4.5. Пересчитать заводские координаты источников в их значения в городской системе, используя формулы:

Х_г^и = Х₀ + Х_з^и ∙ cos φ - У_з^и ∙ sin φ ; (4.1)

У_г^и = У₀ + Х_з^и ∙ sin φ + У_з^и ∙ cos φ , (4.2)

где (Х_г^и, У_г^и) и (Х_з^и, У_з^и) – координаты источника выброса соответственно в городской и заводской системах координат;

(Х_о ,У_о) – координаты привязки начала заводской системы к городской (согласно табл. 3.1);

 - угол поворота заводской системы координат относительно городской (также выбирается из табл. 3.1).

Занести полученные результаты в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

№ предприя-тия	№ источника	Координаты
		Заводская система				Городская система
		Хз^и(м)		Уз^и(м)		Хг^и(м)	Уг^и(м)
1	2	3	4		5		6

Далее следует проверить правильность полученных результатов путем визуальной проверки соответствия местоположения каждого источника на генплане города значениям его координат из граф 5 и 6 табл. 4.2. Убедившись в отсутствии ошибочных значений, необходимо приступать к дальнейшим операциям.

4.6. Выбрать из СНиП 2.01.01-82 5 климатологические характеристики города:

Т_а - средняя максимальная температура воздуха самого жаркого месяца;

Т_з - средняя минимальная температура воздуха самого холодного месяца;

U - средняя максимальная скорость ветра самого жаркого месяца года.

Руководствуясь критериями, изложенными в ОНД-86 1 , определить значение коэффициента А, зависящего от температурной стратификации атмосферы географического района расположения данного города.

4.7. Пользуясь блок-схемой алгоритма вычислений, которая будет приведена ниже, найти расчетные характеристики рассеивания (См, Хм, Uм) для всех источников, указанных в задании.

4.8. Рассчитать средневзвешенные опасные скорости ветра Uм.с. для групп источников, выбрасывающих одноименные примеси, по формуле:

U_м1 ∙ С_м1 + U_м2 ∙ С_м2 + … + U_мi ∙ С_мi

U м.с. = , (4.3)

С_м1 + С_м2 + … + С_мi

где U_мi и С_мi – значение опасной скорости и максимальной концентрации і-того источника.

4.9. Рассчитать значения концентраций отдельной примеси в 4-х узлах ячейки координатной сетки, окружающей источник, указанный в задании. Расчеты выполнить для фиксированных направлений ветра (из задания), а в качестве значения реальной скорости ветра взять величину U, выбранную ранее из СНиП 2.01.01-82. В соответствии с алгоритмом вычислений произвести все необходимые преобразования координат, учитывающие поворот осей городской системы на угол , характеризующий выбранное направление ветра.

Результаты расчетов занести в табл. 4.3.

Концентрации примеси в расчетных узлах

Таблица 4.3.

Направле-ние ветра (град.)	Координаты узлов (м)
	Х1	У1	Х2	У2	Х3	У3	Х4	У4
1
2
3

4.10. Определить на генплане линейные размеры прямоугольной области, описывающей весь город, и найти ее центр. Значения координат центра, а также длина и ширина городской территории будут приняты в качестве параметров расчетного прямоугольника при компьютерных расчетах.

Дальнейшая работа выполняется с использованием персонального компьютера.

4.11. Запустить программный комплекс «Пленэр». Используя информацию, предложенную в задании (табл. 3.1, 3.2 и т.д.), ввести в базу данных сведения об объекте (городе), параметрах привязки промплощадок, расчетных и «внутренних» (табл. 4.1) территориях, параметрах источников выбросов.

4.12. Выполнить процедуру «ДИАГНОСТИКА БАЗЫ» и проконтролировать графический образ введенных данных на соответствие их отображения расположению на генплане города (режим «ГРАФИКА»).

4.13. Сформировать в меню «ЗАДАНИЕ» два варианта, присвоив им различные имена. Первый вариант задания должен предусматривать расчет в 4-х узлах сетки при фиксированных скорости и направлениях ветра (табл. 4.3). Во втором варианте задания необходимо заложить возможность выполнения расчета для всех примесей по полному прямоугольнику, охватывающему весь город, с перебором скоростей и направлений ветра.

4.14. Активизировать пункт главного меню «РАСЧЕТ 1» и в режиме «ПРОСМОТР» снять данные для таблицы 4.4., информация из которой станет основанием для проведения сравнительного анализа итогов ручного и машинного счета.

Таблица 4.4

№ предприятия	№ источ ника	Наименование или код вещества	Ручной счет			Машинный счет
			Uм	Хм	См	Uм	Хм	См
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Провести анализ степени совпадения расчетных результатов. При значительных отклонениях сравниваемых величин вернуться к блок-схеме алгоритма и проверить, правильно ли была выбрана численная модель, имитирующая процесс рассеивания от конкретного типа источника. Прокомментировать итоги сравнительного анализа величин U_м, Х_м, С_м.

4.15. Выполнить режим “РАСЧЕТ 2” отдельно для каждого варианта задания.

4.16. В режиме меню “РЕЗУЛЬТАТ” сформировать материалы для печати, которые должны содержать:

а) входные таблицы 1,2,3, 4,5,6,9 (только для второго варианта задания);

б) выходные таблицы 1,2,3 (отдельно для 2-х вариантов задания);

в) цифровые карты изолиний концентраций веществ в масштабе генплана города.

Проанализировать сопоставимость результатов ручных расчетов, представленных в табл. 4.3, и результатов машинного счета по данным выходной таблицы 2 первого варианта задания на расчет. При этом следует учитывать то обстоятельство, что в машинограмме распечатываются не все вычисленные значения концентраций, а лишь то из них, которое в данной точке является максимальным при трех разных направлениях ветра.

Далее следует рассмотреть выходную таблицу 2 для каждого отдельного вещества и установить, из какого набора значений скоростей ветра рассчитывались концентрации в узлах регулярной сетки. Определить, использовалось ли значение средневзвешенной опасной скорости ветра и ее долей при расчетах в разных точках. Сравнить рассчитанное в пункте 4.8 значение U_м.с. с тем, которое использовалось программой «Пленэр». По данным выходной таблицы 3 определить, насколько отличаются максимальные концентрации в расчетных узлах от величины С_м источника, близлежащего к точке максимума. Значительные отклонения будут свидетельствовать о неудачном выборе шага расчетной сетки. Следовательно, его надо корректировать в сторону уменьшения, чтобы в реальных ситуациях не упустить максимальные значения. Дать комментарии и предложения по этому поводу.

Анализируя цифровые карты изолиний концентраций, определить, какие из них являются наиболее насыщенными цифровой информацией, и выбрать их для переноса на городскую карту-схему.

4.17. Перенести изолинии концентраций одной или нескольких примесей с цифровых карт на карту-схему города. Изолинии концентраций наносить в виде сплошных цветных окружностей, в разрывах которых указывать значения соответствующих долей ПДК. Оценить степень загрязнения воздуха селитебных зон, рабочих зон и зон отдыха.

5. БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА ВЫЧИСЛЕНИЙ

А

- процедуры вычислений или присвоения значений переменным величинам;

лгоритм вычислений представлен в виде блок-схемы, которая предписывает ход и порядок действий для достижения конечных результатов. Геометрическая форма блоков схемы несет определенную смысловую нагрузку и означает обобщенный характер выполняемых операций:

- процедуры проверки соблюдения логических условий;

- указатель адреса условного перехода.

Ниже приводится интерпретация обозначений переменных величин, принятых в расчетных формулах:

Т(^оС) – разность между температурой газовоздушной смеси Т_с и температурой окружающей атмосферы Т_а;

Н (м) – высота источника выброса;

D (м) – диаметр устья источника 1-го типа;

V (м³/с) – объем газовоздушной смеси;

W_о(м.с) - средняя скорость выхода струи из устья источника;

М (г/с) – мощность выброса конкретной примеси;

С (мг/м³) – концентрация вредного вещества в какой-либо точке местности.

Величина V, D и W_о связаны соотношением:

π D²

V = W₀ ∙ --------- . (5.1)

4

В случае выбросов из источника с прямоугольным устьем (2-й тип) рассчитываются эффективный диаметр устья D_э и эффективный объем смеси V_э по формулам:

2 а b

D_э = ------------- , (5.2)

а + b

где а и b - длины сторон устья;

π D_э²

V_э = W₀ ∙ --------- . (5.3)

4

Для линейных источников (3-й тип) также рассчитывается эффективный диаметр D_э по формуле :

2 L ∙ V

D_э = ------------------ , (5.4)

L² ∙ W₀ + V

где L – длина линейного источника, которая находится из выражения:

L = √ (X₁ – X₂)² + (У₁ – У₂)² . (5.5)

Здесь Х₁ и Х₂, У₁ и У₂ - соответственно абсциссы и ординаты начала и конца источника.

Аналогично по формуле (5.3) определяется эффективный объем V_э для линейного источника. В расчетах используется также ряд безразмерных величин, имеющих следующие обозначения:

А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, значение которого определяется согласно ОНД-86 1;

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания примесей в атмосфере (для газообразных вредных веществ F=1, а для твердых частиц и мелкодисперсных аэрозолей F=3);

 - коэффициент учета рельефа местности (задается в табл. 3.2).

Другие безразмерные величины, такие как параметры f, f_e, , , m, m, n, n, d, являются вспомогательными и их физический смысл не раскрывается.

Безразмерная величина b определяет соотношение реальной скорости ветра U (м/с) и опасной U_м (м/с):

U

b = -------- . (5.6)

U_м

Реальная скорость ветра U указывается в задании, а опасная - U_м – находится в процессе вычислений._.

Значение параметра b используется для определения поправочных коэффициентов r и p, первый из которых изменяет максимально возможную концентрацию вещества С_м до С_ми , а второй – опасное расстояние Х_м до Х_ми из-за несовпадения U и U_м.

При расчетах концентраций примесей в заданных точках местности направление ветра в общем случае не всегда совпадает с направлением от источника на точку расчета. Направление ветра задается углом , который отсчитывается против часовой стрелки от условной оси ОХ, проходящей через источник. За нулевое направление принимается западный ветер. При этом положительный отрезок оси ОХ направлен на восток, а оси ОУ – на север:

У

270⁰

Х

С

Ю

90⁰

В

180⁰

0⁰

З

β

- источник выброса;

- направление ветра.

ЮЗ

Для удобства вычисления концентраций в заданных точках местности алгоритм предусматривает поворот городской системы координат таким образом, чтобы направление ветра в каждом случае совпадало с положительным направлением оси ОХ городской системы. При этом координаты источника (Х_и , У_и ) и координаты расчетной точки (Х_т, У_т) в старой системе координат преобразуются к своим значениям в новой системе (Х_и, У_и ) и (Х_т, У_т). Величины Х и У представляют собой проекции расстояния от источника до расчетной точки соответственно на ось ОХ и ОУ в повернутой городской системе координат.

Введение параметров a и t_у необходимо для учета удаленности точки расчета от точки максимума концентрации на оси факела и по перпендикуляру от него соответственно. Уровень концентрации при этом корректируется поправочными коэффициентами S₁ и S₂.

Б

Выполняемые операции

Комментарии и примечания

лок-схема

∆Т=Т_с-Т_а

Вычисление разности температур

Определение перегре -тости газовоздушной

смеси по отношению к

наружному воздуху

Вычисление значений вспомогательных параметров

Да

Нет

Для линейных и источников с прямоугольным устьем вместо D и V используется D_э и V_э

Для перехода по «да» требуется одновременное выполнение обоих условий

При выполнении неравенства: в формулу для вместо подставляется

Определение значения опасной скорости u

Да

Нет

Сравнение значения параметра

Расчет максимально возможной концентрации отдельной примеси при опасной скорости ветра

Адрес перехода

Расчет опасного расстояния от источника при опасной скорости ветра

Учет несовпадения опасной и реальной скоростей ветра

Корректировка концентрации с учетом несовпадения скоростей ветра и

Корректировка опасного расстояния

Да

Нет

Преобразование координат источника и расчетной точки в связи с поворотом городской системы координат на угол (направление ветра). Выполняется для всех расчетных точек отдельно.

Нет

Да

Соблюдение условия «Да» означает, что расчетная точка находится с наветренной стороны от источника, т.е. позади него.

Вычисление вспомогательных величин для учета удаленности расчетной точки от точки максимума концентрации

Да

Нет

Рекуррентная формула:

заменяет старое значение величины на новое, не меняя условного обозначения

Учет влияния рельефа подстилающей поверхности

Расчет поправочного коэффициента , учитывающего удаленность друг от друга по оси ОХ

точки достижения и расчетной точки

Поиск низких источников

Рекуррентная формула для . Учитывает особенности рассеивания примесей от очень низких источников

Нет

Да

Вычисление поправочного коэффициента для учета удаленности расчетной точки по перпендикуляру от оси факела

Окончательное значение искомой концентрации в заданной точке

Адрес перехода

Определение значения вспомогательного параметра

Расчет максимальной концентрации при опасной скорости ветра

Адреса переходов

Определение значений опасной скорости ветра

и параметра

Сравнение значения параметра

Расчет максимальной концентрации при опасной скорости ветра

Определение значения вспомогательного параметра

Расчет максимальной концентрации при опасной скорости ветра

Нет

Да

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этом разделе следует обсудить все этапы проделанной работы и охарактеризовать значение каждого этапа при применении численного моделирования в экологии. Необходимо также дать оценку степени трудоемкости операций ручного и машинного вариантов выполнения задания. В завершение процесса курсового проектирования следует оценить знания, умения и опыт, приобретенные студентом в ходе разработки полученного задания.

7. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). Л., Гидрометеоиздат, 1987.

2. Методические указания к выполнению курсовых проектов по дисциплине «Экологический мониторинг и управление состоянием биосферы». Макеевка, ДонГАСА, 1998.

3. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Численное моделирование в экологии». Макеевка, ДонГАСА, 1999.

4. Программный комплекс «Пленэр» для расчета концентраций вредных веществ в атмосфере по методике ОНД-86. Руководство пользователя . Киев, «Веда», 1995.

5. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. М., Стройиздат, 1983.