3. Общие принципы моделирования опасных процессов в техносфере. Классификация и структура моделей, применяемых для системного анализа безопасности.

Модель – это объект или описание объекта, который в процессе познания при определенных условиях замещает объект оригиналом, сохраняя некоторые его важные для данного исследования свойства.

Моделирование – это процесс построения и использования модели.

Модели бывают трех типов:

- познавательная – (соединение новых и старых знаний), которая подгоняет модель под реальность,

- прагматическая – когда реальность подгоняется под модель,

- инструментальная – используется для построения, исследования и использования познавательных и прагматических моделей.

Познавательные модели отражают существование отношения и связи систем, а прагматические модели – не существующие реально, а желаемые.

По уровню моделирования модели бывают:

- эмпирические,

- теоретические – на основе математических описаний,

- смешанные – поуэмпирические.

Основные требования к модели:

- наглядность построения,

- обозримость основных свойств и отношений.

- доступность для исследования и воспроизведения,

- простота исследования и воспроизведения.

Проблема моделирования:

1. построение модели,

2. исследование модели,

3. использование модели.

Поскольку один и тот же объект различные люди видят по-разному и создаваемая модель зависит от множества субъективных факторов, таких , как объем, качество знаний, особенности мышления, эмоционального состояния и других причин, которые часто невозможно осознать.

Модели бывают статическими, если нет временного параметра, могут быть динамические, если они отображают систему во времени.

Динамические модели м.б. дискретными и непрерывными. Имитационные модели – испытание процессов путем варьирования параметров. Детерминированные модели – когда каждому входному параметру соответствует определенный набор выходных параметров. Иначе модель м.б. недетерминирована или стохастическая ил вероятностная.

Классификация моделей и методов моделирования

1)--------

2) динамические – которые отображают систему и происходящие в ней процессы во времени.

Модели бывают:

- дискретные – описывающие системы в дискретные моменты времени,

- непрерывные – описывают поведение системы для всех моментов времени из некоторого промежутка времени,

- имитационные – предназначены для испытания или проигрывания возможных путей развития и поведения объекта путем варьирования или изменения некоторых параметров объекта,

- детерминированные – когда каждому набору входных параметров соответствует определенный набор выходных параметров.

Различают материальное и идеальное моделирование. Материальное – аналоговое и физическое – натурное моделирование (применяется в машиностроении, самолетостроении). Идеальное – инструктивное (ненаучное) – мыслительное, т.е. эксперименты.

Семантические модели: вербальные, т.е. словесные и графические.

№4. Основные этапы системного анализа безопасности объекта.

При системном анализе различных объектов, процессов, явлений необходимо пройти следующие этапы системного анализа:

1. Формулировка целей, их приоритетов и проблем исследования.

2. Определение и уточнение ресурсов исследования.

3. Выделение системы (от окружающей среды) с помощью ресурсов.

4. Определение и описание подсистем.

5. Определение и описание целостности (связей) подсистем и их элементов.

6. Анализ взаимосвязей подсистем.

7. Построение структуры системы.

8. Установление функций системы и её подсистем.

9. Согласование целей системы с целями подсистем.

10. Анализ (испытание) целостности системы.

11. Анализ и оценка эмерджентности системы.

Испытание системы (системной модели), её функционирования.

№5. Математическое моделирование процессов рассеяния вредных веществ в атмосферном воздухе

Чтобы получить информацию о пространственной изменчивости концентраций вредных веществ в воздухе и по экспериментальным данным составить карту загрязнения воздуха, необходимо систематически проводить отборы проб воздуха в узлах регулярной сетки с шагом не более 2 км. Такая задача практически невыполнима. Поэтому для построения полей концентрации используются методы математического моделирования процессов рассеяния примесей в атмосферном воздухе, реализуемые на ЭВМ. Математическое моделирование предполагает наличие достоверных данных о метеорологических особенностях и параметрах выбросов. Применимость моделей к реальным условиям проверяется по данным сетевых или специально организованных наблюдений. Расчетные концентрации должны совпадать с наблюдаемыми в точках отбора проб.

Моделью может служить любая алгоритмическая или аналоговая система, позволяющая имитировать процессы рассеяния примесей в атмосферном воздухе.

В нашей стране наибольшее распространение получила модель профессора М.Е. Берлянда . В соответствии с этой моделью степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами вредных веществ из непрерывно действующих источников определяется по наибольшему рассчитанному значению разовой приземной концентрации вредных веществ (С_м), которая устанавливается на некотором расстоянии (х_м,) от места выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения (V_м), и в приземном слое происходит интенсивный турбулентный обмен. Модель позволяет рассчитывать поле разовых максимальных концентраций примеси на уровне земли при выбросе из одиночного источника и группы источников, при нагретых и холодных выбросах, а также дает возможность одновременно учесть действие разнородных источников и рассчитать суммарное загрязнение атмосферы от совокупности выбросов стационарных и передвижных источников.

Алгоритм и порядок проведения расчетов полей максимальных концентраций изложены в "Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД - 86"   и в соответствующих инструкциях к программам расчетов.

В результате проведенных расчетов на ЭВМ получаются:

• максимальные концентрации примесей в узлах расчетной сетки, мг/м³;

• максимальные приземные концентрации (С_м) и расстояния, на которых они достигаются (Х_м), для источников выбросов вредных веществ;

• доля вклада основных источников выбросов в узлах расчетной сетки;

• карты загрязнения атмосферного воздуха (в долях ПДКмр);

• распечатка входных данных об источниках загрязнения, метеорологических параметрах, физико-географических особенностях местности;

• перечень источников, дающих наибольший вклад в уровень загрязнения атмосферного воздуха;

Моделирование процессов истечения и распространения вредных веществ в техносфере осуществляется по методике расчета ОНД-86.

1. На первоначальном этапе определяют максимальные значения приземных. концентрации для всех выбрасываемых веществ с_м (мг/м³)

2. Определяют расстояние x_m (м) от источника выбросов, на котором при­земная концентрация c (мг/м³) при неблагоприятных метеороло­гических условиях достигает максимального значения c_m, опреде­ляется по формуле

3. Определяют значение опасной скорости Нм (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ с_м,

4. Максимальные значения приземных концентраций вредных веществ с_мu (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра u (м/с), отличающейся от опасной ско­рости ветра u_м (м/с), определяется по формуле

с_мu = rc_м,

где r - безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения и/и_м по рис. 2.3 или по формулам:

5.Расстояние от источника выброса x_мu (м), на котором при скорости ветра и и неблагоприятных метеорологические условиях, приземная концентрация вредных веществ достигает макси­мального значения с_мu (мг/м³), определяется по формуле:

x_{мu =} px_м

где р  безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения и/и_м

6.При опасной скорости ветра и_м приземная концентрация вредных веществ с (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (м) от источника выброса определя­ется по формуле

с=s₁c_м,

7.Значения приземных концентраций для всех выбрасываемых веществ в ат­мосфере Су (мг/м³) на расстоянии у (м) по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле

с_{y =} s₂c,

8.Максимальная концентрация с_мx (мг/м³), достигающаяся на расстоянии х от источника выброса на оси факела при скорости ветра u_мx, определяется по формуле

с_мx =s'c_м

9.Расстояние до участка местности, где концентрация загрязняющего вещества равна 0,05 ПДКсс., 1 ПДКсс, рассчитывается:

Определяют значение величины Хм для каждого из загрязняющих веществ.

10. Рассчитывают СЗЗ с учетом розы ветров.

По полученным данным строят:

• графики «Изменение концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы от организованных источников выброса». На графиках показывают ПДКсс, См, Хм.

• Зону рассеивания с учетом розы ветров для всех веществ

• другие данные.