Закономерности распространения загрязняющих веществ в атмосфере
Дипломная работа - Экология
Другие дипломы по предмету Экология
?го факта, что скорость ветра связана со структурой турбулентности в атмосферном воздухе и определяет количество воздуха, которое разбавляет загрязняющие вещества в выбросе при действии процессов турбулентного обмена [17].
Главным преимуществом гауссовой модели является ее относительная простота. Несмотря на простоту данной модели, наблюдается хорошее согласование экспериментальных и расчетных данных, полученных с помощью данной модели [10,6,24,29].
Заметим, что гауссова модель рассеяния примеси была получена эмпирическим путем и теоретически обоснована только для наземных источников. Однако позднее она была перенесена без должного обоснования и для случая высотных источников, где ее применение давало результаты, значительно отличающиеся от экспериментальных [10]. Поэтому встал вопрос о создании эффективных аналитических решений более точных моделей рассеяния примеси хотя бы для некоторых наиболее часто встречающихся на практике случаев. В следующем параграфе будет рассмотрено одно из численных решений гауссовой модели рассеяния примеси в атмосфере для линейного непрерывного действия [19].
1.6 Численное решение гауссовой модели рассеяния примеси в атмосфере
Согласно гауссовой модели изменение концентрации примеси в атмосфере подчиняется нормальному закону распределения ((1)пн. 5) [10, 15, 52, 75]. Основная сложность состоит в вычислении кратных интегралов, при расчете которых аналитические методы приводят к громоздким формулам, а численные методы требуют большого времени счета даже при использовании современных быстродействующих ЭВМ. Поэтому предлагается собственный вариант численного решения гауссовой модели рассеяния примеси [17].
Для проведения численных расчетов по формулам (1), (3)-(9) покрываем равномерной сеткой (), ()с шагами вдоль осей OX, OY, OZ соответственно. Преобразуем (2), используя для определения Kx(z): Ky{z) и Kz{z) формулы степенной модели.
Особая роль отводится коэффициенту Kz, как оказывающему наибольшее влияние на процесс распространения примеси в атмосфере. При этом на небольших высотах (до 100 м) коэффициент Kz увеличивается с высотой быстрее, чем коэффициенты Kx и Ky , так как на коэффициент Kz подстилающая поверхность оказывает большее влияние, чем горизонтальные компоненты турбулентного обмена Kx и Ky [10,75]
Для определения коэффициентов Kx и Ky применима следующая формула [10,75]:
(10)
Коэффициент можно найти, определив и на границе приземного слоя экспериментально, либо исходя из иных соображений, например, на основании решения обратной задачи турбулентной диффузии по известным данным о распределении концентрации примеси в атмосфере [10,75], или проанализировав видимые очертания дымового факела от источника примеси [4]. Например,
(11)
В результате исследований [10,15,75], было получено что K0 = 0,1-1 м в зависимости от устойчивости атмосферы. В частности, при неустойчив стратификации K0 = 0,5-1 м [10].
Коэффициенты Vx(z), Kz могут быть заданы в виде степенных функций аргумента z [5,24]:
, (12)
где постоянные n и m должны быть подобраны таким образом, чтобы
,,
являлись наилучшим приближением вертикально профиля скорости и вертикальной составляющей коэффициента турбулентной диффузии. Как правило, берут [6,15].
Средние квадратичные отклонения частиц примеси в момент времени t соответственно вдоль координатных осей OX, OY, OZ пользуясь формулами (2) можно записать в виде:
, , (13)
, , (14)
Определив по формулам (13), (14) во всех узлах сетки () вспомогательные параметры ,аппроксимируем (1):
(15)
Используя принцип суперпозиции, с помощью ((1)пн. 1), а значит и (15), можно найти среднее значение концентрации примеси в точках атмосферы и для других типов источников примеси: точечного источника непрерывного действия, мгновенного линейного источника, линейного источника непрерывного действия, мгновенного площадного источника, площадного источника непрерывного действия, мгновенного объемного источника, объемного источника непрерывного действия.
В данной работе для линейного непрерывного источника изменение концентрации примеси подчиняется закону распределению [17].
(16)
В следующей главе будет конкретизирована и рассмотрена Гауссова модель распространения примеси от линейного непрерывного источника загрязнения (автотрассы), выполнен расчет распространения примеси и проведен анализ, полученных в Метеоцентре (Ставропольском центре по Гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды), состава атмосферного воздуха.
1.7 Выведение загрязняющих веществ из атмосферы с осадками
Вымывание примеси может происходить за счёт поглощения её каплями тумана или частицами осадков:
Где P(r) - количество примеси, поглощаемой каплей радиуса r;(r) - функция распределений [13].
Для газовой примеси, поглощаемой полностью на поверхности капли:
где- коэффициент диффузии примеси.
Снежинки, имеющие большой эффективный радиус r, поглощают особо сильно. Если капля или снежинка падают с заметной скоростью, то функция P(r) принимает вид:
очищающая роль дождя или снега увеличится [16].
Процесс выпадения осадков является важной стадией выведения загрязняющих веществ.
Загрязняющие соединения могут растворяться в облачных каплях в процессе образования облаков (облачное вымывание). При облачном вымывании кол