Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «прикладная гидроэкология»

Скачать 495.59 Kb.

Название	Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «прикладная гидроэкология»
страница	1/5
Дата публикации	17.09.2013
Размер	495.59 Kb.
Тип	Методические указания

uchebilka.ru > Математика > Методические указания

1 2 3 4 5

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРИКЛАДНАЯ ГИДРОЭКОЛОГИЯ»

(для студентов 3 курса дневной формы обучения

специальности 6.070800 - "Экология и охрана окружающей среды")

Харьков – ХНАГХ – 2007

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Прикладная гидроэкология» (для студентов 3 курса дневной формы обучения специальности 6.070800 - "Экология и охрана окружающей среды"). Сост. Ладыженский В.Н., Дмитренко Т.В., Ищенко А.В. – Харьков: ХНАГХ, 2007 – 38 с.
Составители: В.Н. Ладыженский,

Т. В. Дмитренко,

А.В. Ищенко

Рецензент: И.Е. Саратов (ХНАГХ)

Рекомендовано кафедрой инженерной экологии городов, протокол № 9 от 03.05.2007 г.

Предисловие

Настоящие методические указания предназначены для совершенствования теоретических знаний и приобретения практических умений студентов дневной формы обучения по курсу «Прикладная гидроэкология» при определении фоновых концентраций веществ в водных объектах, расчете кратности разбавления сточных вод, а также при разработке норм отведения сточных вод промышленными предприятиями в водные объекты с использованием информационных технологий. Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе под руководством преподавателей. Каждый студент работает самостоятельно, выполняя индивидуальное задание в соответствии с порядковым номером студента в журнале группы.
^ Перечень лабораторных работ:

Лабораторная работа № 1. Определение фоновых концентраций веществ в водных объектах.

Лабораторная работа № 2. Расчет кратности разбавления сточных вод.

Лабораторная работа № 3. Расчет С_ПДС для единичного водовыпуска.

Лабораторная работа № 4. Расчет С_ПДС для нескольких водовыпусков.
Лабораторная работа № 1.

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Под фоновой концентрацией вещества С_ф понимается статистически обоснованная верхняя доверительная граница возможных средних значений этого вещества в створе, расположенном выше выпуска сточных вод. Фоновая концентрация рассчитывается для наиболее неблагоприятных гидрогеологических условий или наиболее неблагоприятного в отношении качества воды времени года.

Для расчета фоновых концентраций необходимы данные минимум за три года. Общее количество данных - не менее 12.

По каждому показателю необходимо знать:

месяц проведения анализа (М);
расход водотока 95%-й обеспеченности в момент отбора анализа (Q);
значение концентрации вещества (С).

Выбираются все данные, имеющиеся в исходной базе данных. Осреднение их не производится. Если в паре расход-концентрация (Q-C) отсутствуют данные о расходе, то концентрация все равно выписывается. Если в паре расход-концентрация (Q-C) отсутствуют данные о концентрации, то эта пара исключается из расчета.

Количество данных в пределах каждого года должно быть не менее 3, иначе этот год из рассмотрения исключается.

^ Расчет включает несколько этапов (4 или 6).

I этап. Производится исключение чрезмерно высоких или низких значений концентраций в пределах каждого года (за каждый год отдельно).

Исходные данные за год – выборка.

Причины появления недостоверных данных:

недобросовестный анализ или плохая методика.
специфические условия: залповый сброс загрязнений или остановка предприятия.

Методика.

Определяется среднее значение концентрации в пределах каждой выборки (каждого года):

Определяется среднеквадратичное отклонение:

Определяется максимальная и минимальная величина из имеющихся в году концентраций, после чего определяется величина максимального отклонения как наибольшая из двух величин:

σ = max [(С_max-С_ср),(|С_min-C_ср|)]

Отметить, какая из величин С_max или С_min дает σ.

Определяется величина относительного отклонения:

Производится сравнение величины относительного отклонения τ с величиной τ_(p,n):

, при р = 1%,

где

– табличное значение критерия Стьюдента (Приложение 1);

р – достоверный интервал; р = 1%-й показывает, что, принимая решение отбросить или оставить показатель, мы рискуем ошибиться в 1% случаев.

Если τ < , отклонение данной величины считается незначительным и величина остается в расчете, после чего производится оценка для следующего года.

Если τ > , величина признается недостоверной и исключается из дальнейших расчетов. Вместе с ней исключается и соответствующий этой концентрации расход (Q). После чего все расчеты повторяются, начиная с п. 1.

Если в каком-то году данных (концентраций) осталось меньше 3, то такой год из рассмотрения исключается.

После того как в каждом году отброшены недостоверные концентрации, переходят к следующему этапу.

^ II этап. Производится сравнение данных за различные годы.

За основу при сравнении берется базовый год. В качестве базового принимают ближайший к нам по времени год (т.е. из 2002 г., 2001 г., 2000 г. базовым является 2002 г.). Остальные годы сравнивают с базовым и оценивают существенность различий данных базового и сравниваемого годов. Если различие признается существенным, сравниваемый год из дальнейших расчетов исключается.

Сравнение производится для каждого года (т.е. 2001 г. с 2002 г. и 2000 г. с 2002 г.). Порядок значения не имеет. Если различие признается существенным, то исключается сравниваемый год. В данном этапе базовый год не исключается никогда.
^ Методика оценки.

Данные (концентрации) базового и сравниваемого годов (например 2002 г. и 2000г.) мысленно объединяются в единую последовательность, которая ранжируется по возрастанию. Каждой величине в этой последовательности присваивается ее порядковый номер, который называется рангом (т.е. самая маленькая концентрация в объединенной последовательности имеет 1 ранг, следующая по величине – 2 ранг и т.д.). Если несколько величин имеют одинаковые значения концентраций, то им присваивается одинаковый ранг. При этом следующая по величине концентрация имеет ранг, соответствующий ее порядковому номеру в списке ранжированного ряда (т.е. из набора концентраций: 0,5 мг/дм³ – 1 ранг; 0,7 мг/дм³ – 2 ранг; 0,7 мг/дм³ – 2 ранг; 0,7 мг/дм³ – 2 ранг; 0,8 мг/дм³ – 5 ранг).

Определяется сумма рангов в этой последовательности, но отдельно для значений базового года, и отдельно для значений сравниваемого года. После этого определяется критерий Вилькинсона-Манна-Витти:

,
где Т₁ – меньшая по величине сумма рангов;

n₁ – количество данных (концентраций) в выборке с меньшей суммой рангов.

Если сумма рангов одинакова, то в качестве Т₁и n₁ берутся данные базового года.

Определяются величины m* и n*,

где m* – количество данных (концентраций) в большей по объему выборке (т.е. в базовом или сравниваемом годах);

n* – количество данных в меньшей по объему выборке.

Если количество данных в большей по объему выборке m* > 8, то определяется расчетная величина Z:

.

Если расчетное значение по модулю |Z| < 1,28 , то различие признается несущественным и сравниваемый год остается в дальнейших расчетах. Иначе, сравниваемый год из расчетов исключается.

Если количество данных в большей по объему выборке m* < 8, сравнение производят на основании номограмм (Приложение 2). Если в номограмме стоит знак “Х” – различие существенно, если пустая клеточка – то год остается в расчетах.

После того как один из сравниваемых годов либо исключен, либо оставлен, переходят к сравнению следующего года с базовым.

В этом разделе используется 5%-й доверительный интервал, который заложен в формулу для нахождения Z и номограммы.

^ III этап. Производится оценка существования статистически значимой связи между расходом и концентрацией.

На этом этапе участвуют те данные, которые остались после ^ II-го этапа. Среди этих данных выбираются только те, для которых определены и расход Q и концентрация С.

Оценка производится тогда, когда количество пар данных расход-концентрация (Q-C) не менее трех (по всем оставшимся годам в сумме). Для этих пар данных рассчитывается величина коэффициента корреляции:

.

Диапазон коэффициента корреляции -1<δ<1.

Расчетное значение δ сравнивается с критическим значением δ_кр из таблицы:

n	δ_кр
<15	0,70
15<=n<=25	0,67
>25	0,60

n – количество пар данных, принимающих участие в расчете. Если n < 3, то говорят, что связь между Q и С отсутствует и расчет не производится.

Если |δ| < δ_кр , то статистически значимая связь между Q и С отсутствует и выполняются этапы IV-VI.

Если |δ| => δ_кр , то статистически значимая связь между Q и С существует и после этого этапа сразу выполняется этап IV*.

IV этап. Расчет фоновой концентрации при отсутствии статистически значимой связи между расходом и концентрацией.

^ Определение фоновой концентрации при квартальной разбивке.

На этом этапе в расчете участвуют те данные (только концентрации), которые остались после II этапа (!). Они независимо от года разбиваются на кварталы: 1 квартал – 1-3 месяцы; 2 квартал – 4-6 месяцы; 3 квартал – 7-9 месяцы; 4 квартал – 10-12 месяцы.

Если в каком-то квартале количество данных меньше 3, то такой квартал из расчетов исключается.

Для каждого квартала определяется величина средней концентрации С_ср:

.

Квартал с наибольшей С_ср принимается в качестве базового квартала.

Затем по методике II этапа производится оценка существенности различия базового квартала и остальных кварталов.

После того, как были отброшены недостоверные кварталы (если такие имелись), определяется общая (не поквартальная) С_ср для оставшегося достоверного набора данных:

.

Определяется величина среднеквадратичного отклонения:

.

Выбирается табличное значение критерия Стьюдента для ^ 5%-го доверительного интервала и n-1

t _(5%,n-1).

На основании этих величин вычисляется величина фоновой концентрации при квартальной разбивке:

.

^ V этап. Определение фоновой концентрации при сезонной разбивке.

На этом этапе в расчете участвуют те данные (только концентрации), которые остались после II этапа (!). Они независимо от года разбиваются на сезоны: весенний – 2-4 месяцы; летне-осенний – 5-11 месяцы; зимний – 12 и 1 месяцы.

Если в каком-то сезоне количество данных меньше 3, то такой сезон из расчетов исключается.

Для каждого сезона определяется величина средней концентрации С_ср:

.

Сезон с наибольшей С_ср принимается в качестве базового сезона.

Затем по методике II этапа производится оценка существенности различия базового сезона и остальных сезонов.

После того, как были исключены недостоверные сезоны (если такие имелись), определяется общая (не посезонная) С_ср для оставшегося достоверного набора данных:

.

Определяется величина среднеквадратичного отклонения:

.

Выбирается табличное значение критерия Стьюдента для 5% доверительного интервала и n-1

t _(5%,n-1).

На основании этих величин вычисляется величина фоновой концентрации при сезонной разбивке:

.

^ VI этап. Определение фоновой концентрации .

Значение фоновой концентрации выбирается как большая из двух значений и :

С_ф = max (,)

Примечания:

При расчете фоновой концентрации для показателя растворенный кислород, в формулах для величин и ставится знак “–”, т.е.

,

а С_ф = min (,) .

Если ни в одном квартале количество данных меньше 3, то расчет производится на основе только сезонной разбивки. Аналогично, если ни в одном сезоне количество данных меньше 3, то расчет производится на основе только квартальной разбивки. Если во всех сезонах и во всех кварталах количество данных меньше 3, то расчет производится следующим образом.

Все оставшиеся после ІІ этапа данные объединяются в единую последовательность, для которой рассчитывается:

,

определяется t_(5%,n-1).

После чего рассчитывается :

.

“–” для показателя растворенный кислород.
^ IV* этап. Расчет фоновой концентрации при существовании статистически значимой связи между расходом и концентрацией.

На этом этапе участвуют данные, которые остались после ^ III этапа (!).

Величина определяется следующим образом

,

где С ^расч – концентрация, соответствующая расчетному расходу, мг/дм³.

Расчетный расход – расход 95% обеспеченности.

Для определения С ^расч на основе метода наименьших квадратов, устанавливают связь между расходом и концентрацией в виде линейного уравнения:

.

Величины a и b определяются из выражений:

.

Величина

определяется следующим образом:

,

где S – величина среднеквадратичного отклонения

,

t_(5%,n-1) – табличное значение критерия Стьюдента,

n – количество пар данных,

δ – значение коэффициента корреляции, из этапа III.
Для растворенного кислорода

.
Необходимая литература для расчета фоновых концентраций:

Таблицы значений критерия Стьюдента (Приложение 1).
Номограммы по определению достоверности значений (Приложение 2).

Контрольные вопросы:

1. Что понимают под фоновой концентраций вещества?

2. Дайте краткое описание этапов расчета фоновой концентрации.

3. Какой сезон называется базовым?

4. Какой квартал называется базовым?

5. Чем отличается расчет фоновой концентрации для показателя «растворенный кислород» от стандартной методики расчета?

1 2 3 4 5

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине  Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Водоснабжение (для студентов 4 курса всех форм обучения специальности...		Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «электромагнитная техника» Методические указания к выполнению лабораторных работ и контрольных заданий по дисциплине "Электромагнитная техника". Раздел "Электромагнитные...
	Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Компьютерная графика» Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Компьютерная графика» (для студентов, обучающихся по направлению...		Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу "Технологические основы машиностроения" для студентов специальности...
	Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине... Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Физика” для студентов всех специальностей (Разделы: “Механика”,...		Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине... Методические указания предназначены для студентов и преподавателей университета
	Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «вычислительная... Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Вычислительная техника и программирование», (для студентов 2 курса...		Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Физические... Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Физические свойства и методы исследования» /Составитель В. А. Пчелинцев....
	Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине “Основы тепловых расчетов нагревательных устройств” для студентов...		Методические указания к выполнению расчетно-графической работы «Прикладная гидроэкология» (для студентов 4-го курса дневной формы обучения спец. 070800 «Экология и охрана окружающей среды»). Сост....

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «прикладная гидроэкология»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРИКЛАДНАЯ ГИДРОЭКОЛОГИЯ»

Похожие: