Содержание задания

1. Определение массы выбросов, загрязняющих веществ авто-

транспортными средствами. [1], зад. 1 и 2, варианта 1…30.

1. Платежи за выбросы в атмосферный воздух [2], зад. 1 вар. 1…30.

3. Расчёт количества выбросов загрязняющих веществ при сжигани топлива [2] зад. 2 вар. 1…30.

В методических указаниях:

• сформулированы расчётные условия;

• приведены исходные данные и расчётные зависимости;

• предоставлены формы отчётов;

• определены перечни вопросов.

Выполненное задание снабжается титульным листом и брошюруется.

Литература

1. Ставров О.А., Ю.В. Трофименко. Методические указания по расчётно-практическим заданиям по курсу «основы промышленно-транспортной экологии». - М.: МАДИ(ТУ), 1977 г.

2. Ставров О. А. Методические указания к расчётно-практическим работам по курсу «экология». – М.: МАДИ(ТУ), 1998 г.

Примечание

Допускается текущая проверка на любой стадии готовности для своевременного устранения ошибок.

8. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Лабораторная работа №1

Расчет рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе

Цель работы

Практическое освоение студентами принципов работы программного комплекса «ZONE» при расчёте рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

Общие положения

Экологический программный комплекс «ZONE» предназначен для математического моделирования на персональном компьютере процессов распространения атмосферного загрязнения от источников произвольного типа.

Важной особенностью программного комплеса является то, что

наряду с общепринятыми в практике нормативными методиками: методика, рекомендованная Агенством по охране окружающей среды США (Environmental Protection Agency, USA), основанная на варианте гауссовой модели Пэскуила-Гиффорда-Бригтса; методика расчета приземной концентрации ОНД-86 (СНГ), - в пакете реализован более совершенный оригинальный метод расчета полной трехмерной гидротермодинамической модели атмосферы с методом Монте-Карло для расчета диффузии примесей (ГДМ+МК).

Программный комплекс дает возможность решать целый ряд задач: рассчитывать диффузии (распространение) примесей от выбранной совокупности источников (включая автотранспорт); учитывать влияние застройки, рельефа местности, типа расположения и мощности источников на процессы диффузии примесей; сравнивать результаты расчетов по предлагаемой методике с результатами расчетов по нормативным методикам СНГ – ОНД-86 и США – EPA; проводить климатические расчеты, строить поля средних и фоновых концентраций загрязняющих веществ за месяц, сезон, год, осуществлять экологические экспертизы промышленных и гражданских объектов; оценивать вклад каждого источника загрязнения в пределах выбранной области расчета в величину концентрации примесей в заданной точке пространства.

Весь массив данных, необходимых для решения задач моделирования диффузии примесей, можно разделить на две группы: долговременные и оперативные данные. К первой группе относятся данные, характеризующие конкретный объект (предприятие, населенный пункт, административный район) с экологической точки зрения экологии атмосферы. К ним относятся данные о рельефе местности, типе подстилающей поверхности, климате данной местности, застройке, источниках примесей, примесях, воздействии примесей на организм человека, автотрассах.

Долговременные данные хранятся на жестком диске в виде баз данных, заносятся в компьютер в начальный период эксплуатации ПК и в дальнейшем подлежат лишь корректировке и дополнению.

Ко второй группе относятся данные, определяющие исходные параметры конкретного расчета. Они определяются непосредственно перед проведением расчета. Весь процесс использования ЭПК «ZONE» при решении задач моделирования процессов распространения примесей на конкретной территории состоит из четырех основных этапов: наполнение и корректировка баз данных, ввод оперативных данных и параметров расчета, расчет, визуализация и анализ результатов.

Порядок выполнения работы

1. Для запуска программного комплекса войдите в директорий (каталог) «ZONE», где размещен программный комплекс, наберите «Zone» и нажмите клавишу «ENTER».

При запуске программы на мониторе появляется экранная форма, которая представляет собой главное меню демонстрационной версии ЭПК «ZONE». Каждый пункт в меню (изображения кнопок с названиями команд) можно активизировать с помощью нажатия на клавиатуре того символа, который в названии кнопки выделен, синим цветом.

2. К демонстрационной версии ЭПК «ZONE» подключены четыре базы данных, содержащих исходные данные по гг. Санкт-Петербург, Зеленоград, Магнитогорск, Москва.

Необходимо выбрать в качестве объекта г. Зеленоград. Для этого выбора в правом нижнем углу экрана существует команда «Выбор объекта», где указано название текущего объекта. Чтобы сменить объект, необходимо использовать клавиши «↓» или «↑».

3. Для входа в режим задания исходных данных следует выполнить команду Input (справа внизу на экране), нажав клавишу «I». Произойдёт переход в режим редактирования исходных данных. Рабочий экран этого режима содержит (см. рис. 36):

- строку меню выбора параметров расчета;

- окно с картой области расчета;

- строку подсказки;

- шкалу обозначений высот зданий;

• условные обозначения типа подстилающей поверхности.

Меню режима имеет следующие разделы:

«Область» - задание параметров области расчета;

«Диффузия» - выбор модели и типа расчета распространения примеси;

Область Диффузия Метео Источник Выход	->,<-,Enter
Изображение карты местности (окно изображения области расчета)	Шкала высоты
			Условные обозначения типов поверхности
	Область 8 км
Строка подсказки

Рис. 36. Исходное изображение на экране дисплея (меню режима)

«Метео» - задание исходной метеорологической информации»

«Источник» - выбор источников для расчета модели диффузии;

«Выход» - конец ввода данных.

Выбор пункта меню осуществляется клавишами «←» или «→» с последующим нажатием клавиши «Enter».

4. Расчет концентрации вредного вещества ведется в области, карта которой изображена на экране. Программа позволяет выбрать произвольную трехмерную область расчета.

Используя клавиши «Правый +» и «Правый –» можно соответственно увеличить или уменьшить размер области расчета в плане, а используя клавиши «←»,«→»,«↑»,«↓» изменить положение области расчета. При этом выбираемая область выделяется в окне цветной квадратной рамкой. В нижнем правом углу экрана указан размер выделенной рамкой области. Чтобы перерисовать выделение на весь экран, надо нажать клавишу «Enter».

В данной работе следует выбрать произвольную зону расчета, но так, чтобы её размер в плане составлял примерно 2кмх2км, а также, чтобы в ней находились как промышленные источники вредных выбросов (красные точки на карте), так и автострады (черно-красный пунктир).

После определения размеров области в плане и нажатия клавиши «Enter» в верхней правой области экрана появляется запрос о введении высоты расчетной области. Необходимо, используя цифровые клавиши, задать значение 100 м, после чего программа авто-

матически перейдет к следующему пункту меню – «Диффузия».

5. Раздел меню «Диффузия» позволяет выбрать тип расчета, используемую модель и характер концентрации. При выполнении этого пункта меню на экране, в правом верхнем углу, появляется меню второго уровня, состоящее из трех пунктов:

«Тип расчета» - выбор типа расчета концентрации;

«Модель» - выбор модели расчета диффузии;

«Что считать» - фактические или климатические концентрации примесей.

6. Сначала следует определить тип расчета. Используя клавиши «↑» или «↓», выберите пункт меню «Тип расчета» и нажмите клавишу «Enter». При этом появляется меню следующего уровня, в котором предложено четыре типа расчета (см. рис. 37):

«Область» - расчет концентрации любой одной примеси или во всем пространстве (для трехмерной стохастической модели),

Тип расчета

Модель

Что считать?

Рис. 37. Определение типа и области расчёта

Область

Точка

Обратная

Авария

или в произвольном горизонтальном сечении - для моделей EPA-US и ОНД-86;

«Точка» - расчет концентрации одной или всех примесей в точке;

«Обратная» - уточнение мощности источников по данным подфакельных наблюдений;

«Авария» - расчет зоны поражения от аварийного выброса.

В данной работе необходимо произвести расчет содержания вредной примеси в исследуемой области. Для этого следует, используя клавиши «↑» или «↓», установить курсор на пункте меню «Область», нажать клавишу «Enter», после чего программа автоматически выйдет в меню предыдущего уровня, а курсор будет установлен на пункт «Модель».

7. Выбор модели осуществляется при нажатии клавиши

«Enter» в пункте меню «Модель», после чего появляется меню следующего уровня. Предлагаются три варианта (см. рис. 38):

Тип расчета

Модель

Что считать?

Рис. 38. Выбор модели

расчёта

ГДМ+МК

EPA-US

ОНД-86

«ГДМ+МК» - полная трехмерная гидротермодинамическая модель атмосферы с расчетом концентрации примесей методом Монте-Карло;

«ЕРА-US» - гауссова модель Пэскуила-Гиффорда-Вриггса, рекомендованная Агентством по охране окружающей среды, США;

«ОНД-86» - реализация методики расчета приземной концентрации примесей «ОНД-86.

Выберите модель «ГДМ+МК» и нажмите клавишу «Enter».

8. В последней строке меню «Что считать» выбирается, какой вид концентрации примесей будет рассчитываться: фактическая, при заданных условиях (осредненная за 20…30 минут), климатическая, осредненная по выбранному периоду (месяцу, сезону или году) (см. рис. 39).

Тип расчета

Модель

Что считать?

Р

Факт

Климат

ис. 39. Выбор

«Что считать?»

Выберите вид концентрации «факт» и нажмите клавишу «Enter».

9. Раздел меню «Метео» служит для задания метеорологических условий, необходимых как моделям, входящим в группу «ГДМ+МК», так и простым диффузионным моделям «ЕРА-US» и «ОНД-86». При выполнении этого пункта меню в правом верхнем углу экрана появляется меню второго уровня, в котором могут быть заданы необходимые для проведения расчетов метеовеличины:

«Дата» - дата (число/месяц), для которой проводится расчет (вводится в формате dd/mm);

«Срок» - время суток (часы), для которого (см. рис. 40) проводится расчет.

Дата

Срок

Погода

07/08

Рис. 40. Указание даты и времени суток

Следует ввести текущую дату и время выполнения лабораторной работы.

10. Раздел меню «Погода» позволяет выбрать погодные условия, характеризующие состояние атмосферы. Для задания (изменения) данных о погодных условиях необходимо, используя клавиши «↑» или «↓», выбрать пункт меню «Погода» и нажать клавишу «Enter». При этом на экране появится дополнительное меню, состоящее из двух пунктов (см. рис. 41).

Дата

Срок

Погода

Р

Типичная

Фактическая

ис. 41. Характеристика

погоды

Следует выбрать пункт меню «типичная». При этом из базы данных «Климат» для расчета выбираются среднестатистические данные о погодных явлениях в данной местности в день, для которого проводится расчет. Эти данные при необходимости могут быть изменены (рис. 42) в соответствии с реальными соответствующими показателями, наблюдаемыми в день проведения лабораторной работы.

11. Для задания (изменения) данных о ветре необходимо, используя клавиши «↑» или «↓», выбрать пункт меню «Ветер» и нажать клавишу «Enter». При этом на экране появится дополнительное меню, содержащее числовые характеристики ветра:

- средняя скорость ветра за день (м/с);

- направление ветра (град.), (задается относительно направления север-юг, причем северный ветер имеет направление 0°, восточный - 90° и так далее до 359°);

- высота, на которой проводились измерения ветра (м).

Р

Погода

Дата

Срок

ис. 42. Метеорологические

условия расчета

Фактическая

Типичная

Ветер

Температура воздуха

Облачность

Явления

Скорость

Высота

Направление

Ясно

Малооблачно

Пасмурно

_90

Дождь

Снег

Нет

Да

Низкие облака

Не было

< = 5 баллов

> 5 баллов

Нет

Морось

Слабый

Сильный

Ливень

Стандартной высотой считается 10 м.

При изменении параметров ветра в конце набора его нового значения необходимо нажать клавишу «Enter».

ВНИМАНИЕ! После ввода значения высоты замера скорости ветра для продолжения работы необходимо нажать клавишу «Esc». Произойдёт переход к пункту «Температура».

12. При вводе (изменении) температуры воздуха непосредственно в меню «Метео» появляется поле со значением параметра. Используя цифровые клавиши, введите, если необходимо, новое значение данного параметра. После задания нового значения температуры нажмите клавишу «Enter».

13. При вводе (изменении) облачности и явлений погоды в появляющемся подменю необходимо выбрать интересующий Вас пункт меню и нажать клавишу «Enter».

ВНИМАНИЕ! После окончания ввода метеопараметров для продолжения работы необходимо нажать клавишу «Tab». Произойдет переход к следующему пункту основного меню «Источник».

14. В разделе меню «Источник» необходимо указать - для какой примеси и каких источников выполнять расчет.

П

Промышленные

Автострады

ри выполнении этого пункта меню в правом верхнем углу экрана появляется меню второго уровня (см. рис. 43)

Рис. 43. Выбор источников загрязнений

В первом случае для расчета будут выбираться источники промышленных зон, во втором - автотранспортных магистралей.

В данной работе следует выбрать «Промышленные».

15. На экран выводится подменю, состоящее из двух пунктов (см. рис. 44).

Промышленные

Автострады

Рис. 44. Выбор примесей и их источников

Примесь

Источник

Первый пункт подменю служит для выбора примесей, которые будут использоваться в расчете, второй - для определения источников этих примесей.

Сначала следует выбрать «Примесь».

16. На экране появится меню следующего уровня, состоящее из двух пунктов:

«Код» - выбор для расчета одной примеси;

«Группа суммации» - выбор для расчета группы суммации. Следует выбрать пункт «Код».

17. В нижней части экрана откроется окно с названиями примесей, взятых из базы «Примеси» и приведенных в алфавитном порядке.

Управляя курсором («↓»,«↑»,«PageUp», «PageDown»), выберите примесь «Азота диоксид» и нажмите клавишу «Enter».

18. В меню появится новое окно, содержащее данные о наличии фоновой концентрации данной примеси в области расчета (см. рис. 45).

Р

Примесь

Источник

Код

Группа

ис. 45. Данные о наличии фоновой концентрации

Фон (константа)

00.000000

В данной работе значение фона берётся равное нулю.

19. После ввода фоновой концентрации курсор устанавливается в пункте «Источник» верхнего уровня меню.

Для того чтобы определить источники, для которых будет проводиться расчет, необходимо, используя клавиши «↓», «↑», выбрать пункт меню «Источник» и нажать клавишу «Enter», При этом на экране появится меню следующего уровня, состоящее из двух пунктов:

«Номер» - для выбора одного источника для расчета;

«Все» - для выбора всех источников.

Необходимо выбрать пункт «Все». При этом на экране появится окно ввода порога мощности, а в нижней правой области экрана будет указано количество источников выброса азота диоксида, попавших в расчетную область (см. рис. 46).

Р

Номер

Всего

ис. 46. Определение источников выброса диоксида азота

Примесь

Источник

Порог мощности

0

20. Поскольку общее количество выбранных источников может оказаться значительным, то для уменьшений времени счета (при некоторой потере точности) можно из списка выбранных источников опустить самые слабые, введя критерий отбора в виде доли (в %) от выброса самого мощного источника. Например, указав критерий 5, из списка будут исключены источники с мощностью менее 5% от самого интенсивного из выбранных источников. Используя цифровые клавиши, введите значение критерия (5%) отбора источников, нажмите «Enter».

На этом выбор источников закончен. На плане местности выбранные источники выделяются в виде мерцающих красных точек. Для продолжения работы следует нажать клавишу «Tab».

21. По завершении задания всех исходных данных для выхода из программы «Ввод данных» необходимо выполнить команду меню «Выход». При этом появится дополнительное меню, состоящее из двух пунктов. «С записью» - сохранить выбранные данные в качестве рабочих исходных данных для последующего расчета; «Без записи» - выход из программы ввода данных с возвратом в основное меню. При этом сохраняется вся исходная информация, которая была перед вводом данных (старый вариант).

Следует выбрать пункт «С записью» и нажать «Enter». Программа перейдет в главное меню.

22. Следующий этап работы - просмотр результатов расчета. Следует иметь в виду, что используемая в данной лабораторной работе версия программы является демонстрационной, т.е. не имеющей возможности проведения собственно расчета с введенными исходными данными. Однако с помощью использования набора заранее проведенных расчетов (примеров) можно изучить возможности программы.

Визуализация, протоколирование и анализ результатов осуществляются с помощью специального меню просмотра результатов расчета. Для перехода в этот режим следует выбрать номер примера (в лабораторной работе – пример №1) и нажать соответствующую цифровую клавишу. Из появившегося окна с описанием примера следует выписать название, наименование примеси, характеристику рассеяния и значение максимальной концентрации. После этого следует нажать «Enter».

2З. В специальном окне высвечивается изображение плана местности в области расчета.

Меню выбора сечения содержит следующие пункты: «Приземная» - просмотр поля концентрации в приземном слое; «Сечение» - просмотр поля концентрации в любом из 12 расчетных слоев (начиная от высоты 1 м до высоты выбранной области расчета); «Разрез» - просмотр вертикальных разрезов поля концентрации примеси; «Выход» - выход в меню «Результаты».

При выполнении первого пункта появляется экранная форма (рис. 47), на которой в виде областей, закрашенных разным цветом, представлено поле приземной концентрации расчетной примеси. В верхней части экрана приведены: название примеси, значение её ПДК; число источников, с учетом которых проведен расчет. Справа

Примесь: АЗОТА ДИОКСИД ПДК = 0,085 мг/м3 число источников:2
Поле концентрации примеси на фоне плана местности	Область: 4 х 4 км Модель: ГМД+МК Высота: 2 м
	Ветер: 2 м/с ЮГО-ВОСТОЧНЫЙ
	Градации в долях ПДК 0,0 0,5 1,0 1.5 2,0
	Документ? Y/N Esc

Рис. 47. Вид экранной формы

выводятся: размеры области расчета, тип использованной мо­дели, высота рассматриваемого сечения, шкала с градациями в долях ПДК, соответствующими каждому цвету.

24. При просмотре любого горизонтального сечения следует снять значения концентрации примеси в 3-х произвольных точках с последующим оформлением результатов в виде протокола. В нижней части экрана (см. рис. 47) расположено специальное окно подсказки:

Для того чтобы получить значения концентрации в интересующих Вас точках, нажмите клавишу «Y». При этом в окне изображения поля концентрации появится знак «+», управляя которым как курсором, выберите интересующую Вас точку. В нижней части экрана, в специальном окне, выводятся текущие координаты точки, указываемой знаком «+». Нажмите клавишу «Enter». При этом выбранная точка будет зафиксирована и можно повторить процедуру выбора для следующей точки. После того, как все интересующие Вас точки будут выбраны, нажмите клавишу «ESC». На этом определение точек для протокола закончено.

При выходе из программы просмотра результатов (если протоколирование проводилось) на экране дисплея появляется вопрос: ТРЕБУЕТСЯ ЛИ ВЫВОДИТЬ ПРОТОКОЛ НА ПЕЧАТЬ (Y/N)? Для того чтобы сохранить протокол, нажмите «Y». При этом на экране высветится протокол расчета концентрации примесей в указанных Вами точках. Для окончания просмотра горизонтального разреза нажмите клавишу «Esc».

25. При выборе пункта меню «Разрез» на экране появляется горизонтальная линия. Вы можете выбрать направление (в градусах) вертикального разреза визуализации относительно направления на север, используя клавиши «↓» иди «↑». При этом в специальном окне выводятся направление ветра и текущее направление разреза; нажав на клавишу «Enter»,зафиксировать выбранное направление и, используя клавиши «↓» или «↑», осуществить параллельный перенос вертикального разреза визуализации в выбранном направлении; используя клавишу «Home», сразу сориентировать вертикальный разрез визуализации в направлении, совпадающем с направлением ветра. При завершении выбора положения и направления вертикального разреза нажмите клавишу «Enter». При этом на экране появляется форма, содержащая изображение поля концентрации примесей в выбранном вертикальном разрезе (рис. 48).

Примесь: АЗОТА ДИОКСИД ПДК = 0,085 мг/м3 Число источников: 2 Ветер 2м/с ЮГО-ВОСТОЧНЫЙ

Размер области: 4 Х 4 км Поле концентрации примеси в вертикальном разрезе Градация в долях ПДК 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Рис. 48. Доля концентрации примесей выбранном разрезе

Кроме того, на экране в специальном окне (вверху справа) приведена схема расположения вертикального разреза на плане местности.

Для окончания просмотра вертикального разреза нажмите кла-

вишу «ESC».

26. Для выхода в главное меню программы выберите пункт «Выход» и нажмите «Enter».

27. Самостоятельно рассмотрите оставшиеся примеры для Зеленограда, а также для других городов.

Методические указания составлены на основании работы [20]