Разработка программного модуля для нахождения оптимальных предельно-допустимых выбросов в атмосферу от группы источников

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Математический факультет

Кафедра Вычислительной математики

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Разработка программного модуля для нахождения оптимальных предельно-допустимых выбросов в атмосферу от группы источников

студента 5 курса

Гурова Павла Владимировича

Кемерово 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Существующая система установления ПДВ для промышленных источников

1.1 Нормативы и показатели загрязнения атмосферы.

1.2 Данные об источниках загрязнения атмосферы.

1.3 Метеопараметры

1.4 Данные наблюдений за загрязнением атмосферы

1.5 Модели расчета загрязнения атмосферы

1.6 Унифицированные программы расчета загрязнения атмосферы

1.7 МетодЫ равного квотирования и МРН-87

2. Симплекс-метод

2.1 Общая характеристика симплекс метода

2.2 Алгоритм симплекс метода (первая симплекс таблица)

3. Формализация поставленной задачи

4. Программная реализация и пример практического применения

4.1 Выбор загрязняющих веществ

4.2 Обработка точек с повышенным загрязнением

4.3 Обработка источников

4.4 Обработка таблиц влияния источников на точки

4.5 Применении симплекс-метода

4.6 Вывод полученных результатов

4.7 Сравнение различных методов расчета ПДВ для реального предприятия

Заключение

Список литературы

Вспомогательные указатели

Перечень сокращений

Приложения

Unit1.pas

Simplex.pas

ВВЕДЕНИЕ

В нашей стране существует государственная система управления выбросами промышленных источников загрязнения атмосферы (ИЗА) [1-4]. Целью системы является достижение и поддержание на нормативном уровне N загрязнения воздушного бассейна населенных мест, которое характеризуется приземной разовой (осредненной за 20 минут) концентрацией С.

Основными разделами данной системы является проведение воздухоохранной экспертизы вновь строящихся объектов и установление предельно допустимых норм (ПДВ) для существующих объектов.

В этих задачах расчетным путем устанавливается связь между выбросами Q предприятий и приземными концентрациями C загрязняющих веществ (ЗВ), выбрасываемыми промышленными источниками.

Для расчета концентраций С по известным значениям Q и характерным для данной территории метеопараметрам используется единая, утвержденная на государственном уровне методика ОНД-86 [2].

В настоящее время проектные расчеты осуществляются с использованием программных комплексов (ПК) сертифицированных главной геофизической обсерваторией им. А.И. Войекова (г. Санкт-Петербург).

При проведении атмосферноохранной экспертизы проекта нового предприятия, решается прямая задача моделирования загрязнения атмосферы.

При установлении ПДВ для существующего предприятия, решается обратная задача – подбираются такие значения выбросов Х, при которых в прилегающих к предприятию жилых районах приземные концентрации С не превышают санитарную норму N.

В соответствии с нормативными документами по нахождения ПДВ [1,4] в этом случае обратная задача решается путем подбора реальных (технологически применимых) для данного производства атмосфероохранных мероприятий (АОМ), таких как замена оборудования, установка газоочистки и т.д. Фактически, обратная задача решается при этом методом подбора. Однако при большом числе источников большую помощь в выборе первоочередных мероприятий дает решение задачи форматизированными методами. Пользуясь линейностью модели ОНД-86 по выбросам источников можно представить загрязнение атмосферы в контрольных точках жилой зоны в виде линейной формы:

,

где - концентрация в i-ой точке, - выброс j-го источника, - вклад j-го источника в i-й точке, который в дальнейшем будем называть коэффициентом влияния.

Санитарные требования приводят к системе линейных неравенств:

,

решение которой ищется на интервале

,

где - технологически обоснованный минимум выброса j-го источника.

На сегодняшний день в методической литературе описаны два метода нахождения решения поставленной задачи: МРН-87 [24] и метод равного квотирования [25]. Оба метода дают частное решение поставленной системы неравенств из соображений удобства нахождения единственного решения. Однако любое предприятие заинтересовано в минимальных затратах, необходимых для установления нормативных выбросов . Для этой цели, к поставленной системе неравенств добавляем целевую функцию:

,

где в общем случае - стоимость снижения на единицу выброса для j-го источника. В данном виде решение X_j дает минимум затрат на достижение нормативного загрязнения атмосферы.

В предположении получаем

,

что эквивалентно .

Следовательно, задача сводится к поиску максимально допустимого по сумме сочетания выбросов X_j данного предприятия, позволяющего достичь нормативного загрязнения атмосферы. В связи с линейностью модели ОНД-86 по отношению к выбросам для поиска решения поставленной задачи может быть применён симплекс-метод.

Целью настоящей работы является разработка программного модуля для расчета оптимальных значений ПДВ с использованием симплекс-метода. Данный модуль должен не просто реализовать решение задачи линейного программирования, но и быть интегрирован в среду программного комплекса ЭРА-ВОЗДУХ, который предназначен для решения проектных задач, использует стандартизированные данные об источниках выбросов, метеорологических параметрах распространения примесей и выдает выходную информацию в установленной нормативными документами форме (подробности на сайте www.logos-plus.ru). После разработки и отладки модуля в работе предполагается решить задачу на основе реальных данных и сравнить оптимальное решение с методами, описанными в методической литературе.