По данным об атмосферных осадках за теплый и холодный периоды и сведениям о площадях, занимаемых предприятием, рассчитывается годовой объем ливневых стоков Wгод:
Wгод = Wтепл + Wхол (1.1.)
Wтепл = hтепл *(Fкр*fкр + Fасф*fасф + Fзел.нас fзел.нас) *10 (1.2)
Wхол = hхол*Fобщ*fхол *10 (1.3)
где hтепл, hхол – количество атмосферных осадков, выпавших за теплый и холодный период соответственно, мм;
Fкр, Fасф, Fзел.нас. – площади кровли, - асфальтового покрытия, зеленых насаждений соответственно, га;
fкр, fасф, fзел.нас, fхол – коэффициенты, учитывающие потери стока за счет испарения с кровли и асфальтовых покрытий, просачивания сквозь грунт и т.д.
10 – коэффициент пересчета.
Wгод =39200+97782=136982м3/с
Wтепл =10*250*(15,1*0,5+11,7*0,6+11,1*0,1)=39200м3/с
Wхол=0,6*(15,1+11,7+11,1)*430*10=97782м3/с
Из величины общего объема поверхностных стоков за год Wгод рассчитывается значение расхода поверхностных (ливневых) стоков в секунду qст, м3/с.
Вопрос 5. Алгоритм расчета фоновой концентрации химического вещества в воде водотока.
Расчет фоновых концентраций производится согласно временным методическим указаниям Роскомгидромета [6].
За фоновую концентрацию вещества (Сфон) принимается статистически обоснованная верхняя доверительная граница возможных средних значений концентраций этого вещества, рассчитанная по результатам гидрохимических наблюдений для наиболее неблагоприятного в отношении качества воды времени года [6].
Расчет фоновой концентрации проводится для случая, когда в заданном створе систематически проводились гидрохимические наблюдения.
Основные этапы определения фоновой концентрации Сфон:
1) оценка существенности или несущественности различия сравниваемых выборок концентраций;
2) анализ возможности установления статистических связей типа Сфон = f(Q) (т.е. установление зависимости фоновой концентрации от расхода воды);
а) - При наличии зависимости Сфон = f(Q):
3а) определение фоновой концентрации по найденной статистической связи (уравнение регрессии).
б) При отсутствии зависимости Сфон = f(Q):
3б) выбор числа лет наблюдений для дальнейшей статистической обработки;
4б) группировка исходных данных по интервалам времени в годовом цикле (например, по сезонам);
5б) определение фоновой концентрации.
Перед тем, как приступить к оценке различия выборок, из них должны быть исключены чрезмерно высокие или низкие концентрации, появление которых может быть связано с грубыми ошибками при отборе, подготовке и анализе проб воды. Исключение непредставительных значений концентраций производится в соответствии с ГОСТом 11.002-73 при уровне значимости α=0.01.
Принимаем за основной третий год. Будем сравнивать с ним первый и второй. Имеем две выборки: первый – третий год, второй – третий год.
1) Оценка существенности или несущественности различия сравниваемых выборок концентраций осуществляется с помощью критерия Вилькинсона-Манна-Витии (критерий u*).
Сущность данной методики заключается в следующем.
Значениям концентраций рассматриваемых выборок дополнительно присваивается имя, свидетельствующее о принадлежности той или иной выборки (например, значениям выборки х присваиваются имена х1…xn и т.д.).
Выборка 1: «ТРЕТИЙ – второй год»
| Общая последовательность сравниваемых данных | X12 | X10 | Y3 | Y5 | Y11 | X11 | Y12 | Y4 | Y10 | X2 | X6 | X9 |
| Ранг | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | ||||||||
| Общая последовательность сравниваемых данных | Y9 | X1 | X5 | Y2 | Y1 | Y7 | Y6 | Y8 | X3 | X7 | X4 | X8 |
| Ранг | 14,5 | 14,5 | 17,5 | 17,5 | 23,5 | 23,5 |
Далее значения концентраций двух сравниваемых выборок располагаются в общую возрастающую последовательность.
Каждому значению концентрации в общей возрастающей последовательности присваивается ранг. Если в первой и второй выборках имеются одинаковые по значению концентрации, то при составлении общей последовательности им присваивается одинаковый средний ранг.
Отдельно для выборки подсчитывается сумма рангов.
| Сравнение первого и второго года | |||||
| Концентрация, мг/л | Имя | Ранг | Концентрация, мг/л | Имя | Ранг |
| X1 | 14,5 | Y1 | 17,5 | ||
| X2 | Y2 | ||||
| X3 | Y3 | 4,5 | |||
| X4 | 23,5 | Y4 | |||
| X5 | 14,5 | Y5 | 4,5 | ||
| X6 | Y6 | ||||
| X7 | Y7 | 17,5 | |||
| X8 | 23,5 | Y8 | |||
| X9 | Y9 | ||||
| X10 | Y10 | ||||
| X11 | 4,5 | Y11 | 4,5 | ||
| X12 | Y12 | ||||
| Сумма рангов | 155,5 | 145,5 |
Численные значения критерия u* определяются по формуле (1.7.) или (1.8.):
, (1.7)
, (1.8)
где Т1 и Т2 – соответственно меньшая и большая суммы рангов в сравниваемых выборках;
n1 и n2 – число значений концентраций в выборках с меньшей и большей суммой рангов соответственно.
Пример расчета:
а) Для выборки №1 критерий u* равен:
в) Для выборки №2 критерий u* равен:
Так как в большей по объему выборке количество данных более восьми, то оценка различия концентраций сравниваемых выборок производится по критерию z, который представляет собой (приближенно) нормированную величину, распределенную по нормальному закону:
(4.9)
В том случае, если рассчитанная величина z попадает в интервал -1.28< z <1.28, то разница между концентрациями сравниваемых выборок принимается несущественной (незначимой при Р=90).
В данном случае имеем:
Для выборки №1:
Для выборки №2:
Видим, что для первой и второй выборки z попадает в интервал от –1.28 до 1.28. Разницу между концентрациями первого и второго года можно считать несущественной (Р=90).
2) Анализ возможности установления статистических связей типа Сфон = f(Q)
Выбранные для расчета Сфон концентрации рассматриваемых веществ следует сопоставить с расходами воды водотока и попытаться установить статистические связи типа Сфон = f(Q), где Q - расход воды водотока.
Для выяснения характера статистической связи (прямолинейная, экспоненциальная, логарифмическая и т.д.) вначале строятся графики типа Сфон = f(Q). Затем проводится корреляционный анализ. Статистическая связь между параметрами принимается значимой, если полученный коэффициент корреляции (или корреляционное соотношение) равен или выше значений, указанных в табл. 1.1.
Таблица 1.6
Граничные значения коэффициентов и индексов корреляции для проверки значимости статистической связи
| Число значений концентраций, взятых для определения коэффициента корреляции или корреляционного отношения r | Коэффициент корреляции или корреляционное соотношение r |
| < 15 | > 0.70 |
| 15<n<25 | > 0.66 |
| > 25 | > 0.60 |
Коэффициент корреляции r при линейной связи между параметрами Сфон и Q определяется по формуле:
, =-0,27 (1.10)
где Сфон,i, Qi – i -тые наблюденные значения коррелируемых параметров;
, 
- среднеарифметические значения этих параметров.
3б) Выбор числа лет наблюдений для дальнейшей статистической обработки.
При отсутствии надежных (значимых) статистических связей типа Сфон = f(Q) подбор числа лет наблюдений для дальнейшей статистической обработки исходных данных третий год наблюдений принимаем за основной.
4б) Группировка исходных данных по интервалам времени в годовом цикле.
Выбранные для расчета Сфон данные сводятся в градации по месяцам (число градаций – 12). Так как данных сравнительно мало, то составляются градации по сезонам (число градаций – 4).
| Зима | Весна | ||||
| Концентрация, мг/л | Сi - Ccp | (Сi - Ccp)** | Концентрация, мг/л | Сi - Ccp | (Сi - Ccp)** |
| -1 | |||||
| -3 | |||||
| -9 | -1 | ||||
| Сумма | -13 | ||||
| Лето | Осень | ||||
| Концентрация, мг/л | Сi - Ccp | (Сi - Ccp)** | Концентрация, мг/л | Сi - Ccp | (Сi - Ccp)** |
| -3 | -3 | ||||
| -7 | |||||
| -5 | |||||
| Сумма | -15 |
Основное условие – в каждой градации должно быть не менее трех значений концентраций.
5б) Определение фоновой концентрации.
Задача последующей обработки заключается в выделении в каждом виде градаций наиболее неблагоприятного периода, т.е. периода, когда наблюдались наиболее высокие концентрации рассматриваемого вещества.
Из каждой градации исключаются непредставительные значения концентраций.
В каждом виде градаций градация с наибольшей средней концентрацией принимается за основную. Если выделенная градация по своим концентрациям существенно отличается от остальных градаций данного вида, то верхняя доверительная граница средней концентрации вещества в ней принимается за предварительную величину искомой фоновой концентрации Сфон (предв.). Если данные сведены в градации по месяцам, то Сфон (предв.)=Сфон.
Формула для определения Сфон (предв.) имеет следующий вид:
(1.11)
где средне квадратичное отклонение концентрации вещества Scфон определяется по формуле:
, (1.12)
где Сфон, i (p) – концентрация вещества, полученная путем расчета по уравнению регрессии для того расхода, который соответствовал наблюденной величине Сфон, i;
n – число наблюдений, n=12;
tst –коэффициент Стьюдента.
Если градация, принятая за основную, отличается от одной или нескольких других градаций несущественно, то результаты наблюдений, попавшие в несущественно отличающиеся градации, объединяются с результатами наблюдений основной градации. Для вновь составленной (укрупненной) градации определяется средняя концентрация. Ее верхняя доверительная граница, определяемая по формуле (1.11), составит величину Сфон (предв.).
За Сфон принимается наибольшая из величин Сфон (предв.), рассчитанных для различных видов градаций.
Примем Сфон = 25,01 мг/л. (принимаем наибольшую величину)