Процессы, протекающие в водных объектах

В естественной водной среде протекают разнообразные физи­ко-химические и биохимические процессы. Эти процессы услов­но делят на процессы, способствующие очищению водного объек­та (снижающие концентрацию нежелательных компонентов), и процессы, загрязняющие или препятствующие развитию очища­ющих процессов (увеличивающие содержание вредных компо­нентов). ПРОЦЕССЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ УВЕЛИЧЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ ВРЕДНЫХ КОМПОНЕНТОВ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ

К загрязняющим процессам можно отнести наращивание орга­нической массы водными растениями за счет эвтрофикации; вто­ричное загрязнение воды загрязненными донными отложениями, загрязнение русла отмершими деревьями, мусором и другими предметами.

В ряде случаев достаточно опасный источник загрязнения вод­ного объекта — очаг его вторичного загрязнения, сосредоточен­ный в донных отложениях.

Обменные процессы между загрязненными донными грунтами и водной средой определяются рядом факторов, основными из ко­торых являются: перепад концентраций между поровым раство­ром донных грунтов и водой в водном объекте; коэффициент фильтрации донных отложений; физико-механические свойства донных отложений; вид растворенного вещества. Масса загрязня­ющего вещества, мг, вышедшая из донных отложений за опреде­ленный промежуток времени, с учетом его молекулярной и кон­вективной диффузии в донных отложениях

M = (1.3)

где F— площадь загрязненного участка, м²; С_р и С₀ — концентрации загрязняю­щего вещества в донных отложениях и воде, мг/л; D_z — коэффициент молекуляр­ной диффузии донных отложений; t — промежуток времени, сут; п — коэффици­ент конвективной диффузии донных отложений.

На качество водной среды также отрицательно воздействует за­ тонувшая древесина. Негативное влияние затонувшей древесины _Б первую очередь сказывается на изменении кислородного режима б водном объекте, происходящего за счет поглощения кислорода самой древесиной. Постоянно отмирая, биомасса постав­ляет органическое вещество, активно поглощающее растворенный кислород. Ежесуточно поглощение кислорода составляет 1/16 от­мирающей биомассы. Таким образом, при большом количестве затонувшей древесины ее влияние на качество воды в отдельных случаях оказывается определяющим.

Немаловажно и заиление русл водотоков и водоемов, обуслов­ленное наличием в водной среде взвешенных частиц и их выпаде­нием. Формирование русла — саморегулируемый процесс, основанный на регулировании соотношения между размывающей и транспортирующей способностями потока. Транспортирующей способностью потока называют предельную концентрацию взвешенных наносов данной крупности, которую поток может сохранять при неизменных граничных условиях те­чения.

избыток взвеси сбрасывается пото­ком в русло, что вызывает его заиление, или поглощает недостаток взвеси из русла, тем самым размывая его.

Мутность, г/л, соответствующая транспортирующей способно­сти потока,

Где S_взмi, — мутность потока, соответствующая i фракции в составе взвешенных наносов, г/л; S_взмi = PiSвзм/1OO, здесь р, — процентное содержание < -й фракции составе взвешенных наносов; Sвзм — общая мутность, отвечающая содержанию воде всех фракций; у, - — гидромеханический параметр потока, соответствующе конкретным условиям движения потока и механическому составу наносов.

При поступлении фракций внеруслового происхождения со став взвесей меняется, что также приводит к нарушению услови динамически устойчивого русла и соответственно уменьшенщ транспортирующей способности потока. При этом мельчайши фракции как руслового происхождения, так внеруслового и за^ рязняющие вещества периодически контактируют с руслом бла; годаря турбулентному диффузионному процессу перемешива! ния. Диффузионный процесс перемешивания периодически noj ставляет мельчайшую взвесь внеруслового происхождения и заг рязняющие примеси в вязкий подслой, часть из которы)! находясь в пределах стабильно существующего вязкого подслоя оседает на дно.

Однако когда преобладают процессы взвешивания частиц (фактическая мутность потока становится меньше его транс; портирующей способности), тончайший слой мелкой взвеси! ранее осевшей в русле при взмыве песчаных фракций, снов* разрушается.

В тех случаях, когда преобладает выпадение частиц в водной | объекте (фактическая мутность потока больше его транспортиру­ющей способности), мелкодисперсная взвесь и загрязняющие ве щества, сорбируемые на ней, накапливаются в донных отложени ях, приводя к ухудшению его санитарного состояния.

Рассматривая схему осаждения частиц мелкой взвеси в предел лах вязкого подслоя, можно предположить, что в турбулентном режиме обеспечивается перемешивание частиц мелкой взвеси в< з всех областях потока за счет пульсации скорости течения, за ис­ключением зоны вязкого подслоя, расположенного вблизи дна. При этом осаждение мелких частиц со скоростью со в предела* вязкого подслоя происходит за счет их попадания в пределы верхи ней границы вязкого подслоя из основной толщи под воздействи­ем турбулентного обмена с последующим прилипанием их ко дну,

Описанный ранее процесс характерен для турбулентного пото­ка с развитыми руслоформирующими процессами, в котором одновременнос выпадением взвесей поток, взмучиваясь, насыщает­ся новыми наносами.

Интенсивность осаждения взвесей зависит в основном от сте­пени турбулизации потока и размера взвешенных частиц. С увели­чением скорости движения потока и уменьшением диаметров час­тиц осаждение взвесей в естественных условиях резко уменьшает­ся. Для глинистых и пылеватых частиц осаждение возможно толь­ко при ламинарном и переходном режимах движения потока со средней скоростью менее 0, 01 м/с.