×
25.08.2017
217.015.a0de

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГОДОВОЙ САМООЧИЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВОДОТОКА В ФАРВАТЕРЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к инженерной экологии и гидрологии и может быть использовано при моделировании изменения качества воды поверхностных водотоков. Сущность: реку и ее притоки на цифровой топографической карте разбивают на квадраты. Вычисляют количество квадратов, покрывающих реку и каждый ее приток. Вычисляют фрактальную размерность реки. Вычисляют изменение показателя биологического потребления кислорода (БПК) между двумя створами. По увеличению показателя БПК судят о самоочищающей способности водотока в фарватере. Технический результат: определение изменения БПК по длине водотока малоизученных средних и малых рек с учетом гидравлических факторов в реке и фрактальной размерности реки.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к инженерной экологии и гидрологии и может быть использовано при моделировании изменения качества воды поверхностных водотоков.

Самоочищение поверхностных вод - это совокупность взаимосвязанных гидродинамических, физико-химических, микробиологических и гидробиологических процессов, ведущих впоследствии к восстановлению первоначального состояния водного объекта. Преобладающую роль среди этих процессов играет окисление.

Процесс окисления органических веществ зависит от количества кислорода, поступающего из атмосферы в процессе реаэрации, и определяется условиями перемешивания и температурным режимом водных объектов. Количество кислорода, требуемое для протекания процесса окисления, обозначается как биохимическое потребление кислорода (БПК5).

Самоочищение поверхностных вод зависит от температуры, расхода воды, морфометрических параметров водотоков и др. В водоеме одновременно происходит, с одной стороны, потребление кислорода на минерализацию органических веществ, а с другой - пополнение его за счет растворения кислорода, поступающего с поверхности водного зеркала, т.е. так называемая реаэрация (Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. Учебник для вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1975. - 632 с., с. 189).

Известен способ гидрографической оценки антропогенно измененных частей речной сети по численности водотоков (патент РФ №2538039, G01C 13/00, 20.06.2013), суть которого сводится к построению гидрографической схемы речной сети на основе фрактальной группировки притоков речной сети или ее выделенной части по единому экспоненциальному закону спада длины притоков и сравнению разветвленности речной сети до и после населенного пункта или другого крупного антропогенного объекта.

К недостаткам способа относятся трудоемкость и необходимость анализа большого количества данных, в частности необходима таблица с длинами притоков разного порядка. Не прослеживается четкая взаимосвязь между сокращением количества притоков и увеличением антропогенной нагрузки (это могут быть и особенности рельефа). Нет возможности проследить изменения гидрохимического состава.

Известен способ определения коэффициента извилистости русла реки (заявка на изобретение №2013156701, G01C 13/00, 27.06.2015), согласно которому предлагаются формулы для определения коэффициента извилистости Kизв и длины реки L с использованием фрактальной размерности D.

Kизв=0.7483(D1/0 0994/0.056)0.1411;

Недостатком способа является отсутствие связи с изменением качественных характеристик водотока.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента реаэрации по формуле A=Q⋅(La-Lt)/F (Яковлев С.В., Карелин Я.А., Жуков А.И., Колобанов С.К. Канализация. Учебник для вузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1975. - 632 с., с. 193), применяемый в случаях, когда количество растворенного кислорода в начальном и конечном створах остается одинаковым и, следовательно, все снижение БПК на рассматриваемом участке происходит за счет кислорода, поступающего с поверхности, т.е. реаэрации.

К недостаткам ближайшего аналога относится отсутствие учета гидравлических особенностей потока и морфометрических параметров речных систем.

Задача изобретения - установление зависимости между изменением показателя качества воды малых и средних рек и их гидравлическими и морфологическими характеристиками.

Технический результат: определение изменения биологического потребления кислорода (БПК5) по длине водотока малоизученных средних и малых рек с учетом гидравлических факторов в реке и фрактальной размерности реки.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе определения среднегодовой самоочищающей способности водотока в фарватере реку и ее притоки на цифровой топографической карте разбивают на квадраты размером δ×δ, вычисляют количество квадратов N, покрывающих реку, и каждый ее приток, согласно изобретению определяют фрактальную размерность реки по формуле:

далее вычисляют изменение показателя биологического потребления кислорода ΔL между двумя створами по формуле:

где А - коэффициент реаэрации, г/сут⋅м2,

b - ширина реки, м,

Lф - длина реки по фарватеру, м,

Q - расход воды в реке, м3/с,

ξ - коэффициент, зависящий от расположения впуска загрязняющих веществ в реку,

Нср - средняя глубина реки между двумя створами, м,

и по увеличению показателя ΔL судят о самоочищающей способности водотока.

Фрактальная размерность D рассчитывается по формуле, предложенной Б. Мандельбротом (Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с., с. 52).

В настоящее время реки испытывают большую антропогенную нагрузку, и более всего уязвимы малые и средние реки. Несмотря на широкую распространенность, механизм их самоочищения, ввиду недостатка данных наблюдений, остается малоизученным. В этой связи для комплексной оценки изменения качества воды речных систем необходимо проводить исследования их изменений с применением математического моделирования, например с использованием фрактального анализа.

Фрактальный анализ является универсальным математическим методом, позволяющим характеризовать большинство природных объектов и процессов, в том числе и речные сети. Его очевидное достоинство состоит в том, что он дает возможность получать численное описание природных структур различного генезиса и анализировать их изменения, обусловленные физико-географическими особенностями и антропогенным воздействием [Гладков А.С., Лунина О.В., Шишкина Л.П. Фрактальный анализ тектонической трещиноватости и речной сети Прибайкалья // Рельефообразующие процессы: теория, практика, методы исследования: Материалы XXVIII Пленума геоморфол. комис. РАН. - Новосибирск: ИГ СО РАН, 2004. - С. 78-80]. Фрактальную размерность можно рассматривать как меру извилистости водотока.

Определение ΔL производят в следующем порядке:

Сначала в формуле определения коэффициента реаэрации:

где А - коэффициент реаэрации, г/сут⋅м2,

La, Lt - БПК5 в начальном и конечном пунктах, г/м3 (ΔL=La-Lt),

Q - расход воды в реке, м3/сут,

F - площадь поверхности водного зеркала на всем протяжении участка от начального до конечного пункта, м2, значение F выражается как

b - ширина реки, м,

Представленная формула 3 не учитывает гидравлические факторы в реке, поэтому предлагается дополнить ее коэффициентом α:

где α - коэффициент, учитывающий гидравлические факторы в реке,

ξ - коэффициент, зависящий от расположения впуска загрязняющих веществ в реку (в фарватер ξ=1,5),

ϕ - коэффициент извилистости, определяется по формуле:

Lф - длина реки по фарватеру, м,

Lпр - длина реки по прямой, м, при этом , (Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 656 с., с. 163), тогда коэффициент извилистости равен:

qm - расход сточных вод, м3/сут,

E - коэффициент турбулентной диффузии, рассчитывается по формуле:

Зная, что

где, Vср - средняя скорость течения реки на участке между контрольными створами, м/с,

ω-πR2/2 - живое сечение реки (принимается, что R=Нср).

Из формул 8 и 9 выводим:

Объединяя формулы 3-10, получаем коэффициент реаэрации:

Из полученного соотношения получаем формулу расчета ΔL:

Пример конкретной реализации способа

На топографической карте Республики Башкортостан был выбран участок малой реки между двумя населенными пунктами. Определена фрактальная размерность участка реки по формуле 1, положенной в основу программы «Автоматизированный расчет фрактальной размерности» (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014618323 от 25.06.2014), которая составила D=1,21.

Известны следующие характеристики реки:

длина участка реки Lф=85 км,

среднегодовой коэффициент реаэрации А=5 г/сут⋅м2,

минимальная ширина реки b=2 м,

расход Q=2,96 м3/с,

ξ - коэффициент, зависящий от расположения впуска загрязняющих веществ в реку (в фарватер = 1,5),

средняя глубина Hср=0,5 м.

Данные подставляются в формулу:

Сверяем полученное значение изменения показателя биологического потребления кислорода ΔL с значениями БПК5, полученных при анализе проб воды, отобранных в контрольных створах.

La=5,1 мг О2/л,

Lt=3,4 мг О2/л,

ΔL=1,7 мг О2/л.

Увеличение показателя ΔL (1,7) позволяет судить о снижении биологического потребления кислорода по течению реки. Таким образом, заявляемое изобретение позволяет оперативно определить среднегодовую самоочищающую способность водотока.


СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГОДОВОЙ САМООЧИЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВОДОТОКА В ФАРВАТЕРЕ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГОДОВОЙ САМООЧИЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВОДОТОКА В ФАРВАТЕРЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 103 items.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a5d

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноблочного лопаточного диска (блиска), преимущественно, для ротора газотурбинного двигателя. Получают лопатку с выступом, параметры которого обеспечивают присоединение к диску посредством линейной сварки трением. На лопатке выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496987
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a5f

Способ линейной сварки трением лопаток с диском для получения блиска

Изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к способу изготовления моноблочного лопаточного диска преимущественно для использования в роторе газотурбинного двигателя. При изготовлении лопаточного диска, имеющего множество лопаток, присоединенных к диску радиально, формируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496989
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.801c

Способ изготовления биметаллического центрального электрода искровой свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к обработке давлением биметаллических изделий. Способ изготовления биметаллического центрального электрода искровой свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания заключается в холодном прямом выдавливании биметаллической цилиндрической заготовки с поперечной или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498469
Дата охранного документа: 10.11.2013
Showing 1-10 of 119 items.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5d55

Способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы ti-al

Изобретение относится к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и деталей машин и инструмента. Обрабатываемую деталь размещают в вакуумной камере установки, содержащей плазменный источник с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489514
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e77

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица для высадки этих изделий содержит корпус, в который запрессованы последовательно расположенные коническая вставка с многогранным отверстием и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493930
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.78d6

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица содержит корпус, в который запрессована промежуточная втулка. В упомянутую втулку запрессована цилиндрическая вставка с многогранным отверстием, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496596
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД