1.3 Математичне моделювання приземних концентрацій забруднюючих речовин

Вихідними параметрами для моделювання процесів розсіювання забруднюючих речовин в атмосферному повітрі є:

підприємство, розташоване на рівній відкритій поверхні в м. Вінниця. Об’єкт має одну димову трубу висотою (Н) 16,5 метра, діаметр труби (D) = 0,7 метра. Швидкість виходу пило-газової суміщі з труби (V) складає 0,9м³/с. Температура пило-газової суміші Т_г=25,0°С, температура навколишнього середовища Т_п = 25°С.

Викиди забруднюючих речовин а атмосферне повітря від даного підприємства:

– пил (абразивний та металевий пил) – 0,0593 г/с.

– аерозоль (масло мінеральне та емульсол) 0,00207 г/с.

Концентрація забруднюючих речовин в повітрі навколо підприємств, що являються джерелами викидів залежить від впливу багатьох факторів, які її визначають. До таких факторів відносяться:

- висота труби (Н), з якої здійснюється викид забруднюючих речовин – чим вища труба, тим краще забруднювачі розсіюються в повітрі;

- діаметр труби (D) – із збільшенням діаметра труби збільшується кількість забруднюючих речовин, що надходять в атмосферу;

- кількість труб для здійснення викидів на одному підприємстві;

- швидкість викиду газоповітряної суміші;

- температура газоповітряної суміші, що викидається;

- температура навколишнього середовища;

- постійність або періодичність здійснення викидів в атмосферу;

- швидкість та напрям вітру – при високій турбулентності повітря краще перемішується і забруднюючі речовини розсіюються;

- метеорологічні умови;

- особливості рельєфу;

- наявність або відсутність забудови території, на якій знаходиться джерело забруднення;

- відстань від джерела забруднення.

Враховуючи всі ці фактори розроблені певні математичні моделі для розрахунку забруднення атмосферного повітря. Деякі з них виключають або приймають за сталі значення певних факторів, тим самим спрощуючи модель, але ці спрощення можуть бути дійсними лише для певних заданих умов і моменту часу. Фактори, від яких залежить шукана величина і є обмежуючими факторами.

Математичне моделювання та прогнозування стану атмосферного повітря за вмістом забруднюючих речовин у відповідності до методики ОНД 86 є досить простим. Воно дає змогу проводити обчислення як «вручну», так і за допомогою пакетів прикладних програм, що автоматизують розрахунок. Розрахунок проводиться в програмному середовищі Mathcad, яке дозволяє автоматизовано проводити обчислення та виводити графіки залежностей концентрації забруднюючих речовин в повітрі від відстані до джерела здійснення викиду [9].

Алгоритм розрахунок максимального значення приземної концентрації шкідливої речовини С1 (мг/м³) при викиді газоповітряної суміші з одиночного джерела на відстані х1 (м) від джерела.

Вхідні дані: А = 200; F =1; Н = 16,5 м; М = 0,00207 г/с, D = 0,7 м, Т = 85°С, = 1, V₁ = 0,9 м³/с, = 0,5.

Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини С1 (мг/м³) при викиді газоповітряної суміші з одиночного джерела на відстані х₁ (м) від джерела:

, (1.10)

Н, м – висота джерела викиду над рівнем землі;

А – коефіцієнт, який залежить від температурної стратифікації атмосфери;

М, г/с – маса забруднюючої речовини, що викидається в атмосферу за одиницю часу;

F – безрозмірний коефіцієнт, який враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферне повітря;

m, n – коефіцієнти, які враховують умови викиду газоповітряно суміші з устя джерела викиду;

V, м³/с – витрата газоповітряної суміші;

ТºС – температура газоповітряної суміші, що виходить з устя джерела викиду;

D, м – діаметр устя джерела викиду.

Значення коефіцієнтів m, n визначаються в залежності від параметрів f, n₁, n₂, f₀:

, (1.11)

w₀ середня швидкість виходу газоповітряної суміші із отвору джерела викиду.

. (1.12)

Значення v₂

, (1.13)

.

, (1.14)

.

Коефіцієнт m при < 100

, (1.15)

.

Коефіцієнт n при f < 100 при 0,5 ≤ v₁ < 2

, (1.16)

.

Безрозмірний коефіцієнтd при < 100 і < 0,5:

, (1.17)

= 5,75.

Відстань від джерела викиду, при якому досягається концентрація С1

, (1.18)

= 94,869.

Значення небезпечної швидкості вітру u1, м/с

, (1.19)

.

Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини С1 (мг/м³)

С1 = 0,345

Графік залежності концентрації в приземному шарі атмосфери на відстані х₁ від джерела викиду наведено на рисунку 1.1.

С, мг/м3
	L, м

Рисунок 1.1 – Графік залежності концентрації забруднюючої речовини в приземному шарі атмосфери на відстані х₁ від джерела викиду