ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭКОЛОГИИ
Лабораторная работа № 5
Тема: «Автоматизированные расчеты рассеивания выбросов вредных веществ в атмосфере с использованием программного комплекса «ЭОЛ+»
Цель работы: освоить интерфейс и особенности заполнения базы исходных данных программного средства «ЭОЛ+», выполнить модельные расчеты рассеивания примесей на основе полученного индивидуального задания.
Материалы и оборудование:
1) теоретические предпосылки, изложенные ниже, а также в «Методике работы с программой ЭОЛ+»;
2) исходные данные, характеризующие привязку промышленных площадок к городской системе координат (табл.3.1), параметры источников выбросов отдельных промышленных площадок (табл. 3.2), электронная топографическая основа городской территории;
3) персональный компьютер;
4) инсталляционный пакет программы «ЭОЛ+».
Теоретические предпосылки
В современной экологической практике для целей ОВОС, а также для разработки Материалов, обосновывающих Разрешения на выбросы вредных веществ от действующих предприятий, используют следующие программные комплексы (ПК):
1) «ЭОЛ», версия 3.5 (функционирующий в программной среде DOS);
2) «Plener», версия 1.25 (под управлением DOS);
3) «ЭОЛ+» (под управлением Windows);
4) «ЭОЛ-2000» и «ЭОЛ-2000 (h)» (под управлением Windows).
Перечисленные программные продукты являются официально признанными на Украине и реализуют «Методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (ОНД-86).
Одним из частных случаев, изложенных в методике ОНД-86, является расчет максимальной приземной концентрации і -той примеси (Cм) при выбросах её из трубы в составе нагретой газо-воздушной смеси с применением известной расчетной формулы:
где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы в данном регионе и определяемый согласно ОНД-86;
Мi (г/с) – масса і -того вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу данным источником в единицу времени, т. е. мощность выброса;
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания примеси в атмосфере (для газообразных вредных веществ его значение равно 1, для твердых частиц и мелкодисперсных аэрозолей условно принимаем F =3);
m и n - коэффициенты, учитывающие особенности условий выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса (правила их вычисления описаны в Методике ОНД-86);
Н (м) - высота источника выброса над уровнем земли;
η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной или слабопересечённой местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км расстояния, этот коэффициент принимает значение: η =1);
Δ Т (°С) - разность между температурой выбрасываемой газо-воздушной смеси и температурой наружного атмосферного воздуха;
V (м3/сек) - объём газо-воздушной смеси, исходящий из устья источника в единицу времени (объёмный расход источника).
Базы данных программных продуктов рассеивания примесей обычно содержат несколько блоков информации:
1-й блок – физико-географические и климатические характеристики местности, в том числе: координатная привязка городской системы к основной (глобальной географической системе); значение коэффициента температурной стратификации атмосферы A; предельная скорость ветра для данной местности U*; частота повторяемости отдельных направлений ветра (роза ветров), требуемый уровень (детальность) отображения расчетных концентраций;
2-й блок – значения фоновых концентраций вредных веществ в данной местности;
3-й блок – нормативно-справочная информация (НСИ), содержащая базу значений ПДК вредных веществ и перечень групп суммации веществ однонаправленного действия, включая коды веществ;
4-й блок – база данных о параметрах источников выбросов одного или нескольких предприятий города (технические характеристики отдельных источников выбросов – высота (H, м), диаметр устья (D, м), расход газо-воздушной смеси V (м3/сек), координаты источника в заводской системе координат, температура газо-воздушной смеси Tc (°С), мощности выбросов отдельных примесей Mi (г/сек) и др.)
5-й блок – параметры привязки отдельных заводских площадок к городской системе координат, а именно: абсцисса и ордината точки привязки − (X о, м) и (Y о, м), угол поворота заводской системы координат относительно городской − j (град.);
6-й блок – блок настройки задания на выполнение конкретного расчета, где указываются параметры расчетной территории (местоположение и размеры расчетной площадки); перечень предприятий (промплощадок), источники которых включаются в данный расчет; примеси и группы суммации веществ, для которых будет выполняться расчет рассеивания; необходимость учета и способы учета фоновых концентраций; координаты отдельных выборочных расчетных точек и др.
В экологических расчетах рассматривают 5 типов моделей источников выбросов:
I тип - труба с круглым устьем (точечный источник, код модели - 444);
II тип - труба с прямоугольным устьем (код модели - 666);
III тип - линейный источник (код модели - 555);
IV тип – площадной (плоскостной) источник как совокупность однотипных точечных источников (код модели равен значению острого угла поворота стороны площадного источника по отношению к прямой линии, параллельной оси ОX заводской системы координат);
V тип – площадной источник в виде склада сыпучих материалов, породного отвала, испарителя, отстойника и пр. (код модели определяется аналогично источнику IV-го типа).
Следует отметить, что при выполнении компьютерных расчетов источники II-го и III-го типов приводятся к модели первого типа с помощью соответствующих формул приведения.
Основная цель всех расчетов рассеивания заключается в установлении уровня концентраций примесей в селитебных зонах, а также на границе санитарно-защитной зоны предприятия (СЗЗ) с целью проверки выполнения условия Сі ≤ ПДК і для отдельной примеси или же условия для групп суммации веществ однонаправленного действия: ∑ Сі/ ПДК і ≤ 1.
В моделирующих расчетах рассеивания примесей источники выбросов имеют координатную привязку к собственной заводской системе координат, а промышленные (заводские) площадки - к общегородской системе, которая в свою очередь привязывается к глобальной (географической) системе.
С этой целью применяют три условных декартовых (на плоскости) системы координат:
- географическая, когда необходимо выполнить совместные расчеты загрязнения воздуха от совокупности предприятий нескольких городов, причем у используемой географической системы ось ОY с положительными значениями направлена на север, а ось ОX – на восток (см. рис. 1).
- городская система координат, используемая при совместных расчетах рассеивания одного, нескольких или всех предприятий города; она служит для увязки на карте города взаимного местоположения источников нескольких предприятий относительно друг друга (см. рис. 2);
- заводская система координат, предназначенная для отображения местоположения источников выбросов отдельного предприятия на генеральном плане собственной промышленной площадки.
Городские системы координат могут иметь произвольную ориентацию по отношению к условной географической системе, но на практике их обычно ориентируют так же, как и географическую систему (ось ОY городской системы направляют на север, ось ОX – на восток). Заводские системы координат обычно имеют произвольную ориентацию по отношению к осям городской системы.
Каждая из систем координат привязывается к топологической основе местности с помощью трех чисел: X о, Y о, φ.
Рис. 1 – пример отображения приявязки двух городских систем координат к географической системе
Рис. 2 – пример отображения координатной привязки источников выбросов разных предприятий к городской системе
Ход работы:
1. В соответствии с индивидуальным заданием (исходные данные по конкретному городу) произвести преобразование координат источников, заданных в заводских системах (табл.3.2), в общегородскую систему координат, опираясь на данные привязки (табл. 3.1) и используя формулы приведения:
Х ги = Х о + X зи ∙ cos φ - Y зи ∙ sin φ;
Y ги = Y о + X зи ∙ sin φ + Y зи ∙ cos φ,
где (X ги, Y ги) и (X зи, Y зи) – координаты отдельного источника выброса соответственно в городской и заводской системах координат;
(X о , Y о) – координаты привязки начала заводской системы к общегородской (согласно табл. 3.1);
φ - угол поворота заводской системы координат относительно городской (также выбирается из табл. 3.1).
Занести полученные результаты в табл. 4.1.
Таблица 4.1
| № предприятия | № источника | Координаты | |||
| заводская система | городская система | ||||
| X зи(м) | Y зи(м) | X ги(м) | Y ги(м) | ||
2. Отобразить на бумажной карте-схеме данного города (в формате А4 или А3) ориентацию заводских систем координат по отношению к общегородской. Для отдельного предприятия нанести на карте-схеме выбранный источник выброса (в виде *) в собственной заводской системе и путем проецирования найти его городские координаты геометрическим способом.
3. Проверить правильность расчетных результатов преобразования координат путем визуальной оценки местоположения каждого источника на генплане города на соответствие значений его координат в графах 5 и 6 табл. 4.1. Убедившись в отсутствии ошибочных значений или значительных отклонений, приступить к дальнейшим операциям.
4. Выполнить инсталляцию ПК «ЭОЛ+».
5. Заполнить базу данных о характеристиках предприятий и источников данного города.
6. Выполнить модельные расчеты рассеивания в расчетном прямоугольнике, охватывающим всю территорию города, с шагом сетки 1000 м по осям ОХ и ОУ.
7. Отобразить картину рассеивания (изолинии концентраций) отдельных примесей на генеральном плане города путем наложения результатов компьютерных расчетов на электронную топооснову местности.
8. Распечатать (или представить в электронном виде) машинограммы концентраций примесей, полученные в узлах расчетной сетки.