Система поддержки управления качеством воды реки Ингулец, основанная на одномерных моделях динамики воды и переноса примесей

Abstract

Разработана система поддержки управления качеством воды реки Ингулец, позволяющая выбирать наиболее экологически безопасные периоды сброса шахтных вод и экологически благоприятные режимы расходов воды Каховской ГЭС, влияющие на загрязнение нижнего Ингульца и реки Днепр. Моделирующий блок системы основан на численном решении одномерных уравнений Сен–Венана, описывающих гидравлические характеристики речного потока, и численном решении уравнений адвективно-диффузионного переноса примесей. Для решения уравнения переноса использовался консервативный конечно-разностный метод повышенной точности MUSCL/TVD. Программная реализация системы выполнена на языке программирования С++. Представлены результаты тестирования системы по данным измерений концентрации хлоридов в бассейне реки Ингулец. Показано, что выбором экологически благоприятных режимов сбросов воды через плотину Каховской ГЕС можно улучшить качество воды в нижнем Днепре и Ингульце в периоды распространения шахтных вод. Интерфейс пользователя системы реализован с использованием COM-технологии и Microsoft Excel, с учетом пожеланий специалистов Госводхоза Украины, которые эксплуатируют систему в периоды ежегодных сбросов шахтных вод.

Розроблено систему підтримки управління якістю води ріки, Інгулець, яка дозволяє вибирати найбільш екологічно безпечні періоди скидів шахтних вод і екологічно сприятливі режими скидів води Каховської ГЕС, що впливають на забруднення нижнього Інгульця й ріки Дніпро. Моделюючий блок системи базується на чисельному рішенні одномірних рівнянь Сен-Венана, які описують гідравлічні характеристики річкового потоку, й чисельному рішенні рівнянь адвективно-дифузійного переносу домішок. Для рішення рівняння переносу використовувався консервативний кінцево-різницевий метод підвищеної точності MUSCL/TVD. Програмна реалізація системи виконана мовою програмування С++. Представлено результати тестування системи на даних вимірів концентрації хлоридів у басейні ріки Інгулець. Показано, що вибором екологічно сприятливих режимів скидів води через греблю Каховської ГЕС можна поліпшити якість води в нижньому Дніпрі й Інгульці в періоди поширення шахтних вод. Інтерфейс користувача системи реалізований з використанням технології COM-технології та Mіcrosoft Excel, з урахуванням побажань фахівців Госводхоза України, які експлуатують систему в періоди щорічних скидів шахтних вод.

Management support system was developed to control water quality management in Ingulets River basin. The system allows selecting the best periods for mine water releases and ecologically favorable water releases of Kahovka HPP. The above mentioned releases have big influence on the pollution of the lower Ingulets and Dnipro rivers. Modeling block of the system is based on a numerical solution of the one-dimensional Saint-Venant equations, which describe hydraulic characteristics of the river stream, and on a numerical solution of the advection and diffusion pollution transport equations. The above equations were solved using a high-order conservative finite-difference method based on the TVD/MUSCL numerical scheme. Software implementation of the system was done using C++ programming language. The results of a system tests were done using measured data of the chlorides concentration in the Ingulets River basin. It was shown that water quality in the lower Ingulets and Dnieper River during polluted water releases from the mines can be improved by selection of the best favorable regimes of the water releases on the Kahovka HPP dam. Graphical interface of the system was developed using COM technologies and Microsoft Excel application taking into account recommendations from the State Water Committee of Ukraine which uses the system in the time of yearly releases of the polluted mine water.