Оценка формирования поля мутности, страница 2

При работе многочерпакового земснаряда зона повышенной мутности образуется за счет смыва частиц грунта с черпаков при подъеме их по черпаковой раме до поверхности воды и из грейфера по мере подъема его до поверхности воды.

При сбросе грунта на подводном отвале зона воздействия облака мутности образуется в результате перехода частиц грунта во взвешенное состояние при прохождении водогрунтовой смеси через толщу воды.

Количество перешедшего во взвесь грунта зависит от вида грунта, его гранулометрического состава, который характеризуется гидравлической крупностью, выражаемой как скорость осаждения частичек при температуре 10 оС в неподвижной воде, от степени уплотнения и времени осаждения. Средние гидравлические характеристики грунтов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Средние гидравлические характеристики грунтов

Взвешенные вещества

Размер частиц, мм

Гидравлическая крупность, мм/с

Время осаждения частиц на глубину 1 м

Коллоидные частицы

2´10-4 - 1´10-6

7´10-6

4 года

Тонкая глина

1´10-3 - 5´10-4

7´10-4 - 17´10-5

0.5 - 2 месяца

Глина

27´10-4

5´10-3

2 суток

Ил

5´10-2 - 27´10-3

1.7 - 0.5

10 - 30 минут

Песок:

Мелкий

0.1

7

2.5 минуты

Средний

0.5

50

20 с

Крупный

1.0

100

10 с

2. Теоретические основы расчета зоны повышенной мутности при производстве дноуглубительных работ и сбросе грунта в отвалы

2.1 Основные уравнения распространения взвеси в море

Одним из основных уравнений, используемых в проблеме окружающей среды для описания распространении примеси в море, является уравнение переноса и диффузии, основывающееся на полуэмпирической теории турбулентности.

При изучении воздействия дноуглубительных работ на морскую среду для получения практических оценок зоны повышенной мутности вполне приемлемо использование приближения, основывающегося на усреднении концентрации взвеси по глубине. В этом случае уравнение переноса и диффузии взвеси принимает вид:

                                         (2.1)

где j  – средняя по глубине концентрация взвеси, г/л;

V= (U, V) – вектор скорости адвективного переноса взвеси, м/с;

D – эффективный коэффициент турбулентной диффузии, м2/с;

;

G – коэффициент учитывающий осаждение частиц грунта, 1/с;

W – эффективная скорость осаждения частиц грунта, м/с;

H – средняя глубина в районе работ, м;

F (x, y, t) – функция источника воздействия, г/с.

Уравнение (2.1) описывает процессы адвективного и диффузионного переноса взвешенных частиц грунта с учетом их осаждения.

Функция F (x, y, t), входящая в правую часть этого уравнения, определяет пространственно-временную локализацию источника воздействия, который является первопричиной перестройки поля мутности. Период времени t0 , характерный для изменений в источнике воздействия, определяет темп возмущений, которые проникают в систему и нарушают формирующееся в районе дноуглубительных работ распределение консистенции взвешенных частиц.

Перестройка распределения концентрации взвешенных частиц происходит со скоростью, зависящей только от собственных свойств системы.

Таким образом, характер образования зон повышенной мутности при производстве дноуглубительных работ определяется соотношением, длительности возмущений и перестройке распределения концентрации взвеси в системе.

Критерии, устанавливающие соответствие между скоростью развития различных эффектов, которые влияют на ход процессов, носят название критериев гомохронности, т.е. критериев временной однородности. При анализе процессов образования зон повышенной мутности могут быть использованы критерии Струхаля (Sh) и Фурье (F0) :

                                                                                                                (2.2)

                                                                                                                (2.3)