Результаты моделирования бассейна р. Невы с использованием пакета «Гидроэкопрогноз 2.97.001»

 

Расчетный участок

 

На первом этапе, разработки проекта мониторинга бассейна р. Невы в качестве участка для моделирования был определён участок реки Невы, от места впадения реки Славянки до устья реки Большой Невы. В качестве исходных данных заданы режимы водопользователей и фоновые характеристики реки, по результатам моделирования были построены поля концентраций выбранного участка, отдельно для каждого водовыпуска и как результирующие от всех водовыпусков.

Моделирование проводилось с использованием следующих рядов данных:

1. Информация по значениям среднегодовых концентраций загрязняющих веществ в выпусках Правобережного и Левобережного водоканалов за 2002- 2003 годы. (См. приложение №2), включая информацию по общесплавным, дождевым и бытовым водовыпускам

2. Данные по расходам отводимых вод от водовыпусков водоканала за 2002-2003г (См приложение №1)

3. Информацию о пространственном расположении водовыпусков, по схеме тоннельных коллекторов и прямых выпусков сточных вод Правобережного и Левобережного водоканалов

По методике представленной в разделе 2.3.1. на первом этапе был произведён расчёт процессов КДП и ПВ для участка р. Невы от места впадения р. Славянки до устья р. Больной Невы, с учётом взаимного действия водовыпусков водоканала и притоков р.Невы расположенных на этом участке. Расчёт был проведён в качестве примера для двух компонентов: взвешенных веществ и азота аммонийного (см. приложение №4).

Фоновые характеристики принимались по данным постов контроля режимных наблюдений.

Коэффициент поперечной диффузии был рассчитан по методу Банзела, используемому для больших и средних рек в естественных условиях смотри пункт 2.2.1.

В расчётах были приняты следующие коэффициенты неконсервативности загрязняющих веществ приведённые в таблице 3.1 [42].

 

Таблица 3.1 Коэффициенты неконсервативности загрязняющих веществ для водных объектов

Наименование вещества	Значение К, с-1
БПКп	9,3 10-7
Азот аммонийный	4.6 10-5
Азот нитритов	3,2 10-4
Азот нитратов	2,5 10-5
Фосфор общий	1,15 10-7

Объектом исследования в настоящей работе является нижнее течение р.Невы в пределах Санкт-Петербурга (от впадения р.Славянки до устьевого взморья). В рассматриваемом районе можно выделить 3 участка, существенно отличающихся по гидрологическому режиму:

-от р. Славянки до Литейного моста, где Нева течет единым потоком, справа в нее впадает р. Охта, слева отходит Обводный канал; от Литейного моста до устья Невы, включая дельту Невы, где река делится на 5 основных рукавов

- Большая и Малая Нева, Большая, Малая и Средняя Невка, и многочисленные протоки и каналы; устьевое взморье, или бар Невы, являющийся подводным продолжением дельты. Бар Невы представляет собой систему отмелей, разделенных продольными ложбинами-фарватерами (Елагинский, Петровский, Галерный, Корабельный и Гребной). Длина бара с востока на запад 3-5 км, ширина с севера на юг 12-15 км. Елагинский фарватер собирает в один поток воды Средней и Большой Невок, продолжением Малой Невки является Петровский фарватер, от устья Большой Невы отходят Галерный и Корабельный фарватеры. Искусственным сооружением Невского взморья является Морской канал. На протяжении 12 км он заключен в ограждающие дамбы.

Постановка и проведение численного эксперимента проведено с учётом ряда допущений.

Распределение расходов по рукавам и протокам дельты по работам Нежиховского и Ардашевой [40].

Следует подчеркнуть, что в работе [38] использовались все измеренные расходы, как синхронные, так и несинхронные за период 1926-66 гг. На основании установленной связи измеренного расхода на рукаве с уровнем у г. Петрокрепость, была исключена ошибка измерения полного расхода воды р.Невы, которая может быть довольно значительной из-за сгонно-нагонных колебаний в устье Невы.

Все измеренные расходы можно рассматривать как однородную совокупность, т.к. боковой приток между истоком и дельтой незначителен (1,5-2,0%).

Охват многолетней амплитуды колебаний уровня измеренными расходами составляет в среднем 50%. Достаточно мало измерений имеется при низких уровнях. Экстраполяция кривых расходов Q(H) выполнена через кривые площадей w(H) и скоростей V(H).

Рассматривались два периода открытого русла и зимний период (без 30 дней от начала ледостава, когда наблюдаются зажоры).

Влияние сгонов и нагонов на распределение расходов по рукавам дельты также анализировалось. Показано, что в пределах колебания уровня (по створу Горного ин статута) от -50 до 100 БС не обнаруживается существенного перераспределения стока по рукавам дельты. Длительность же стояния уровня в этом диапазоне составляет 98%.

При определении расчетных параметров отдельных водотоков и их участков было принято приблизительное равенство площадей живого сечения (w) при расхо­дах 2500 м3/с и 1800м3/с.

Ширина русла практически во всех водотоках дельты постоянна, т.к. берега закреплены набережными. Колебания же уровня в вершине дельты не превышают 40 см, а в пределах дельты, где поперечное сечение в 7-10 раз больше, чем на основной реке, уклоны невелики, и уровень практически не зависит от расхода [41]. Последнее позволяет принимать wnpH 0=2500 = wnpH Q=i8oo, а величины Vcp рассчитывать через отношение Q1800/Q2500 (переходной коэффициент 0.72)

Параметры расчётных участков: средняя ширина, средняя глубина, длинна выбранного участка, гидрологические характеристики: скорость течения и расход сточных вод приведены в таблице 3.2. [2].

Таблица 3.2. - расчетные гидрологические параметры при расходе Невы Q=2500 мЗ/с

 

Водный	Расчётный	Расчетные характеристики	Примечания
объект	участок	Q, мЗ/с	Vcp, м/с	Вер, м	Нср, м	1_расч., км
Р.Нева	р.Славянка - Обводный канал		0,94		5,9	12,1
Обводный канал - р.Охта		0,94		5,3	3,1
р.Охта - р.Бол.Невка		1,00		6,6	4,4
р.Бол.Невка - р.Фонтанка		0,75		4,9	0,6
р.Фонтанка - р.Мал.Нева		0,75		5,2	1,5
Р.Бол Нева	р.Мал.Нева - р.Екатерингофк		0,75		6,7	5,5
р.Екатерингофка -- Морской канал		0,6		3,0	1.25
Морской канал - фарватеры Невской губы		0,55		1,3	0,75
	Корабельный фарватер		0,24
Галерный фарватер		0,12
Р.Мал. Нева	р.Бол.Нева - р.Ждановка		0,5		4,0	1,25
р.Ждановка - Петровский фарватер		0,4		4,0	3,0
Петровский фарватер		0,28
Р. Бол. Невка	р.Нева - р.Карповка		0,40		6,0	1,5
р.Карповка - р.Мал.Невка		0,39		6,0	2,85
р.Мал.Невка -р.Средняя Невка		0,30		4,3	2,0
	р.Ждановка - Петровский фарватер		0,15		5,3	1,7
Средняя Невка (ниже впадения р.Крестовки)		0,13		6,4	2,6
р.Охта	Муринский ручей - р.Оккервил	3,64	0,08	25,0	1,8		ГП Новое Девяткино
р.Оккервиль - р.Нева	7,2	0,10	30,0	2,4	(0,8)	устье р.Охты
р.Оккервиль	1,44	0,14	13,0	0,8	6,3	в черте города
р.Фонтанка	р.Нева - р.Мойка	34,0	0,28	40,0	3,0	0,6
р.Мойка - Крюков канал	24,0	0,25	35,0	2,8	4,1
Крюков канал - Екатерингофк	22,0	0,24	35,0	2,6	2,0
р.Мойка	10,0	0,14	30,0	2,5	4,7
канал Грибоедова	3,2	0,10	20,0	1,6
Обводный канал	15,0	0,20	30,0	2,5	8,8
р. Вол ковка	0,6	0,25	4,0	0,6	17/9,3*	* - в естеств.условиях
Муринский ручей	0,44	0,06	7,5	1,0	9,0
р.Красненькая +Лиговский канал	(0,34) (1,54)	0,20 (0,3)	5,0 (8,5)	0,35 (0,6)	5,4	арх.ГГИ, №43348, 1981 год

Параметры расчётной модели

 

В соответствии с методикой изложенной в пункте 2.3.1. были выбраны следующие параметры расчётной модели

Длина выбранного участка составляет 31,5 км. Он был разбит на 315 ячеек с постоянным шагом в 100 метров

По ширине расчётный участок был разбит на 20 ячеек, с переменной величиной шага, которая определялась как hy=B/Ny:

Где hy- величина шага поперёк реки

B- ширина реки в данном сечении

Ny- количество шагов в поперечном сечении

Для расчётов были приняты следующие характеристики источников загрязнения по реке Нева, приведённые в таблице 3.3.

 

Таблица 3.3 Параметры водовыпусков сбрасывающих сточные воды в реку Неву

Название водовыпуска	расстояние от истока	расход ст вод, м3/с	Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ в водовыпусках, мг/л
Взвешенные в-ва	Азот аммонийный
Сст	Сст
со-1		0,1038496	48,1	10,55
во-12		0,0069444	64,7	10,7
во-15		0,0051053	35,5	10,7
во-15а		0,017377	65,3	30,17
во-21в		0,0068493	20,86	3,75
во-40		0,0162354	5,38	0,47
во-41		0,0477867		13,55
во-42		0,064244	57,3	20,16
во-43		0,0050736	41,8	11,83
во-44		0,1153285		18,83
во-45		0,0124619		14,48
во-50		0,0409056	80,5
во-52		0,0121131
во-56		0,0128742	42,3	13,13
во-57		0,0438864	49,7	14,83
во-58		0,154173	56,3
во-59		0,0235921	61,2
со-114		0,0212456	24,2	15,96
со-115		0,0501966	25,8	5,55
со-117		0,1148529	23,8	3,2
со-118		0,2983574	29,8	6,88
со-119		0,0375444		1,6
со-120		0,1424087		25,3
со-122		0,611555	156,2	19,83
со-135		0,0079274	36,3	13,96
сд-26		0,0005771		4,4
вд-25		0,0005771		4,4
вд-26		0,0005771		4,4
вд-10		0,0005771		4,4
вд-11		0,0005771		4,4
вд-12		0,0005771		4,4
вд-8		0,0005771		4,4
вд-62		0,0005771		4,4
вд-63		0,0005771		4,4
вд-64		0,0005739		4,4
вд-65		0,0005739		4,4
сд-19		0,000111		4,4
сд-20		0,000111		4,4
сд-21		9,513E-05		4,4
цо-1		0,0839675	30,3	12,75
цо-2		0,0328513	49,3	7,57
цо-6		0,0182331	92,3	10,23
цо-7		0,0072933	38,3	10,27
цо-8		0,0437912		16,7
цо-9		0,0693493	51,75	13,75
цо-10		0,1277588
цо-12		0,0038369	72,2	11,3
цо-13		0,0200723		13,75
цо-17		0,0047565	70,8
цб-11		0,0034881	34,7	8,17
цб-14		0,0015696	82,1	12,75
цб-15		0,0005232	82,1	12,75
цб-18		0,000593	82,1	12,75
цб-19		0,0015696		12,35
цб-21		0,0010464
цб-22		0,0005581	82,1	12,76
Охта		7,2	6,3	0,22
Славянка		1,8	8,2	0,25

 

Для расчётов были приняты следующие характеристики источников загрязнения по реке Бол. Неве, приведённые в таблице 3.4.

 

Таблица 3.4 Параметры водовыпусков сбрасывающих сточные воды в реку Бол. Неву

Название водовыпуска	расстояние от истока	расход ст вод, м3/с	Концентрации загрязняющих веществ в водовыпусках, мг/л
Взвешенные в-ва	Азот аммонийный
Сст	Сст
цо-30		0,010464		5,775
цо-31		0,020928	64,25	12,9
цо-33		0,031393	160,5	2,35
цо-34		0,033486	88,7	11,17
цо-35		0,036625	101,7	13,3
цо-36		0,04395	173,25	16,5
цб-32		0,0293
цд-1		0,013604		4,4
цд-10		0,083714		4,4
цд-11		0,088946		4,4
цд-12		0,094178		4,4
цд-13		0,09941		4,4
цд-14		0,115107		4,4
цд-2		0,035578		4,4
цд-3		0,041857		4,4
цд-4		0,047089		4,4
цд-5		0,054414		4,4
цд-6		0,062785		4,4
цд-7		0,068018		4,4
цд-8		0,07325		4,4
цд-9		0,078482		4,4