Фоновые концентрации химических веществ

Вещество или показатель химического состава речной воды	Фоновая концен- трация, мг/дм	Наименьший среднемесячный расход воды года 95%-й обеспеченности, м /с	Период, использованный для расчета фоновой концентрации	Примечания*

________________

* В этой графе рекомендуется приводить данные о , при их наличии в результатах расчета фоновых концентраций.

Приложение Б

(рекомендуемое)

Форма заполнения "Журнала регистрации запросов и ответов

о фоновых концентрациях химических веществ"

Приложение В

(обязательное)

Значения коэффициента Стьюдента

при односторонней доверительной вероятности

	2,02
	1,94
	1,90
	1,86
	1,83
	1,81
	1,80
	1,78
	1,77
	1,76
	1,75
	1,75
	1,74
	1,73
	1,73
	1,72
	1,72
	1,72
	1,71
	1,71
	1,71
	1,71
	1,70
	1,70
	1,70
	1,70
	1,69
	1,69
	1,69
	1,69
	1,68
	1,68
	1,68
	1,68
	1,68
	1,68
	1,67
	1,67
	1,67
	1,67
	1,66
	1,66
	1,66
	1,66
Примечание - При принимается, что .

Приложение Г

(справочное)

Примеры расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков*

________________

* Для возможности проведения расчетов фоновых концентраций веществ на основе информации, выбираемой с помощью информационной системы "Гидрохим ПК", в ГХИ разработаны программы "ГХМ-ФОН1" и "ГХМ-ФОН2", эксплуатируемые в среде Windows 95/98, Windows NT 4.0 и выше.

Пример Г.1 - В заданном для расчета створе систематических гидрохимических наблюдений реки А требуется определить фоновую концентрацию вещества для азота аммонийного . Расчетный минимальный расход воды в реке м /с. Результаты наблюдений приведены в таблице Г.1 и на рисунке Г.1.

Таблица Г.1 - Результаты наблюдений за содержанием азота аммонийного в створе реки А

Дата	Расход воды в реке, м /с	Содержание , мг/дм
1998 г.
05 II	12,3	1,33
13 III	23,9	0,35
02 IV	48,2	0,05
12 V	59,6	0,20
06 VI	49,1	0,26
09 VII	28,8	0,25
12 VIII	14,5	1,11
02 IX	16,2	1,34
04 X	20,5	0,75
14 ХI	41,1	0,20
1999 г.
13 II	35,7	0,12
02 III	62,5	0,20
06 IV	82,0	0,21
07 V	83,1	0,04
10 VI	60,5	0,28
09 VII	28,2	0,50
06 VIII	32,3	0,30
04 X	51,0	0,25
01 ХI	45,4	0,42
08 XII	34,3	0,25

Рисунок Г.1 - Зависимость изменения содержания азота аммонийного от расхода воды в реке

В результате статистического анализа исходных данных получено: ; ; мг/дм ; ; .

Выбранный вид статистической связи

. (Г.1)

Сравнивая полученные данные с табличными (таблица 1), можно убедиться, что надежность статистической связи достаточно высока.

По уравнению (Г.1) рассчитываем значение при расчетном минимальном расходе воды :

(мг/дм ).

По формуле (13) вычисляем :

(мг/дм ).

Пример Г.2 - В заданном для расчета створе реки Б требуется определить фоновую концентрацию для химического потребления кислорода (ХПК). Расчетный минимальный расход воды в реке м /с. Результаты наблюдений приведены в таблице Г.2 и на рисунке Г.2.

Таблица Г.2 - Результаты наблюдений за содержанием химического потребления кислорода (ХПК) в створе реки Б

Дата	Расход воды в реке, м /с	ХПК, мг/дм
1997 г.
09 I	21,6	5,4
05 II	25,0	4,5
26 III	55,0	7,5
03 IV	60,2	5,7
15 IV	62,5	6,2
05 V	53,5	6,1
11 VI	30,0	4,4
09 VII	33,0	4,3
24 VIII	23,6	3,6
25 IX	44,9	4,8
21 X	64,9	6,5
1998 г.
21 I	23,1	4,0
25 II	24,9	2,7
23 III	58,5	5,3
16 IV	85,0	7,9
12 V	65,0	6,0
03 VI	50,0	5,6
21 VII	28,7	3,9
05 VIII	23,5	3,7
19 IX	59,0	6,7
26 X	64,0	6,5
24 ХI	25,3	3,6
1999 г.
11 I	27,7	4,0
17 II	28,2	4,2
22 III	57,0	6,1
13 IV	65,3	6,7
18 V	58,0	6,7
16 VI	35,0	4,7
19 VII	27,5	3,9
30 VIII	25,6	4,1
29 IX	46,7	4,2
27 X	47,1	5,2
17ХI	42,5	4,4

Рисунок Г.2 - Зависимость изменения содержания ХПК от расхода воды в реке

В результате статистического анализа исходных данных получено: ; ; мг/дм ; мг/дм ; ; .

Выбранный вид статистической связи

. (Г.2)

Поскольку статистическая связь достоверна, а содержание ХПК при повышении расхода воды в реке увеличивается, дополнительно рассчитаем фоновую концентрацию при среднемноголетнем расходе воды и максимальном среднемесячном расходе воды года 5%-й обеспеченности, т.е. при м /с и м /с.

По уравнению (Г.2) находим:

(мг/дм ),

(мг/дм ),

(мг/дм ),

(мг/дм ),

(мг/дм ),

(мг/дм ).

Пример Г.3 - В заданном для расчета створе реки В требуется определить фоновую концентрацию нефтепродуктов . Расчетный минимальный расход воды в реке м /с. Результаты наблюдений приведены в таблице Г.3 и на рисунке Г.3.

Таблица Г.3 - Результаты наблюдений за содержанием нефтепродуктов в створе реки В

Дата	Расход воды в реке, м /с	Содержание нефтепродуктов, мг/дм
	1997 г.
09 I	86,0	0,19
07 II	86,2	0,07
07 III	106,0	0,10
18 IV	475,0	0,07
26V	317,0	0,12
26 VI	186,0	0,20
25 VII	89,0	0,10
15 VIII	67,6	0,10
26 IX	67,0	0,06
30 X	11,4	0,15
27 ХI	86,0	0,07
26 ХII	64,4	0,10
1998 г.
25 I	71,7	0,13
20 II	103,0	0,10
25 III	212,0	0,08
24 IV	196,0	0,05
22 V		0,11
24 VI	192,0	0,05
23 VII	135,0	0,06
27 VIII	93,5	0,08
25 IX	124,0	0,17
28 X	135,0	1,12
25 ХI	320,0	0,11
25 ХII	99,0	0,10
1999 г.
27 I	118,0	0,10
26 II	108,0	0,05
25 III	88,0	0,05
28 IV		0,07
22 V	408,0	0,07
26 VI	175,0	0,08
23 VII	90,5	0,13
25 VIII	61,5	0,13
29 IX	70,5	0,17
28 X	69,5	0,06
18 ХI	75,0	0,09
16 ХII	102,0	0,12

Рисунок Г.3 - Изменение содержания нефтепродуктов с увеличением расхода воды в реке

Поскольку содержание нефтепродуктов в воде не зависит от расхода речной воды (рисунок Г.3), обработку результатов наблюдений для определения проводим согласно 5.5. Для выяснения значимости отличия результатов наблюдений, полученных в 1999 г., от данных 1997, 1998 гг. используем статистический критерий .

Из таблицы Г.4 следует: ; ; ; .

Таблица Г.4 - Результаты совместного ранжирования данных за 1999 и 1998 гг.

Содержание нефтепродуктов, мг/дм	Ранг
1999 г.
0,05	2,5
0,05	2,5
0,06	5,5
0,07	7,5
0,07	7,5
0,08	10,0
0,09	12,0
0,10	14,0
0,12	18,5
0,13	21,0
0,13	21,0
0,17	23,5
12	145,5
1998 г.
0,05	2,5
0,05	2,5
0,06	5,5
0,08	10,0
0,08	10,0
0,10	14,0
0,10	14,0
0,11	16,5
0,11	16,5
0,12	18,5
0,13	21,0
0,17	23,5
12	154,5

По формуле (4) находим величину :

.

Так как , по формуле (8) определяем параметр :

.

Полученное значение z попадает в интервал , поэтому принимаем, что отличие результатов наблюдений за 1999 и 1998 гг. незначимо.

Аналогичным способом проверим значимость отличия данных в 1997 г. Результаты этого анализа: ; ; ; .

Полученное значение попадает в интервал , поэтому принимаем, что отличие результатов наблюдений за 1999 и 1997 гг. незначимо.

Так как данные за 1997-1999 гг. отличаются несущественно, в дальнейшем статистическом анализе все данные будем рассматривать совместно. Результаты группируем помесячно в соответствии с 5.5 и для каждой выделенной градации определяем среднюю концентрацию нефтепродуктов (таблица Г.5). В январе среднее содержание нефтепродуктов было наибольшим, поэтому этот месяц относим к основной (опорной) градации. Используя критерий , определим значимость отличия основной градации от остальных. От основной градации незначимо отличаются данные за июнь, сентябрь и октябрь (значения параметра больше значений параметра ). Данные за четыре месяца (январь, июнь, сентябрь и октябрь) объединяем в один массив (тогда ) и, используя формулы (1), (10), (17), получаем:

мг/дм ; мг/дм ; ;

(мг/дм ).

Таблица Г.5 - Определение концентраций нефтепродуктов по выделенным градациям, мг/дм

Год	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
	0,19	0,05	0,10	0,07	0,12	0,20	0,10	0,10	0,06	0,15	0,07	0,10
	0,13	0,10	0,08	0,05	0,11	0,05	0,06	0,08	0,17	0,12	0,11	0,10
	0,10	0,05	0,05	0,07	0,07	0,08	0,13	0,13	0,17	0,06	0,09	0,12
	0,42	0,20	0,23	0,19	0,30	0,33	0,29	0,31	0,40	0,33	0,27	0,32
	0,14	0,07	0,08	0,06	0,10	0,11	0,10	0,10	0,13	0,11	0,09	0,11

Пример Г.4 - В заданном для расчета створе реки К требуется определить фоновую концентрацию меди . Расчетный минимальный расход воды в реке м /с. Результаты наблюдений приведены в таблице Г.6 и на рисунке Г.4.

Таблица Г.6. - Результаты наблюдений за содержанием меди в створе реки К

Дата	Расход воды в реке, м /с	Содержание меди, мкг/дм
		у левого берега	на середине реки
1998 г.
04 I	61,6	1,0	1,5
02 II	50,8	4,5	2,5
02 III	46,8	10,0	1,0
10 IV	111,0	5,5	1,0
11 V	642,0	9,0	5,5
02 VI	156,0	4,0	1,5
05 VII	86,7	1,0	1,0
02 VIII	51,8	6,5	1,0
05 IX	75,5	1,0	4,5
04 X	64,2	2,0	1,0
03 ХI	68,5	1,0	3,5
01 XII	70,4	3,0	1,5
1999 г.
04 I	58,6	1,0	3,0
05 III	75,3	6,5	2,0
03 IV	301,0	1,0	2,0
07 V		4,5	1,0
05 VI	348,0	7,0	2,0
01 VII	191,0		3,0
06 VIII	96,0	8,5	1,0
05 IX	78,2	11,0	2,0
02 X	80,0	3,5	3,5
06 ХI	98,0	1,0	2,5
03 ХII	71,6	1,0	2,0
		93,5	49,5
			23,0
		4,25	2,15

а) у левого берега; б) на середине реки

Рисунок Г.4 - Изменение содержание меди с увеличением расхода воды

Сравнение результатов наблюдений, полученных в отдельных вертикалях, показывает, что средняя концентрация меди у левого берега наибольшая*. Кроме того, содержание меди в этой вертикали значимо отличается от ее содержания в средней части сечения реки ( ; ; ). На основании этих результатов принимаем, что качество воды в контрольной струе характеризует концентрацию меди у левого берега.

________________

* Результат наблюдений, выделенный в таблице Г.6 рамкой, в расчете не учитывался, так как принят нехарактерным (при , мкг/дм ; мкг/дм ; ; ; ).

Таким образом, для рассматриваемого сечения реки получено два ряда значений концентрации меди, один из которых характеризует качество воды в контрольной струе, второй - в остальной массе воды на середине реки и у правого берега. Значения концентрации меди в выделенных массах воды не зависят от изменения расхода воды в реке (рисунок Г.4).

Дальнейший расчет фоновой концентрации меди проводим отдельно для каждой из выделенных водных масс. Сопоставление результатов наблюдений по годам показало, что данные за 1999 г. несущественно отличаются от данных за 1998 г. как в контрольной струе ( ; ; ), так и в остальной массе воды в сечении реки ( ; ; ). В связи с этим далее в статистическом анализе данные за 1999 и 1998 гг. будем рассматривать как один массив.

Для оценки наличия существенных внутригодовых изменений содержания меди в речной воде выделим три версии периодичности (сезонности) этих изменений в годовом цикле:

1) по продолжительности гидрологических сезонов:

весна (март-май),

лето-осень (июнь-сентябрь),

зима (декабрь-февраль);

2) по продолжительности характерных наблюдаемых температур в речной воде:

первый период с температурой менее 5 °С (ноябрь-апрель),

второй период с температурой в пределах 5-15 °С (май-октябрь),

третий период с температурой более 15 °С (июнь-сентябрь);

3) по совокупному влиянию различных факторов (по визуальному анализу данных):

первый период (март-сентябрь),

второй период (октябрь-февраль).

Размещение результатов наблюдений по градациям показано в таблице Г.7.

Таблица Г.7 - Распределение значений содержания меди, полученных в контрольной струе и остальной массе речной воды, с учетом версий выделенных градаций (сезонов и периодов)

Версии и градации	Контрольная струя	Остальная масса речной воды
	, мкг/дм		мкг/дм	мкг/дм		мкг/дм
Первая версия:
весна	10,0; 5,5; 9,0; 6,5; 1,0; 4,5		6,08	1,0; 1,0; 5,5; 2,0; 2,0; 1,0		2,1
лето-осень	4,0; 1,0; 6,5; 1,0; 2,0; 1,0; 7,0; 8,5; 11,0; 3,5; 1,0		4,2	1,5; 1,0; 1,0; 4,5; 1,0; 3,5; 2,0; 3,0; 1,0; 2,0; 3,5; 2,5		2,2
зима	3,0; 1,0; 4,5; 1,0; 1,0		2,1	1,5; 1,5; 2,5; 3,0; 2,0		2,1
Вторая версия:
первый период	1,0; 3,0; 1,0; 4,5; 10,0; 5,5; 1,0; 1,0; 1,0; 6,5; 1,0		3,2	3,5; 1,5; 1,5; 2,5; 1,0; 1,0; 3,0; 2,0; 2,0; 2,5; 2,0		2,05
второй период	9,0; 2,0; 4,5; 3,5		4,7	5,5; 1,0; 1,0; 3,5		2,75
третий период	4.0; 11,0; 1,0; 6,5; 1,0; 7,0; 8,5		5,6	1,5; 1,0; 1,0; 4,5; 2,0; 3,0; 1,0; 2,0		2,0
Третья версия:
первый период	10,0; 5,5; 9,0; 4,0; 1,0; 6,5; 1,0; 6,5; 1,0; 4,5; 7,0; 8,5; 11,0		5,8	1,0; 1,0; 5.5; 1,5; 1,0; 1,0; 4,5; 2,0; 2,0; 1,0; 2,0; 3,0; 1,0; 2,0		2,0
второй период	2,0; 1,0; 3,0; 4,5; 3,5; 1,0; 1,0; 1,0; 1,0		2,0	1,0; 3,5; 1,5; 3,0; 3,5; 2,5; 2,0; 1,5; 2,5		2,3

Сопоставление результатов наблюдений по выделенным градациям (таблица Г.8) показывает, что в контрольной струе по первой версии следует объединить в один основной массив данные за период весна/лето-осень; по второй версии - за третий и второй периоды; по третьей версии для расчета предварительного значения фоновой концентрации вещества первый опорный период принимается за основной. Для остальной массы воды в сечении реки ни по одной из версий сезонности значимых отличий между выделенными градациями не обнаружено, поэтому все данные по содержанию меди в этой массе воды будем рассматривать как единый массив.

Таблица Г.8 - Результаты оценки отличия между отдельными градациями содержания меди в речной воде

Контрольная струя	Остальная масса речной воды
Первая версия
Весна/лето-осень	Весна/зима	Лето-осень/весна	Лето-осень/зима
Вторая версия
Третий период/ второй период	Третий период/ первый период	Второй период/ первый период	Второй период/ третий период
Третья версия
Первый период/второй период	Второй период/первый период

По первой версии сезонности получим

(мкг/дм );

по второй версии сезонности -

(мкг/дм );

по третьей версии сезонности -

(мкг/дм ).

За фоновую концентрацию вещества принимаем концентрацию меди, равную 7,5 мкг/дм .

Для остальной массы речной воды в сечении реки получим:

(мкг/дм ).

Пример Г.5 - Требуется определить для меди в заданном для расчета створе реки К. В створе систематические гидрохимические наблюдения не проводились. На 10 км выше створа расположен створ , где систематически проводятся наблюдения за качеством воды. Минимальный среднемесячный расход воды года 95%-й обеспеченности в створе м /с. Этому расходу соответствует средняя скорость течения воды м/с, средняя глубина реки м и ширина реки м.

Значения концентрации меди в створе составляют в контрольной струе 7,5 мкг/дм , в остальной массе воды - 2,6 мкг/дм (расчет указанных значений меди приведен в примере Г.4). Контрольная струя в створе по ширине составляет примерно 34 м и имеет расход воды 15,3 м /с. Ширина остальной массы речной воды - 69 м и расход этой массы воды - 30,7 м /с.

Извилистость русла реки К на рассматриваемом участке составляет , гидравлический уклон +. На 4 км ниже створа в реку с левого берега впадает приток Т, а на 7 км ниже с правого берега поступают сточные воды (рисунок Г.5). Для устьевой части притока Т фоновое значение концентрации меди равно 4,2 мкг/дм , расход воды - 15 м /с. Коэффициент самоочищения речной воды от меди на рассматриваемом участке при % составляет 1/сут. Параметр равен 1 мкг/дм . Ниже впадения притока Т расчетные параметры русла реки составляют: м /с ; м/с; м; м; +.

Рисунок Г.5. - Схема рассматриваемого участка реки К

Учитывая исходные данные, контрольную струю в створе принимаем за условный (первый) выпуск сточных вод, а остальную массу речной воды - за исходный расход речной воды (рисунок Г.5).

По формулам (53), (49) рассчитаем параметры и на участке реки до и ниже впадения притока Т:

,

,

(м /с),

(м

Поиск по сайту: