WEB-ресурс научно-практических конференций

Д.т.н. Айдосов А., к.ф.-м.н. Заурбеков Н.С., Заурбеков И.С.

Казахская академия транспорта и коммуникации им. М.Тынышпаева Казахский экономический университет им. Т.Рыскулова Академия КНБ РК

ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ РЕГИОНА

Для реализации методов и алгоритмов оценки экологической обстановки региона и влияния на здоровье населения создан комплекс программ, построенных на модульном принципе, что позволило упростить построение основных программ расчета, комплектуя их из отдельных программ-модулей. Комплекс программ включает в себя программы модули, реализующие следующие основные методы и алгоритмы: решения системы уравнений гидротермодинамики в криволинейной системе координат; решения уравнений для квазиоднородного приземного слоя; расчета температуры и влажности на поверхности подстилающей поверхности; решения уравнения турбулентного переноса примесей в атмосфере региона; расчета вертикальных и горизонтальных коэффициентов турбулентного обмена; расчета влияния экологической обстановки на здоровье населения и на рождаемость; блок задания и идентификации входной информации; блок организации выдачи выходной информации в виде изолиний и таблиц.

На основе комплекса моделей решен следующий класс практических и исследовательских задач по изучению локальной циркуляции в ограниченной области: исследование влияния антропогенных изменений свойств (термических, динамических, влажности и др.) подстилающей поверхности на динамику пограничного слоя атмосферы региона; изучение закономерностей распространения загрязняющих примесей совместно с развитием гидротермодинамических процессов при различных погодных условиях (инверсии, штиле, внешнем потоке и др.) и с учетом изменений характеристик подстилающей поверхности региона; оценка и контроль загрязнения атмосферы и промышленных регионов; влияния экологической обстановки на здоровье населения и н рождаемость; численное моделирование гидрометеорологического режима региона.

Комплекс программ построен таким образом, чтобы подключение определенного блока, необходимого при решении конкретной задачи, можно было осуществить через задание входных параметров модели.

Основные входные параметры, необходимые для моделирования микро климата локальной области: географические координаты и размеры рассматриваемой области; параметры дискретной области; время суток; зенитный угол и склонение Солнца; характеристики подстилающей поверхности (рельеф, параметры шероховатости, альбедо, теплофизические свойства почвы); значение фоновых полей метеоэлементов: компонент вектора скорости, температуры и влажности; распределение и мощности искусственных источников тепла, влаги и примесей и др.

В результате работы комплекса программ может быть получена следующая выходная информация: значения пространственных полей метеоэлементов и примесей в любой момент времени; поля интегральных концентраций примесей. Выходная информация выдается в следующих формах: численные значения полей метеорологических элементов и концентрации примесей во всей области, ее частях или сечениях; изолинии полей метеоэлементов и концентраций примесей в различных сечениях; векторные поля скорости для различных сечений области.

Определены требования к моделям, методике выходной информации, метеорологической информации и расчетов приземной концентрации отдельных ингредиентов от группы источников.

1. Модель трехмерная, гидродинамическая, нестационарная.

2. Модель описывает все процессы, определяющие выброс и перенос газоаэрозольной смеси нескольких примесей с учетом трансформации химических загрязняющих веществ: адвективный перенос; трехмерной турбулентной стратификации и шероховатости подстилающей поверхности; подъем вертикальными движениями (крупномасштабными, орографическими и мезомасштабными конвективными движениями); подъем выброса за счет начального импульса струи и ее перегрева окружающего воздуха; гравитационное осаждение примеси с подстилающей поверхности и ее вторичный перенос.

3. Математическая формулировка модели включает описание трехмерного уравнения сохранения массы и постановку начальных и граничных условий на земле, верхней и боковых границах, не препятствующих свободному вытеканию примеси за расчетную область.

4. Численная реализация модели использует численную схему обладающую: малой счетной вязкостью (2-ой порядок аппроксимации по пространству и времени); имеет малую фазовую ошибку; консервативная и монотонная.

5. Методика расчета рассматривает опасные метеорологические условия загрязнения их классификацию и позволит обобщать отдельные синоптические (опасные) ситуации на длительные периоды времени с целью прогноза возможного загрязнения окружающей среды с учетом трансформации химических загрязняющих веществ.

Требования к выходной информации: плотность выпадения каждой примеси ( , , ) на подстилающую поверхность; концентрация каждой примеси приземная (0- 10 м ) и на высоте 100 м .

Если нужна дополнительная информация, то требуется указать.

Расчетная информация выдается в узлах расчетной сетки с шагом сетки, если требуется в пунктах указать их координаты.

Требования к заданию метеорологической информации: наименование и координаты ближайшей аэрологической станции зондирования; доступная информация по этой станции: ежедневная и среднемесячная; давление, температура, точка росы, направление и скорость ветра, высота, изобарическая поверхность в м; названия и координаты приземных синоптических станций; доступная информация по каждой станции: ежедневная и среднемесячная.

Требования к заданию расчетной области: топографическая карта с нанесенным квадратом (областью расчета), указанием сторон света и нанесенными источниками; задание коэффициента шероховатости по всей области; задание шага сетки (необходимая детализация расчетов).

Требования к заданию источников: мощность источников в г/м ³ или задание концентрации в 2г/м ³ каждой примеси ( . ₂ . , SO ₂ , NO ₂ ) в объеме выброса в м ³ ; одинакова ли концентрация при различных регламентах работы (отдувка и т.д.). Отдувки и прочие режимы существуют в интервалах времени; указанных в документе (15-25 мин.) или же это данные выборки: высота труб, из которых происходят выбросы; эффективная высота выброса или температура выброса, диаметр устья трубы.

Определены требования к моделям, методике выходной информации, метеорологической информации и расчетов приземной концентрации отдельных ингредиентов от группы источников, выявлены общая структура и основные входные данные для реализации модели переноса в атмосфере. С использованием разработанной нами программного комплекса решен на основе комплекса моделей класс практических и исследовательских задач по изучению локальной циркуляции в ограниченной области, а также их влияние на здоровье населения. Проведен расчет полей рассеяния примесей по трехмерной модели с учетом классификации атмосферной устойчивости, метеорологических параметров и параметризации источников выбросов.