РАЗДЕЛ 2
ПОДСИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТЕРМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
2.1. Анализ существующих математических моделей процесса распространения вредных выбросов промышленных предприятий в атмосфере
Подсистема моделирования загрязнения атмосферы построена на основе математической модели процесса распространения вредных выбросов термических заводов, в которой учитываются основные атмосферные процессы и факторы. Результаты моделирования представляют собой исходные данные для определения требуемого количества вредных примесей в выбросах, приводящих к загрязнению окружающей среды в пределах установленных норм ПДК. Построение подсистемы моделирования процесса растпространения выбросов выполнено на основе анализа существующих подходов к моделированию загрязнения, определения их достоинств и недостатков.
При построении математических моделей распространения вредных выбросов промышленных предприятий в атмосфере в настоящее время используются два подхода: применение моделей на основе статистической теории, исследование процесса рассеивания выбросов диффузионными моделя-ми.
Статистические модели загрязнения окружающей среды строятся на основе измеренных данных путем нахождения корреляционных зависимостей между уровнями концентрации вредных веществ, параметрами выбросов и метеопараметрами. Количество параметров, участвующих в оценке корреляции, невелико по причине ограниченных возможностей измерительной аппаратуры контроля состояния атмосферы и сложности в формировании корреляционных моделей.
В статистических моделях [30,31] установление соответствия между метеопараметрами, параметрами выбросов и загрязнением атмосферы осу-ществляется путем построения регрессионных уравнений. Ввод большого числа параметров, в частности, метеоусловий, необходимый для получения точной картины процесса распространения, значительно усложнит регрессионное уравнение и он затруднителен.
В статистических методах появляются определенные ограничения и погрешности результатов анализа и прогноза, возникающие из предположения, что за время, к которому относится исследуемый материал (замеры уровня загрязнения), а также за срок прогноза, выбросы и расположение источников не меняются. Таким образом, главным ограничением применения статистических моделей является то, что условия их использования могут отличаться от условий, в которых они построены.
Диффузионные модели предназначены для краткосрочного прогноза рассеивания в период протекания наиболее сложных атмосферных процессов. Эти модели обладают большей универсальностью и легкостью перестроения на другие исходные данные, в них возможен учет большего числа факторов (атмосферных процессов), определяющих перенос. Для реализации диффузионной модели необходима оперативная информация о направлении и скорости ветра, классе стабильности атмосферных процессов и высоте перемешивания, скорости эмиссии источников выбросов, а также данные о координатах их местоположения, высотах труб, температуре выбросов и т.д.
Введение в диффузионный математический аппарат прогнозирования рассеивания различных моделей физических процессов, протекающих в атмос-фере, позволяет проследить влияние последних на распространение вредных веществ в окружающей среде и, тем самым, сделать прогноз рассеивания более точным. В то же время, диффузионная модель может быть легко перестроена под определенные особенности текущей области распространения вредных веществ (рельеф, характеристика шероховатости и т.д.), для которой она используется. Возникающие в диффузионных моделях трудности связаны преимущественно с вопросами устойчивости решения, с затратами объема памяти и, главное, большими затратами времени ЭВМ для получения стационарного решения.
Построение математической модели прогнозирования загрязнения атмосферы начинается с постановки решаемой задачи. Задача математической модели рассеивания вредных выбросов, формулируемой в диссертационной работе - оперативный прогноз загрязнения и получение на основе вычисленных концентраций примесей в атмосфере значений количества примесей в выбросах на выходе дымовой трубы, вызывающих загрязнение окружающей среды в пределах установленных норм ПДК. На основе этой информации посредством сравнения с измеренными значениями концентраций примесей в уходящих газах принимается решение по управлению технологическим процессом сжигания ТБО и мокрой очистки газовых выбросов.
К модели, входящей в состав автоматизированной системы управления уровнем газовых выбросов термических заводов за счет регулирования параметров технологических процессов должны быть предъявлены следующие требования:
1) обеспечение необходимой разрешающей способности в пространстве и во времени, при достаточной универсальности и простоте перестраиваимости;
2) учёт неоднородности и нестационарности метеополей, в том числе отличного от нуля градиента по высоте гидротермодинамических характеристик атмос-феры;
3) не сложный учёт особенностей распространения вредных выбросов над определённой расчётной областью (характеристик подстилающей поверхности, рельефа местности и т.д.);
4) адекватность модели действительному протеканию процесса распростране-ния, т.е. учёт моделью большинства физических процессов в атмосфере, влияющих на распространение вредных выбросов.
Статические модели удовлетворяют выше названным требованиям с определенными ограничениями. Скорость ветра в регрессионных моделях принимается постоянной как по пространству, так и по времени. В то же время атмосфера, как гидротермодинамическая система, с одной стороны, подвержена нагреву за счёт солнечной радиации, с другой - наблюдается неоднородный нагрев подстилающей земной поверхности, что обуславливает генерацию нисходящих и восходящих естественно конвективных потоков, тем самым обеспечивается нестационарность компонент скорости ветрового потока как по пространству, так и по времени.
Обобщённые регрессионные модели затруднительно перестроить