54

Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“ТЕХНОГЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ОПАСНОСТЕЙ”

Донецк,

ДонНТУ 2005

Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный технический университет

Кафедра компьютерных систем мониторинга

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“ТЕХНОГЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ОПАСНОСТЕЙ”

(Часть 1)

(для студентов специальности 7.080407

«Компьютерный эколого-экономический мониторинг»)

Утверждено на заседании

кафедры Компьютерных

систем мониторинга

Направление подготовки – 0804 “Компьютерные науки”

Зав. кафедры __________ Аверин Г.В.

Протокол № 6 от «7» февраля 2005 г.

Рекомендовано к изданию на заседании методической комиссии по специальности 7.080407 “Компьютерный эколого-экономический мониторинг”

Протокол № 6 от «7» февраля 2005 г

Председатель методкомиссии

_________________ Губенко Н.Е.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Техногенная безопасность и методы анализа опасностей” (для студентов специальности 7.080407 «Компьютерный эколого-экономический мониторинг»).

Составители: проф. Аверин Г.В., асс. Звягинцева А.В. – Донецк: ДонНТУ, 2005. – 53 с.

Составители: проф. Аверин Г.В.

асс. Звягинцева А.В.

Ответственный

за выпуск доц., к.т.н. Лапко В.В.

Рецензент

проф., д.т.н. Парфенюк А.С.

© Кафедра КСМ, ДонНТУ

2005

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа № 1. Расчет комплексного индекса загрязнения атмосферы промышленного города с использованием инструментов имитационного моделирования пакета Simulink…………..............................................................................5

1. Общие положения..............................................................................................................5

2. Задание................................................................................................................................7

3. Порядок выполнения работы……………........................................................................7

4. План выполнения работы..................................................................................................8

5. Рекомендуемая литература...............................................................................................8

2. Лабораторна робота № 2. Прогноз риска загрязнения атмосферного воздуха промышленного города с использованием инструментов имитационного моделирования пакета Simulink………………………………...................................................10

2.1 Общие положения............................................................................................................10

2.2 Задание .......................................................................................................................... 16

3. Порядок выполнения работы..........................................................................................17

4. План выполнения работы................................................................................................17

5. Рекомендуемая литература.............................................................................................17

3 Лабораторна работа № 3. Построение модели автоматизированной системы контроля загрязнения атмосферы промышленного города ................................................................18

3.1 Общие положения...........................................................................................................18

3.1.1 Размещение и количество постов наблюдения …………… …..............................20

3.1.2 Программа и сроки наблюдения ................................................................................21

3.1.3 Определение перечня веществ, подлежащих контролю ..........................................22

3.2 Теоретическая часть .......................................................................................................24

3.3 Задание ............................................................................................................................24

3.4 Порядок выполнения работы.........................................................................................28

3.4 Пример выполнения задания.........................................................................................28

3.5 Рекомендуемая литература.............................................................................................33

Лабораторная работа № 1 (три занятия)

Расчет комплексного индекса загрязнения атмосферы промышленного города

с использованием инструментов имитационного моделирования пакета Simulink

Цель работы: разработать имитационную модель процессов загрязнения атмосферного воздуха промышленного города по данным стационарных постов наблюдения, провести вычислительные эксперименты, проанализировать полученные результаты.

1 Общие положения

Наибольший объем выбросов загрязняющих веществ приходится на города, в которых концентрация предприятий наиболее экологически опасных отраслей промышленности (металлургия, энергетика, химия, горнодобывающая) является максимальной. Поэтому загрязнение воздушного бассейна промышленных городов является одной из острейших экологических проблем. Основными субъектами мониторинга атмосферного воздуха в Донецкой области выступают Донецкий областной центр по гидрометеорологии, Донецкая государственная областная санитарно-эпидемиологическая станция и Государственное управление охраны окружающей среды в Донецкой области.

Донецкий областной центр по гидрометеорологии производит наиболее регулярные замеры концентраций загрязняющих веществ. Информация Гидрометеоцентра позволяет получить среднесуточные концентрации по основным загрязнителям для всех постов региона. Гидрометеоцентр также систематически накапливает информацию о климатических и метеорологических показателях – температуре и влажности воздуха, атмосферном давлении, скорости и направлении ветра, освещенности и интенсивности солнечного излучения, динамике осадков, состоянии атмосферы (туман, дымка), атмосферных явлениях, а также значения фоновых концентраций по основным ингредиентам для разных городов.

Санитарно-эпидемиологические службы (СЭС) области ведут наблюдение за загрязненным атмосферным воздухом в подфакельных зонах, санитарно-защитных зонах, в жилых зонах городских и сельских населенных пунктов. Стационарные посты находятся в Донецке, Макеевке, Енакиево и т.д. Состояние загрязнения атмосферы, создаваемое крупными промышленными предприятиями, оценивается по результатам измерений концентрации примеси на разных расстояниях от предприятия (0,5; 1; 2…; 10 км) под факелом выбросов. Санитарно-эпидемиологическая служба Донецкой области имеет 43 лаборатории, которые ведут контроль основных и специфических показателей загрязнения атмосферного воздуха.

Госуправление охраны окружающей среды осуществляет мониторинг качественных и количественных показателей на источниках выбросов вредных веществ потенциально опасных предприятий. Замеры производятся с периодичностью 1 раз в год.

Донецкое областное управление статистики накапливает электронную базу данных о предприятиях, загрязняющих атмосферу, в соответствии с предоставляемыми предприятиями формами статистической отчетности 2 ТП “Воздух”. Совместно с данными Госуправления охраны окружающей среды они являются основой для характеристики деятельности предприятий-загрязнителей атмосферного воздуха. Большинство крупных предприятий-загрязнителей атмосферного воздуха имеет комплексные лаборатории, контролирующие загрязнения атмосферного воздуха в санитарно защитных зонах и зонах воздействия.

Оценка состояния загрязнения атмосферы осуществляется по результатам наблюдений за концентрациями примесей на стационарных и маршрутных постах, под факелом промышленных предприятий (передвижных постах) и при эпизодических обследованиях. Основными ингредиентами, замеряемыми на стационарных постах Донбасса, являются пыль (взвешенные вещества), диоксид азота, диоксид серы, оксид углерода; специфическими - фенол, оксид азота, аммиак, формальдегид. Донецкому областному центру метеорологии в рассматриваемом регионе ведомственно принадлежит 24 стационарных поста наблюдения за состоянием атмосферного воздуха. Среди них в Донецке расположено 6 стационарных постов, в Макеевке - 2, в Мариуполе - 5, в Краматорске - 4, в Горловке - 3, в Енакиево - 2., в Славянске -1, в Дзержинске - 1.

Для сравнения уровней загрязнения воздуха различных городов рассчитываются комплексные индексы загрязнения атмосферы (ИЗА) последовательно для двух трех … l веществ, определяющих наибольший уровень загрязнения воздуха в каждом городе. По наибольшим значениям выделяют вещества, концентрации которых вносят наибольший вклад в уровень загрязнения атмосферы (примерно 20 – 30 % комплексного ИЗА) затем устанавливаются предприятия, в выбросах которых эти вещества содержатся. Для составления списка городов с наибольшим уровнем загрязнения воздуха используется убывающий вариационный ряд значений полученных по одинаковому количеству примесей.

Для определения состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, действующими одновременно, также часто используют комплексный показатель ИЗА (КИЗА). Комплексный показатель среднегодового загрязнения атмосферы показывает интегральное загрязнение воздушного бассейна различными вредными примесями. Обычно он рассчитывается по пяти загрязнителям: пыль (взвешенные вещества), диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота и формальдегид. Для каждого населённого пункта определён определённый список пяти приоритетных примесей, по которым рассчитывается индекс загрязнения атмосферы ИЗА₅. Значения индекса загрязнения атмосферы будут показывать степень загрязнения воздуха. Уровень КИЗА определяется согласно выражению (1.1):

, (1.1)

где I_за - индекс загрязнения атмосферы (КИЗА);

i - номер вредной примеси;

q_i - средняя суточная концентрация i-ой вредной примеси в воздухе;

- показатель вредности i-ой вредной примеси, зависящий от класса опасности вещества. Константа позволяет привести степень вредности i – го вещества к степени вредности диоксида серы (3 класс опасности). Значение показателя для веществ первого класса опасности (чрезвычайно опасные) равно 1,7; для второго (высоко опасные)- 1,3; третьего (умеренно опасные) – 1; четвертого (малоопасные) – 0,9. Единица соответствует веществам одного класса опасности с диоксидом серы (третьего).

Пример классификации состояния атмосферного воздуха с учетом индекса КИЗА приведен в таблице 1.1. КИЗА как комплексный показатель определяет не абсолютный, а относительный уровень загрязнения местности. Так, класс нормы (H) по КИЗА соответствует уровню загрязнения воздуха ниже среднего по городам страны, класс риска (Р) равен среднему значению, класс кризиса (К) означает превышение среднего уровня, а класс бедствия (Б) - его значительное превышение [1, c.129].

Таблица 1.1 - Критерии оценки состояния загрязнения атмосферы по индексу КИЗА

Показатели	Н н	Р	К	Б
КИЗА	Менее 5	5 - 8	8 - 15	Более 15

Такой же принцип может быть использован и для определения характеристик устойчивости выделенных зон территории и всей территории в целом с использованием экосистемных показателей. Иными словами, для i-ой зоны должны быть определены значения I_i1, I_i2, I_i3 так, что при I_ik < I_i1 можно было бы с достаточной степенью обоснованности утверждать, что i-я зона находится в устойчивом (нормальном) состоянии, при I_i1 I_ik<I_i2 - в состоянии с умеренным нарушением устойчивости (в состоянии риска), при I_i2 I_ik<I_iз - в состоянии кризиса и при I_iз<I_ik бедствия.

Критические значения характеристик экологического качества территории не имеют универсального характера в том смысле, что они, как правило, дифференцированы с учетом способностей конкретной местности и сферы окружающей среды к самоочищению и сопротивлению антропогенным воздействиям, т.е. связаны ее устойчивостью.

В таблице 1.2 для основных ингредиентов, измеряемых на стационарных постах наблюдения, приведены классы опасности и ПДК.

Таблица 1.2. – ПДК и классы опасности основных замеряемых на постах наблюдения ингредиентов

Вещества	ПДКсс, мг/м3	Время мин ПДК рз	ПДКр.з., мг/м3	ПДКм.р., мг/м3	Класс опасности
NH3	0,04		20	0,2	4
SO2	0,05			0,5	3
NO2	0,04		2	0,085	2
NO	0,06			0,4	3
СО	3,0	480 60 30 15	20 50 100 200	5,0	4
H2S	-		10	0,008	2
фенол	0,003		0,3	0,01	2
формальдегид	0,003		0,5	0,035	2
пыль	0,15			0,5	3