Научная статья на тему 'Математическое моделирование процессов в водохранилище на реке Эшкакон и ее практическая значимость'

Математическое моделирование процессов в водохранилище на реке Эшкакон и ее практическая значимость Текст научной статьи по специальности «Математика»

CC BY
149
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
ВОДОХРАНИЛИЩЕ / ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ОТСТОЙНИК / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / СКОРОСТЬ ОСАЖДЕНИЯ / STORAGE RESERVOIR / PRELIMINARY SEDIMENTATION TANK / MATHEMATICAL MODEL / DEPOSITION RATE

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Алёшин Виктор Сергеевич, Онищенко Анна Алексеевна

Выведена математическая модель водохранилища. Рассчитана скорость осаждения частиц в водохранилище. Сделан вывод, что водохранилище является предварительным отстойником.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Алёшин Виктор Сергеевич, Онищенко Анна Алексеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Mathematical modeling of the process in Eshkakon storage reservoir and its practical significance

The mathematical model of storage reservoir has been deduced. The deposition rate of particles in reservoir has been calculated. It is concluded that storage reservoir is a preliminary sedimentation tank.

Текст научной работы на тему «Математическое моделирование процессов в водохранилище на реке Эшкакон и ее практическая значимость»

Математическое моделирование процессов в водохранилище на реке Эшкакон

и ее практическая значимость

В.С.Алёшин, А.А.Онищенко (РГСУ, г.Ростов-на-Дону)

Математические модели все более прочно входят в практику исследований и проектирования систем водоснабжения. Универсальность абстрактного языка математики позволяет обобщать экспериментальные результаты, дает возможность широкого обзора вариантов, как самих систем, так и их технологических режимов эксплуатации, что в свою очередь позволяет отобрать наиболее оптимальные варианты технологических схем комплексов [1,2].

Техника построения модели в области водоочистки зачастую составляет своего рода искусство, доступное разве что математику. Более подробный анализ сущности формализации процесса дает количественные закономерности процесса в блоке. Это означает, что для заданных входных условий блока, используя формализацию процесса, всегда можно найти его результат на выходе. Очевидно, мы имеем дело с предсказанием результата процесса в блоке по входным условиям и формальному представлению процесса. Математическая модель позволяет прогнозировать работу блока [3,4].

При прогнозировании с помощью модели, нельзя сказать о самом процессе, ведь формализация предполагает абстрагирование от внутреннего смысла процесса. Жертвуя пониманием сущности процесса, приобретаем возможность предсказывать его результат. Такой подход является типично прагматическим, то, несомненно, устраивает как эксплуатационника, так и химика-технолога.

В случае зависимости от времени входных условий, которые называются внешним воздействием или просто воздействием на блок, для заданной формализации процесса в блоке можно прогнозировать его результат на любой момент времени. Такой мгновенный результат воздействия называют откликом блока на воздействие.

Процессом в блоке можно управлять, изменяя параметры формализации, определенным образом дозируя реагент, как-то воздействуя на гидродинамику потока. Такое управление отличается от воздействия своей целенаправленностью.

Управляемая технология оптимальна не только по параметрам отклика, но и позволяет сэкономить реагенты, в какой-то мере упрощает обслуживание комплекса, но самое главное - гарантирует высокую надежность эксплуатации.

Рассмотрим математическую модель водохранилища как предварительного отстойника, в котором происходит перемешивание потока воды [5]:

Свых = Свх (1+и/у)"1

где и - скорость осаждения; V - скорость транспортного потока.

Эффект отстойника с такой моделью равен:

К=(1+и^)-1

Потери воды в водохранилище-отстойнике незначительны, т.е.:

Т=Т1 =Т 2 +У/0

Эффект реактора смешения равен:

К=(1+КТ)-1

ЯТ=и^

Откуда:

К=и^Т=иО^У=и8/У=ик

где V - объём отстойника; Б- площадь поперечного сечения блока; И- длина в направлении V.

Процесс осаждения в блоке происходит с кинетикой первого порядка:

Свых гСвх/р

После интегрирования распределение концентрации по высоте со временем, характерное для седиментации по классической теории Эйнштейна-Самолуховского, будет иметь вид:

I — СвыхёЬ= - |— ( иСвхёк) / И г г

Свых иСвх1п |И|

Под И понимается координата точки, отсчитанная от некоторого уровня воды. Кинетическая запись процесса дает распределение скорости осаждения, а ее интеграл -распределение концентрации по высоте на любой момент времени.

В таблице 1 представлены расчёты по математической модели Эшкаконского водохранилища как предварительного отстойника, в створе сечения 1-1, близко расположенному к водозаборному сооружению [6].

Таблица 1

Расчеты по математической ^ модели Эшкаконского водохранилища_________

№ п/п Н,м С вх мг/л С вых мг/л V, мм/с 1п |Ы

1 2 3 4 5 6

В межень

1 2 150 1 0,0096 0,6931

2 10 150 2,5 0,0078 2,3

3 20 150 5 0,011 2,996

4 24 150 10 0,021 3,178

5 32 150 30 0,058 3,466

6 40 150 50 0,09 3,689

7 47 150 100 0,173 3,85

8 БО 150 150 0,253 3,912

В паводок

1 2 1500 50 0,048 0,6931

2 10 1500 100 0,035 2,3

3 15 1500 200 0,049 2,7

4 20 1500 300 0,067 2,996

5 30 1500 500 0,098 3,4

6 44 1500 1000 0,176 3,784

7 48 1500 1500 0,258 3,871

Полученные расчеты скорости осаждения по математической модели практически не отличаются от лабораторных исследований.

В = 220 М

Рисунок 1 Створы на поверхности водохранилища для отбора и исследований проб воды и осадка.

I - VII - поперечные сечения водохранилища;

1 - 16 - номера отбора проб по створам.

Выводы :

1. Проведенные эксперименты регулируемого Эшкаконского водохранилища показали, что оно является огромным предварительным отстойником, в котором происходит очистка воды перед водозаборным сооружением;

2. При многолетних исследованиях выяснилось, что качество воды в водохранилище по всем показателям практически соответствует СанПиНу и обработка её в течение 7-8 месяцев возможна без применения реагентов;

3. Исходя из п.2 выводов, предварительно очищенную воду водохранилища можно подавать для окончательной очистки непосредственно на скорые фильтры с последующим обеззараживанием и подачей потребителю.

Список литературы:

1. Будлей В.Р. Моделирование гидромелиоративных систем. - Киев.: Наукова Дума, 1975, 195 с.

2. А.А.Смоляниченко, А.В.Тихонов, П.Н.Науменко, Н.С.Серпокрылов. Исследование массообменных характеристик аэроторов ЯЕНАИ КАИБЮХОК. Материалы междунарожной научно-практической конференции «Строительство-2012». Ростов-на-Дону.: РГСУ, 2012

3. Н.С.Серпокрылов, Н.Н.Куля. Моделирование линий токов с помощью программного оборудования АКБУБ 11. Материалы междунарожной научно-практической конференции «Строительство-2012». Ростов-на-Дону.: РГСУ, 2012

4. Железняков Г.В., Данилевич Б.Б. Точность гидрологических измерений и расчетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1966, 115 с.

5. Математические модели контроля загрязнения воды./ Под ред. Джеймса А. - М.: Мир, 1981, 483 с

6. Алешин В.С. Очистка природной низкотемпературной воды. Ростов-на-Дону.: Ростиздат, 2005, 250 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.