The determination of a lake or natural watercourse shoreline is the subject of various administrative proceedings relating to, among others, the engineering of riverbeds, construction of hydro-technical facilities, remediation work, land division, or delimitation of parcels. The provisions of law, while laying out the rules for determining shorelines, do not explicitly specify the measurement method to follow. All the more so, as many shores of lakes and watercourses are among terrain details that are difficult to measure due to their varied accessibility, which depends on the terrain, vegetation, and water conditions. The purpose of this paper is to compare selected methods for determining the shoreline of watercourses and lakes in terms of their applicability under different environmental conditions under current legislation. This study comprises an assessment of the suitability of the applied methods of shoreline measurement under varying field conditions and their applicability in surveying work on shoreline determination. Surveys were conducted on 3 reservoirs and one watercourse using geodetic, photogrammetric, and remote sensing techniques, and the suitability of the various methods was evaluated with respect to the field conditions of the measurements.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents 1kW pico hydro generator that consists of an axial water turbine and generator. The rotor of the axial water turbine was developed using the NACA aerodynamic profile. The paper describes the construction of a vertical axial turbine and the laboratory stand for the measurement of the developed and constructed turbine powering a three-phase electric generator. The basic turbine characteristics for the highest efficiency parameters and the characteristics of the generator are presented.
PL
Artykuł dotyczy piko – agregatu o mocy 1kW: osiowej turbiny wodnej i generatora. W artykule przytoczono przykład osiowej turbiny wodnej z wirnikiem opracowanym z zastosowaniem profilu aerodynamicznego NACA. Przedstawiono konstrukcję pionowej turbiny osiowej. Opisano laboratoryjne stanowisko pomiarowe do badań skonstruowanej i zbudowanej turbiny, napędzającej trójfazowy generator elektryczny. Przedstawiono podstawowe charakterystyki turbiny opracowane dla jej parametrów pracy, przy których osiągnęła najwyższą sprawność oraz podstawowe charakterystyki współpracującego z turbiną generatora.
The studies were conducted in the summers of 2017 and 2018 on three watercourses in Central and North-Western Poland, the where maintenance works involving disposal of sediment and silt were performed in the autumn of 2017. Monitoring of the ichthyofauna in the Rurzyca River and the Tywa River before (year 2017) and after the maintenance works (year 2018) indicated a decrease in the number of species. Altogether, 23 fish species were caught in all the watercourses. Out of these, 12 species were not recorded after the studied rivers had been dredged. A slight decrease in the number of fish species was observed in each studied river after the maintenance works. The values of physicochemical parameters obtained for each watercourse indicate a low quality of the waters. After silt had been removed from the watercourses, lower N-NO3values were observed at most research sites, whereas the N-NH4+ values increased significantly (except for one site on the Kanał Habdziński). Additionally, high volumes of P-PO43-were observed (except for sites 2 and 3 on the Kanał Habdziński and site 2 on the Rurzyca River). Maintenance works performed on small watercourses have a negative impact on the quality of waters and a less significant impact on the number of fish and biodiversity. This appears to be connected with migration of fish in the river during the maintenance works and avoidance of the consequent unfavourable conditions to gradually return to their habitats afterwards.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Contemporary tendencies in shaping river valleys in cities constitute a clash and overlap of numerous aspects of contemporary urban planning. The range and diversity of interventions depict the whole array of new urban landscapes, the superior quality of which is constituted by the ecological aspect. Growing climatic changes, as well as limits of the natural environment within urban structures, pose special requirements for urban sections of river valleys. Urban strategies and projects proposed for these sections must face problems related to water resources management, and at the same time, they need to be activators of the new quality of the city in the context of its competitiveness. This paper focuses on two fundamental tendencies in designing river valleys in cities: anti-flood control, and increasing the share of the natural environment in the urban structure.
PL
Współczesne tendencje kształtowania dolin rzecznych w miastach to zderzenie i nałożenie się wielu aspektów współczesnej urbanistyki. Rozpiętość i różnorodność interwencji ukazuje pełen wachlarz nowych krajobrazów miejskich, których cechą nadrzędną staje się aspekt ekologiczny. Narastające zmiany klimatyczne, a także ograniczanie środowiska naturalnego w obrębie struktur miejskich, stawia przed miejskimi odcinkami dolin rzecznych szczególne wymagania. Proponowane dla tych odcinków strategie i projekty urbanistyczne muszą sprostać zarówno problemom dotyczącym gospodarowania zasobami wodnymi, jak i jednocześnie być stymulatorem nowej jakości miasta w kontekście jego konkurencyjności. Artykuł skupia się na dwóch podstawowych tendencjach w kształtowaniu dolin rzecznych w miastach: ochronie przeciwpowodziowej oraz zwiększaniu udziału środowiska naturalnego w strukturze miejskiej.
Miasta i tereny zurbanizowane od zarania historii związane są z ciekami wodnymi, nad którymi są najczęściej położone. Obecnie zdecydowana większość rzek płynących przez obszary miejskie nie przypomina cieków naturalnych. Działania polegające na regulacji koryta rzecznego i ujednolicania jego morfologii w konsekwencji prowadzą do zubożenia i niekiedy dewastacji ekosystemów wodnych oraz powodują często nieodwracalne zmiany w obiegu wody. Praca podejmuje tematykę oceny hydromorfologicznej cieków na obszarach zurbanizowanych w świetle Ramowej Dyrektywy Wodnej oraz uwarunkowania z zakresu zarządzania obszarami wód płynących na terenach miejskich w Polsce.
EN
Since the dawn of time, cities and urbanized areas have been linked to watercourses over which they are located most frequently. Nowadays, the vast majority of rivers flowing through urban areas do not resemble natural watercourses. Measures consisting of regulation the riverbed and consolidation of its morphology, in consequence, lead to the impoverishment and sometimes devastation of aquatic ecosystems and often cause irreversible changes in water circulation. The article undertakes the subject of the hydromorphological assessment of watercourses in urbanized areas in the light of the Water Framework Directive and the conditions in terms of management of areas of water flowing in urbanized areas in Poland.
Przeprowadzono roczną ocenę funkcjonowania systemu filtrów wypełnionych kształtkami z polipropylenu i keramzytem, usytuowanych w korycie rzeki, których zadaniem była redukcja zawiesin ogólnych oraz biogenów w wodzie przed jej odprowadzeniem do śródmiejskiego jeziora. Wykazano, że z powodu złej konserwacji i małej ilości zabiegów czyszczących, skuteczność systemu znacznie spadła w stosunku do okresu prawidłowej eksploatacji. Dotyczyło to przede wszystkim wyczerpania możliwości zatrzymywania głównego pierwiastka biogennego – fosforu. W okresie monitorowania obiekt utrzymał zdolność do redukcji zanieczyszczeń organicznych, zawiesin i azotu.
EN
An annual assessment pertaining to the functioning of the filter systems filled with polypropylene and gravelite profiles, located in the river bed, to reduce total suspensions and biogenic compounds in the water before it was directed to the city lake, was carried out. It has been shown that due to poor maintenance and a small number of cleaning operations, the efficiency of the system has decreased considerably, comparing to the period of correct operation. This was mainly related to the exhaustion of the ability to retain the main biogenic element – phosphorus. Througout the monitoring period, the facility retained the ability to reduce organic pollutants, suspended solids and nitrogen.
W pracy przedstawiono wyniki badań jakości wody cieku Bogdanka oraz zbiorników przez które przepływa, w okresach wegetacyjnych lat 2011–2012. Próbki do analiz laboratoryjnych pobierane były w siedmiu punktach pomiarowo-kontrolnych i obejmowały oznaczenie wybranych elementów fizykochemicznych tj. O2, BZT5, ChZT, pH, przewodność w 20° C, N-NO3, N-NH4 i PO43-. Analiza otrzymanych wyników wykazała, że jakość wody w górnym biegu Bogdanki była lepsza niż w jej dolnym biegu – poniżej jeziora Rusałka oraz Stawu Sołackiego. Wielkość stężeń niektórych badanych wskaźników fizykochemicznych (ChZT, BZT5 i PO43-) przekraczały wartości graniczne klasy II i dlatego stan cieku określono jako poniżej dobrego.
EN
The paper concerns with water quality of Bogdanka Stream and its reservoirs, which flow trough it, during vegetation period of 2011–2012. The water samples for physico-chemical analysis were collected from seven control points and analyzed for: O2, BOD5, COD, pH, EC, N-NO3, N-NH4 and PO43-. Results obtained showed that water quality in the upper-course of Bogdanka was better than in the lower-course – bellow Rusałka and Staw Sołacki Lakes. Some parameters such as: COD, BOD5 and PO43- exceeded threshold values for second class and classified water as below good.
Badania prowadzono na odcinku cieku wodnego zlokalizowanym we wsi Mostkowo. Ciek ten częściowo płynie rurą w ziemi. Badaniu poddano część nieskanalizowaną o długości 1022 m, na której wydzielono trzy punkty pomiarowe. Osady denne analizowano pod kątem zawartości wybranych metali ciężkich, tj.: Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn. Wykorzystując maksymalne wartości stężeń metali ciężkich w analizowanych próbach przeprowadzono ocenę zanieczyszczenia osadów z cieku wodnego. Celem pracy była ocena stopnia zanieczyszczenia wraz z wskazaniem na możliwość ich zagospodarowania. Uzyskane wyniki analiz chemicznych pozwoliły na stwierdzenie, że najwyższe stężenia badanych metali ciężkich wystąpiły w próbach pobranych z punktu zlokalizowanego w pobliżu zabudowy gospodarczej, ogródków działkowych oraz w pobliżu centrali nasiennej (P-1) w warstwach osadów 5-10 i 20-30 cm. Wyniki wskazują, że w badanych osadach występował różny stopień akumulacji metali ciężkich zależny od miejsca poboru prób. Wskazują na to zróżnicowane szeregi zawartości metali ciężkich w osadach. Dla punktu P-1 szereg ten ma postać; Zn>Pb>Cu>Cr>Ni>Co>Cd, dla punktu P-2; Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>Co>Cd oraz dla punktu P-3 szereg ten wyglą- da następująco; Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>Co>Cd. Osady denne klasyfikowane były do pierwszej i drugiej klasy jakości osadów wodnych dlatego mogą być dowolnie zagospodarowane w środowisku wodnym i lądowym.
EN
The research was carried out on the section of the watercourse located in the village Mostowo. Watercourse flows through the pipe at a certain distance. The study was carried out on the uncanalized part with length of 1022 m. At this section the three measuring points were established. Bottom sediments were analyzed for the contents of selected heavy metals, such as: Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn. Using the maximum concentrations of heavy metals in the analyzed sediment samples the evaluation of watercourse sediment contamination was done. The aim of the study was the assessment of sediments contamination and indication on possibilities of their utilization. The obtained results indicate that the highest concentrations of heavy metals in the sediments were in samples taken from a point located near the business buildings, allotments and near the seed headquarters (P-1) in a layers 5-10 and 20-30 cm. The results indicate that the studied sediments differently accumulated the heavy metals depending on the location of sampling points. That accumulation can be expressed by different series of heavy metals concentration in the sediment. For the point P 1 it takes the following form: Zn> Pb> Cu> Cr> Ni> Co> Cd, for the point P-2: Zn> Cu> Cr> Ni> Pb> Co> Cd and for the point P-3 the series is as follows: Zn> Cu> Cr> Pb> Ni> Co> Cd. Bottom sediments can be classified into first and second water quality class. They can be freely utilized in aquatic and terrestrial environments.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W latach 2012–2013 przeprowadzono badania potencjału ekologicznego wód powierzchniowych w obszarze Natura 2000 OSO Lasy Parczewskie. Analiza badanych cieków w oparciu o wskaźniki biologiczne jednoznacznie wskazała na ich antropogeniczny charakter. Niskie wartości wskaźników biologicznych wód badanych cieków były wynikiem parametrów hydromorfologicznych koryta. Cieki charakteryzowała niewielka szerokość i głębokość, okresowy brak przepływu wody oraz modyfikacje koryta. Chemiczne wskaźniki jakości wód powierzchniowych osiągały małe wartości, jedynie ChZT i fosfor ogólny osiągały duże wartości. Poszczególne wskaźniki chemiczne jakości wody były w różnym stopniu powiązane z wskaźnikami biologicznymi.
EN
The quality of surface water in drainage ditches in an area of special protection of Natura 2000 Parczew Forests was studied in 2012–2013. The std. biol. and chem. indicators for various sampling sites were detd. periodically every 3 mo. and the resulting values of the indicators were processed statistically. The resulting low values of macrophyte river index and infusorial index pointed to a poor quality of surface waters. The highest changes were found for the phytoplankton indicator, depended on the sampling locations and time and indicated a good or poor water quality, resp. In addn., strong correlations were detd. between the biol. indicators (the presence of macrophytes and diatoms in water) and chem. ones (O and N contents in water and pH).
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
As a town of abundant natural environment resources, Szczyrk provides a good example of the spatial transformations taking place in recent years. The changes also affect watercourses and areas indicated as eligible for the status of protected areas. Nevertheless, the changes now in progress not only fail to comply with the currently valid trends in architecture and urban planning, but also frequently copy erroneous solutions from the past. The existing situation calls for undertaking appropriate actions for the future, which will enable preservation of the natural environment in the possibly unchanged form so that it could coexist with humans and their activities.
PL
Szczyrk jako miasto o bogatych zasobach środowiska przyrodniczego jest przykładem transformacji przestrzennych dokonujących się w ostatnich latach. Zmianom tym podlegają także cieki wodne oraz obszary postulowane do nadania im statusu obszarów chronionych. Jednak dokonujące się przemiany nie tylko rozmijają się z obowiązującymi trendami w architekturze i urbanistyce, lecz często powielają błędne rozwiązania z przeszłości. W istniejącej sytuacji zachodzi potrzeba podjęcia odpowiednich kroków na przyszłość. Umożliwi to zachowanie środowiska naturalnego w możliwie niezmienionej formie tak, by mogło ono koegzystować z działalnością człowieka.
1,3,7-trimethylxanthine (caffeine) is an ingredient of coffee, tea, energy drinks, drugs and cosmetics. Generally, it is the most consumed pharmaceutical substance all over the world. Although it is easily metabolized, caffeine is present in wastewaters generated by households. Therefore, its detection in streams and rivers shows that untreated wastewaters are discharged into environment. Determination of caffeine in waterways could be an indicator of their anthropogenic pollution. Rudawa is the river flowing through southern Poland, with the river basin area about 318 km2. It is a left tributary of the Vistula River, with the river mouth located in the Krakow city. Rudawa is one of the drinking water supplies for the city. It provides about 40000 m3 of water per year. Water used as a source of drinking water must be the highest quality. Therefore the river on which drinking water intakes are located is the subject of the special monitoring. Water quality monitoring has always been important on Rudawa river and it continues to be monitored today. The aim of this study has been to check whether the caffeine is present in Rudawa waters, to determine its concentration and localization of potential sources of pollution. Samples taken from the river in twelve selected locations along the Rudawa River and its tributaries have been analyzed. Solid phase extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) has been used. Caffeine isotope 13-C3 in methanol, Sigma Aldrich, has been used as an internal standard. The concentration of caffeine in samples has ranged from 40 to 380 ng/dm3.
PL
1,3,7-trimetyloksantyna (kofeina) jest składnikiem kawy, herbaty, napoi energetyzujących, leków i kosmetyków. Jest najpowszechniej spożywanym farmaceutykiem na całym świecie. Chociaż jest łatwo metabolizowana, kofeina jest obecna w ściekach powstających w gospodarstwach domowych. Wykrycie kofeiny w wodach powierzchniowych dowodzi, że ścieki są bez oczyszczenia odprowadzane do środowiska. Oznaczenie zawartości kofeiny w ciekach może być uznane za wskaźnik ich antropogennego zanieczyszczenia. Rudawa to rzeka płynąca w południowej Polsce o powierzchni zlewni około 318 km2, jest lewostronnym dopływem Wisły, do której uchodzi na terenie miasta Krakowa. Rudawa jest jednym ze źródeł zaopatrzenia mieszkańców miasta w wodę. Dostarcza około 40 000 m3 wody rocznie. Woda wykorzystywana jako źródło wody pitnej powinna być najwyższej jakości. Dlatego jakość wody rzeki, na której zlokalizowane jest ujęcie wody pitnej, powinna być pod szczególnym nadzorem. Monitorowanie jakości wody z rzeki Rudawy zawsze było prowadzone i jest nadal. Celem badania było sprawdzenie, czy kofeina występuje w wodach Rudawy, określenie jej stężenia i lokalizacji potencjalnych źródeł zanieczyszczeń. Pobrano dwanaście próbek wody z Rudawy i jej dopływów oraz przeprowadzono ich analizy metodą ekstrakcji do fazy stałej połączonej z chromatografią gazową ze spektrometrią mas (GC-MS). Zastosowano izotop 13-C3 kofeiny w metanolu (Sigma Aldrich) jako wzorzec wewnętrzny. Stężenie kofeiny w próbkach wahało się od 40 do 380 ng/dm3.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie przedstawiono urządzenie pozwalające na skuteczne pozyskiwanie energii z niewielkich cieków wodnych, w których nieopłacalne lub niemożliwe jest zastosowanie typowych turbin wodnych. Przedstawiono ideę działania urządzenia. Porównano wielkość uzyskanej energii dla tradycyjnego sposobu pozyskiwania energii z wody (przy użyciu turbin wodnych) i przy wykorzystaniu zaproponowanego urządzenia.
EN
This article presents a device which allows to extract energy from the streams where it is impossible or uneconomical to use conventional water turbines. Traditional way of obtaining energy from a water courses (using a water turbine) was compared witch a method which involves our device. The paper also shows the concept of the device.
Polish lowland reservoirs has a very high degree of trophy, because they are exposed to a number of threats. Currently, many artificial water suffers from eutrophication, which causes the loss of their natural and recreational values. Among them there is the reservoir in Janów Lubelski. The aim of the study was to analyze the function of natural conditions for development of recreation in the area of the reservoir. Furthermore, study of directive on ways to improve the water quality of stream supplying water into the reservoir, as well as an indication of the ability to increase its resistance to anthropogenic pressures. Condition of successful functioning of the stream and improving their ecological status was to organize the catchment, as well as propose the establishment of initial reservoir serve as a biofilter.
PL
Polskie zbiorniki nizinne cechuje bardzo wysoki stopień trofii, gdyż są one narażone na szereg zagrożeń. Obecnie wiele sztucznych zbiorników boryka się z problemem eutrofizacji, która powoduje utratę ich walorów przyrodniczych i rekreacyjnych. Wśród nich jest także zalew rekreacyjny w Janowie Lubelskim. Celem opracowania była analiza przyrodniczych uwarunkowań rozwoju funkcji rekreacyjnej w rejonie zalewu oraz przygotowanie wytycznych dotyczących sposobów poprawy stanu czystości wód cieku doprowadzającego wody do zalewu służącego do celów rekreacyjnych, a także wskazanie na możliwości zwiększenia jego odporności na oddziaływania antropogeniczne. Warunkiem prawidłowego funkcjonowania cieku doprowadzającego wody do zalewu oraz poprawy jego stanu ekologicznego było uporządkowanie zagospodarowania jego zlewni, a także propozycja utworzenia zbiornika wstępnego pełniącego rolę biofiltra.
W artykule omówiono zaniedbania przejawiające się praktycznie zanikiem turystyki wodnej na śródlądziu (oprócz Warmii i Mazur). Wskazany został kierunek usunięcia zaniedbań i rozwoju tej znakomitej formy działalności ludzkiej na polskich wodach śródlądowych.
EN
The article describes negligence as a result of which the inland water tourism (with exception of Warmia and Mazury) has practically disappeared. It points out the direction of this negligence elimination and of the development of this excellent form of human activity on Polish inland waters.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Gdy profil mostowy jest zwarty a na terenach zalewowych głębokość wody jest niewielka, to można pogłębić ten teren i w ten sposób zwiększyć światło mostu i zmniejszyć prędkość przepływu. Publikacje różnych autorów określają sposoby i zakresy pogłębiania terenów pod mostami.
EN
When bridge profile is compact and water depth on water-meadow is small, it is possible to deepen the land under bridge and in this way to increase bridge clearance and to decrease speed of water flow. Publications of various authors give ways and scopes of land deepen under bridges.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Konstruowanie coraz bardziej złożonych modeli propagacji różnych rodzajów substancji w środowisku wodnym, z uwzględnieniem szybkości ich przemian i szybkości oddziaływań z innymi komponentami środowiska, umożliwia coraz doskonalszy opis procesów rzeczywistych jakim podlegają, dokładniejsze określanie ilości tych substancji w określonym miejscu i czasie. Wszystkie modele wymagają znajomości wartości liczbowych pewnych parametrów. Im bardziej rozbudowany model, tym tych parametrów jest więcej. Określenie wartości liczbowych parametrów zwykle nie jest łatwe. Najczęściej konieczne jest w tym celu przeprowadzenie odpowiednich badań terenowych i testów laboratoryjnych. Niektóre badania i testy umożliwiają wyznaczenie jednego parametru. W odniesieniu do innych parametrów konieczne jest jednoczesne wyznaczenie kilku wartości liczbowych. Przykładem złożonego modelu propagacji pewnej substancji w rzece jest model transportu masy odnoszący się do nieustalonych w czasie przepływów i stężeń.Model taki składałby się z równań: bilansu objętości (równanie ciągłości), bilansu pędu, bilansu masy dla fazy ciekłej, to znaczy wody cieku, bilansu masy dla fazy stałej, czyli materiału dna cieku. Uwzględnienie w modelach transportu masy szybkości procesów chemicznych, biochemicznych, fizycznych wymaga sformułowania odpowiednich równań kinetycznych. Należy jednak pamiętać, że zbyt daleko idące uproszczenia mogą pogarszać jakość wyników obliczeń. Szczególnie trudne, do jakościowo dobrego opisu, są procesy wymiany masy między fazami (np.: powietrze atmosferyczne-woda, woda-warstwa osadów dna rzeki, woda-glony itp.). Modelem najczęściej stosowanym do opisu procesów transportu masy przez granicę faz jest model Whitmana [12, 15, 20]. Wyniki obliczeń uzyskane za pomocą tego modelu mogą niekiedy dość znacznie różnić się od wyników otrzymanych za pomocą modeli dyfuzyjnych. Podjęta została zatem próba poprawienia modelu Whitmana.Uwzględnienie w równaniach transportu masy efektów adsorpcyjno-absorpcyjnych wymaga w niektórych sytuacjach modyfikacji sposobu zapisu jego składników. W pracy podano wiele wyprowadzeń równań umożliwiających uwzględnienie efektów adsorpcyjno-absorpcyjnych, którym podlegają transportowane przez wodę substancje w warunkach naturalnych. Niniejszy artykuł poświęcony jest problematyce szybkości procesów adsorpcyjno-absorpcyjnych w stanach nieustalonych. Przeanalizowano szczegółowo dynamikę procesu transportu masy z fazy ciekłej (woda rzeki) do fazy stałej (warstwa materiału dna rzeki). Wyprowadzono wiele równań opisujących szybkość absorpcji z reakcją chemiczną dla okresowych zmian stężeń analizowanej substancji. Równania takie mogą być wykorzystane przy modelowaniu transportu masy określonej substancji w wodzie rzeki bez konieczności obliczania stopnia absorpcji w materiale dna rzeki.Taki sposób postępowania znacznie upraszcza modele propagacji badanej substancji w przypadku okresowych zmian stężeń. Z teoretycznej analizy transmitancji dla fazy stałej wynika, że zmiany stężenia wewnątrz faz stałych o różnych grubościach zbliżają się do siebie, jeżeli: rośnie grubość warstwy fazy stałej, zmniejsza się okres fali stężenia, wzrasta wartość stałej szybkości procesu zaniku substancji wewnątrz fazy stałej. Na granicy faz, po stronie fazy stałej, funkcja gradientu stężenia jest przyspieszona, w sensie przesunięcia w czasie, względem funkcji stężenia przy założeniu, że zachodzi proces zaniku substancji lub nie zachodzi żaden proces. Przesunięcie w czasie zmienia się w zakresie < 0, 1/8 > okresu funkcji stężenia. Wartość gradientu stężenia, na granicy faz, po stronie fazy stałej, może być obliczona na podstawie zmian stężenia i pochodnej stężenia względem czasu na granicy faz.W przypadku procesów chemicznych lub biochemicznych fale stężeń wewnątrz fazy stałej mogą wykazywać duże opóźnienia w stosunku do fal stężeń na granicy faz oraz mogą być dość silnie tłumione. Wzrost wartości stałej szybkości procesu powoduje silniejsze tłumienie fali stężenia wewnątrz fazy stałej. Małe wartości współczynnika dyfuzji molekularnej w wodzie (rzędu 1,7E - 9 m[2]/s) powodują, że stężenie, w niewielkiej odległości od granicy faz (0,01 m), po stronie fazy stałej, wykazuje już małe oscylacje. Oznacza to istnienie stanów praktycznie ustalonych dla stężenia w odległościach rzędu 0,01 m (i większych) od granicy faz. Analiza dynamiki procesu absorpcji z reakcją chemiczną umożliwiła wyprowadzenie równania opisującego wielkość strumienia wnikającej substancji do wnętrza fazy stałej. Równanie takie może być zastosowane do wyznaczenia błędu generowanego przez model warstewkowy Whitmana dla procesu wnikania masy.Zmiana wartości stężenia w fazie ciekłej powoduje,że badana substancja ulegać będzie absorpcji w fazie stałej lub desorpcji. Jeżeli jednak amplituda fali stężenia na granicy faz jest dostatecznie mała w porównaniu ze stężeniem średnim oraz zachodzi proces powodujący zanik substancji w fazie stałej, to desorpcja może w ogóle nie wystąpić. Przeanalizowano, z kinetycznego punktu widzenia, rzędowość ogólnego procesu absorpcji z reakcją chemiczną w stanach ustalonych. Zauważono, że w przypadku cieków naturalnych, pominięcie efektów dyspersyjnych przy wyznaczaniu rozkładu stężenia wzdłuż rzeki, w stanach ustalonych, nie musi prowadzić do istotnych błędów. Stosowanie modeli adwekcyjnych w wielu przypadkach stanów ustalonych może być wystarczająco dokładne.
EN
Elaboration of increasingly complex models of the propagation of various kinds of substances in water environment while taking into consideration the rate of their changes and the rate of their interaction with the other components of the environment enables a more accurate description of the real processes to which these substances are subjected and more accurate determination of the amount of these substances at a definite place and time. All these models require the knowledge of the numerical values of certain parameters. A more developed model has an appropriately greater number of parameters. Determination of the numerical values of the parameters is usually not easy. Most often it is necessary to carry out appropriate field investigations and laboratory tests. Some investigations and tests allow to determine one parameter. With respect to other parameters there must be determined simultaneously several numerical values.An example of a complex model of the propagation of a certain substance in a river is the model of mass transport referring to unsteady flows and concentrations. Such a model would comprise the equations of the balance of volume (equation of continuity), the balance of momentum, the mass balance for liquid phase, i.e. the water course, the mass balance for solid phase, i.e. the material of the bottom of the water course. Consideration of the rate of chemical, biochemical and physical processes in models of mass transport makes it necessary to formulate appropriate kinetic equations. However, it must be realised that too grate simplification may deteriorate the quality of results of calculations. The processes of the exchange of mass between the phases (e.g.: atmospheric air-water, water-layer of sediments on the river bottom, water-algae, etc.) are especially difficult as regards their accurate qualitative description.A model most often used for the description of the processes of mass transport through the phase boundary is the model of Whitman [12, 15, 20]. Results of calculations obtained using this model may occasionally considerably differ from the results obtained using the diffusion models. Thus an attempt has been made to correct the model proposed by Whitman. Consideration of the adsorption-absorption effects in the equations of mass transport requires, in some situations, a modification of the method of recording its components. In the paper there will be given several derivations of equations enabling to take into considerations the adsorption-absorption effects, to which the substances transported by water in natural conditions are exposed. The present paper deals with the problem of the rate of the adsorption-absorption processes in unsteady states.The dynamics of the processes of mass transport from the liquid phase (river water) to the solid phase (layer of material in the river bottom) has been analysed. There have been derived several equations describing the rate of absorption with a chemical reaction for periodical changes of the concentration of the analysed substance. Such equations can be used for modelling the mass transport of some definite substance in the river water without the necessary to calculate the degree of absorption in material of the river bottom. Such a procedure considerably simplifies the models of propagation of examined substance in the case of periodical of the concentration.From a theoretical analysis of the transmittance of a solid phase it follows, that the concentration changes inside the solid phase of various thickness are close to each other if the thickness of the layer of solid phase increases, the periodic of the concentration wave is decreasing, the value of the rate constant of the processes of the substance decay inside the solid phase increases. At the phase boundary, on the side of solid phase, the function of the concentration gradient is accelerated, i.e. it is shifted in time, with respect to the concentration function at the assumption, that there takes place the process of the substance decay or no process takes place.The shift in time changes in the range < 0, 1/8 > of the period of the concentration function. The value of the concentration gradient, at the phase boundary, on the side of solid phase, can be calculated on the basis of the concentration changes and the concentration derivative with respect to time at the phase boundary. In the case of chemical or biochemical processes the concentration waves inside the solid phase may show great delay in relation to the concentration waves at the phase boundary and may be greatly attenuated. The increase in the value of the rate constant the process causes greater attenuation of the concentration wave inside the solid phase. Small values of the coefficient of molecular diffusion in water (of the order 1,7E - 9 m[2]/s) cause that concentration at a small distance from the phase boundary (0,01 m), on the side of the solid phase, shows small oscillations.This indicates the existence of practically steady states for concentrations at distance of the order of 0,01 m (or greater) from the phase boundary. Analysis of the dynamics of the absorption process with the chemical reaction enabled to derive an equation describing the value of the stream of the substance penetrating to the inside of the solid phase. Such equations may be used to determine the error generated by the film model of Whitman for the process of mass penetration. A change in the value of concentration in the liquid phase causes that the examined substance may undergo absorption in the solid phase or desorption. However, if the amplitude of the concentration wave at the phase boundary is sufficiently small in comparison with the mean concentration and if there occurs a process inducing the decay of the substance in the solid phase, desorption may not appear at all.There has been analysed, from the point of view of kinetic, the order of the general absorption process with chemical reaction in steady states. It has been found, that in case of a natural watercourses, neglecting of the dispersion effects when determining the course of concentration along the river, in steady states, need not result in any essential errors. Application of the advection models in many cases of steady states may be sufficiently accurate.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule zajęto się analizą modelu szybkości absorpcji substancji rozpuszczonych w fazie ciekłej (w wodzie rzeki) przez fazę stałą (warstwę materiału dna rzeki) w przypadku nieustabilizowanych w czasie zmian stężenia. Podjęto próbę ustalenia związku między gradientem stężenia na granicy faz a stężeniem na granicy faz. Zauważono, że podczas cyklicznych zmian stężenia na granicy faz, opisanych pojedynczą funkcją harmoniczną, punkty na wykresie, wyznaczone na podstawie wartości stężenia oraz gradientu stężenia dla tej samej chwili, tworzą krzywą zamkniętą - elipsę. Sporządzenie wykresu gradientu stężenia w funkcji stężenia opóźnionego wykazuje, że elipsa punktów ulega spłaszczeniu lub przechodzi w odcinek. Do zbadania przebiegu nieokresowego procesu absorpcji zastosowano wyniki analizy procesu wnikania do fazy stałej w przypadku zmian stężenia określonej substancji opisanych za pomocą funkcji w postaci prostokątnych impulsów.Odstępy w czasie między kolejnymi impulsami stężeń, w pobliżu granicy faz, ustalono na tyle długie, aby mogły zaistnieć stany równowagi procesu absorpcji z reakcją chemiczną. W przypadku, gdy zmiany stężenia w czasie opisane są za pomocą kilku harmonicznych (przybliżenie impulsu prostokątnego), efekt spłaszczenia krzywej zamkniętej również występuje, chociaż nie jest tak idealny, jak w przypadku pojedynczej harmonicznej. Efekt spłaszczenia krzywej zastosowano w konstrukcji modelu opisującego związek między gradientem stężenia i stężeniem. Gradient stężenia na granicy faz, w warunkach dynamicznych, może być aproksymowany za pomocą kombinacji liniowej stężenia na granicy faz oraz stężenia opóźnionego na granicy faz, pochodnej stężenia na granicy faz względem czasu. W niektórych sytuacjach postać modelu może zostać uproszczona przez pominięcie składnika zawierającego wartości stężenia opóźnionego.Zaproponowany model może być również stosowany do opisu związku między gradientem i stężeniem w sytuacji, gdy procesowi absorpcji i desorpcji towarzyszy reakcja chemiczna.
EN
The paper contains the analysis of a model of the absorption rate of substances dissolved in the liquid phase (in river water) by a solid phase (a layer of material of the river bottom) in case of unstable changes of concentration. An attempt has been made to determine the relation between the concentration gradient at the phase boundary and concentration at the phase boundary. It has been found that during cyclic concentration changes at the phase boundary, described by one harmonic function, the points on the graph, determined on the basic of the concentration values and the concentration gradient for the same moment of time, form a closed curve - ellipse. Preparation of a graph of the concentration gradient as a function of concentration delayed shows that the ellipse of points is flattened or it becomes a line segment.To examine the course of an aperiodic absorption process there have been used the results of an analysis of the process of penetration to the solid phase, in the case of concentration changes, of a definite substance, described by means of a function in the form of rectangular pulses. The intervals in time between the successive concentration pulses, near the phase boundary, were established long enough for the equilibrium states of absorption process with a chemical reaction to occur. In the case when the concentration changes in time are described by means of a few harmonics (approximation of a rectangular pulse), the effect of flattening of the closed curve, although it is not as perfect as in the case of a one harmonic. The effect of the flattening of curve was used to construct a model describing the relation between the concentration gradient and concentration.The concentration gradient at the phase boundary, in dynamic conditions, can be approximated by means of a linear combination of concentration at the phase boundary, delayed concentration at the phase boundary, concentration derivative at the phase boundary with respect to time. In certain situations the form of the model can be made simpler by omitting the component containing the values of concentration delayed. The proposed model can be also used to describe relation between the gradient and the concentration in a situation when the process of absorption and desorption is accompanied by a chemical reaction.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przeanalizowano równania opisujące szybkość procesów adsorpcji i absorpcji oparte na modelu Whitmana. W przypadku stanów nieustalonych, strumień masy substancji wnikającej do warstwy materiału dna rzeki, obliczony za pomocą tych równań różni się od strumienia masy obliczonego za pomocą równania dyfuzji masy. W celu zmniejszenia różnicy między strumieniem wyznaczonym z modelu Whitmana a strumieniem rzeczywistym wprowadzono poprawkę do równania gradientu stężenia wynikającego z modelu Whitmana. Poprawka ta może być wyrażona w postaci iloczynu pewnego parametru i pochodnej stężenia na granicy faz, po stronie fazy stałej, względem czasu. Parametr ten jest odpowiednikiem współczynnika [alfa][2] (równanie (33c) cz. I). W związku z tym zależeć on będzie od okresu fali stężenia, stałej szybkości procesów chemicznych oraz współczynnika dyfuzji.Poprawione równanie dla gradientu stężenia zastosowano do wyprowadzenia innego równania opisującego ogólną szybkość procesów: absorpcji, adsorpcji przy liniowej równowadze międzyfazowej oraz reakcji chemicznych zachodzących w fazie ciekłej i stałej według mechanizmu jednocząsteczkowego pierwszego rzędu w stanach nieustalonych w odniesieniu do fazy ciekłej. Znajomość ogólnej szybkości procesów wcześniej wymienionych umożliwia budowę adwekcyjno-dyspersyjnego modelu transportu masy w rzece uwzględniającego przebieg tych procesów. Model taki zawiera składnik w postaci poprawki odnoszącej się do pochodnej stężenia względem czasu. Opisany model może być również zastosowany do symulacji transportu zanieczyszczeń podlegających procesom adsorpcji lub absorpcji, w warstwie materiału dna rzeki, przebiegającym z prędkością skończoną i nieskończenie wielką poprzez stany równowagowe.W związku z tym współczynnik a2, występujący w modelu składającym się z równań: (42), (43), (44), jest jednocześnie poprawką zwiększającą dokładność modelu Whitmana oraz parametrem charakteryzującym procesy adsorpcyjno-absorpcyjne przebiegające poprzez stany równowagowe.
EN
Equations describing the rate of the adsorption and absorption processes based on Whitman.s model have been analysed. In the case of unstable states, the stream of substance mass, penetrating to the layer of the material of the river bottom, calculated by means of these equations, differs from the stream of mass calculated by means of the equation of mass diffusion. In order to reduce the difference between the stream determined by Whitman.s model and the real stream, a correction has been introduced in the equation for the concentration gradient, resulting from Whitman.s model. This correction can be expressed in the form of the product of a certain parameter and the concentration derivative on the phase boundary, on the side of the solid phase, with respect to time. This parameter is the equivalent of the coefficient [alfa][2] (eq. (33c), part I). Accordingly, it will depend on the period of concentration wave, the rate constant of the chemical processes, the diffusion coefficient.The corrected equation for the concentration gradient has been used to derive another equation, describing the general rate of the absorption and adsorption processes at linear interphase equilibrium and the chemical reactions occurring in the liquid and solid phase according to the monomolecular mechanism of the first order in unstable states with reference to the liquid phase. The knowledge of the general rate of the earlier mentioned processes enables the construction of an advective - dispersion model of mass transport in a river, with consideration given to the progress of these processes. Such a model contains a component in the form of a correction referring to the concentration derivative with respect to time.The described model may be also used for simulation of the transport of pollutants subjected to the progress of processes of adsorption and absorption in the layer of the material of the river bottom, occurring at a finite and infinitely great rate through the equilibrium states. Accordingly, the coefficient a2, appearing in the model comprising the equations (42), (43), (44) is simultaneously a correction increasing the accuracy of Whitman.s model and a parameter characterising the adsorption - absorption processes progressing through the equilibrium states.
W pracy przedstawiono nowy sposób obliczania drogi mieszania zanieczyszczeń oparty na współczynniku stopnia wyrównania stężeń. Wykorzystano do tego celu dwa modele: Bielskiego i Boczara adwekcyjnego transportu zanieczyszczeń z dyspersja poprzeczną. W pracy podano metodę wyznaczania współczynników a(n) w równaniu Bielskiego dla prostokątnego lub innego rozkładu stężeń zanieczyszczeń w przekroju początkowym. Przeanalizowano różnice, jakie wystąpią przy określaniu obiema metodami drogi mieszania i rozkładu stężeń po szerokości cieku. Zauważono, że różnice wynikają z odmiennego sposobu wyprowadzenia równań (9) i (11). Stwierdzono, że w celu skrócenia drogi mieszania zanieczyszczenia należałoby wprowadzić, jeśli to możliwe, w pobliżu os rzeki oraz tak, aby wytworzony pas zanieczyszczeń 2L, był możliwie największy.
EN
The paper presents a new method of calculating the mixing length of pollutants, based on the coefficient of the degree of concentrations leveling. Two models have been used: of Bielski and of Boczar of advective transport of pollutants with transverse dispersion. A method of determining the coefficient a(n) in Bielski's formula for rectangular or other concentration distribution of pollutants in the initial cross-section has been given. The differences which will occur when determining using any of these methods the mixing length and the concentration distribution on the width of water-course are analysed. It has been noticed that the differences are due to the different method used when deriving the formula (9) and (11). It has been found, that in order to shorten the mixing length the pollutants should be disposed, as far as possible, near the river axis and also in such a way as to make the formed zone of inflow of pollutants, of the width 2L, as large as possible.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.