса и в результате вымывания скопившейся на мелководьях примеси).

Достоверность результатов основана на корректном применении фундаментальных уравнений механики сплошных сред, подтверждается сравнением расчетов, проведенных по плановой модели течений и переноса примеси в водотоках с натурными данными и экспериментами других авторов.

Практическая значимость работы.

Результаты расчетов могут быть использованы для оперативного прогноза по распространению шлейфа загрязнения в случае аварийных ситуаций на канализационных дюкерных переходах в русле р. Обь, а также принятия эффективных управленческих решений.

Модель может использоваться для расчета течений и переноса примеси на сложных участках других рек.

Личный вклад автора: Личный вклад автора в получении основных научных результатов состоит в анализе результатов натурных наблюдений, калибровке параметров и верификации численной модели, выполнении расчетов и анализе полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции и школе молодых ученых по вычислительно-информационным технологиям для наук об окружающей среде: "С1ТЕ8-2005", Новосибирск, Международных конференциях по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды: Ет™ЭМ18-2006 и ЕОТ1110М18-2008, (Томск), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НГАСУ (Сибстрин) (2004-2008 гг.), III Международной научно-

практической конференции "Решение проблем развития водохозяйственных систем Новосибирска и городов Сибирского региона", (г.Новосибирск, 2006 г.), конференции молодых ученых ИВЭП СО РАН, (г. Барнаул, 2007 г.), конференции "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера - приоритетные проблемы обеспечения комплексной безопасности населения юга Западной Сибири" (г. Барнаул, 2008 г.), Всероссийской конференции "Третьи Ермаковские чтения. Сибирь: вчера, сегодня, завтра" (Новосибирск, 2010 г.), I - III Всероссийской конференции НГАСУ (Сибстрин) (2009 - 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ (1 статья в рецензируемом журнале, 2 статьи в трудах международных конференций, 1 статья в трудах НГАСУ (Сибстрин), 7 тезисов докладов) [55-60, 88, 90, 91].

Работа была поддержана стипендией администрации Новосибирской области в 2005 году, а также совместным грантом НГАСУ (Сибстрин) и ад-министрацииНовосибирской области в 2006 г.

Результаты исследовательской работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет» по направлению обучения «Водные ресурсы и водопользование» для студентов специальности 280302 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» при чтении дисциплины «Восстановление рек и водоемов», а также при дипломном проектировании. Справка о внедрении приведена в приложении А.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д-ру физ.-мат. наук В.А. Шлычкову за поставленные задачи и терпение, заведующему кафедрой гидротехнических сооружений и гидравлики НГАСУ (Сибстрин) д-ру техн. наук В.В. Дегтяреву за поддержку и ценные советы, д-ру физ.-мат. наук H.H. Федоровой за пожелания и замечания при подготовке диссертации к защите.

1 ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПЕРЕНОСА

ПРИМЕСЕЙ

Основным источником пресной воды в настоящее время являются поверхностные водоемы - озера, реки, каналы. При планировании любых водохозяйственных мероприятий учет качества воды имеет, как правило, не меньшее значение, чем количественная оценка ее ресурсов. Это обусловлено тем, что вследствие развития промышленности, урбанизации обширных территорий и интенсификации сельского хозяйства происходит изменение состава водных масс рек и водоемов под влиянием сточных вод, содержащих различные минеральные и органические вещества, а также смыва с поверхности бассейнов химических препаратов, применяемых в сельском хозяйстве. Таким образом, задача сохранения и рационального использования водных ресурсов приобретает сегодня особую важность.

Для успешного решения задач, связанных с прогнозированием, оперативным управлением и контролем качества водной среды широко применяются методы математического моделирования. Разработке и применению математических моделей для расчета различных процессов в водных объектах посвящен ряд публикаций как у нас в стране, так и за рубежом.

Механизм переноса примесей на водосборах и в руслах рек определяется условиями и характером движения потоков воды [73].

Расчету неустановившихся течений в открытых руслах и их системах посвящено обширное количество публикаций О.Ф. Васильева A.A., Атавина, А.Ф. Воеводина, B.C. Никифоровской, Н.П. Гилярова, С.К. Годунова, Л.И. Наумчика, В.М. Ботвинкова, В.В. Остапенко, И.А. Шеренкова, С.М. Шугри-на и др. [5, 6, 15, 12 ,13, 17 - 24, 29, 65, 87, 92, 93, 109, 160, 161].

По степени общности физических аппроксимаций описываемых процессов разделяют одномерные, двухмерные и трехмерные модели течения и переноса примеси.

1.1 Методы расчета разбавления сточных вод в реках и водоемах

При решении практических задач проектирования сбросов сточных вод в реки, озера и моря необходимо осуществлять расчеты разбавления [43].

Существует множество методов для количественной оценки процесса разбавления сточных вод в реках и для определения зон загрязнения. Большинство задач распространения загрязняющих веществ могут быть сведены к задачам переноса (диффузии и конвекции) примесей. Они позволяют определить концентрацию загрязняющего вещества и коэффициент перемешивания в любом сечении вдоль потока, а также расстояние от места выпуска сточных вод до створа гарантированного (полного) смешения сточных и речных вод.

Основным уравнением теории разбавления сточных вод, наиболее широко применяемым для разработки практических методов расчета, является полуэмпирическое уравнение турбулентной конвекции-диффузии, впервые предложенное В.М. Маккавеевым в 1931 году и получившее обоснование в его более поздних работах [49].

Вопросами разбавления и трансформации веществ в водных объектах занимались в ГГИ, ВОДГЕО, ГХИ, Таллиннском политехническом институте, РосНИИВХ, ИВП (Караушев A.B., Родзиллер И.Д., Фролов В.А., Клименко O.A., М.Н. Тарасов, Никаноров A.M., Бесценная М.А., Шварцман А.Я., Лапшев H.H., Пааль Л.Л., Сууркаск В.А., Хубларян, A.B. Звонников и др.). Разработаны детальные и упрощенные методы расчета турбулентной диффузии [53]. Детальные методы представляют собой непосредственно численные решения уравнений, а упрощенные строятся на аналитической или графической аппроксимации этих решений.

На основе данных методов, а также трассерных экспериментов, проведенных сотрудниками государственного Гидрохимического института (ГХИ) были разработаны Рекомендации Р 52.24.627-2007 «Усовершенствованные

методы прогностических расчетов распространения по речной сети зон вы-сокозагрязненных вод с учетом форм миграции наиболее опасных загрязняющих веществ» [76]. Данные рекомендации предназначены для оперативно-производственных подразделений управлений и центров по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС и ЦГМС) Федеральной службы России по метеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), осуществляющих организацию и проведение наблюдений за состоянием поверхностных вод суши.

В работе [48] анализируется наиболее распространенный метод расчета разбавления в реках, предложенный В.А. Фроловым в 1950 г.; объяснена его широкая применимость, даны оценки области применения данного метода.

1.2 Специальные гидрологические модели

В спектре моделей по охране окружающей среды особую роль играют так называемые эвтрофикационные модели (eutrophication models), которые наряду с разложением органического загрязнения при потреблении растворенного кислорода и динамикой концентрации последнего описывают развитие фитопланктона и круговорот биогенных веществ. К числу наиболее распространенных и широко используемых моделей этого типа относятся модель QUAL2E [105] и ее продолжение - WASP [96] (эвтрофикационный блок), разработанные под эгидой Американского агентства по охране окружающей среды.

1.2.1 Модель качества речной воды QUAL2E

QUAL2E моделирует несколько составляющих качества воды в разветвленных речных системах. Модель использует конечно-разностное решение уравнений адвективно-дисперсионного переноса массы и концентраций. Речной бьеф делится на несколько подбьефов, и для каждого подбьефа записываются гидрологический баланс в величинах расхода, тепловой баланс в

терминах температуры, и баланс наносов в терминах концентрации. Адвективный и дисперсионный процессы учитываются в балансе наносов. Масса примеси вносится или теряется в результате процессов переноса или эмиссией и "изъятиями отходов". Масса также может увеличиваться или теряться путем таких внутренних процессов, как образование бентоса или биологических преобразований.

Программа моделирует изменения условий во времени путем расчета серии профилей водной поверхности устойчивого потока, т.е. речной поток рассматривается как серия бьефов (участков), где вода движется от одного бьефа к следующему, и процессы изменения качества воды имеют место в каждом бьефе отдельно от соседних, находящихся выше и ниже по течению. Основанием для расчета переноса массы служит скорость речного потока; площадь поперечного сечения и глубина воды рассчитываются по потоку, а скорость массопереноса содержащегося в воде вещества, движущегося из одного резервуара в следующий, вычисляется как произведение скорости речного потока и концентрации массы вещества в воде. Изменяющиеся во времени расчеты выполняются программой по климатологическим переменным, которые в первую очередь влияют на температуру и рост водорослей. С>иАЬ2Е моделирует основные взаимодействия питательных циклов, продуктивность водорослей, потребность в бентосе и углероде, атмосферную реаэрацию, и их влияние на баланс растворенного кислорода. Программа определяет баланс массы сохраняющихся минералов и не сохраняющихся составляющих, таких как радиоактивные вещества. С*иАЬ2Е использует хлорофилл как индикатор биомассы планктонных водорослей. Азотный цикл разделен на четыре части: органический азот, аммонийный азот, нитритный азот и нитратный азот. Так же моделируется фосфорный цикл с использованием двух частей. Основным внутренним поглотителем кислорода в модели является биохимическая потребность в кислороде (БПК). Основными источ-

никами растворенного кислорода являются реаэрация поверхности водного потока, фотосинтез водорослей и атмосферная реаэрация [137].

1.2.2 Программа моделирования качества воды - WASP4

WASP4 - имитационная программа, моделирующая потенциал и перенос загрязнения в водах суши. Была разработана серия моделей WASP и WASP4 - последняя в этой серии [96]. Она предназначена для использования специалистами, имеющими подготовку в моделировании качества воды. Это усложненная модель, обладающая гибкостью в применении. WASP4 может использоваться для моделирования одно-, двух- и трехмерных потоков. Программа позволяет пользователю менять отдельные блоки программы на собственные. Ввод WASP4 может быть связан с другими моделями, такими как HSPF, выходные файлы которой могут быть переформатированы и прочитаны WASP.

В пакет WASP входят две модели качества воды:

1) TOXI4 - моделирование переноса и трансформации токсичных веществ;

2) EUTR04 - модель динамики растворенного кислорода и фитопланктона под влиянием питательных веществ и органического материала.

WASP представляет водный объект как серию расчетных сегментов. Свойства среды и химические концентрации предполагаются пространственно однородными в пределах каждого сегмента. Определяются объемы и тип сегмента (поверхностная пода, подповерхностная вода, поверхностный донный и подповерхностный донный) и гидравлические коэффициенты. WASP4 использует несколько механизмов описания переноса: адвекция и дисперсия в водном столбе; адвекция и дисперсия воды в почвенных порах; осаждение, повторное взвешивание и отложение одного-трех классов твердых веществ; испарение; и осадки.

Моделирование адвекции требует спецификации каждой схемы втекания или циркуляции для потока, проходящего через каждый сегмент водного

столба. Поток может изменяться во времени. Дисперсия требует определения площади поперечных сечений для модельных сегментов, длин перемешивания характеристик и коэффициентов дисперсии.

Пользователь также должен определить нагрузки, граничные концентрации и начальные концентрации. Только концентрации в форме частиц переносятся как твердые вещества, и только растворенные концентрации могут переносится как порозная вода.

Адвекция и дисперсия между сегментами рассчитываются моделью для каждой переменной, и определяется обмен с поверхностно-донными сегментами. Сорбированные фракции или фракции в форме частиц могут осаждаться в водном столбе и отлагаться в поверхностно-донных сегментах или вымываться из них. Растворенные вещества могут мигрировать вверх или вниз через дно путем просачивания или диффузии порозной воды. Сорбированные вещества могут мигрировать вниз или вверх в результате осаждения или эрозии.

1.3 Универсальные программные пакеты

1.3.1 Система компьютерного моделирования MIKE

Система компьютерного моделирования MIKE компании DHI Water & Environment включает множество компонентов, из которых в рассматриваемом случае наиболее интересным представляются MIKE 11 (движение воды в реках и каналах) и MIKE 21 (двумерное моделирование морей и прибрежных акваторий) [140].

MIKE 11 - профессиональный инструмент разработки программного обеспечения для моделирования гидрологических и гидравлических процессов, качества воды и наносов в устьях рек, речных, ирригационных систем и других внутренних водоемов. Среди особенностей, которые делают MIKE 11 наиболее широко используемым инструментом динамического моделирования реки, являются:

- быстрые и надежные численные схемы;

- широкий выбор гидрологических модулей;

- дополнительные связанный и несвязный модули наносов;

- широкий спектр модулей моделирования наводнений;

- комплексная оценка качества воды и модулей эвтрофикации;

- передовые инструменты моделирования гидрологических, канализационных и прибрежных процессов;

- геоинформационные системы в виде дополнительных модулей.

Система MIKE разработана для компьютеров типа рабочих станций с

операционной системой UNIX. Модель предъявляет достаточно высокие требования к исходным данным, и априори трудно оценить возможности ее использования при реальном информационном обеспечении.

1.3.2 Пакеты ANSYS

Конечно-элементный пакет ANSYS FEA широко известен как полностью интегрированный пакет автоматизации инженерных инструментов и технологий, обеспечивающих самые инновационные и мощные системы конечно-элементного моделирования.

Вычислительная гидродинамика (Computational Fluid Dynamics, сокращенно CFD) сегодня становится одной из составляющих процесса проектирования во множестве компаний, которые разрабатывают современное высокотехнологичное оборудование. Подобные расчеты позволяют получить характеристики устройства задолго до его изготовления и внедрения.

Пакет ANSYS CFD включает в себя два мощных кода программного обеспечения общего назначения: CFX и FLUENT, а также дополнительные специализированные продукты для решения конкретных приложений промышленности [98, 3].

ANSYS CFX является надежным, гибким пакетом программного обеспечения вычислительной динамики жидкостей общего назначения, для решения обширного круга проблем всех уровней сложности. Он предлагает

широкий спектр физических моделей, которые могут быть применены к широкому спектру отраслей и приложений.

Современный программный комплекс FLUENT, позволяющий проводить анализ широкого спектра промышленных задач динамики жидкости и газа (многофазных, реагирующих) потоков с учетом теплообмена (кондук-тивного, конвективного и радиационного).

Решение задач с помощью пакета ANSYS включает в себя следующие этапы:

1. Построение геометрии и сетки для расчетной области.

2. Задание начальных, граничных условий, численной схемы и других параметров вычисления в препроцессоре.

3. Запуск на вычисление и записывание файла с результатами.

4. Анализ полученных результатов в постпроцессоре.

Наиболее известны работы с применением данного пакета, проводящиеся в Испании применительно к мелиоративным задачам.

1.4 Современные модели переноса загрязняющих веществ

Модели качества вод описывают пространственные и временные изменения рассматриваемых исследователями компонент в водном объекте, которые происходят в силу физического (адвективного или диффузного) переноса, а также химических и биологических реакций. Поведение консервативных веществ описывается классическими уравнениями переноса, а для неконсервативных веществ необходимо учитывать скорости обменных реакций. Но и в том и в другом случае должна быть известна структура потоков и скорости течения. Следовательно, совокупность моделей качества воды определяется тремя компонентами:

—уравнениями динамики жидкости ;

—уравнениями переноса субстанции;

—уравнениями процессов химических реакций.

В настоящее время существует множество одномерных и двумерных моделей, описывающих гидродинамические процессы и процессы переноса вещества в водных потоках, но они не всегда позволяют решить поставленные задачи по оценке пространственно-временных характеристик процесса распространения загрязнений на морфологически сложных участках рек [58].

Основные вычислительные аспекты достаточно детальных моделей распространения загрязняющих веществ (ЗВ) в реке, основанные на методах, упрощенных с точки зрения учета взаимодействия и трансформации веществ, представлены в работе [41]. Численные алгоритмы расчета распространения консервативных примесей в одномерном речном потоке базируются на применении метода конечных элементов в сочетании с методом Галеркина. Алгоритм приспособлен для расчетов неустановившегося движения воды по уравнениям Сен-Венана совместно с расчетами трансформации примеси. Достоинство предлагаемых моделей состоит в однотипности применяемых методов решения дифференциальных уравнений, входящих в получаемую систему. Недостаток этих моделей заключается в ограниченности применения только для консервативных примесей (хотя предложенная вычислительная схема может быть обобщена и для неконсервативных примесей), а также в реализации модели на «морально устаревшей» вычислительной технике и в необходимости ее адаптации к возможностям современных компьютеров.

В статье [63] авторами рассмотрены различные методы решения уравнения адвективно-диффузионного переноса неконсервативной примеси в речном потоке в одномерной постановке с использованием четырехточечной разностной схемы. Проведен сравнительный анализ измеренной и рассчитанной различными способами (явная, неявная схемы, аналитическое решение) концентрации примеси в контрольном створе по данным равнинной реки. Различные версии разработанных и верифицированных моделей переноса неконсервативной примеси для ряда малых равнинных рек были

реализованы с помощью анимационного программного обеспечения (АПО). Возможности АПО позволяют оперативно и в наглядной форме решать широкий круг гидроэкологических задач при изучении и количественной оценке характеристик переноса неконсервативной примеси, а также при анализе возможных аварийных сбросов загрязняющих веществ.

Предложенная в [85] модель качества воды воспроизводит пространственное распределение, содержания в реке двадцати видов химических показателей (БПК5- взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, железо, фосфаты и др.). Уравнения модели представляют собой вариант одномерной системы для установившегося неравномерного движения воды с учетом боковой приточности в непризматическом русле. Также в данной работе [85] приведен довольно подробный обзор моделей качества воды.

Работы [38.], [46] посвящены возможностям оперативного прогнозирования аварийных ситуаций на реке Оке в пределах Нижегородской области. Модель, основанная на плановых уравнениях речной гидравлики и уравнении диффузии для концентрации загрязняющих веществ, реализована в комплексе программ CARDINAL [38]. Результаты моделирования одной из возможных аварий в г. Дзержинске представлены в [46] - это прорыв коллектора сточных вод, проходящего по дну реки Оки при различных гидрологических режимах реки. Модель основана на уравнении переноса для ос-редненной по глубине концентрации растворимой примеси, где коэффициент турбулентной горизонтальной диффузии в численных схемах параметризован по рекомендациям МАГАТЭ. Полученные расчетные данные входят в атлас катастроф на реках Нижегородской области. Приведены сценарии распространения загрязнений от аварий в г. Дзержинске, что позволяет определить время, через которое следует прекращать забор воды в населенных пунктах ниже по течению.

В работе [67] приводится комплексная математическая модель изменения гидролого-экологического состояния устьевых областей рек Северной

Двины, Печеры и Енисейского эстуария. Отличие данной модели от существующих моделей распространения консервативной примеси как в стационарных, так и в приливных потоках, заключается в том, что она позволяет учитывать влияние ледяного покрова.

В работе [10, 11] авторами с помощью двумерных уравнений для мелкой воды и процессов диффузии моделировалось распространение загрязняющих веществ и изменение дефицита растворенного кислорода в Северной Двине зимой при залповом сбросе неочищенных сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов. Для решения системы уравнений мелкой воды предложен метод С.К. Годунова [30], а уравнение диффузии (для расчета концентрации примеси Ь и дефицита растворенного кислорода Б) - методом продольно-поперечной прогонки. По результатам расчетов оценена опасность возникновения анаэробной зоны на 520 километров вниз по течению реки (от места слияния Вычегды и Малой Северной Двины). Моделировалась ситуация со временем сброса загрязняющих веществ в течение 10 часов.

Авторами в статье [39] предложен ряд моделей для оценки динамики загрязнения водных объектов при антропогенных воздействиях. Были реализованы метод конечно-разностной аппроксимации и интегрирования дифференциальных уравнений [79] и метод статистических испытаний (или Монте-Карло) [27]. Приведены 4 описанных модели.

1. Модель динамики загрязнения реки нефтепродуктами на участке реки большой протяженности.

Рассмотрена одномерная схема распространения вдоль реки Ангары нефтепродуктов, при этом часть их переносится водой, а вторая задерживается на грунте, являясь в дальнейшем источником вторичного загрязнения. В качестве примера рассмотрена вероятная авария для двух гидрологических режимов (расход 95 %-ной и 5 %-ной обеспеченности).

2. Модель распространения взвешенных веществ на локальном участке реки с заданной структурой скоростного поля.

Является более сложной и детализированной моделью по сравнению с предыдущей, поскольку может быть двухмерной или трехмерной, если необходимо рассчитать вертикальную структуру. Для расчета нужно не менее трех поперечников с распределением модуля средней скорости, известные глубины (с шагом 50 м вдоль и 2 м поперек реки), линию берега, параметры источника загрязнении и т.д.

3. Модель переноса загрязняющих веществ в русле сложной конфигурации.

Эта разработка является развитием подхода, реализованного в двух предыдущих схемах расчета. Имитируемые ситуации задаются значениями потоков воды и концентрацией загрязняющих веществ, а выходными переменными - глубина, векторы средних скоростей концентрации примесей, толщина отложений осажденных взвешенных веществ. Имитация процессов разбавления и переноса позволяет оценить интенсивность, динамику и структуру загрязнения реки в различных гидрологических ситуациях.

4. Модель формирования поля загрязнения в глубоком проточном водоеме.

Отличие этой модели от предыдущих трех состоит в задании входных переменных и в способе расчета выходных, а также более подробно заданная морфометрия водоема, вертикальные профили скоростей течений с учетом ветрового воздействия.

В работе [1] проведена оценка влияния сточных вод на состав реки Северная Двина в устьевой зоне по результатам обработки данных гидрохимических наблюдений за несколько лет. Методом Фролова-Родзиллера были рассчитаны теоретические значения концентрации загрязняющих веществ (ЗВ) по руслу водотока в зависимости от удаления от точки выпуска стоков, выведены полиномиальные зависимости для описания процесса переноса и

трансформации ряда ЗВ с учетом приливов и отливов. Таким образом, в стандартную методику были внесены дополнения, учитывающие природные особенности конкретной реки.

Авторы [74] разработали численную модель загрязнения акватории реки Днепр (на зарегулированном участке водотока Днепродзержинск - Днепропетровск, длиной около 5 км). Вначале рассчитывается поле скоростей, затем решается задача переноса загрязняющих веществ при осредненной глубине потока. Для решения задачи используются конечно-разностные методы в сочетании с методом маркирования расчетной области. По результатам расчетов авторы предлагают в качестве уменьшения последствий загрязнения понизить скорости воды путем уменьшения сбросов воды из водохранилищ, расположенных выше и ниже по течению.

Выполнен обзор публикаций в ряде зарубежных журналов, трудах конференции 1АНЯ. Наибольший интерес представляли работы, исследующие процессы диффузии и дисперсии примеси в водотоках [94, 102, 121, 127, 128, 129, 142, 157], а также натурные (на лотках и в реальных руслах) и численные эксперименты по распространению красителей или поллютантов.

1.5 Понятие о коэффициенте дисперсии

В водных потоках, наблюдаемых в трубах или открытых каналах, распределение скорости не является однородным. Разность продольного конвективного переноса вещества, которая связана с действительным распределением скоростей, вычисляемых по средней скорости, и должна быть учтена как «диффузионный член» [32]. Этот эффект известен как продольная дисперсия. Эффект конвективного переноса примеси в результате неравномерности поля скоростей по глубине и вторичных течений проявляется только при переходе от рассмотрения действительного движения жидкости и распространения примеси к рассмотрению идеализированного, осредненного по

глубине движения и распространения примеси, которое характеризуется средними по глубине скоростями и концентрациями [87]. Если бы распределение скоростей по глубине было равномерным, то облако примеси переносилось бы потоком со скоростью и, и примесь распространялась во все стороны в результате турбулентной и молекулярной диффузии. Так как распространение скоростей по глубине неравномерно, как это и есть в действительности (см. рисунок 1.1), то облако примеси в целом переносится потоком со средней скоростью II, но в верхних слоях (местная скорость и > II), примесь распространяется вдоль течения гораздо быстрее, чем в нижних придонных слоях (местная скорость и < II). В результате действия конвективного переноса, когда центр облака будет на расстоянии х от начального створа, примесь распространится гораздо дальше по потоку за счет больших скоростей у поверхности. Аналогичное действие на распространение примеси в поперечном направлении оказывают вторичные течения.

Рисунок 1.1 Схема к определению дисперсии примеси в потоке а - график распределения средней по глубине концентрации примеси в момент времени I = ^ (1) и в момент времени г = (2); б - эпюра скоростей и схема распределения локальных концентраций в момент времени ^ и 12

Таким образом, в реальном течении смежные слои жидкости движутся с различными продольными скоростями; в то же время имеется перенос в поперечном направлении благодаря турбулентному перемешиванию. Это приводит к гораздо более сильному продольному рассеиванию, чем при течении с однородным распределением скорости по поперечному сечению [32].

Первое важное исследование дисперсии в турбулентном сдвиговом потоке был опубликовано Г. И. Тейлором [157] в 1954 году. Тейлор утверждал, что, хотя основным механизмом дисперсии в сдвиговом потоке является изменение конвективной скорости в сечении, весь процесс может быть описан одномерным уравнением диффузии Фика, записанным в направлении движения потока. Им установлено, что основной вклад в продольное рассеивание примеси вносит неоднородность распределения по сечению осредненных скоростей. Тейлор ограничил его анализ длиной в прямой круглой трубе и обнаружил, что уравнение коэффициента диффузии

£> = 10.1 -а-и\ (1.1)

где а - радиус трубы, и' - динамическая скорость, Б назывался коэффициентом дисперсии в отличие от классической диффузии. Используя те же рассуждения, Элдер нашел для бесконечно широких открытых каналов, в котором с/ - глубина потока:

£> = 10.1 -а-и* (1.2)

Применительно к трубе, по данным Тейлора, турбулентная диффузия составляет 0,5 % продольного рассеяния, а по данным Элдера (для плоского открытого потока) - 4 %, что больше на порядок [78].

Коэффициент дисперсии является одним из внешних параметров, задаваемых в расчетах по распространению загрязняющих веществ в воде, кото-

рый имеет большое значение в процессах переноса примесей. Наряду с коэффициентом Шези существует большое количество зависимостей и для расчета коэффициентов дисперсии и диффузии. Подавляющее большинство из них имеют структуру произведения константы на характерный размер поперечного сечения и динамическую скорость. Естественно, что при такой степени схематизации весьма слабо отражается влияние на коэффициент дисперсии основного фактора - распределения осредненных скоростей в сечении, так как форма сечения неполно описывается одним характерным размером [78].

В работе [78] было проведено сравнение значений коэффициента продольной дисперсии с опытными данными, полученными на основе экспериментальных работ Фишера [117], Рохусаара и Пааля [71]; выполненных в потоках с прямоугольными и трапецеидальным сечениями, однородными и неоднородными границами. Относительная погрешность расхождения натурных и рассчитанных данных составляет 7,7 - 9,3 % (при доверительной вероятности р = 0,95).

Экспериментальные результаты в естественных потоках, однако, не были в пределах ожидаемого диапазона; коэффициенты дисперсии варьировались от 50 до 700 г-и\ где г - гидравлический радиус. Совокупные данные, найденные в литературе для экспериментальных значений коэффициента продольной дисперсии, приводят некоторые исследователи [95, 117, 154,]. Анализ большого числа зависимостей для расчетов коэффициентов дисперсии и диффузии различными авторами выполнен в работе [25]. Показано, что вычисленные применительно к одним и тем же условиям, но по различным зависимостям коэффициенты продольной и поперечной дисперсии и диффузии могут отличаться на несколько порядков.

В работе [147] рассматриваются основные идеи турбулентности и процессов перемешивания загрязняющих веществ, применение к различным инженерным задачам, включая процессы диффузии в реках и эстуариях. Слож-

ность протекания процесса диффузии демонстрируется с помощью использования новых оптических экспериментальных методов.

Экспериментами по исследованию особенностей распространения пол-лютантов, красителей в лабораторных условиях занимались [97, 124, 125,128, 145, 155].

В последние 50 лет проводятся натурные эксперименты по распространению красителя в лотках (в качестве такового применяется, как правило, флюоресцирующее вещество родамин) и естественных водотоках с целью определения величин продольного и поперечного коэффициента дисперсии на прямолинейных и меандрирующих участках, в устьевых зонах рек. На реках большой протяженности проводилось малое число трассерных тестов, т.к. это связано со сложностью обработки эмпирических данных и высокой стоимостью экспериментов [151]. Наиболее крупномасштабные трассерные тесты были проведены в шестидесятые - семидесятые годы прошлого столетия (например, Godfrey & Frederick, 1963 [120]; Yotsukura et al., 1970 [162], Nordin & Sabol, 1974 [143]; J. Andreopoulos & W. Rodi, 1986 [97]). Среди последних широкомасштабных исследований можно отметить тесты на реке Гудзон в США (Но et al., 2002 [123]; Caplow et al., 2004 [106]), p. Рейн в Германии и Нидерландах (Van Mazijk & Veling, 2005 [158]), в верхнем течении р. Нарев в Польше [150, 151], а также работы [100, 110, 111].

В настоящее время для описания коэффициента продольной дисперсии, как правило, используют формулу Элдера, внося незначительные изменения, либо пользуются данными натурных трассерных экспериментов. Систематизация основных подходов приводится в работах [95, 130, 132,134,154].

При рассмотрении криволинейных каналов и лотков более детально необходимо изучать поперечное перемешивание и неоднородность скоростного потока при изгибании русла. Фишер в 1969 г. [118] показал, что существует обратная зависимость между коэффициентами поперечного и продольного перемешивания. Поперечные перемешивания важны для постоян-

ных источников у границы вблизи от них и в середине потока до створа полного смешения по поперечному сечению. В работе [103] на основе экспериментов в меандрирующем лотке показано, что поперечное перемешивание находится в прямой зависимости от кривизны канала и циклического изменения с меандрами русла. Экспериментальными исследованиями в области меандрирующих русел занимались [103, 104, 153, 154]

Многие исследователи отмечают, что адекватно описать реальные процессы переноса и неравномерность скоростей водного потока возможно только с помощью двух- или трехмерной модели [113].

1.6 Резюме по главе

Коэффициент диффузии - дисперсии является одним из внешних параметров, который необходимо задавать в расчетах распространения примесей в воде. В последние 50 лет с помощью натурных экспериментов по распространению красителя в лабораторных лотках и естественных водотоках определялись величины продольного и поперечного коэффициентов диффузии. На реках большой протяженности проведено малое число трассерных тестов по распространению примесей, поскольку это связано со сложностью обработки эмпирических данных и высокой стоимостью экспериментов. В таких случаях удобнее использовать методы современного математического моделирования, основанное на достоверном описании физических процессов, что позволит варьировать параметры в широком диапазоне значений и проводить численные эксперименты на самых разных водных объектах.

В настоящее время разработано большое количество одномерных моделей, описывающих процесс переноса загрязняющих веществ в реках и водоемах. Однако они не позволяют детализировать пространственную структуру потока в случаях сложной морфометрии и решить поставленные задачи

по оценке пространственно - временных характеристик процесса распространения загрязнений на морфологически сложных участках рек.

Существующие методы прогноза основаны, в лучшем случае, на одномерной аппроксимации физических процессов, что является недостаточным для описания русел со сложной морфологией. Наиболее частно применяются малонадежные инженерные (алгебраические) методы. При современном развитии вычислительной техники и методов решения самых сложных задач решений в одномерной постановке, как правило, бывает недостаточно.

Двумерные модели являются более универсальными. Освоение их сторонним специалистом требует высокой квалификации и знаний основ гидрологии, гидродинамики, численных методов и программирования и, зачастую, гидрохимии.

В разработке универсальных и специальных программных пакетов (MIKE11 и 21, QUAL 2Е, WASP, ANSYS и т.д.) принимают участие большое количество специалистов в своих областях, что позволяет программам учитывать множество деталей. Многие программные комплексы являются труднодоступными в приобретении и дорогими, причем на их освоение затрачивается достаточно большое время. Также возникает проблема калибровки и настройки системы на рассматриваемый водный объект. Объективно оценить качество модели можно лишь в ходе рабочих или пробных расчетов на основе сопоставления натурных и рассчитанных значений.

Возникает необходимость использовать такую модель, вопросы по которой можно обсуждать с автором и/или разработчиком, оперативно решать текущие вопросы по конкретным расчетам, дорабатывать или изменять составные части, уточнять определенные моменты при верификации. В Новосибирске в Сибирском отделении Российской Академии наук имеется солидная школа математиков-вычислителей, что дает возможность найти нужного специалиста.

2 ОПИСАНИЕ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ ПЛАНОВЫХ ТЕЧЕНИЙ И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ

Выбор модели обосновывается современными подходами в решении задач гидродинамики и переноса примеси.

В данной работе для исследования русловых течений и процессов переноса примеси в расчетах используется двумерная вертикально осредненная модель плановых течений в водотоках суши, разработанная в Институте водных и экологических проблем СО РАН В.А. Шлычковым [89] и имеющая следующие блоки, используемые при расчетах в данной работе:

1. Двумерная вертикально осредненная модель плановых течений (гидродинамический блок);

2. Модели переноса и диффузии примесей в природных средах (блок переноса примеси).

Для проведения расчетов в каждой из составляющих необходимо определиться с видом и составом исходной натурной информации.

2.1 Гидродинамический блок модели. Основные уравнения

Для расчета гидравлических параметров речного потока используется система уравнений Сен-Венана. В горизонтальной плоскости вводится декартова система координат с осями х, у. Гипсометрия поверхности руслового ложа задана уравнением г = д(х, у) 5 где 8 - функция, описывающая донный рельеф. Описание процесса обработки картографической информации для создания цифровой модели рельефа приведено в пункте 2.1.2.

Уравнения плановых течений имеют вид [45, 81]:

д1 дх ду

дку дкт

дх ду

дк дик дук

ф7-"сГ|М|" (2.1)

дt дх ду

где g - ускорение силы тяжести; Су - коэффициент Шези;

гь - поверхность руслового ложа, заданная уравнением 2б = У) , где 5 - функция, описывающая донный рельеф;

и и V - осредненные по глубине потока компоненты скорости, по осям х и у соответственно;

— / 2 2

и = V и + V - модуль скорости течения.

2.1.2 Оцифровка картографической информации

Для преобразования исходной топографической информации с бумажных носителей в форматы данных, доступных для компьютерного моделирования необходимо создание цифровой модели рельефа (ЦМР). Все задачи, связанные с гидрологией используют информацию о рельефе исследуемой территории. Наиболее часто используемым источником данных о рельефе являются топографические карты и планы. Несмотря на то, что в последнее время большое распространение получили цифровые карты, бумажные карты являются наиболее часто встречающимся способами описания территории. Особенно это касается крупномасштабных карт. Рассмотрим особенности преобразования информации с крупномасштабных карт в цифровой вид, т.е. процесс "оцифровки".

В данной работе основой для создания цифровой модели рельефа и последующих расчетов служили результаты натурных съемок, проведенных экспедицией географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова на участке реки Оби в 2003-2004 г.г.. [70]. Процесс оцифровки проводился совме-

стно с ИВЭП СО РАН с помощью геоинформационной системы (ГИС) Arc-View [99]. Данные промерных работ автору были представлены в виде растровых карт формата А4 в масштабе М 1:10 ООО в системе координат Гаусса-Крюгера (с большими значениями по осям х и у) [80]. Для топографических карт масштаба 1:200 ООО и крупнее элементом пространственной привязки является километровая координатная сетка.

Процесс преобразования картографической информации с бумажных носителей в цифровой формат происходит в три этапа:

1) - сканирование информации;

2) - привязка сканированных фрагментов к системе координат;

3) - оцифровка сканированной информации.

Листы топографических карт, а также топопланы имеют размеры, превышающие размеры сканера форматов А4 и A3 и не могут быть отсканированы за один раз. Сканирование карт происходит таким образом, чтобы все километровые квадраты на карте были представлены целиком хотя бы на одном сканированном изображении. При этом необходимо учитывать, что сканированное изображение по краям сканера может быть искажено. Так, если происходит сканирование топоплана масштаба 1:10 ООО на сканере формата А4 (21*29,7 см), то для лучшей точности необходимо сканировать всего 2 квадрата и располагать их желательно по центру сканера (рисунок 2.1.). После завершения этапа сканирования получим набор графических файлов с участками карты исследуемой территории.

После сканирования, прежде, чем провести привязку изображений к системе координат, необходимо на каждом отсканированном листе перевести в векторный вид все изобаты с помощью специальной вспомогательной программы Easy Trace, так же предоставленной ИВЭП СО РАН. В этой программе для каждого растра создается отдельный проект со слоями изобат и линий берега, которые вручную обводятся и сохраняются в определенном формате для дальнейшей интеграции в Arc View.

29,7 CM

10 см

2

о

CJ

Рисунок 2.1 Расположение сканируемых фрагментов топоплана масштаба 1:10 ООО на листе формата А4

Ниже на рисунках 2.2. и 2.3 приведены фрагменты трассировки изобат участка реки Оби в специальной программе и «привязки» морфометрических данных данного участка к глобальной системе координат Гаусса-Крюгера с помощью геоинформационной системы Arc View.

Рисунок 2.2 Фрагмент трассировки изобат участка р. Обь в программе Easy Trace (зеленым цветом выделены обведенные изобаты)

Аналогичным образом осуществляется привязка остальных фрагментов карт. Методика оцифровки информации достаточно подробно описана в руководстве пользователя Arc View. [99].

Flù Е<И Thmne ê**sy** Surface GmpKc« V>ido*» Hob _

Ш Ш |ПШ1Ё!1ШШЁЫШ£1Ж

ни» щ

jQjil

mm._

pi . 4 -.

Заключение диссертации по теме «Гидравлика и инженерная гидрология», Набиева, Оксана Рамизовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен обзор и анализ теоретических и экспериментальных исследований распространения загрязнений в естественных водотоках и лабораторных условиях, показавший необходимость применения гидродинамического моделирования для детализации течений и процессов миграции поллютантов в руслах рек сложной геометрии. Связано это со сложностью и высокой стоимостью проведения трассерных тестов на крупных водных объектах.

2. Численная модель адаптирована к условиям участка р. Обь в районе г. Новосибирска. Проведено тестирование и выполнена калибровка параметров на экспериментальных материалах других авторов и натурных данных.

3. Проведен расчет сложной пространственно-временной динамики шлейфа примеси при возникновении аварийной ситуации на различных участках подводного трубопровода. Показано, что наиболее опасной является авария у правого берега, т.к. в этом случае происходит более интенсивное перемешивание примеси в водном потоке, тогда как при аварии в середине русла примесь движется со скоростью течения реки, практически нигде не скапливаясь.

4. На основе проведенных расчетов выявлены особенности распространения загрязняющих веществ в русле морфологически сложного строения. Показано, что при определенных гидрологических условиях возможно появление двух последовательных пиков при распространении примеси в водном потоке - непосредственно после сброса и в результате вымывания скопившейся на мелководьях примеси. С повышением водности и, следовательно, увеличением скоростей потока, загрязняющие вещества попадают во все протоки ниже по течению, аккумулируясь на некоторых участках русла. Накопление массы примеси наблюдается за п. Затон, в левом рукаве Оби от о. Кудряш - в районе Кудряшовских дач, в правой протоке от островов Заячий и Медвежий (Чкаловские дачи и пос. Мочище).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Набиева, Оксана Рамизовна, 2011 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Айзенштадт М. А. Оценка влияния сточных вод на состав природного водоема - реки Северная Двина на примере ОАО "Архангельский ЦБК" / М. А. Айзенштадт // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Сборник научных трудов. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2006. - С. 12-18.

2. Аникиенко, A.M. Использование метода конечных элементов для решения уравнения переноса [Текст] / A.M. Аникиенко, О.Н. Литвин, И.А. Шеренков // Водные ресурсы. - 1981. - № 3. - С. 80-84.

3. Антипина H.A. Расчет турбулентного режима гидродинамики и теплообмена в вихревой трубке Ранка - Хилша / H.A. Антипина, Е.Л. Тару-нин // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. -Пермь: ПТУ, 2008. -. 4 (20). - С. 70-76

4. Аргучинцев В.К. Моделирование мезомасштабных гидротермодинамических процессов и переноса антропогенных примесей в атмосфере и гидросфере региона оз. Байкал / В.К. Аргучинцев, A.B. Аргучинцева. - Иркутск: Изд-во Ирку.гос.ун-та, 2007. - 255 с.

5. Атавин А. А. Расчет неустановившегося течения воды в разветвленных системах речных русел или каналов // Динамика сплошной среды. -Новосибирск: ИГ СО АН СССР, 1975. - Вып. 22. - С. 25.

6. Белолипецкий В. М., Генова С. Н., Туговиков В. Б., Шокин Ю. И. Численное моделирование задач гидроледотермики водотоков. - Новосибирск: ИВТ СО РАН, 1989. - 135 с.

7. Белолипецкий В.М., Генова С.Н., Петрашкевич В.И. Численное моделирование переноса примесей в речном потоке // Вычислительные технологии. — 2001. — Т. 6. — Ч. 2. — Спец. выпуск. — С. 127-133.

8. Белолипецкий В.М., Шокин Ю. И. Математические модели в задачах охраны окружающей среды.. — Новосибирск: Изд-во «ИНФОЛИО-пресс», 1997. —240 с.

9. Бородавкин П. П. Подводные трубопроводы/ П. П. Бородавкин, В. Л. Березин, О. Б. Шадрин.-М.: Недра, 1979.-415 с.

10. Бреховских В.Ф. Моделирование процесса распространения загрязняющих веществ в Северной Двине / В.Ф. Бреховских, Ю.А, Былиняк,

B.М. Перекальский // Водные ресурсы. - М.: 2000, том 27, № 5, С. 574-578.

11. Бреховских В.Ф. Проблемы качества поверхностных вод в бассейне Северной Двины / В.Ф. Бреховских, З.В. Волкова, H.H. Колесняченко. -М.: Наука, 2003.-233 с.

12. Ботвинков В.М. Построение планов течений на затруднительных участках рек / В.М. Ботвинков // Тр. НИИВТ, вып. 139, Новосибирск, 1979. -

C. 30-38

13. Ботвинков В.М. Экспериментальные исследования гидравлического режима узлов слияния открытых потоков / В.М. Ботвинков // Тр. НИИВТ, вып. 157, Новосибирск, 1982. - С. 24 - 29

14. Васильев О. Ф. Математическое моделирование качества воды в реках и водоемах // Труды IV всесоюзного гидрологического съезда. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - Т. 9. - С. 161.

15. Васильев О. Ф., Атавин А. А., Воеводин А. Ф. Методы расчета неустановившихся течений в системах открытых русел и каналов // Численные методы механики сплошной среды. - Новосибирск: Изд-во ВЦ СО АН СССР, 1975.-Т. 6.-№4.-С. 21.

16. Васильев О. Ф., Воеводин А. Ф. Математическое моделирование качества воды в системах открытых русел // Динамика сплошной среды. -Новосибирск: ИГ СО АН СССР, 1975. - Вып. 22. - С. 73.

17. Васильев О. Ф., Гладышев М. Е., Судобичер В. Г. Численное решение задач о течениях с прерывными волнами в открытых руслах // Численные методы механики сплошной среды. - Новосибирск: Институт гидродинамики СО АН СССР, 1970. - Т. 1. - № 5. - С. 3-19.

18. Васильев О. Ф., Годунов С. К. Численный метод расчета длинных волн в открытых руслах и приложение его к задаче о паводке // ДАН - 1963. -Т. 151.-№3.-С. 525-527.

19. Васильев О. Ф., Шугрин С. М., Притвиц Н. А. и др. Применение современных численных методов и цифровых ЭВМ для решения задач гид-

равлики открытых русел // Гидротехническое строительство. - 1965. - № 8. -С. 44.

20. Векторизация карт для загрузки в GPS с помощью Easy Trace [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gpsinfo.ru/ arti-cles.php?article=T 750 - Загл. с экрана.

21. Воеводин А. Ф., Никифоровская В. С. Математическое моделирование характеристик качества воды в системах открытых русел // Сборник докладов симпозиума по вопросам математического моделирования качества воды водоемов (Новосибирск, 1976). - М.: Издательство Секретариата СЭВ, 1978.-С. 114-129.

22. Воеводин А. Ф., Никифоровская В. С., Чернышева Р. Т. Об одном численном методе для расчета резкоизменяющегося течения в руслах и водотоках // Динамика сплошной среды. - Новосибирск: ИГ СО АН СССР, 1975. -Вып. 22.-С. 89-98.

23. Воеводин А. Ф., Шугрин С. М. Методы решения одномерных эволюционных систем. - Новосибирск: Наука, 1993. - 230 с.

24. Воеводин А. Ф., Шугрин С. М. Численные методы расчета одномерных систем. - Новосибирск: Наука, 1981. - 208 с.

25. Войтеховская Э.А. Обобщение исследований по определению коэффициентов продольной дисперсии и диффузии // Водоотведение и охрана вод. - Минск, 1982. - С. 33-42

26. В реку Сунгари при аварии на химзаводе в КНР сброшено 100 тонн бензола [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://ria.ru/incidents/20051124/42198147.html 24/11/2005 - Загл. с экрана

27. Галкин Л.М. Решение диффузионных задач методом Монте-Карло. - М.: Наука, 1975. - 94 с.

28.Гидродинамические аспекты нештатных и аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях : монография / А. А. Атавин, В. И. Букреев, О. Ф. Васильев, В. В. Дегтярев, А. П. Яненко. - Новосибирск: НГАСУ (Сиб-стрин), 2009. - 327 с.

29. Гиляров Н. П. Моделирование речных потоков. - JL: Гидроме-теоиздат, 1973. - 200 с.

30. Годунов С.К. Численное решение многомерных задач газовой динамики / С.К. Годунов, A.B. Забродин, М.Я. Иванов, А.Н. Крайко, Г.П. Прокопов. М.: Наука, 1976. - 400 с.

31. Государственные доклады. Экология производства, научно-экологический портал [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ecoindustry.ru/gosdoklad.html. - Загл. с экрана.

32. Дейли Дж. Механика жидкости / Дж. Дейли, Д. Харлеман - М.: Энергия, 1971.-480 с.

33. Дружинин Н.И., Шишкин А.И. Математическое моделирование и прогнозирование загрязнения поверхностных вод суши. Л: Гидрометеоиздат, 1989, 390 с.

34. Ежегодник качества поверхностных вод и эффективности проведения водоохранных мероприятий по территории деятельности Зап-Сиб УГМС за 2002. ЧI, II. - Новосибирск: Зап-Сиб УГМС, 2003. - 116 с.

35. Звонников A.B., Писарев В.В., Сухоручкин А.К. О практическом применении некоторых методов расчета рассеяния загрязняющей примеси в реках. //Вопросы контроля загрязнения природной среды: Сб. науч. тр./Л. Гидрометеоиздат 1981. С. 112-117

36. Зиновьев, А.Т. Компьютерное моделирование русловых процессов на участке многорукавного русла р. Катунь у с.Верх-Катунское / А.Т. Зиновьев, К.В. Марусин, A.A. Шибких, В.А. Шлычков, М.В. Затинацкий // Ползуновский вестник. - 2006. - № 4-2. - С.72-76.

37. Зиновьев, А.Т. Математическое моделирование динамики течения и русловых процессов на участке р. Обь у г. Барнаула / А.Т. Зиновьев, К.В. Марусин, A.A. Шибких, В.А. Шлычков, М.В. Затинацкий // Ползуновский вестник. - 2006. - № 2-1. - С. 204-209.

38. Иванов A.B. Математическое моделирование в задачах прогнозирования аварийных ситуаций на Оке в пределах Нижегородской области / A.B. Иванов, К.А. Клеванный, С.И. Козлов, A.A. Красильщиков, Г.В. Матве-

ев, E.H. Пелиновский, Е.Б. Смирнова, Н.Е. Солович, Т.Г. Талипова // Водные ресурсы. - М.: 2000, том 27, № 3, С. 305-312.

39. Игнатов A.B. Информационное моделирование загрязнения водных объектов / A.B. Игнатов, В.В. Кравченко // География и природные ресурсы. - Новосибирск: 2008. № 1, С. 144-150

40. Йоргенсен С. Э. Управление озерными системами. - М: Агро-промиздат, 1985. - 149 с.

41. Канторович В.К. Численные расчеты распространения консервативных примесей в неустановившихся речных потоках / В.К.Канторович // Водные ресурсы. -М.: 1986, № 5. С. 93-102

42. Караушев А. В. Речная гидравлика/А. В. Караушев. - Л.: Издательство, 1969. - 416 с.

43. Караушев A.B. теоретическое и экспериментальное изучение разбавления сточных вод в реках и водоемах / A.B. Караушев, А.Я. Шварцман, М.А. Бесценная // Труды IV всесоюзного гидрологического съезда. Качество вод и научные основы их охраны. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976, том 9, С.27-35

44. Коваленко В. В. Измерение и расчет характеристик неустановившихся речных потоков. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 160 с.

45. Кочин Н.Е. Теоретическая гидромеханика / Н.Е. Кочин, И.А. Ки-бель, Н.В. Розе // М., Физматгиз, 1963, Ч. 1. - 584 с.

46. Красильщиков A.A. Моделирование аварийных ситуаций и распространение загрязнений на р. Оке / A.A. Красильщиков, Н.С. Петрухин, Н.Е. Солович, Т.Г. Талипова // Известия Академии инженерных наук РФ, прикладная математика и информатика. - М. - Н.Новгород: НГТУ, 2000. Т. 1. - С.42-49

47. Кукушкин Б.М. Строительство подводных трубопроводов / Б.М. Кукушкин, В.Я. Канаев // М.: Недра, 1982 , 202 с.

48. Лепихин А.П. К шестидесятилетию наиболее известного метода расчета процессов разбавления / А.П. Лепихин // Водное хозяйство России. -Екатеринбург: 2010. № 5, С.81 - 95

49. Маккавеев, В. М. Гидравлика / В. М. Маккавеев, Н. М. Коновалов. М.; JL: Речиздат, 1940. - 642 с.

50. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. - Новосибирск: Наука, 1973.-352 с.

51. Математические модели контроля загрязнения воды. / Под. ред. Джеймса А.-М.: Мир, 1981.-471 с.

52. МДК 3-01.2001 Методические рекомендации по расчету количества и качества принимаемых сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов. Утв. Приказом Госстроя России от 06.04.01 N75., 28 с.

53. Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод / Под ред. А.В. Караушева- JL: Гидрометеоиздат, 1987. -285 с.

54. Методы расчета неустановившегося движения воды в каналах (отечественная и зарубежная литература за 1960-1973 гг.). - М.: ЦБНИМ справочно-информационной литературы, 1973. - 12 с.

55. Набиева О.Р. Использование двумерной модели для оценки распространения примеси в реке при аварии на канализационном дюкере / О.Р. Набиева // II Всероссийская конференция "Актуальные проблемы строительной отрасли" (66-я научно-техническая конференция НГАСУ (Сибстрин)): тезисы докладов. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2009. - С. 9-10.

56. Набиева О.Р. Моделирование распространения загрязнений в водотоках при аварийном разрыве подводных трубопроводов / Program and Abstracts of the international conference "Environmental observations, modeling and information system / Изд-во ФГУ "Томский ЦНТИ", 2008, С. 109.

57. Набиева О.Р. Оценка опасности загрязнения водного потока при разрыве подводного трубопровода / О.Р. Набиева // Труды НГАСУ. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин),2011. - Т. 14, № 1 (50). - С. 61-66.

58. Набиева О.Р. Применение двумерной плановой модели распространения загрязнения в речном потоке при оценке короткопериодной ава-

рии на канализационном дюкере / O.P. Набиева // Известия вузов. Строительство. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2009. - № 9 (609). - С. 46-51.

59. Набиева O.P. Применение численной модели для расчета гидрохимического загрязнения реки Обь при аварийном сбросе городских сточных вод / O.P. Набиева / Труды международной конференции по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды: ENVIROMIS -2006 / Изд-во ФГУ "Томский ЦНТИ", 2006, С. 78 - 81

60. Набиева O.P. Проблема возникновения аварии на канализационных дюкерах г.Новосибирска // Материалы шестой международной научно-практической конференции "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера - приоритетные проблемы обеспечения комплексной безопасности населения юга Западной Сибири", 27.06.2008 г., г. Барнаул. - Барнаул: Аз Бука, 2008. - С. 99-100.

61. Набиева O.P. Расчет гидрохимического загрязнения р.Обь при аварийном сбросе городских сточных вод на основе численной модели / O.P. Набиева // Тезисы докладов 63-й научно-технической конференции. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2006. С.89-90

62. Набиева O.P. Численное моделирование склоновых потоков влаги в задаче об аварийных изливах на трубопроводах канализационных систем / O.P. Набиева // Тезисы докладов Международной конференции по вычислительно-информационным технологиям для наук об окружающей среде, Томск. 2005. - С. 64

63. Назаров H.A., Демидов В.Н. Методы и результаты численного моделирования переноса неконсервативной примеси в речном потоке // Водные ресурсы. 2001. том 28, № 1, С. 38-46

64. Наставление гидрометеостанциям и постам. - JI. : Гидроиметеоиз-дат, 1978.-Вып. 6.-Ч. 1.

65. Наумчик J1. И. Неустановившееся движение воды в нижних бьефах гидроузлов. Реферативный обзор отечественной и зарубежной литературы за 1967-1970 гг. - Л.: ВНИИ им. Веденеева, 1971.

66. Никаноров A.M. Натурное моделирование гидродинамических процессов в водных экосистемах / A.M. Никаноров, Н.М, Трунов, Ю.В. Тепляков // Труды V всесоюзного гидрологического съезда. - JL: Гидрометеоиз-дат, 1991.-Т. 5.-С. 230-235

67. Отчет о научно-исследовательской работе «Комплексные исследования гидролого-экологического состояния устьев рек российских антарктических морей. Оценка воздействия природных и антропогенных чрезвычайных ситуаций на эстуарии и прибрежные зоны». СПб., ГУ ААНИИ, 2002. -156 с.

68. Отчет о результатах обследования «Саратовского» канализационного дюкера через реку Обь предприятия «Горводоканал» в городе Новосибирске. - Новосибирск: Подводстройсервис, 2004. - 35 с.

69. Отчет № 25-98 об условиях использования гранта мэрии г. Новосибирска «Разработка и обоснование программы работ по оценке эрозионно-аккумулятивных процессов на устьевом участке р. Ини в зоне перспективного строительства жилого микрорайона», Новосибирск, НГАСУ (Сибстрин), 2009, 50 с.

70. Отчет по научно-исследовательской теме «Выполнить комплексные исследования гидрологического и руслового режима р. Оби (Новосибирская ГЭС - с. Дубровино), оценить современное состояние и разработать прогноз деформаций русла и посадки русла». - М.: МГУ, 2005. - 206 с.

71. Пааль JI.JI. О расчете смешения сточных вод при некоторых эпюрах загрузки водотоков // Тр. Таллин, политех, ин-та. Сер. А. - 1967. - Т. 247. № 4. - С. 75-89

72. Программы серии «Эколог» по оценке загрязнения водных объектов - Эколог - Pollution 7.1 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.integral.ru/shop/cargo/48.html - Загл. с экрана.

73. Пряжинская В.Г. Компьютерное моделирование в управлении водными ресурсами / В. Г. Пряжинская, Д. М. Ярошевский, JI. К. Левит-Гуревич. - М.: ИБП РАН, Физматлит, 2002. - 496 с.

74. Пшинько А.Н. Расчет зоны аварийного загрязнения реки / А.Н. Шпинько, H.H. Беляев, JI.B. Покутнева // Вюник Дншропетровсыкого национального ушверситету заллзничного транспорту iMeHi академка В. Ла-заряна. - Вип. 31. - Д.: Вид-во Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. iM. акад. В. Лазаряна, 2010. - С. 140 - 143

75. Р 52.08.702-2009 Вертушки гидрометрические речные. Методика поверки в установке компараторной для поверки гидрометрических вертушек. Утв. ГУ ГГИ в 25.03.2009

76. Р 52.24.627-2007 Усовершенствованные методы прогностических расчетов распространения по речной мети зон высокозагрязненных вод с учетом форм миграции наиболее опасных загрязняющих веществ. Утвержден: Росгидромет, 06.11.2007, Ростов-на-Дону, 2008, 180 с.

77. РД 51-3-96: Регламент по техническому обслуживанию подводных переходов магистпральных газопроводов через водные преграды / Гос-стой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 40 с.

78. Рогунович В.П. Автоматизация математического моделирования движения воды и примесей в системах водотоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, 264 с.

79. Самарский A.A. Теория разностных схем. - М.: Наука, 1983. -

616 с.

80. Система координат Гаусса-Крюгера [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://optukha.ru/tag/proekciya-gaussa-kryugera - Загл. с экрана.

81. Стокер Дж. Дж. Волны на воде. Изд-во иностр. лит., 1959, 617 с.

82. Страшкраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы. Математическое моделирование. - М.: Мир, 1989. - 376 с.

83. Технический отчет "Исследование трансформации русла р. Оби и прогноз понижения уровней воды в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла до 2050 г.". - С.-П.: ОАО "ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева", 2006. - 222 с.

84. Хубларян М.Г. Водные потоки: модели течений и качества вод суши /М.Г. Хубларян. -М.: Наука, 1991. - 192 с.

85. Цхай A.A. Мониторинг и управление качеством вод речного бассейна (модели и информационные системы) / A.A. Цхай. - Барнаул: Алтайское книжное изд-во, 1995. - 175 с.

86. Шагалова H. Н. Система прогнозирования переноса загрязняющих веществ в бассейне реки при аварийных сбросах как компонент сети речной безопасности: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Екатеринбург: Рос. НИИ комплекс, ис-польз. и охраны вод. Ресурсов, 2000. - 26 с.

87. Шеренков, И.А. Прикладные плановые задачи гидравлики спокойных потоков [Текст] / И.А. Шеренков. - Москва: Энергия, 1978. - 240 с.

88. Шлычков В.А. Исследование гидродинамического режима и оценка опасности экологического загрязнения в случае аварийного сброса сточных вод на основе численной модели / В.А. Шлычков, O.P. Набиева // Сборник тезисов III Международной научно-практической конференции "Решение проблем развития водохозяйственных систем Новосибирска и городов и городов Сибирского региона", Новосибирск, 2006. С.42-43.

89. Шлычков В.А. Численная гидродинамическая модель плановых течений, переноса примесей и русловых деформаций в водоемах и водотоках. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2007611110. 2007.

90. Шлычков В.А. Численная модель для описания локальных гидрологических процессов / В.А. Шлычков, O.P. Набиева // Труды международной конференции "Математические методы в геофизике - ММГ-2003", Новосибирск - 2003. - С.395-399

91. Шлычков В.А. Численное моделирование распространения загрязнений в случае аварийного сброса сточных вод / В.А. Шлычков, O.P. Набиева // Тезисы докладов 61-й научно-технической конференции. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2004. - С. 125-126

92. Шугрин С. М. Численный расчет неустановившегося движения воды в открытых руслах: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Новосибирск, 1964. - 8 с.

93. Шугрин С. М. Численный расчет неустановившегося течения воды в системе речных русел или каналов // Известия Сибирского отделения АН СССР. Серия технических наук. - 1969. - Вып. 1, № 3. - С. 25-31.

94. Ahmad Z. Finite volume model for steady-state transverse mixing in streams / Z. Ahmad // Journal of Hydraulic Research, Vol. 46: SI, 2008, 72 — 80

95. Ahsan N. Estimating the Coefficient of Dispersion for a Natural Stream / Naved Ahsan // World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol. 44, 2008, 131 - 135

96. Ambrose R. D., Jr., Wool T. A. Martin J. L., Connoly J. P., Schanz R. W. WASP5. A Hydrodynamic and water quality model-Athens: EPA, 1991. - 349.

97. Andreopoulos J. Experiments on vertical plane buoyant jets in shallow water / J. Andreopoulos, A.Praturis, W. Rodi // J. Fluid Mech. Vol. 168, 1986, pp. 305 - 336

98. ANSYS CFD Решатели гидрогазодинамики общего назначения [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.tpolis.com/products/ansvs/cfd/cfd.php - Загл. с экрана.

99. Arc View Spatial Analist: руководство пользователя. - New York: ESRI, 1996. Russian Translation by DATA+. - M.: МГУ, 1999.

100. Atkinson T.C. Longitudinal dispersion in natural channels: 1. Experimental results from the River Severn, U.K. / T.C. Atkinson, P.M. Davis // Hydrology and Earth System Sciences, 4 (3), 2000, 345 - 353

101. Bach M. Measurement and modeling of bentazone in the river Main (Germany) originating from point and non-point sources / M. Bach a, M.Letzel, U.Kaul, S.Forstner, G.Metzner, J.Klasmeier, S. Reichenberger, H.G.Frede // Water research, № 44, 2010, pp. 3725-3733.

102. Bloutsos Aristeidis A. Round turbulent buoyant jets discharged vertically upwards forming a regular polygon / Bloutsos Aristeidis A., Yannopoulos Panayotis C. // Journal of Hydraulic Research, Vol. 47: 2, 2009, 263 — 274

103. Boxall J. В. Transverse mixing in sinuous natural open channel flows / J. B. Boxall, I. Guymerand A. Marion // Journal of Hydraulic Research, Vol. 41: 2, 2003, 153 — 165

104. Boxall J.B. Longitudinal mixing in meandering channels: New experimental data set and verification of a predictive technique / J.B. Boxall, I. Guy-mer // J. Water research, Vol. 41, 2007, 341 -354

105. Brown L. C., Barnwell Т. O., Jr. The enhanced stream water quality models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS. - Athens: EPA, 1987. - 189 p.

106. Caplow T.Tracer study of mixing and transport in the upper Hudson River with multiple dams / T. Caplow, P. Schlosser, D. Ho // J. Environ. Eng., 130, 2004, 1498-1506

107. Cheong T. S. Parameter estimation of the transient storage model by a routing method for river mixing processes / T. S. Cheong, I. W. Seo // Water Re-sour. Res. 39 (4), 2003, 1074-1084

108. Computational Fluid Dynamics: ANSYS CFX and FLUENT CFD Software [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.caeai.com/cfd-software.php - Загл. с экрана.

109. Czernuszenko W. Turbulent characteristics of stream in water channel / W. Czernuszenko, P. Lebiecki // IAHR, XVIII Congress, 10-14.09.1979, Cag-liari, Italia.-P. 3-10

110. Davis P.M. Longitudinal dispersion in natural channels: 2. The roles of shear flow dispersion and dead zones in the River Severn, U.K. / P.M. Davis, T.C. Atkinson, T.M.L. Wigley // Hydrology and Earth System Sciences, 4 (3), 2000,355 -371

111. Davis P.M. Longitudinal dispersion in natural channels: 3. An aggregated dead zone model applied to the River Severn, U.K. / P.M. Davis, T.C. Atkinson // Hydrology and Earth System Sciences, 4 (3), 2000, 373-381

112. Delvigne G.A.L. Round buoyant jet with three-dimensional trajectory in ambient flow // G.A.L. Delvigne // IAHR, XVIII Congress, 10-14.09.1979, Cagliari, Italia. - P. 193 - 201

113. Demuren O., Rodi W. Calculation of flow and pollutant dispersion in meandering channels J. Fluid Mech (1986), Vol. \12,pp . 63-92

114. Elder J.W. An experimental investigation of turbulence spots and breakdown to turbulence // J. Fluid Mech. - 1960 - Vol. 9 , № 2 - P. 235-249

115. Elder J.W. The experimental of marked fluid in shear flow // J. Fluid Mech. - 1959 - Vol. 5 , № 4 - P. 544-560

116. Elder J. W. The dispersion of marked fluid in turbulent shear flow. J. Fluid Mech. 5, 1959 , 544-560.

117. Fischer Hugo B. Longitudinal dispersion in laboratory and natural streams. Report No. KH-R-12. California Institute of Technology, Pasadena, California, 1966, 265 p.

118. Fischer H.B. The Effects of Bends on Dispersion in Streams / H.B. Fischer // Water Resources Research, Vol. 5 (2), 1969, 496-506.

119. Geert Dirckx Dilution of sewage in Flanders mapped with mathematical and tracer methods / Geert Dirckx; Davide Bixio; Chris Thoeye; Greet De Gueldre; Boudewijn Van De Steene // Urban Water Journal, Vol. 6, No. 2, June 2009, 81-92

120. Godfrey R. G. Stream dispersion at selected sites / R.G. Godfrey, B.J. Frederick // US Geological Survey Professional Paper, (1970) 433-K

121. Gooseff, M.N. Solute transport along stream and river network (Chap. 18) in Rice S.P., Roy A.G., Rhoads, B.L., eds. / M.N. Gooseff, K.E. Bencala, and S.M. Wondzell // River Confluences, Tributaries and the Fluvial Network: Hobo-ken, N.J., John Wiley and Sons, Ltd., 2008, p. 395-417

122. Hayashi T. Spread and planar velocity fields of heated surface jets having small densimetric Froude numbers // T. Hayashi, A. Shuto // IAHR, XVIII Congress, 10-14.09.1979, Cagliari, Italia. - P. 95 - 102

123. Ho D.T. Determination of longitudinal dispersion coefficient and net advection in the tidal Hudson River with a large-scale, high resolution SF6 tracer release experiment / D.T. Ho, P.Schlosser, T. Caplow // Environ. Sci. Technol., 36, 2002, 3234-3241

124. Hodgson John E. Concentration field of multiple circular turbulent jets / Hodgson John E., Moawad Ahmed K. and Rajaratnam Nallamuthu // Journal of Hydraulic Research, Vol. 37: 2, 1999, 249 — 256

125. Hodson John Field measurements of the dilution of jets in rivers / John Hodson, N, Rajaratham // IAHR, XXIII Congress, 21-25.08.1989, Ottawa, Canada.-P. D-l -D-7.

126. Horner-Devine Alexander R. Laboratory experiments simulating a coastal river inflow / Horner-Devine Alexander R., Fong Derek A., Monismith Stephen G., Maxworthy Tony // J. Fluid Mech., Vol. 555, 2006, pp. 203-232

127. Huang Sui Liang Numerical modeling of heavy metal pollutant transport-transformation in fluvial rivers / Huang Sui Liang , Huiwan Zhao, Smith Paul // Journal of Hydraulic Research, Vol.45: 4, 2007, 451 — 461

128. Huang, J. F. Two-dimensional and line jets in a weak crossflow / Huang, J. F., Davidson M. J., Nokes R. I. // Journal of Hydraulic Research, Vol.43: 4,2005,390 — 398

129. Hubbard E. F. Measurement of time of travel and dispersion in streams by dye tracing / E. F. Hubbard, F. A. Kitpatrick, L. A. Martens, J. F. Wilson Jr. // Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey, Chapter A9, Book 3, Applications of Hydraulics, 52 p.

130. Jeon T.M. Development of an empirical equation for the transverse dispersion coefficient in natural streams / T.M. Jeon, Baek K.O., Seo I.W. // Environ Fluid Mech, Vol. 7, 2007, 317-329

131. Ji Z.-G. Hydrodynamics and water quality: modeling rivers, lakes, and estuaries. - Hoboken, N.J.: Wiley, 2008. - XXII, 670 p.

132. Jirka G.H. Environmental Quality Standards in the EC-Water Framework Directive: Consequences for Water Pollution Control for Point Sources / G.H. Jirka, T. Bleninger, R. Burrows, T. Larsen // European Water Management Online, European Water Association, 2004

133. Jones D.G. The turbulence structure of plane vertical buoyant jets / D.G Jones, R.E. Baddour // IAHR, XXIII Congress, 21-25.08.1989, Ottawa, Canada. - P. A-371 - A-378.

134. Kashefipour Seyed M. Longitudinal dispersion coefficients in natural channels / Seyed M. Kashefipour, Roger A. Falconer // Water Research, Vol. 36, 2002, 1596-1608

135. Kikkert Gustaaf A. Buoyant jets with three-dimensional trajectories / Gustaaf A. Kikkert, Mark J. Davidson, Nokes Roger I. // Journal of Hydraulic Research, Vol. 48: 3, 2010, 292 — 301

136. Kuang Cr Effect of downstream control on stability and mixing of a vertical plane buoyant jet in confined depth / Kuang Cr, Lee Joseph H. W. // Journal of Hydraulic Research, Vol. 39: 4, 2001, 375 — 391

137. Linfield C. Brown The enhanced stream water quality models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS: documentation and user manual / Brown Linfield C., Barnwell Thomas O. // Athens, Ga.: Environmental Research Laboratory, Office of Research and Development, U.S. Environmental Protection Agency, 1987, 189 p.

138. Markku Virtanen Mathematical modelling of flow and transport as link to impacts in multidiscipline environments. University of Oulu, Finland, Ou-lun Yliopisto, Oulu, 2009. - 146 p.

139. Mathematical modeling of water quality: streams, lakes and reservoirs. / ed. Orlob G.T. - Chichester: A Wiley interscience publication, 1983 - 518p.

140. MIKE 11: River Modeling Software [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://gcmd.nasa.gov/records/MIKEl 1 .html - Загл. с экрана.

141. Nabieva O.R. Application of numerical model for Calculation of hy-drochemical pollution of the river Ob at the emergency dumping of urban sewage / O.R. Nabieva. / Program and Abstracts of the international conference "Environmental observations, modeling and information system / Изд-во ФГУ "Томский ЦНТК", 2006, С. 78-79

142. Nokes R.I. Vertical and lateral turbulent dispersion : some experimental results / R.I. Nokes, I.R. Wood // J . Fluid Mech., Vol. 187, pp. 373-394

143. Nordin C.F. Empirical data on longitudinal dispersion / C.F. Nordin, G.V. Sabol, // US Geol. Survey Water Resour. Investigations, 1974, 20-74

144. Osher S. High Resolution Schemes and the Entropy Conditions / S. Osher, S.R. Chakravarthy // SIAM Journal of Numerical Analysis, 21, 1984, p. 955-984.

145. Papakonstantis Ilias G. Inclined negatively buoyant jets 2: concentration measurements / Ilias G. Papakonstantis, George C. Christodoulou, Papanicolaou Panos N. // Journal of Hydraulic Research, Vol. 49: 1, 2011, 13 - 22

146. Prokopiev S., Semchukov A., Dvurechenskaya S. Modeling of annual dynamics of the suspension, phenols and oil compounds in the Novosibirsk reservoir // Abstracts of the International Conference "Ecology of Siberia, the Far East and the Arctic" (ESFEA-2001). - Tomsk, 2001. - P. 287.

147. Roberts, P. J. W. Turbulent Diffusion, in Environmental Fluid Mechanics - Theories And Applications / P. J. W. Roberts, D. R.. Webster // H. Shen, Ed., ASCE, Reston, Va, 2002, 42 p.

148. Roe P.L. Approximate Riemann Solvers, Parameter Vector and Difference Schemes / P.L. Roe // Journal of Computational Physics, 43 (2), 1981, p. 357-372.

149. Rowinski Pawel M. Estimation of parameters of the transient storage model by means of multi-layer perceptron neural networks / Estimation des paramètres du modèle de transport TSM au moyen de réseaux de neurones perceptrons multi-couches / Pawel M. Rowinski, Adam Piotrowski // Hydrological Sciences Journal, Vol. 53: 1, 2008, 165-178

150. Rowinski Pawel M. Large tracer study of mixing in a natural lowland river / Pawel M. Rowinski, Ian Guymer, Andrzej Bielonko, Jaroslaw J. Napiôrkowski, Jonathan Pearson, Adam Piotrowski // IAHR2007, № 095, 2007, 297 - 306

151. Rowinski Pawel M. Response to the slug injection of a tracer—a large-scale experiment in a natural river / Rowinski Pawel M, Guymer Ian, Kwiat-kowski Kamil // Hydrological Sciences Journal, 53: 6, 2008, 1300 - 1309

152. Schnoor J. L. Environmental modeling: fate and transport of pollutants in water, air and soil. - New York: A Wiley interscience publication, 1996. -684 p.

153. Seo I.W. Analysis of transverse mixing in natural streams under slug tests / Ilwon Seo, Kyong Oh Baek, Tae Myong Jeon // Analysis of transverse mixing in natural streams under slug tests, Journal of Hydraulic Research, Vol. 44: №3,2006,350-362

154. Seo, I.W. Two dimensional analysis of flow patterns and dispersion in meandering channels / I.W. Seo, S.W. Park // River Flow 2010, 2010, 145 -151

155. Singh Sarbjit Mixing coefficients for longitudinal and vertical mixing in the near field of a surface pollutant discharge / Singh Sarbjit, Ahmad Zulfequar Kothyari Umesh C. // Journal of Hydraulic Research, Vol. 48: 1, 2010, 91 - 99

156. Somlyody L., Varis O. Water Quality Modeling of Rivers and Lakes. - Laxenburg: IIASA, WP-92-41. - 85 p.

157. Taylor G. I. The dispersion of matter in turbulent flow through a pipe // Proc. Roy. Soc. - 1954, A233, № 1155, P. 446 - 468

158. Van Mazijk A.Tracer experiment in the Rhine Basin: evaluation of the skewness of observed concentration distributions / Mazijk A. Van, E.J.M. Vel-ing // Journal of Hydrology, 307, 2005, 60-78

159. Vasiliev O. F. Mathematical modeling of water quality in river channels and its systems. - Laxenburg: IIASA, WP-79-121.

160. Vasiliev O. F. Numerical solution of the non-linear problem of unsteady flow in open channels // The 2-nd Int. Conf. Numerical Methods in Fluid Dynamics. - Berlin: Springer, 1971. - Vol. 8. - P. 410.

161. Vasiliev O. F., Voevodin A. F., Atavin A. A. Numerical methods for the calculation of unsteady flow in systems of open channels and canals // Proc. Int. Symp. Unsteady Flow Open Channel. - Newcasle-upon-Tyne. England, BHRA, Fluid Eng., 1976. - P. E2-15.

162. Yotsukura N. Measurement of mixing characteristics of the Missouri River between Sdioux City / Yotsukura N., Fischer H.B., Sayre W.W. // Iowa and Plattsmouth, Nebrasca, Water Supply Paper 1899-G, U.S. Geological Survey (USGS), 1970