Теоретичні відомості

Розрахунок проводиться за допомогою спеціалізованого програмного комплексу «ЕОЛ+» (версія 5.23. Для розрахунку на програмному комплексі «ЕОЛ+», дані вводять безпосередньо в ході роботи, керуючись вказівками до комплексу а також підказками програми.

Програма ЕОЛ-ПЛЮС (надалі - ЕОЛ+) призначена для розрахунку концентрацій шкідливих речовин, що утримуються у викидах промислових підприємств, і являє собою стандартний додаток, що працює в середовищі Microsoft Windows 3.x, 9х і NT. Від програм аналогічного призначення, реалізованих у середовищі MS-DOS, ЕОЛ+ відрізняється більшою обчислювальною потужністю (дозволяє обробляти до 16384 джерел, що викидають до 16384 речовин кожний), розширеною функціональністю і розвитим користувальницьким інтерфейсом. Дружній характер користувальницького інтерфейсу, зокрема, розвинута система підказок дозволяє позбавити користувача від більшої частини рутинної роботи з введення даних. Використання значень за замовчуванням також дозволяє знизити об’єм даних, що вводяться, і уникнути багатьох помилок. Наявність двоступінчастого контролю даних (попередній синтаксичний контроль при введенні і редагуванні даних і контекстний аналіз даних при розрахунку) дозволяє підвищити безвідмовність функціонування програми і вірогідність отриманих результатів. Фільтрація відображуваних даних полегшує їхній контроль і знижує розсіювання уваги оператора. По форматах вхідних даних програма ЕОЛ+ сумісна з програмою ЕОЛ для MS-DOS версії 3.x, що дозволяє використовувати дані про промислові об’єкти, підготовлені і накопичені за допомогою попередніх версій програми ЕОЛ і, тим самим, максимально полегшити користувачам перехід до нової версії програми. При цьому, однак, не гарантується зворотна сумісність, тобто дані, підготовлені програмою ЕОЛ+ в загальному випадку не можуть бути використані попередніми версіями для MS-DOS, хоча можливо експорт даних у текстовий файл визначеного формату і наступний імпорт цього файлу в програми для MS-DOS (див. розділ Експорт даних). Використання зовнішніх додатків для перегляду і роздруківки текстових і графічних документів, сформованих програмою ЕОЛ+ створює практично необмежені можливості для обробки результатів розрахунку, зокрема, експорту даних в інформаційні і експертні системи.

Запуск програми ЕОЛ+ і вихід з неї

Програма ЕОЛ+ запускається одним зі стандартних для Microsoft Windows способів, а саме

- подвійним клацанням лівої кнопки миші по - іконі (піктограмі) програми ЕОЛ+;

- вибором пункту головного меню Microsoft Windows "Виконати";

- через Пуск – Программы – Экология – ЭОЛ ПЛЮС – Eolplus (рис.1.);

- за допомогою Проводника або якої-небудь командної оболонки.

Рисунок 1- Запуск програми ЕОЛ+ через меню Пуск

Після запуску програми ЕОЛ+ на екрані з`являється заставка, що зберігається на час ініціалізації (підготовки до роботи) нормативно-довідкової інформації (звичайно це займає кілька секунд). Головне вікно програми при цьому відображається в стиснутому стані у верхній частині екрана. Хід ініціалізації відображається індикатором у нижній частині головного вікна - рядкові стану. Після ініціалізації нормативно-довідкової інформації заставка зникає, а головне вікно програми розвертається на весь екран. У верхній частині головного вікна знаходиться головне меню програми, що містить кілька розділів. Призначення цих розділів наступне.

Розділ "Об’єкт" призначений для роботи зі структурами вхідних даних, що характеризують об’єкт розрахунку. До них відносяться дані про географічну прив`язку об’єкта і метеоумовах, дані про промислові площадки і характеристики джерел викиду. За допомогою пунктів цього розділу можна створювати нові (порожні) структури для збереження даних, завантажувати дані зі створених раніше структур, зберігати ці дані. Тут же знаходиться пункт "Вихід" для завершення роботи програми ЕОЛ+.

Рисунок 2 - Головне вікно програми ЕОЛ+

Розділ "Розрахунок" призначений для завдання умов розрахунку, переліку речовин і груп сумації, концентрації яких необхідно розрахувати, керування розрахунком і оперативним переглядом результатів розрахунку.

Розділ "Карта" призначений для формування графічного представлення результатів розрахунку. Пункти цього розділу дозволяють будувати карту розташування джерел забруднення і карту забруднення розрахункової площадки. Карти будуються або в растровому форматі Microsoft Bitmap, або у векторному форматі DXF.

Розділ "Звіт" призначений для формування, перегляду і печатки вихідних документів, що містять характеристики об’єкта розрахунку, дані про шкідливі речовини і групи речовин односпрямованої дії і таблиці значень концентрацій шкідливих речовин. Текстові вхідні документи формуються у форматі текстового процесора Microsoft Word, тому для їхнього перегляду, обробки і роздруківки програма ЕОЛ+ викликає зовнішні додатки. Пункти цього розділу, що відносяться до побудови таблиць розрахункових концентрацій шкідливих речовин, стають доступними за умови існування результатів розрахунку.

Розділ "Установки" призначений для керування деякими функціями програми ЕОЛ+ і вибору зовнішніх додатків для роботи з вихідними документами.

Розділ "Довідка" призначений для роботи з довідковою інформацією, у тому числі і з даним текстом.

Для зручності роботи з програмою ЕОЛ+ окремі, найбільше часто використовувані пункти меню, продубльовані кнопками-прискорювачами. Значки в кнопках відповідають їх функціям, крім того, при зупинці курсору над кнопкою виводиться підказка про функції, що виконується при натисканні цієї кнопки. Лінійка кнопок-прискорювачів розташована безпосередньо під головним меню.

У нижній частині головного вікна програми ЕОЛ+ знаходиться рядок стану. У лівій частині рядка стану знаходиться індикатор стану, що дозволяє відслідковувати хід процесів, що займають скільки-небудь значний час (підготовка великих масивів інформації, побудова карти забруднення і т.п.). У правій частині рядка стани виводяться підказки користувачеві.

Для виходу з програми ЕОЛ+ необхідно вибрати пункт меню "Об’єкт | Вихід"

Створення нового об`єкта

Для того, щоб створити новий об`єкт необхідно вибрати пункт меню "Об’єкт | Створити". На екрані з`являється діалогове вікно "Новий об’єкт". Воно містить список доступних каталогів на поточному диску, комбінований список для вибору поточного диска і рядок редагування для введення імені каталогу для збереження нового об’єкта. За допомогою комбінованого списку переміните поточний диск, якщо це необхідно, потім за допомогою списку каталогів виберіть каталог, що буде кореневим для каталогу нового об’єкта, а потім введіть у рядок редагування ім`я каталогу, у якому буде зберігатися об’єкт (до 8 латинських літер, якщо це ім`я не містить крапки, або до 11 латинських літер, три останні з яких відділені від інших крапкою, тобто припустимими будуть імена OBJECT, OBJECT.NEW тощо). Після цього клацніть мишею по кнопці "ОК". Програма ЕОЛ+ перевірить унікальність введеного імені і, якщо інший каталог з таким же ім`ям не знайдений, створить під цим ім`ям каталог для нового об’єкта і заповнить його порожніми файлами бази даних. Обов’язково записати в записнику номер комп’ютера і шлях розташування робочого каталогу, який відображається у верхній частині програми ЕОЛ+. На екрані з`являться органи керування базою даних - сітки і навігатор. У сітках відображаються дані, що характеризують об’єкт із різних сторін. Для зручності користування ці дані згруповані по визначених ознаках, тобто для відображення даних про метеоумови і географічну прив`язку служить перша сітка, для відображення даних про проммайданчики - друга і т.д.. Для швидкого переходу від однієї сітки до іншої (листання сторінок) служить сукупність ярличків-закладок, що розташовані над рядком стану (докладніше див. Внесення і редагування даних).

У випадку, якщо введене ім`я нового об’єкта не є унікальним, новий об’єкт не створюється, а відкривається існуючий. Не створюється об’єкт і в тому випадку, якщо користувач виходить з діалогу клацанням по кнопці "Отмена"

Відкриття об`єкта

Якщо об`єкт вже існує, то для роботи з ним, тобто для редагування даних, проведення розрахунків і одержання вихідних документів, його необхідно відкрити. Для відкриття об`єкта необхідно вибрати пункт меню "Об`єкт | Відкрити". При цьому на екрані з`являється стандартне діалогове вікно для відкриття файлу з заголовком "Відкрити об`єкт".

За допомогою комбінованого списку цього діалогового вікна необхідно вибрати диск, на якому знаходиться каталог об`єкта, що відкривається, (ця операція виконується тільки тоді, коли каталоги об`єктів розташовані на різних дисках). У правому списку цього діалогового вікна варто вибрати каталог, у якому розташований об`єкт, що відкривається, а в лівому списку - один з файлів, у яких зберігаються дані. Каталог об`єкта містить сімох основних файлів бази даних об`єкта:

CITY.DBF - дані про географічну прив`язку і метеоумови міста (регіону), де розташоване підприємство;

PROM_PLDBF - дані про проммайданчики;

SUBSTAN.DBF - характеристики шкідливих речовин, що викидає підприємство;

GR_SUMM.DBF - характеристики груп речовин односпрямованої дії;

FON.DBF - дані про концентрації шкідливих речовин, створюваних сторонніми (не приналежному даному підприємству) джерелами забруднення повітря;

ISTOCHN.DBF - характеристики джерел викиду;

SOSTAV.DBF - характеристики викидів (склад, потужність викиду і її залежність від швидкості вітру і т.п.). Крім основних у каталозі об`єкта зберігаються допоміжні файли бази даних, службові для керування розрахунком. Усі вони мають ім`я F_Rx.DBF, де х - номер файлу, виражений однозначним числом. Для відкриття об`єкта досить вибрати кожен з перерахованих вище файлів. Програма ЕОЛ+ перевірить повноту бази даних і у випадку позитивного результату такої перевірки на екрані з`являться органи керування базою даних - сітки і навігатор - причому комірки сіток будуть заповнені відповідними даними. У нижній частині екрана над рядком стану з`являться ярлички-закладки для швидкого переключення сіток. Тепер можна вносити і змінювати дані, робити розрахунки, формувати документи і т.д. (див. Внесення і редагування даних. Розрахунок. Звіт).

У випадку, якщо база даних не містить основного файлу CITY.DBF, її автоматичне відновлення і корекція неможливі, і програма ЕОЛ+ видає повідомлення про неможливість відкрити об`єкт. Якщо ж цей файл у каталозі об’єкта є, а інші відсутні, вони будуть створені автоматично. При цьому, звісно, прийдеться внести заново частину даних.

Внесення і редагування даних

Дані, необхідні для розрахунку забруднення повітря, зберігаються у файлах бази даних і відображаються органами керування базою даних - сітками. Для зручності користування існує декілька сіток, дані в яких згруповані по визначених ознаках. Кожен рядок у сітці відповідає запису в базі даних, а кожен стовпчик сітки відповідає полю запису. Заголовки стовпчиків є фіксованими. Для більш докладного пояснення фізичної сутності величини, внесеної в комірку відповідного стовпчика, чим це робить заголовок, служать ярлички підказки, виведені поруч з таблицею при клацанні лівою кнопкою миші по відповідній комірці. Фіксованими також є комірки першого стовпчика: вони служать для вказівки стану поточного рядка (запису). Якщо полючи записи не коректувалися, напроти відповідного рядка в першому стовпчику таблиці коштує знак ">>". Якщо хоча б одне поле поточного рядка коректувалося, у першому стовпчику коштує знак")(".

Для керування редагуванням сітки служить навігатор. Навігатор - це сукупність кнопок, маркірованих значками, розташованих на одній лінійці з кнопками-прискорювачами. Кожна кнопка виконує одну функцію над поточним записом бази даних. До цих функцій відносяться послідовне переміщення з запису на запис, переміщення на перший і останній запис, додавання і видалення запису, збереження і скасування змін, зроблених при редагуванні. Для зручності користування при установці курсору на відповідну кнопку навігатора поруч з нею виводиться ярличок з підказкою про функції, виконуваною цією кнопкою. Таким чином, процедура внесення і редагування даних у таблицю зводиться, в основному, до створення потрібної кількості рядків за допомогою кнопок навігатора "Додати запис" і "Видалити запис", внесенню даних в комірки кожного рядка і збереженню змін за допомогою кнопки навігатора "Зберегти зміни". Кнопка "Скасувати зміни" потрібна, в основному, при редагуванні наявних записів.

Для переходу від сітки до сітки служать ярлички-закладки з найменуваннями таблиць даних, розташовані в нижній частині головного вікна програми ЕОЛ+. Якщо передбачено автоматичне редагування полів, то клацнувши двічі по відповідній комірці сітки можна викликати відповідне діалогове вікно.

Дані в комірки сітки вводяться в звичайній формі. Для десяткових чисел роздільником цілої і дробової частин є крапка. Окремої уваги вимагає той факт, що деякі таблиці логічно зв`язані один з одним, точніше підлеглі одна одній. Так, наприклад, таблиця проммайданчиків підприємств підлегла таблиці географічної прив`язки і метеоумов міста, де ці підприємства розташовані. Таблиця характеристик джерел викиду, у свою чергу, підлегла таблиці проммайданчиків і т.д. Зв`язок між таблицями встановлюється по деякому полю, називаному ключовим, або по сукупності таких полів. Так, наприклад, таблиця проммайданчиків зв`язана з таблицею географічної прив`язки по полю "Код міста", таблиця характеристик джерел викиду зв`язана з таблицею проммайданчиків по полях "Код міста" і "Код проммайданчика" і т.д. Звідси очевидно, що правильне заповнення сіток можливе лише при наявності унікальних значень ключових полів. Для того, щоб не завантажувати користувача, програма ЕОЛ+ сама генерує унікальні значення ключових полів за замовчуванням. Однак при наявності якої-небудь системи кодування населених пунктів і промислових підприємств коди, згенеровані за замовчуванням, приходиться змінювати. У цьому випадку необхідно стежити за дотриманням унікальності кодів міст, проммайданчиків і джерел викиду. Настійливо рекомендується заповнювати таблиці послідовно, тобто спочатку таблицю географічної прив`язки, потім таблицю проммайданчиків, джерел і т.д. Послідовність заповнення сіток указують ярлички в нижній частині екрана. Виключення складають таблиця характеристик шкідливих речовин і таблиця груп речовин односпрямованої дії (груп сумації) - їх можна заповнювати в будь-якій послідовності, тому що дані цих таблиць є нормативно-довідковими. Таблиця фонових концентрацій логічно підлегла тільки таблиці географічної прив`язки і метеоумов, так що її можна заповнювати відразу ж після зазначеної таблиці. Рекомендується заповнювати таблицю речовин до заповнення таблиці характеристик викиду джерел, тому що при цьому деякі поля останньої можна заповнити автоматично. Таблиця груп сумації заповнюється автоматично при вході в неї, виходячи з переліку шкідливих речовин, що міститься в таблиці речовин. Зміна ключових полів у заповнених сіток, навпаки, рекомендується робити в зворотній послідовності.

Для зручності користувача дані про ключові поля таблиць верхніх рівнів виводяться в заголовку поточної таблиці в звичайній формі, тобто редагуючи, наприклад, таблицю характеристик джерел викиду користувач бачить перед собою приблизно такий заголовок: "Хмельницький, проммайданчик ДСК-1, джерело 10". Якщо найменування населених пунктів і проммайданчиків не введені, то в заголовку таблиці виводяться їхні коди.

Якщо фізичний зміст величини, що вводиться в комірку, залежить від вмісту іншої комірки, то найменування комірки містить дробову риску, а ярличок підказки, що з`являється при входженні в комірку, і підказка, виведена в рядку стану, пояснюють, яку саме величину треба ввести.

Зроблені виправлення в рядку варто зберегти клацанням по кнопці навігатора "Зберегти зміни" або скасувати клацанням по кнопці "Скасувати зміни". Можливо також зберегти зміни у всій таблиці, вибравши пункт меню "Об’єкт | Зберегти".

Програма ЕОЛ+ виконує попередній синтаксичний контроль уводяться даних перед тим, як помістити них у базу. Для більш ретельної перевірки даних використовується спеціальна процедура контролю при розрахунку.

Аналіз розсіювання в атмосфері шкідливих речовин нагрітих промислових викидів є одним з основних завдань екологічної служби підприємства. Для оцінки заходів для захисту атмосфери проводять порівняння очікуваних приземних концентрацій шкідливих речовин в повітрі (у шарі заввишки до двох метрів) з їх гранично допустимою концентрацією (ГДК). При цьому концентрація шкідливих речовин не повинна перевищувати ГДК.

Основним документом, що регламентує розрахунок розсіювання і визначення приземних концентрацій викидів промислових підприємств, є «Методика розрахунку концентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств. ОНД-86».

Гранично допустима концентрація (ГДК) – така кількість шкідливої речовини в одиниці об’єму (в мг на 1 м³ повітря, 1 л рідини чи 1 кг твердої речовини) окремих компонентів біосфери, періодичний чи постійний, цілодобовий вплив якої на організм людини, тварин і рослин не викликає відхилень у нормальному їх функціонуванні протягом усього життя нинішнього та майбутніх поколінь.

Максимально разова концентрація (ГДК_мр) – це найвище значення забруднюючих речовин у повітрі (мг/м³), отримане завдяки аналізу багаторазово відібраних проб; встановлюється для відвернення рефлекторних реакцій у людини через подразнення органів дихання за короткочасного впливу (до 20 хв.) атмосферних забруднень. Поняття ГДК_мр використовується при встановленні науково-технічних нормативів обсягів викидів (гранично допустимих викидів – ГДВ) забруднюючих речовин. В результаті розсіювання шкідливих домішок у повітрі на межі санітарно-захисної зони підприємства концентрація шкідливої речовини в будь-який момент часу не повинна перевищувати ГДК_мр.

Рівень небезпеки забруднення атмосферного повітря викидами промислових підприємств визначається за максимальною розрахованою величиною приземної концентрації шкідливих речовин (С_m, мг/м³), яка може встановлюватись на деякій відстані від джерела викиду (Х, м) і відповідає найбільш несприятливим метеорологічним умовам (НМУ), тобто коли швидкість повітря досягає небезпечного значення.

Максимальна концентрація домішок у приземному шарі атмосфери прямо пропорційна продуктивності джерела (масі шкідливих речовин, які викидаються за одиницю часу) і обернено пропорційна квадрату його висоти над землею. Концентрація забруднень у повітрі біля земної поверхні, обумовлена викидами промислових підприємств, не є постійною в часі та змінюється залежно від метеорологічних умов, рельєфу місцевості, характеру викиду (температури газоповітряної суміші (ГПС), висоти джерела викиду, витрати ГПС).

У промислових викидах з низьких джерел (заводських труб) найбільше забруднення спостерігається при слабких вітрах в межах 0...1 м/с. У викидах з високих джерел максимальні концентрації забруднення спостерігаються при швидкостях вітру в межах 3...6 м/с залежно від швидкості виходу газоповітряної суміші з отвору джерела.

Для того щоб концентрація шкідливих речовин в приземному шарі атмосфери не перевищувала гранично допустиму максимальну разову концентрацію, викиди ГПС піддаються розсіюванню в атмосфері через високі труби. Технологічні гази і вентиляційне повітря після виходу з труб або вентиляційних отворів, підкоряються законам турбулентної дифузії. На рис. 1 показаний розподіл концентрації шкідливих речовин в атмосфері під факелом організованого високого джерела викиду.

Рельєф місцевості відіграє велику роль при розсіюванні шкідливих викидів. Навіть при наявності на місцевості порівняно невисоких підвищень вони суттєво змінюють мікроклімат та характер розсіювання забруднюючих речовин. На пересічній місцевості розповсюдження шкідливих домішок носить нерівномірний характер і в понижених місцях утворюються зони, які погано провітрюються, в них значно вища концентрація шкідливих речовин.

Метеорологічні умови мають суттєвий вплив на переміщення і розсіювання природних мас в атмосфері. Найбільший вплив здійснюють режим вітру і температури (температурна стратифікація), сонячна радіація.

Напрямок та сила вітрових потоків може по різному впливати на процес розсіювання домішок в залежності від типу джерела і характеристики викидів. Якщо вихідні гази перегріті відносно навколишнього повітря, то вони наділенні початковою висотою підйому. В зв’язку з цим поблизу джерела створюється поле вертикальних швидкостей, які сприяють підніманню факелу і переносу домішок вверх. Це підняття обумовлює зменшення концентрації домішок при землі. Концентрація зменшується і при дуже сильних вітрах, однак це відбувається за рахунок швидкого переносу домішок у горизонтальному напрямку. У результаті найбільші концентрації домішок у приземному шарі формуються при деякій швидкості, що називають «небезпечною».

Якщо температура навколишнього повітря знижується з висотою, нагріті струмені повітря піднімаються нагору (конвекція), а холодні опускаються. Такі умови називаються конвективними.

Якщо вертикальний градієнт температури буде негативним (температура зростає з висотою), то потік, що піднімається вертикально стає холоднішим від навколишніх мас і його рух згасає. Такі умови називаються інверсійними. В інверсійних умовах ослаблюється турбулентний потік, який призводить до погіршення розсіювання промислових викидів і накопичення шкідливих речовин в приземному шарі.