Г. Н. Камышова, Н. Н. Терехова системный анализ и математическое моделирование в агроэкологии

Приложение 1

Предельно допустимая концентрация вредного вещества

Наименование вещества	Класс опасности	ПДК, мг/м3
		максимальная разовая	среднесуточная
Азота диоксид NO2	2	0,085	0,04
Азота оксид NO	3	0,6	0,06
Пыль неорганическая	3	0,5	0,15
Сажа	3	0,15	0,05
Серы диоксид SO2	3	0,5	0,05
Углерода оксид CO	4	5,0	3,0

ХОД РАБОТЫ:

1. 
   Запустите Excel
   

“ПУСК-ПРОГРАММЫ-Microsoft Excel”

2. 
   Создайте следующую таблицу:
   

	максимальной концентрации вредного вещества у земной поверхности
	A	B	C	D	E	F	G	H
	A	M	F		H	Q	T	D
	1	0,8	1	1	21	2,4	12	1
	(4*G4)/3,14*(СТЕПЕНЬ(I4;2))
f	(100*I4*СТЕПЕНЬ(B5;2))/H4*СТЕПЕНЬ(F4;2)
	G4*H4/F4
	0,65*СТЕПЕНЬ(B7;1/3)
m	1/(0,67+0,1*СТЕПЕНЬ(B6;1/2)+0,34*СТЕПЕНЬ(B6;1/3))
n	0,44*B8
Cм	(B4*C4*D4*B9*B10*E4)/(СТЕПЕНЬ(F4;2)*СТЕПЕНЬ(G4*H4;1/3))

3. 
   Введите в компьютерную модель исходные данные.
   

максимальной концентрации вредного вещества у земной поверхности
		A	B	C	D	E	F	G	H
		A	M	F		H	Q	T	D
		1	0,8	1	1	21	2,4	12	1
		3,057324841
		34351,08929
		1,371428571
		0,722167192
		0,033050738
		0,317753564
		6,21525E-06

Задачи для самостоятельного решения

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Фоновая концентрация вредного вещества в приземном воздухе Сф, мг/м3	0,02	0,9	0,01	0,01	0,01	1,5	0,01	0,01	0,03	0,6
Масса вредного вещества, выбрасывае-мого в атмосферу, М, г/с	0,8	7,6	0,4	0,2	0,7	7,5	0,3	0,7	0,9	7,6
Объем газовоздушной смеси, выбрасываемой из трубы, Q, м3/с	2,4	2,7	3,1	3,3	2,9	2,4	2,8	2,9	3,2	2,4
Разность между температурой выбрасываемой смеси и температурой окружающего воздуха DТ, оС	12	14	16	18	13	15	17	12	16	14
Высота трубы Н, м	21	23	25	22	24	21	23	24	25	21
Диаметр устья трубы D, м	1,0	0,9	0,8	1,0	0,9	0,8	1,0	0,9	0,8	1,0
Выбрасываемые вредные вещества	1	2	3	4	1	2	3	4	1	2

МОДУЛЬ Л.5 Расчёт минимальной высоты дымовой трубы

Постановка задачи

Определение минимальной высоты дымовой трубы при выбросе в атмосферу дымовых газов от теплоэнергетической установки.

Опорная информация

Минимальная высота дымовой трубы Н для рассеивания в атмосфере нагретых выбросов вредных веществ до концентраций, не превышающих значения ПДК в приземном слое атмосферы с учетом существующих фоновых концентраций, должна выбираться по результатам расчетов всех выбрасываемых вредных веществ.

Для определения диаметра дымовой трубы в устье используется формула

, м

Высота дымовой трубы для удовлетворения экологических требований рассчитывается по формуле

, м

- разность между температурой газа и температурой окружающего воздуха.

Величины коэффициентов m, n, зависящих от скорости выхода газа из трубы и высоты трубы, определяются по формулам.

Далее рассчитывают промежуточные параметры

и

По найденным величинам промежуточных комплексов определяются значения коэффициентов m и n:

С учетом того, что эти коэффициенты сами зависят от высоты дымовой трубы, расчет проводится методом последовательного приближения.

Предварительно принимают значения коэффициентов m и n равными единице.

Используя формулу (2), находят высоту дымовой трубы. По найденной высоте, по формулам (5–6) определяют значения m и n и вновь определяют высоту трубы.

Последовательность решения продолжают до тех пор, пока расхождения результатов последнего и предыдущего расчетов высоты дымовой трубы не превысит 5-7%.

В окончательном варианте высоту дымовой трубы принимают по результатам расчетов, проведенных для всех выбрасываемых с дымовыми газами вредных веществ.

ХОД РАБОТЫ:

1. 
   Запустите Excel
   

“ПУСК-ПРОГРАММЫ-Microsoft Excel”

2. 
   Создайте следующую таблицу:
   

№

Расчёт минимальная высота трубы

1

A

M

F

m

n

Z

V

W0

tгаз

tокр

Пдк

Cфi

2

1+J2*(G2-1)

3

(4*H2/3,14*I2)

4

КОРЕНЬ(B4)

5

K2-L2

6

B2*C2*D2*E2*F2*A3

7

M2-N2

8

H2*B6

9

СТЕПЕНЬ(B9;1/3)

10

B6/B7*B9

11

КОРЕНЬ(B10)

3. 
   Введите в компьютерную модель исходные данные.
   

№	Расчёт минимальная высота трубы
1	140	0,6	1	1	1	1,8	6,5	10	2,5	160	20	0,6	0,02
2	3
3	82,80254777
4	9,099590528
5	140
6	168
7	0,58
8	910
9	9,690521083
10	758,3333333
11	3,11296018

Задачи для самостоятельного решения

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Значение коэффициента A	140	160	180	200	220	240	260	280	300	320
Значение коэффициента F	1	3	2	2,5	3,5	2,75	1,5	1,75	1	3,25
Значение коэффициента Z	1,8	1,4	1,5	1,1	1,3	1,4	1	1,2	1,6	1
Значение коэффициента V	6,5	12,0	15,0	25,0	20	11	7,5	6,5	12,3	5,5
Значение коэффициента W0	10	12	12	14	7	11	16	16	10	8
Значение коэффициента Mi	0.4	0,04	0,2	0.5	0,05	0,25	0.5	0,07	0,3	0,04
Значение коэффициента	0,15	2,6	0,7	1,0	0,9	1,25	2,5	3,3	1,5	1,25
Значение коэффициента tгаз	160	170	160	170	110	150	150	125	115	110
Значение коэффициента tокр	20	23	22	24	20	25	31	25	22	20
Значение коэффициента Пдк	0,15	0,04	0,004	0,04	0,01	0,02	0,02	0,003	0,25	0,3
Значение коэффициента Сфi	0,02	0,005	0,0005	0,01	0,04	0,15	0,04	0,01	0,02	0,125

МОДУЛЬ Л.6 Тест по пройденному материалу


Тест

1. 
   Что называют территориальной системой, состоящей из взаимодействующих природных или природно-антропогенных компонентов и комплексов низкого таксонометричного ранга?
   

- почва;

- недра;

- ландшафт.

2. 
   Что называется экологическим мониторингом?
   

- система контроля природной среды в результате хозяйственной деятельности человека;

- система наблюдения и прогноза состояния природной среды;

- система наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды в результате хозяйственной деятельности человека.

3. 
   Формула, используемая для определения диаметра устья дымовой трубы?
   

- ;

-;

- .

4. 
   Как называются зеленые растения, осуществляющие фотосинтез?
   

- редуценты;

- консументы;

- продуценты.
5. Что понимается под экологической системой?

- сообщество живых существ, объединенных в единое функциональное целое;

- сообщество живых существ и среда их обитания, объединенных в единое целое;

- сообщество живых существ и антропогенные ландшафты, объединенных в единое целое;

6. Формула, используемая для определения диаметра устья дымовой трубы?

- ;

-;

- .

7. 
   Как называется внешняя сфера «твердой» Земли, в которой обитает человек?
   

- биосфера;

- литосфера;

- тропосфера.

7. 
   По какой формуле рассчитывается высота трубы при выбросе из помещения запыленного воздуха?
   

- ;

- ;

- .

7. 
   Как называют совокупность живых организмов в экосистеме?
   

- биота экосистемы;

- продуцент экосистемы;

- консумент экосистемы.

7. 
   Как называют часть Земли, в которой обитают живые организмы?
   

- биосфера;

- литосфера;

- атмосфера.


СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

ЧАСТЬ 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ

МОДУЛЬ 1.1. ПОНЯТИЕ СИСТЕМ. АГРОЭКОСИСТЕМЫ 4

1. 
   ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 6
   

1. 
   ПОНЯТИЕ ЦЕЛИ СИСТЕМЫ 18
   

1. 
   СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ОСОБЕННОСТИ 20
   

МОДУЛЬ 1.2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ В АГРОЭКОЛОГИИ 28

1. 
   ПОНЯТИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 32
   

1. 
   ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПОЛОГИЯ 37
   

1. 
   СТАДИИ И ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ
   

УПРАВЛЕНИЯ 39

4. 
   СТАДИИ И ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ 41
   

МОДУЛЬ 1.3. МЕТОДЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА 44

1. 
   КАЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ 45
   
2. 
   КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ 48
   

ЧАСТЬ 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

МОДУЛЬ 2.1. МОДЕЛИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 51

2. 
   ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 53
   

2. 
   КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ 57
   
3. 
   ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ МОДЕЛЯМ 59
   
4. 
   ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 59
   

МОДУЛЬ 2.2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 62

1. 
   ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 64
   
2. 
   МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ 66
   

МОДУЛЬ 2.3. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ 71

1. 
   МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В ЭКОЛОГИИ 73
   

ЧАСТЬ 3. ПРАКТИКА ПО СИСТЕМНОМУ АНАЛИЗУ И МАТЕМАТИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ 90

МОДУЛЬ Л.1. Использование вод 92

МОДУЛЬ Л.2. Рождаемость и смертность популяции 95

МОДУЛЬ Л.3. Модель «хищник-жертва» 99

МОДУЛЬ Л.4. Расчёт максимальной концентрации вредного вещества 104

МОДУЛЬ Л.5 Расчёт минимальной высоты дымовой трубы 108

МОДУЛЬ Л.6 Тест по пройденному материалу 112

Учебное издание

Галина Николаевна КАМЫШОВА,

Надежда Николаевна ТЕРЕХОВА

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В АГРОЭКОЛОГИИ

(ИНТЕРАКТИВНЫЙ КУРС)

Учебно-практическое пособие

Издается в авторской редакции

Корректура авторов