ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Смешивание, сточнЫх вод с водами водоема из "Инженерная лимнология" При временных масштабах порядка нескольких суток горизонтальное перемешивание протекает достаточно быстро, чтобы сгладить большую часть градиентов в водоеме. В предыдущих разделах книги при анализе как структуры термоклина, так и экмановского ветрового течения горизонтальные составляющие турбулентной диффузии Кх, К у) не принимались в расчет. Правомерность такого подхода подтверждается данными измерений горизонтального коэффициента перемешивания Кт, свидетельствующими о том, что последние на несколько порядков превосходят значения вертикальных составляющих турбулентной диффузии Кх. Основываясь на данных, полученных в основном для малых озер по экспериментальному озерному району в Канаде, Кей [421] нашел, что значение отношения Кт/Кх колеблется от 10 до 10 и, по-видимому, пропорционально статической устойчивости . Таким образом, согласно этим оценкам, /Сг=Ю- .. . м с, что хорошо согласуется с данными прямых измерений Кт, проведенных, например, на оз. Мичиган [237, 629] методом слежения за скоростью горизонтальной диффузии пятен красящего вещества с размерами от нескольких сотен метров до 10 км (см. рис. 4.23). [c.149] Аналитическое выражение для К зависит от соотношения размеров облака и турбулентного вихря. [c.151] Маленькие пятна испытывают объемное смещение, и скорость их роста свободна от влияния турбулентных вихрей. В случае пятен больших размеров турбулентные вихри искажают границы и вызывают определенное смещение на краях этих пятен. Более всего заметно влияние турбулентных вихрей на пятна, размеры которых соизмеримы с их собственными. В этих условиях окружающая пятно жидкость, движущаяся к его центру, быстро извлекает жидкость из пятна, обусловливая тем самым интенсивное смешение. I — большое пятно, 2 — перемещение маленького пятна, 3 —пятно среднего размера, 4 — первоначальная граница пятна, 5 — нарушенная граница пятна. [c.151] Таким образом, со временем развитие облака ускоряется. [c.151] Постоянно действующий источник часто порождает длинный узкий шлейф. Однако распределение в нем концентрации существенно нерегулярно — с инфраструктурой мини облачков . На рисунке представлены данные наблюдений для одного и того же вертикального сечения (удаленного на 1 км от источника), выполненных с 15-минутным интервалом [85, 90]. а — опыт 1, 6 — опыт 18, в — опыт 7, г — опыт 9. [c.152] По вертикали — концентрация, по горизон-тали — расстояние от центра тяжести. / — средняя концентрация (млрд- ) 2 —кривая, соответствующая гауссовскому распределению. [c.152] Значение константы в этом уравнении варьирует от 1 до 1,3, что находится в хорошем согласии с выводами соответственно моделей вовлечения и случайных блужданий. [c.153] Лэм и др. [305] показали, что этот подход применим к береговым зонам, однако вовсе неочевидно, что он может быть столь же успешно использован и для моделирования интересующих нас здесь процессов по всему озеру (Лэм, частное сообщение, 1982). [c.153] Рассмотренные модели неявно предполагают, что разбавление может происходить неограниченно во времени и пространстве. В действительности же боковые границы будут ограничивать диффузию. То же можно сказать о донной границе, свободной поверхности водоема и, возможно, об очень устойчивых слоях (таких, как термоклин). В действительности шлейфы загрязняющих вод могут образовываться либо непосредственно на поверхности, либо быстро поднимаются к последней. Это означает, что диспергирование в вертикальном направлении оказывается исключенным. [c.153] Распространение и разбавление сточных вод, спущенных в береговой зоне озера, оказывается под влиянием тех ограничений, о которых шла речь выше. Согласно оценкам Мортимера [359], ширина прибрежной зоны составляет примерно 10 км. Существование такой зоны легко прослеживается на Великих озерах, проявляясь в виде параллельных берегу течений. Последние, оказываясь устойчивыми в течение временных периодов, характерных для метеосистем (скажем, 100 ч), обеспечивают перенос вдоль береговой линии шлейфов сточных вод (на расстояния порядка 100 км), разумеется, если за это время не происходит каких-либо существенных процессов перемешивания (например, штормов) и шлейф не успевает диссипировать. Разбавление сточных вод происходит медленно (особенно в случае больших шлейфов) по двум причинам 1) ограниченное вертикальное перемешивание в мелководных прибрежных водах, 2) ограниченное горизонтальное перемешивание, обусловленное существованием береговой черты. К этому следует добавить и влияние береговой черты на размеры самих турбулентных вихрей, что выражается в их существенном уменьшении. [c.154] До недавнего времени в любой математической программе рационального водопользования или моделирования лимнических процессов раздельное рассмотрение гидродинамических аспектов и термической структуры водоема обусловливалось чрезвычайно большими затратами машинного времени для выполнения как тех, так и других расчетов. С неуклонным ростом возможностей вычислительной техники совместный учет в моделях указанных явлений все чаще и увереннее входит в практику такого рода исследований. [c.155] Вернуться к основной статье