Мониторинг и экспертиза. Безопасность технологических процессов и производств и бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность Белгород 2013 3
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
2.7. Расчет устойчивости откоса Исходные данные длярасчета: откос из однородного грунта (суглинка) высотой 11 ми заложением 1:1 (угол откоса 45°). Физико- механические свойства грунта 19 кН/м 3 , =20°, c =40 кПа. Необходимо оценить устойчивость откоса, находящегося в непосредственной близости от автомобильной дороги. Последовательность расчета 1. В масштабе 1:100 строится схема откоса (рис. 10.1.3). 2. Вычисляется центр вращения О. Для этого по табл. 10.2.7 определим значения углов =28° и =37°. На пересечении линий АО и О находится центр вращения. Таблица 10.2.7 Значение углов и для определения центра вращения Заложение откосов ( H : l ) град , град 1:1 28 37 1:1,5 26 35 1:2 25 35 1:3 25 35 1:4 25 36 1:5 25 37 3. Определяем из центра вращения проводится линия скольжения радиусом R и контуры призмы сползания АВС. 4. Производится разделение призмы АВС на отсеки шириной пом. В нашем примере получилось 7 отсеков. На рис. 10.2.1 каждый отсек имеет свою линию сдвижения i l площадь i A и вес грунта i Q . Определяются углы наклона поверхности скольжения в каждом отсеке i . Углы отсчитываются от линии, перпендикулярно проходящей через центр вращения. При этом i находящиеся на левой стороне от центра вращения, имеют знак "минус" (например, угол 7 на рис. 10.2.1). Рис. 10.2.1 Расчётная схема откоса 6. Дальнейший расчет производится в табличной форме (табл. 10.2.8). После заполнения таблицы определяется сумма удерживающих и сдвигающих сил. 241 Таблица 10.2.8 Расчет устойчивости откоса № изм. м, кН/м 3 i i Q A кН/м град sin i sin i i i T Q кН/м cos i cos i i i N Q кН/м , град tg i i F N tg кН/м с, кПа i l , м i c l 1 6,25 19,0 118,8 63 0,8910 105,9 0,4540 53,9 20 0,3640 19,6 40 5,5 220,0 2 19,5 19,0 370,5 45 0,7071 261,9 0,7071 261,9 20 0,3640 95,3 40 4,2 168.0 3 27,0 19,0 573,0 30 0,500 256,5 0,8660 444,3 20 0,3640 161,7 40 3,6 144,0 4 30.0 19,0 570,0 18 0,3090 176,1 0,9511 542,1 20 0,3640 197,3 40 3,2 128,0 5 27,0 19,0 361,0 9 0,1564 56,5 0,9877 356,6 20 0,3640 129,8 40 3,0 120,0 6 15,0 19,0 265,0 -1 -0,0175 -4,6 0,9998 264,9 20 0,3640 96,4 40 3,0 120,0 7 9,2 19,0 174,8 -12 -0,2079 -36J 0,9781 170,9 20 0,3640 62,2 40 3,0 120,0 242 7. Вычисляется коэффициент устойчивости откоса Сумма сдвигающих сил 1 101,9+261,9+256,5+176,1 +56,5-4,6-36,3=816,0 кН/м. n i i T Сумма удерживающих сил 1 1 (19,6+95,3+161,7+197,3+129,8+96,4+62,2)+ n n i i i i i F c l +(220,6+168,0+144,0+128,0+120,0+120,0-120,0)=1782,3 кН/м. 1 1 1 1782, 3 2,18. 816, 0 n n i i i i i n i i N tg c Так как выполняется условие 10.1.81, делаем вывод что, откос находится в стабильном устойчивом состоянии. Уменьшение коэффициента возможно при обводнении откоса, так как это приведет к снижению прочностных характеристик грунта. Задания для выполнения РГЗ Работы выполняются графоаналитическим методом. В этом случае все расчетные схемы выполняются в масштабе. Каждый студент получает индивидуальное задание в соответствии с последней цифрой зачетки (табл. Таблица 10.2.9 Исходные данные для расчета Вариант Высота откоса Нм Разновидность грунта Удельный вес , кН/м Прочностные характеристики Заложение откоса , град с, кПа 1 20 Суглинок 19,0 20 24 1:1 2 16 Глина 20,0 19 36 1:1,5 3 14 Суглинок 18,5 17 32 1:2 4 20 Супесь 18,0 25 12 1:1 5 12 Суглинок 18,2 20 30 1:1,5 6 14 Тоже Супесь 17,8 24 12 1:1 8 20 Глина 19,8 12 30 1:1,5 9 14 Тоже Суглинок 19,2 18 26 1:1 243 Расчеты на устойчивость могут быть выполнены в двух вариантах Вариант 1 - поверхность скольжения откоса задается, необходимо определить . n . Вариант 2 - наиболее вероятная линия скольжения находится путем поиска минимальной величины . n В настоящей работе студентам предлагается выполнить расчет по первому варианту. При этом центр вращения находится по значениям углов и (см. рис. 10.1.3). Значения углов определяются по табл. 10.2.7, исходя из величины заложения откоса. 2.8. Расчёт подпорной стенки на плоский сдвиг по подошве Подпорная стенка из бетона высотой Нм, шириной b=2 м имеет заглублением. Удельный вес бетона =24кН/м 3 , угол внутреннего трения =30° и сцепление с кПа. Коэффициент трения бетона о песок f =0,45. Последовательность расчёта 1. В масштабе строится расчётная схема. 2. Вычисляется вес подпорной стенки на 1 погонный метр длины кН/м 3. Определяется величина активного давления на 1 погонный метр стенки 324 ) 15 45 ( 9 24 2 1 2 2 tg E a кН/м (32,4 т/м) 4. Проверяется выполнение условия 144 ) 15 45 ( 2 24 2 1 2 2 tg E n кН/м 324 < (432 · 0,45 + 141) 324 < 338,4. Условие выполняется 242,7 кН/м<(432,0+242,9) кН/м=674,9 кН/м. Следовательно, расчёт показал, что подпорная стенка сохраняет устойчивость с большим запасом. Она сохранила бы устойчивость даже в том случае, когда подошва не заглублялась бы в грунт. 244 Нами рассмотрен простейший случай. Расчёт усложняется, например, когда поверхность грунта имеет уклонили подпорная стенка имеет сложную конфигурацию, или основанием стенки служит влажный глинистый грунт. Задания для выполнения РГЗ Каждый студент получает индивидуальные задания в соответствии с последней цифрой зачетки, исходя из табл. 10.2.10 сцепление с = 0 кПа, коэффициент трения бетона о песок f=0,45 и проводит рас- чёт. Таблица 10.2.10 Исходные данные для расчета подпорной стенки Вариант H, м b, Мм ,кН/м 3 , град 1 6 1 0 16 30 2 8 2 2 17 31 3 8 1,5 0 16 32 4 9 2,5 2,5 18 33 5 10 2 3 19 31 6 10 3 2,5 16 30 7 10 2,5 2 16 32 8 12 3 3 17 33 9 12 3,2 3,5 16 34 10 12 3,1 4 17 35 10.3. Методические указания к выполнению курсового проекта Цель курсового проекта - закрепление полученных студентами теоретических знаний, практических навыков, а также развитие самостоятельности в решении вопросов мониторинга и экспертизы безопасности жизнедеятельности. Основные задачи курсового проекта - научить студентов - правильно оценивать опасность веществ и негативных воздействий в конкретных условиях эксплуатации технологических компле- ков, - применять методы расчета параметров для решения практических задач защиты человека, окружающей среды 245 - разрабатывать проекты наблюдательных станций за деформациями зданий, сооружений и земной поверхности, выполнять оценку технического состояния зданий и сооружений - рассчитывать величины вертикальных и горизонтальных деформаций фундаментов зданий, сооружений и земной поверхности - разрабатывать мероприятия по защите окружающей среды и человека от негативного воздействия различных факторов - пользоваться технической, нормативной и справочной литературой. Порядок оформления курсового проекта Курсовой проект включает пояснительную записку и графическую часть. Пояснительную записку следует оформлять на листах формата А (210 297 мм размеры полей левое – 20 мм, правое – 10 мм, верхнее мм, нижнее – 20 мм. Пояснительная записка выполняется с нанесенной ограничительной рамкой отстоящей от левого края на 20 мм и остальных на мм. Единые формы, размеры и порядок заполнения основных надписей на чертежах ив текстовых документах, входящих в состав студенческих курсовых работ, курсовых и дипломных проектов приведен в приложении А (согласно ГОСТ 21.101-97 (СПДС)). Расстояние от рамки до границ текста следует оставлять вначале ив конце строк – не менее 3 мм. Расстояние от верхней или нижней строки текста до верхней или нижней рамки должно быть не менее 10 мм. Текст пояснительной записки печатается на одной стороне листа через полтора интервала, шрифт Times New Roman (кегль 14), отступ красной строки – 1,27 см, выравнивание – по ширине. Разрешается использовать компьютерные возможности акцентирования внимания на определенных терминах, принципах, формулах, применяя шрифты разной гарнитуры. Графическая часть курсовго проекта может выполняться на листах формата А (Допускается и другой формат, например, А. Графическая часть работы может выполняться тушью или карандашом или с применением специализированных программ на ПЭВМ, например AutoCAD. Графический материал должен как можно полнее и нагляднее отражать основные результаты курсового проекта. 246 Порядок выполнения курсового проекта Пояснительная записка, как правило, состоит из следующих элементов титульный лист оглавление введение теоретическая часть расчетная часть заключение библиографический список приложения. Титульный лист является первой страницей пояснительной записки курсового проекта. Титульный лист следует оформлять в соответствии с приложением Б. Содержание включает Введение, наименование всех разделов, подразделов, пунктов (если они имеют наименование, Заключение, Библиографический список и Приложения, если они наименованы, с указанием номеров страниц. Страницы следует нумеровать арабскими цифрами, соблюдая сквозную нумерацию по всему тексту курсового проекта. Во введении излагают актуальность, цель и основные задачи выполнения курсового проекта. При формулировке цели следует указывать ток чему стремятся, что надо осуществить, а также то, что в самом общем виде должно быть достигнуто при выполнении работы. Формулировка задач, которые решаются в процессе выполнения курсового проекта, должна быть связана с целью её выполнения. Задание на теоретическую и расчетную часть студент получает у преподавателя. В заключении должны содержаться краткие выводы по результатам выполнения работы. Библиографический список литературы должен содержать сведения об источниках, использованных при написании курсового проекта. Периодические издания (журналы) являются основным источником современной научно-технической информации. Актуальные проблемы, последние научные и технические результаты и решения по проблемам безопасности и улучшения условий труда на производстве содержатся в следующих периодических изданиях Безопасность жизнедеятельности, Безопасность труда в промышленности, Гигиена и санитария и других, а также в отраслевых журналах. Наряду с учебниками и журналами в качестве дополнительных источников информации возможно использование интернет ресурсов. Это один из самых удобных источников информации, ноне следует использовать только ресурсы Интернета, особенно коллекции рефератов, потому что указанная информация часто подготовлена неспециалистами и не всегда достоверна. Выбор работы и варианта задания. Номер работы и вариант задания выбираются студентом по последним двум цифрам номера зачетной книжки. Номер работы – последняя цифра зачетной книжки. Вариант задания – предпоследняя цифра зачетной книжки. Если номер последней или предпоследней цифры равен нулю, то номер работы или вариант задания равны 10. Задания для курсового проекта Тема 1. Моделирование процессов сложных экологических систем Задание для практической части Оптимизация очистки водных растворов по математической модели В процессе выполнения данного задания необходимо получить математическую модель процесса очистки воды от соединений ртути найти оптимальные параметры процесса, при которых содержание ртути в сбросах минимально. Основные понятия Построение математических моделей технологических процессов природных явлений основано на использовании специальных методов планирования эксперимента. Планирование эксперимента – это управление процессом, явлениями при неполном знании механизма явления процесса. Планирование эксперимента рассматривают как одно из направлений кибернетики, основные идеи которой сформулированы в работах английского математика Рональда Фишера в 1930-1935 гг. и развиты в 1950-1957 гг. Боксом, Уилсоном и Хантером. Методы планирования эксперимента базируются на получении математической модели в виде полинома. 2 0 i ii j i ij i i x b x x b x b b y (где b 0 , b i , b ij , b ii – коэффициенты полиномах факторы, влияющие на процесс, явление (например, давление, температура и т.д.); y – переменная состояния объекта исследования. 248 Наиболее простой вид имеет линейный полином уравнения y = B 0 +B 1 x 1 +B 2 x 2 +…B n x n Линейный полином получают при помощи специальной установки эксперимента по определенному плану, представленному в виде матрицы планирования эксперимента. Уровнем фактора называют значение параметра, которое фиксируется и изменяется при проведении процесса, например, х – температура, С, С х – время 100 с, 140 с. Средние значения уровней факторов называются нулевыми уровнями о o Х Х i 1 ( = 70°C, о Х 2 = 120°C). Значение фактора, прибавление которого к нулевому уровню дает верхний уровень, а вычитание – нижний уровень, называют интервалом варьирования ) 2 1 2 , 10 ( i i с Х С Х Х Область определения факторов – это их нижние и верхние уровни. Каждую точку факторного пространства изображают в кодированной форме x x x x oi i ; (10.3.3) х х х х оi i н в / ) ( ) ( 1 20 120 100 1 20 120 140 1 10 70 60 1 10 70 80 2 2 1 1 н в н в х х х x Эксперимент, в котором реализованы все сочетания факторов на нижних и верхних уровнях, называют полным факторным экспериментом (ПФЭ). Если каждый фактор варьируется на двух уровнях, то получается ПФЭ типа 2 n . Для двух факторов (n=2) число опытов N=2 2 =4. План, содержащий запись всех комбинаций факторов кодированной формы, называют матрицей планирования. В матрице планирования сочетание первого фактора на двух уровнях (+1, -1) повторяют для каждого следующего фактора на верхнем и нижнем уровне. 249 Фактор х является фиктивной переменной. Использование фактора х 0 делает расчеты коэффициентов модели более общими. Основное преимущество факторного эксперимента заключается в одновременном варьировании всех факторов, что приводит к снижению ошибки в оценке коэффициентов полинома враз общее число опытов. Организация матриц планирования ПФЭ 2 2 …2 4 показана в табл. 10.3.1. Таблица 10.3.1. Построение матриц проведения эксперимента № Тип эксперимента Фактор Х Х Х Х Х 1 ПФЭ 2 2 +1 +1 +1 +1 +1 2 +1 -1 +1 +1 +1 3 +1 +1 -1 +1 +1 4 +1 -1 -1 +1 +1 5 ПФЭ 2 3 +1 +1 +1 -1 +1 6 +1 -1 +1 -1 +1 7 +1 +1 -1 -1 +1 8 +1 -1 -1 -1 +1 9 ПФЭ 2 4 +1 +1 +1 +1 -1 10 +1 -1 +1 +1 -1 11 +1 +1 -1 +1 -1 12 +1 -1 -1 +1 -1 13 +1 +1 +1 -1 -1 14 +1 -1 +1 -1 -1 15 +1 +1 -1 -1 -1 16 +1 -1 -1 -1 -1 Формально прием построения матрицы планирования сводится к методу чередования знаков уровней. Проведение факторного эксперимента осуществляют последующему алгоритму – строят матрицу планирования – ставят опыты в соответствии с планом матрицы – рассчитывают коэффициенты линейного полинома (уравнение регрессии – рассчитывают ошибку опыта – проверяют значимость коэффициентов регрессии – находят оптимальное решение процесса. Коэффициенты уравнения регрессии в линейной форме рассчитывают по формуле 250 N u u iu i y x N b 1 1 (i=1,2,…,n), (10.3.4) где u y – среднее значение по параллельным опытам й строки матрицы планирования х – уровень фактора (+1, -1). m k uk u y m y 1 1 , (10.3.5) где m – число параллельных опытов. Формулы (3.1.4.) и (3.1.5) можно соединить N u m k uk iu i y x Nm b 1 1 1 (10.3.6) Расчет ошибки опыта оценивают по параллельным опытам m u u uk u y y m S 1 2 2 , ) ( )) 1 /( 1 ( (10.3.7) Построчные ошибки опыта S усредняют N u u o S N S 1 2 ) / 1 ( (10.3.8) Для оценки влияния факторов на переменную состояния проводят проверку значимости каждого коэффициента – находят дисперсию коэффициентов регрессии ); / ( 2 0 2 N S S bi (10.3.9) те. дисперсии всех коэффициентов равны, т.к. зависят только от ошибки опыта 2 и числа строк матрицы планирования N; – определяют параметр t ip где i b - абсолютное значение го коэффициента регрессии, среднеквадратичное отклонение i b – из табл. 10.3.2 определяют критерий Стьюдента по числу степеней свободы 0 f и уравнению значимости 251 ) 1 ( 0 m N f (10.3.11) – сопоставляют t ip и табл. Таблица 10.3.2 Процентные точки распределения Стьюдента при уровне значимости q=0.05 Показатель Значение Число степеней Свободы, f 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 16 24 Процентные точки, t T 12,7 4,3 3,19 2,78 2,57 2,45 2,36 2,31 2,26 2,23 2,1 2,0 Коэффициент значим при выполнении условия t ip > t T (10.3.12). При выполнении условия значимости коэффициент принимают равным 0. Пригодность линейного уравнения для решения задачи поиска области оптимума проверяют по критерию Фишера(табл. 10.3.3). Для этого сравнивают дисперсии средних опытных данных переменной состояния относительно тех значений переменной состояния u y , которые предсказаны полученным линейным уравнением регрессии. Эта дисперсия называется дисперсией адекватности и рассчитывается по формуле ад 2 2 ), ( ) /( ( (10.3.13) где N – число строк матрицы планирования l – число членов в уравнении регрессии, оставшихся после оценки значимости коэффициента. Согласно критерия Фишера уравнение адекватно описывает процесс при соблюдении следующего условия F p < F T , (10.314) где F – критерий Фишера, найденный из таблиц для степеней свободы табл. 3.1.2) ад = N - 1 и о (m - 1); р – расчетное значение критерия ) / ( 2 0 2 S S F ад p Таблица 10.3.3 Критерий Фишера при уровне значимости q=0.05 f\f ад 4 5 6 8 2,84 3,69 3,58 16 3,01 2,85 2,74 24 2,78 2,62 2,51 252 Поиск области оптимума осуществляют методом крутого восхождения. Алгоритм метода крутого восхождения заключается в проведении следующих операций. 1. Выбор базового фактора. Фактор, для которого произведение коэффициента регрессии на интервалах варьирования максимально, называют базовым а = max (В·Х). 2. Для базового фактора выбирают шаг крутого восхождения h, равный интервалу варьирования Ха. Пересчитывают составляющие градиента по выбранному шагу крутого восхождения a h a X B h ) / ) (( , (10.3.15) где а - 4. Округляют шаг крутого восхождения. 5. Организуют поиск оптимальной области путем последовательного прибавления составляющих градиента уравнения регрессии к нулевому уровню. Получают серию значений факторов крутого восхождения. Переводят факторы крутого восхождения в кодированную форму и получают расчетное значение переменной состояния Y. Через несколько шагов ставят эксперименты, проверяя соответствие расчета и эксперимента. Стратегия проведения опытов состоит в том, чтобы найти такие шаги, которые увеличивают выходную переменную, а затем ее уменьшают. Пример Получено уравнение регрессии следующего вида Y = 23,28 + 1,78∙X 1 + 10,23∙X 2 + 9,36∙X 3 Требуется осуществить поиск максимальных значений параметра Y. Результаты крутого восхождения приведены в табл Таблица 10.3.4 Исходные данные и результаты крутого восхождения Наименование Фактор Расчет Х Х Х Нулевой уровень 0,7 135 30 Интервал варьирования Х 0,2 5 15 Коэффициенты 1,78 10,23 9,36 Произведение B X 0,356 51,4 140,4 Пересчет составляющих градиента при h = 15 0,038 5,49 15 Округление шага 0,04 5 15 253 Опыт Крутое восхождение Переменная состояния 9 0,74 140 45 43 – 10 0,78 145 60 70 – 11 0,82 150 75 89 67 12 0,86 155 90 109 - 13 0,90 160 105 – 73 14 0,94 165 120 – 68 В табл. 10.3.4 даны расчетные значения параметра и экспериментальной величины процесса (Y). В качестве примера рассчитаем значение Y для опыта 9: Х = 0,74: кодированное значение Х = (0,74 – 0,7)/0,2 = 0,2; Х = 140: кодированное значение Х = (140 – 135)/5 = 1; Х = 45: кодированное значение Х = (45 – 30)/15 = 1 Y = 23,28 + 1,78∙0,2 + 0,23 + 9,36 = 43 Крутое восхождение в данном примере эффективно в опыте 13 достигнуто максимальное значение параметра. Исходные данные для выполнения работы В работе необходимо построить математическую модель извлечения ртути из раствора при производстве хлора и щелочи электролизом хлорида натрия на ртутном катоде. В качестве переменной состояния выбирают показатель содержание ртути на выходе процесса. Так как раствор электролита сбрасывают вводный бассейн, цель моделирования состоит в установлении таких параметров работы, при которых содержание ртути в растворе минимально. Технологическая схема получения хлора и щелочи изображена на рис. Процесс очистки раствора осуществляет методом экстракции. Экстракция зависит от скорости вращения мешалки, температуры раствора, времени пребывания раствора в реакторе. Нулевые уровни факторов Х = 2500 об/мин; Х = 100 С Х = 45 мин. Интервалы варьирования Х = 500 об/мин; Х = 10 С Х = 15 мин. 254 Рис. 10.3.1. Технологическая схема получения хлора и щелочи электролизом хлорида натрия на ртутном катоде Порядок выполнения работы 1. Получить вариант выполнения работы (табл. 10.3.5). 2. В соответствии с матрицей планирования провести расчет коэффициентов линейного уравнения регрессии. 3. Оценить значимость коэффициентов регрессии. 4. Проверить адекватность уравнения. 5. Из уравнения регрессии найти условия процесса, которые обеспечивают минимальное содержание ртути в растворе. Таблица 10.3.5 Матрица планирования эксперимента Опыт Фактор Состояние системы Х Х Х Х Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Вариант №1 1 +1 + + + 1,1 0,9 0,9 2 +1 - + + 0,8 0,9 0,8 3 +1 + - + 2 2,5 2,2 4 +1 - - + 3 3,2 2,8 5 +1 + + - 3 3,2 3,1 6 +1 - + - 4 4,2 4,4 7 +1 + - - 4,6 4,8 4,7 8 +1 - - - 6,8 7 6,8 Вариант №2 1 + + + + 0,3 0,31 0,36 2 + - + + 0,4 0,42 0,44 3 + + - + 0,6 0,61 0,61 4 + - - + 0,62 0,64 0,66 5 + + + - 0,7 0,72 0,76 Cl Очищенный NaOH Электролиз водного раствора NaCl ТП 1 Очистка сточной воды ТП 2 NaOH Очистка сточной воды ТП 2 255 6 + - + - 0,8 0,82 0,84 7 + + - - 2,2 2,2 2,4 8 + - - - 3,2 3,3 3,5 Вариант №3 1 + + + + 0,2 0,22 0,18 2 + - + + 0,4 0,41 0,43 3 + + - + 0,5 0,6 0,5 4 + - - + 0,42 0,44 0,43 5 + + + - 2 2,2 2,1 6 + + - - 3 3,2 3,1 7 + + - - 4 4,1 4,2 8 + - - - 5 5,1 5,2 Вариант №4 1 + + + + 0,1 0,11 0,12 0,13 2 + - + + 0,2 0,22 0,24 0,2 3 + + - + 0,32 0,34 0,36 0,32 4 + - - + 0,4 0,42 0,44 0,41 5 + + + - 0,5 0,56 0,58 0,55 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Вариант №4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 + - + - 0,6 0,62 0,64 0,61 7 + + - - 0,7 0,74 0,78 0,73 8 + - - - 0,8 0,81 0,88 0,85 Вариант №5 1 + + + + 0,3 0,35 0,32 2 + - + + 0,6 0,64 0,62 3 + + - + 0,4 0,42 0,44 4 + - - + 0,42 0,44 0,46 5 + + + - 0,5 0,52 0,54 6 + - + - 0,6 0,62 0,64 7 + + - - 0,7 0,74 0,78 8 + - - - 0,8 0,86 0,88 Вариант №6 1 + + + + 0,2 0,24 2 + - + + 0,3 0,32 3 + + - + 0,4 0,42 4 + - - + 0,48 0,46 5 + + + - 0,5 0,52 6 + - + - 0,6 0,62 7 + + - - 0,7 0,74 8 + - - - 0,84 0,86 Вариант №7 1 + + + + 0,4 0,46 2 + - + + 0,5 0,56 3 + + - + 0,6 0,64 4 + - - + 0,7 0,74 5 + + + - 0,8 0,84 6 + - + - 0,9 0,94 256 7 + + - - 1,5 1,6 8 + - - - 2,8 2,9 Вариант №8 1 + + + + 1 1,2 1,1 2 + - + + 2 2,2 2,4 3 + + - + 3 3,4 3,6 4 + - - + 4 4,4 4,6 5 + + + - 5 5,2 5,4 6 + - + - 5,2 5,4 5,6 7 + + - - 8 8,2 8,6 8 + - - - 10 12 14 Вариант №9 1 + + + + 0,2 0,3 0,2 2 + - + + 0,3 0,33 0,32 3 + + - + 0,38 0,38 0,4 4 + - - + 0,45 0,48 0,44 5 + + + - 0,3 0,32 0,34 6 + - + - 0,6 0,62 0,64 7 + + - - 0,7 0,74 0,76 8 + - - - 1,8 1,6 1,7 Вариант №10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 + + + + 0,1 0,12 0,14 2 + - + + 0,2 0,18 0,22 3 + + - + 0,3 0,28 0,32 4 + - - + 0,4 0,42 0,44 5 + + + - 0,5 0,52 0,54 6 + - + - 0,6 0,62 0,64 7 + + - - 0,7 0,72 0,74 8 + - - - 0,8 0,82 0,84 Задания для графической части работы Провести построение функции отклика Y от параметров X 1 , X 2 , X 3 : Y=f(X 1 , X 2 , X 3 ). Вопросы для подготовки теоретической части 1. Методы исследования поведения сложных систем. 2. Прогнозирование развития экологических систем. 3. Виды моделирования. Модели устойчивого развития экологических систем. 4. Основные положения планирования эксперимента. Литература (1-4,19 -21, 24, 26, 29, 41). 257 Тема 2. Охрана вод от загрязнений. Составление проектов и нормативов допустмых сбросов (НДС) Задание для практическй части Расчет НДС для реки В процессе выполнения данного задания необходимо изучить алгоритм составления нормативов НДС для реки, рассчитать нормативы НДС для речного потока. Основные понятия Нормативно-допустимый сброс (НДС) определяют как произведение расхода сточных вод на концентрацию в них загрязняющих веществ, не нарушающих нормативное качество воды НДС = q·C, (10.3.16) где q – максимальный расход сточных вод, м 3 /ч; С – концентрация загрязняющих веществ в сточной воде, при которой в контрольной точке отбора пробы соблюдается установленный нормативна загрязняющее вещество (ПДК, гм, мг/л. В соответствии с Инструкцией по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу и выбросов вводные объекты при сбросе вредных веществ со сточными водами меньше расчетного НДС за величину НДС принимается фактический сброс вещества. При фоновом содержании загрязняющих веществ, превышающим нормативы, НДС устанавливается из условий соблюдения фонового качества воды в контрольном створе. Величину НДС по взвешенным веществам находят из концентрации взвешенных веществ вводном объекте до места сброса С = С ф + 0,25; С = С ф + 0,75, (10.3.17) где С – концентрация взвешенных веществ вводе, предназначенной для рыбохозяйственного и культурно-бытового водопользования, мг/л, С ф – фоновая концентрация загрязняющего вещества, мг/л. Кроме указанных требований по взвешенным частицам в сточной воде не должны присутствовать взвеси со скоростью выпадения 0,2 258 мм/с при спуске воды вводом и со скоростью выпадения более 0,4 мм/с при спуске в водотоки. При поступлении вводные объекты нескольких веществ с лимитирующими показателями вредности (ЛПВ) должно соблюдаться условие 1 1 n n ПДК С ПДК С ПДК С (10.3.18) По лимитирующим признакам вредности выделяют следующие вещества соединения ртути, нитриты, метанол, формалин, бензол, анилин, дихлорэтилен и другие вещества го иго класса опасности. Порядок выполнения работы 1. Получить вариант выполнения работы (варианты 1…10) табл. 10.3.6 2. Рассчитать нормативы НДС для веществ, указанных в задании (табл) с учетом условия ЛПВ, формулы (10.1.28) … (10.1.47). 3. Заполнить табл. 10.3.8 для параметров НДС. Таблица 10.3.6 Гидрологические параметры реки и сточных вод Вариант Глубина реки Скорость течениям с Расход воды в реке, мс Коэффициент извилистости Расход стокам ч Расстояние от выпуска до точки отбора пробы воды, м 1 1 0,5 0,8 1 0,2 500 2 2 0,1 1,2 1,5 0,4 100 3 4 0,4 5,0 1,2 0,5 400 4 5 0,2 4,3 1,2 0,6 500 5 3 0,1 6 1,4 0,7 300 6 1 0,4 7 1,8 0,8 800 7 5 0,3 8 1,6 1 400 8 4 0,2 3 1,7 2 200 9 3 0,8 1 1,6 0,5 300 10 1 1,0 2 1,4 0,4 500 Таблица 10.3.7 Характеристики сточной и речной воды по основным показателям для расчеты НДС N варианта Показатель состава сточных вод Концентрация веществ, мг/л Фоновая концентрация в реке Концентрация в сточной воде ПДК 1 Азот аммонийный 0,1 2 0,5 2 Азот нитритный 0,01 0,05 0,02 3 Азот нитратный 12 20 9,1 259 4 Нефтепродукты 0,01 0,3 0,05 5 Фосфаты 0,8 0,5 0,25 6 Хлориды 100 800 300 7 Анилин 0,061 0,65 0,1 8 Ртуть 0 0,010 0,0005 9 Бензол 0,01 1,8 0,5 10 Метанол 0 40,0 3,0 Таблица 10.3.8 Нормативный допустимый сброс сточных вод № П/П Показатель состава сточных вод Фактическая концентрация сброса, мг/л Сброс, г/ч Нормативный допустимый сброс, г/ч Задания для графической работы В графической части заполнить табл. 10.3.8 Вопросы для подготовки теоретической части 1. Основные методы расчета НДС при сбросе сточных вод в реку. Расчет коэффициента смешения стока с речной водой. 3. Санитарные правила и нормы охраны вод от загрязнений. 4. Основные правила составления и утверждения проектов НДС. Литература (1, 4, 29, 41). Тема 3. Контроль за сбросами сточных вод. Составление НДС для водохранилища. Задание для практической части. Расчет (НДС) для водохранилища В процессе выполнения данного задания необходимо изучить алгоритм составления нормативов НДС для водохранилища рассчитать НДС для водохранилища. 260 Основные понятия При сбросе сточных вод в замкнутые водоемы и водохранилища необходимо учитывать снижение концентрации загрязняющего вещества вследствие разбавления стока. Разбавление стока рассчитывают для двух принципиальных случаев. Сброс воды осуществляют в водоем при условии, что масса стока сопоставима с массой воды в водоеме. В этом случае происходит увеличение концентрации вещества в водоеме. При условии полного смешения воды водоема истока концентрации загрязняющего вещества увеличивается в соответствии с формулой 0 0 /( ) Ñ Ñ V V V где С – концентрация загрязняющего вещества в водоеме, кг/м 3 ; С – концентрация вещества в стоке, кг/м 3 ; V 0 – объем воды водоемам скорость поступления воды, м t – время, с. 2. Во втором случае сброс стока осуществляют в водоем при условии, что масса стока гораздо меньше, чем масса воды в водоеме. В этом случае концентрация вещества зависит от начального и конечного разбавления стока, формулы (10.1.28) … (10.1.39). Порядок выполнения работы 1. Получить вариант выполнения работы (табл. Таблица 10.3.9 Исходные данные для расчета НДС для водохранилища Вариант работы Расход сточных вод, мс Глубина водохранилища (ср), м Скорость ветра w, мс Расстояние до контрольного створам 1 1 500 6 4,0 3 2 200 7 3,5 4 4 300 8 4,5 3 5 200 9 3 2 3 300 10 2 2 2 100 261 2. Определить разбавление сточной воды в водоеме при условии, что масса стока меньше массы воды в водоеме. 3. Рассчитать величины нормативов допустимых сбросов для веществ, указанных в табл. 10.3.10 При расчетах обратить внимание наследующее для веществ, обладающих лимитирующим показателем вредности (ртуть, формалин, метанол, нитриты, анилин, бензол) необходимо соблюдать условие (10.3.18). Таблица 10.3.10 Характеристики стока и водохранилища по основным показателям для расчета НДС Показатель Концентрация веществ, мг/л Фоновая в водохранилище В сточной воде ПДК 1 2 3 4 Азот аммонийный 0,1 2 0,5 Азот нитритный 0,01 0,05 0,02 Азот нитратный 12 20 9,1 Нефтепродукты 0,01 0,3 0,05 Фосфаты 0,8 0,5 0,25 Хлориды 100 800 300 Биохимическое потребление кислорода (БПК) 2 8 3 Химическое потребление кислорода (ХПК) 25 20 30 Анилин 0,061 0,65 0,1 Ртуть 0 0,010 0,0005 Бензол 0,01 1,8 0,5 Метанол 0 40,0 3,0 При нарушении этого условия НДС для веществ, обладающих фактором ЛПВ, пропорционально снижают – при фактическом сбросе веществ меньше расчетного за величину НДС принимают фактический сброс. – заполнить табл. 10.3.11. для утверждения нормативов НДС. Таблица 10.3.11 Нормативный допустимый сброс загрязняющих веществ № п/п Показатель состава сточных вод Фактическая концентрация сброса, мг/л Сброс, г/ч НДС г/ч Задания для графической части работы В графической части заполнить табл. 10.3.11 262 Вопросы для подготовки теоретической части 1. Методы для расчета НДС при сбросе сточных вод в водохранилище. Расчет коэффициента разбавления стока. 3. Правила составления проектов НДС при сбросе сточных вод в водохранилище. 4. Нормативные требования к охране водоемов от загрязнения Литература (4, 16, 18, 21, 26, 29) Тема 4. Мониторинг загрязнения атмосферы. Проектирование возможного ущерба от загрязнения атмосферы Задание для практической части Расчет предельно-допустимых выбросов и оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы В процессе выполнения данного задания необходимо научиться проводить нормативный расчет выбросов в окружающую среду оценить ущерб от загрязнения атмосферы. Основные понятия Предельно допустимый выброс (ПДВ) – это такое количество вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, которое обеспечивает концентрацию вещества в приземном слое не выше предельно допустимой концентрации (ПДК. ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы. Рассчитанные значения ПДВ должны являться научно обоснованной формой выброса промышленным предприятием вредных химических веществ, чтобы обеспечить соблюдение требований санитарных органов по чистоте атмосферного воздуха населенных мест. Основной критерий качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы – ПДК. При установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы учитывают расчетные или экспериментальные величины фоновых концентраций вредных веществ. Поэтому в формуле расчета представляют значения С = С + ф) где С – расчетная концентрация загрязняющего вещества, мг/м 3 ; С ф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в расчетной точке, мг/м 3 263 Предельно допустимый выброс загрязнителя источником (ПДВ, гс) и максимально допустимую концентрацию вредного вещества в газовой смеси при выходе в атмосферу ма(С М ) можно рассчитать по преобразованным уравнениям (10.1.1) … (10.1.19). Коэффициенты стратификации атмосферы (Аи оседания вредных веществ (В) приведены в табл. (10.3.12; 10.3.13). Таблица 10.3.12 Коэффициент стратификации атмосферы (А) в регионах России и СНГ Регион России и СНГ А Район Средней Азии южнее 40 0 с.ш. Читинская область 250 Европейская часть СНГ южнее 50 0 с.ш., Нижнее Поволжье, Кавказ, Молдова, Казахстан, Дальний Восток. 200 Европейская часть СНГ и Урал от 50 до 52 0 с.ш. за исключением перечисленных выше районов 180 Европейская часть СНГ и Урал севернее 52 0 с.ш. Украина 160 Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области Таблица 10.3.13 Коэффициент F |