Среда, март КСНУМКС КСНУМКС КСНУМКС: КСНУМКС

Загађење ваздуха: Моделирање дисперзије загађивача ваздуха

Оцените овај артикал
(КСНУМКС гласова)

Циљ моделирања загађења ваздуха је процена концентрација спољних загађивача изазваних, на пример, процесима индустријске производње, случајним испуштањем или саобраћајем. Моделирање загађења ваздуха се користи за утврђивање укупне концентрације загађивача, као и за проналажење узрока изузетно високих нивоа. За пројекте у фази планирања, додатни допринос постојећем оптерећењу може се унапред проценити, а услови емисије могу бити оптимизовани.

Слика 1. Глобални систем за праћење животне средине/управљање загађењем ваздуха

ЕПЦ020Ф1

У зависности од стандарда квалитета ваздуха дефинисаних за загађивач у питању, од интереса су средње годишње вредности или краткотрајне вршне концентрације. Обично се концентрације морају одредити тамо где су људи активни - односно близу површине на висини од око два метра изнад земље.

Параметри који утичу на дисперзију загађивача

Две врсте параметара утичу на дисперзију загађивача: параметри извора и метеоролошки параметри. За параметре извора, концентрације су пропорционалне количини загађивача који се емитује. Ако је у питању прашина, пречник честица мора бити познат да би се одредила седиментација и таложење материјала (ВДИ 1992). Како су површинске концентрације ниже са већом висином димњака, овај параметар такође мора бити познат. Поред тога, концентрације зависе од укупне количине издувних гасова, као и од његове температуре и брзине. Ако температура издувних гасова прелази температуру околног ваздуха, гас ће бити подложан топлотном узгону. Његова брзина издувних гасова, која се може израчунати из унутрашњег пречника димњака и запремине издувних гасова, ће проузроковати динамичку узгону замаха. Емпиријске формуле се могу користити за опис ових карактеристика (ВДИ 1985; Венкатрам и Вингаард 1988). Мора се нагласити да није маса загађивача у питању већ маса укупног гаса која је одговорна за топлотну и динамичку узгон.

Метеоролошки параметри који утичу на дисперзију загађивача су брзина и правац ветра, као и вертикална термичка стратификација. Концентрација загађивача је пропорционална реципрочној брзини ветра. То је углавном због убрзаног транспорта. Штавише, турбулентно мешање се повећава са растућом брзином ветра. Како такозване инверзије (тј. ситуације у којима температура расте са висином) ометају турбулентно мешање, максималне површинске концентрације се примећују током високо стабилне стратификације. Напротив, конвективне ситуације интензивирају вертикално мешање и стога показују најниже вредности концентрације.

Стандарди квалитета ваздуха – на пример, годишње средње вредности или 98 перцентила – обично се заснивају на статистици. Стога су потребни подаци временске серије за релевантне метеоролошке параметре. У идеалном случају, статистика би требало да се заснива на десетогодишњем посматрању. Ако су доступне само краће временске серије, треба се уверити да су оне репрезентативне за дужи период. Ово се може урадити, на пример, анализом дужих временских серија са других места за посматрање.

Метеоролошке временске серије које се користе такође морају бити репрезентативне за локацију која се разматра – то јест, мора одражавати локалне карактеристике. Ово је посебно важно у погледу стандарда квалитета ваздуха заснованих на вршним фракцијама дистрибуције, као што је 98 перцентила. Ако такве временске серије нису при руци, може се користити метеоролошки модел тока за израчунавање једног из других података, као што ће бити описано у наставку.

 


 

Међународни програми праћења

Међународне агенције као што су Светска здравствена организација (СЗО), Светска метеоролошка организација (ВМО) и Програм Уједињених нација за животну средину (УНЕП) покренуле су мониторинг и истраживачке пројекте како би разјаснили питања у вези са загађењем ваздуха и промовисали мере за спречавање даље погоршање јавног здравља и еколошких и климатских услова.

Глобални систем за праћење животне средине ГЕМС/Ваздух (ВХО/УНЕП 1993) организују и спонзоришу СЗО и УНЕП и развио је свеобухватан програм за обезбеђивање инструмената за рационално управљање загађењем ваздуха (види слику 55.1.[ЕПЦ01ФЕ] Језгро овог програма). је глобална база података о концентрацијама сумпор-диоксида, суспендованих честица, олова, азотних оксида, угљен-моноксида и озона у урбаном ваздуху. Међутим, колико и ова база података важна је обезбеђивање алата за управљање као што су водичи за брзе инвентаре емисија, програми за моделирање дисперзије, процене изложености становништва, мере контроле и анализу трошкова и користи.У том смислу, ГЕМС/Аир обезбеђује приручнике за преглед методологије (ВХО/УНЕП 1994, 1995), спроводи глобалне процене квалитета ваздуха, олакшава преглед и валидацију процена , делује као посредник података/информација, производи техничку документацију која подржава све аспекте управљања квалитетом ваздуха, олакшава успостављање ент мониторинга, спроводи и широко дистрибуира годишње прегледе и успоставља или идентификује регионалне центре за сарадњу и/или стручњаке за координацију и подршку активностима у складу са потребама региона. (СЗО/УНЕП 1992, 1993, 1995)

Програм Глобал Атмоспхериц Ватцх (ГАВ) (Миллер и Соудине 1994) пружа податке и друге информације о хемијском саставу и повезаним физичким карактеристикама атмосфере, као и њиховим трендовима, са циљем разумевања везе између промене састава атмосфере и промена глобалне атмосфере. и регионалну климу, атмосферски транспорт на даљину и таложење потенцијално штетних супстанци преко копнених, слатководних и морских екосистема, и природно кружење хемијских елемената у глобалном систему атмосфере/океана/биосфере, и антропогени утицаји на њих. Програм ГАВ се састоји од четири области активности: Глобални систем за посматрање озона (ГО3ОС), глобално праћење позадинског састава атмосфере, укључујући Мрежу за праћење загађења ваздуха у позадини (БАПМоН); дисперзија, транспорт, хемијска трансформација и таложење атмосферских загађивача преко копна и мора на различитим временским и просторним скалама; размена загађујућих материја између атмосфере и других делова животне средине; и интегрисано праћење. Један од најважнијих аспеката ГАВ-а је успостављање центара за научне активности за осигурање квалитета који би надгледали квалитет података произведених у оквиру ГАВ-а.


 

 

Концепти моделирања загађења ваздуха

Као што је горе поменуто, дисперзија загађивача зависи од услова емисије, транспорта и турбулентног мешања. Коришћење пуне једначине која описује ове карактеристике назива се моделирање Еулерове дисперзије (Пиелке 1984). Овим приступом, добици и губици дотичног загађивача морају се одредити у свакој тачки на замишљеној просторној мрежи иу различитим временским корацима. Пошто је ова метода веома сложена и рачунарски одузима много времена, обично се не може рутински руковати. Међутим, за многе апликације, може се поједноставити коришћењем следећих претпоставки:

  • нема промене услова емисије током времена
  • нема промене метеоролошких услова у току транспорта
  • брзине ветра изнад 1 м/с.

 

У овом случају, горе поменута једначина се може решити аналитички. Добијена формула описује облак са Гаусовом дистрибуцијом концентрације, тзв. Гаусов модел облака (ВДИ 1992). Параметри дистрибуције зависе од метеоролошких услова и удаљености низ ветар, као и од висине димњака. Оне се морају емпиријски утврдити (Венкатрам и Вингаард 1988). Ситуације у којима емисије и/или метеоролошки параметри значајно варирају у времену и/или простору могу се описати Гаусовим пуфф моделом (ВДИ 1994). Према овом приступу, различити пуфови се емитују у фиксним временским корацима, сваки прати своју путању у складу са тренутним метеоролошким условима. На свом путу, сваки пуф расте према турбулентном мешању. Параметри који описују овај раст, опет, морају бити одређени из емпиријских података (Венкатрам и Вингаард 1988). Међутим, мора се нагласити да за постизање овог циља улазни параметри морају бити доступни са потребном резолуцијом у времену и/или простору.

Што се тиче случајних испуштања или појединачних студија случаја, Лагранжов модел или модел честица (ВДИ смерница 3945, Део 3). Концепт је при томе израчунати путање многих честица, од којих свака представља фиксну количину дотичног загађивача. Појединачне путање се састоје од транспорта средњим ветром и од стохастичких поремећаја. Због стохастичког дела, путање се не слажу у потпуности, већ осликавају мешавину турбуленцијама. У принципу, Лагранжови модели су способни да размотре сложене метеоролошке услове – посебно ветар и турбуленцију; поља израчуната доле описаним моделима протока могу се користити за Лагранжево моделирање дисперзије.

Моделирање дисперзије у сложеном терену

Ако се концентрације загађујућих материја морају одредити у структурираном терену, можда ће бити неопходно укључити топографске ефекте на дисперзију загађивача у моделирање. Такви ефекти су, на пример, транспорт који прати топографску структуру, или системи термалног ветра као што су морски поветарац или планински ветрови, који мењају смер ветра током дана.

Ако се такви ефекти дешавају на скали много већој од површине модела, утицај се може узети у обзир коришћењем метеоролошких података који одражавају локалне карактеристике. Ако такви подаци нису доступни, тродимензионална структура утиснута на ток топографијом се може добити коришћењем одговарајућег модела тока. На основу ових података, само моделирање дисперзије се може извршити уз претпоставку хоризонталне хомогености као што је горе описано у случају Гаусовог модела облака. Међутим, у ситуацијама када се услови ветра значајно мењају унутар области модела, само моделирање дисперзије мора да узме у обзир тродимензионални ток на који утиче топографска структура. Као што је горе поменуто, ово се може урадити коришћењем Гаусовог пуффа или Лагранжовог модела. Други начин је да се изведе сложеније Еулерово моделирање.

Да би се одредио правац ветра у складу са топографски структурираним тереном, може се користити конзистентно масено или дијагностичко моделирање протока (Пиелке 1984). Користећи овај приступ, ток се прилагођава топографији тако што се почетне вредности мењају што је мање могуће и одржавајући његову масу доследном. Пошто је ово приступ који доводи до брзих резултата, може се користити и за израчунавање статистике ветра за одређену локацију ако нема доступних запажања. Да би се то урадило, користи се геострофска статистика ветра (тј. подаци о горњем ваздуху из равинсонда).

Међутим, ако се системи термалног ветра морају детаљније размотрити, морају се користити тзв. прогностички модели. У зависности од размере и стрмине области модела, погодан је хидростатички, или још сложенији нехидростатски приступ (ВДИ 1981). Модели овог типа захтевају велику снагу рачунара, као и много искуства у примени. Одређивање концентрација на основу годишњих средњих вредности, генерално, није могуће са овим моделима. Уместо тога, најгоре студије случаја се могу извести узимањем у обзир само једног смера ветра и оних брзина ветра и параметара стратификације који резултирају највишим вредностима површинске концентрације. Ако те вредности у најгорем случају не прелазе стандарде квалитета ваздуха, детаљније студије нису потребне.

Слика 2. Топографска структура региона модела

ЕПЦ30Ф1А

Слика 2, слика 3 и слика 4 показују како се транспорт и диспензија загађујућих материја могу представити у односу на утицај терена и климатологије ветра изведене из разматрања површинских и геострофских фреквенција ветра.

Слика 3. Површинске дистрибуције фреквенција утврђене из геострофичке дистрибуције фреквенција

ЕПЦ30Ф1Б

Слика 4. Средње годишње концентрације загађивача за хипотетички регион израчунате из геострофичке дистрибуције фреквенција за хетерогена поља ветра

ЕПЦ30Ф1Ц

Моделирање дисперзије у случају ниских извора

Узимајући у обзир загађење ваздуха узроковано ниским изворима (тј. висине димњака по реду висине зграде или емисије саобраћајних емисија) мора се узети у обзир утицај околних зграда. Емисије из друмског саобраћаја ће бити заробљене до одређене количине у уличним кањонима. Пронађене су емпиријске формулације које ово описују (Иамартино и Виеганд 1986).

Загађивачи који се емитују из ниског димњака који се налази на згради биће заробљени у циркулацији на заветринској страни зграде. Обим ове циркулације заветрине зависи од висине и ширине објекта, као и од брзине ветра. Стога, поједностављени приступи опису дисперзије загађивача у таквом случају, засновани искључиво на висини зграде, генерално нису валидни. Вертикални и хоризонтални опсег циркулације у заветрини је добијен из студија у аеротунелу (Хоскер 1985) и може се применити у масовно конзистентним дијагностичким моделима. Чим се одреди поље протока, може се користити за израчунавање транспорта и турбулентног мешања емитованог загађивача. Ово се може урадити моделовањем Лагранжијеве или Еулерове дисперзије.

Детаљније студије – у вези са случајним испуштањем, на пример – могу се извести само коришћењем нехидростатских модела протока и дисперзије уместо дијагностичког приступа. Пошто ово, генерално, захтева велику снагу рачунара, препоручује се приступ најгорем случају као што је горе описано пре комплетног статистичког моделирања.

 

Назад

Читати 13166 пута Последња измена у уторак, 26. јула 2022. 22:01

" ОДРИЦАЊЕ ОД ОДГОВОРНОСТИ: МОР не преузима одговорност за садржај представљен на овом веб порталу који је представљен на било ком другом језику осим енглеског, који је језик који се користи за почетну производњу и рецензију оригиналног садржаја. Одређене статистике нису ажуриране од продукција 4. издања Енциклопедије (1998).“

Садржај

Референце за контролу загађења животне средине

Америчко удружење за јавно здравље (АПХА). 1995. Стандардне методе за испитивање воде и отпадних вода. Александрија, Ва: Федерација водене средине.

Секретаријат АРЕТ-а. 1995. Лидери заштите животне средине 1, Добровољне обавезе за акцију против токсичности кроз АРЕТ. Хулл, Квебек: Канцеларија за истраживање животне средине Канаде.

Бисхоп, ПЛ. 1983. Загађење мора и његова контрола. Њујорк: МцГрав-Хилл.

Бровн, ЛЦ и ТО Барнвелл. 1987. Модели побољшаног квалитета воде потока КУАЛ2Е и КУАЛ2Е-УНЦАС: Документација и упутство за употребу. Атхенс, Га: УС ЕПА, Енвиронментал Ресеарцх Лаб.

Бровн, РХ. 1993. Пуре Аппл Цхем 65(8):1859-1874.

Цалабресе, ЕЈ и ЕМ Кенион. 1991. Токсичност ваздуха и процена ризика. Челси, Мич: Луис.

Канада и Онтарио. 1994. Споразум Канаде и Онтарија о поштовању екосистема Великих језера. Хулл, Квебек: Канцеларија за истраживање животне средине Канаде.

Дилон, ПЈ. 1974. Критички преглед Воленвајдеровог модела буџета за нутријенте и других сродних модела. Ватер Ресоур Булл 10(5):969-989.

Ецкенфелдер, ВВ. 1989. Контрола индустријског загађења воде. Њујорк: МцГрав-Хилл.

Ецономопоулос, АП. 1993. Процена извора загађења ваздуха воде и земљишта. Водич за технике брзог пописа извора и њихову употребу у формулисању стратегија контроле животне средине. Први део: Технике брзе инвентаризације у загађењу животне средине. Други део: Приступи за разматрање у формулисању стратегија контроле животне средине. (Необјављени документ ВХО/ИЕП/93.1.) Женева: СЗО.

Агенција за заштиту животне средине (ЕПА). 1987. Смернице за одређивање заштитних подручја ушћа бунара. Енглевоод Цлиффс, Њ: ЕПА.

Енвиронмент Цанада. 1995а. Превенција загађења - Савезна стратегија за акцију. Отава: Енвиронмент Цанада.

—. 1995б. Превенција загађења - Савезна стратегија за акцију. Отава: Енвиронмент Цанада.

Фреезе, РА и ЈА Цхерри. 1987. Подземне воде. Енглевоод Цлиффс, Њ: Прентице Халл.

Глобални систем за праћење животне средине (ГЕМС/ваздух). 1993. Глобални програм за праћење и процену квалитета ваздуха у градовима. Женева: УНЕП.

Хоскер, РП. 1985. Ток око изолованих структура и кластера зграда, преглед. АСХРАЕ Транс 91.

Међународна заједничка комисија (ИЈЦ). 1993. Стратегија виртуелне елиминације перзистентних токсичних супстанци. Вол. 1, 2, Виндзор, Онт.: ИЈЦ.

Канарек, А. 1994. Допуна подземних вода са општинским отпадним водама, базени за пуњење Сорек, Иавнех 1 & Иавнех 2. Израел: Мекоротх Ватер Цо.

Лее, Н. 1993. Преглед ЕИА у Европи и њена примена у Нев Бундесландеру. У УВП

Лајтфаден, приредио В Клајншмит. Дортмунд .

Метцалф и Едди, И. 1991. Третман отпадних вода, одлагање и поновна употреба. Њујорк: МцГрав-Хилл.

Миллер, ЈМ и А Соудине. 1994. Глобални атмосферски систем посматрања СМО. Хвратски метеоролски цасопсис 29:81-84.

Министериум фур Умвелт. 1993. Рауморднунг Унд Ландвиртсцхафт Дес Ландес Нордрхеин-Вестфален, Луфтреинхалтеплан
Рухргебиет Вест [План имплементације чистог ваздуха Западно-Рурска област].

Паркхурст, Б. 1995. Методе управљања ризиком, водено окружење и технологија. Вашингтон, ДЦ: Федерација водене средине.

Пецор, ЦХ. 1973. Годишњи буџети за азот и фосфор језера Хоугхтон. Лансинг, Мицх.: Департмент оф Натурал Ресоурцес.

Пиелке, РА. 1984. Мезосцале Метеорологицал Моделинг. Орландо: Ацадемиц Пресс.

Преул, ХЦ. 1964. Путовање азотних једињења у земљишту. Др. Дисертација, Универзитет у Минесоти, Минеаполис, Мин.

—. 1967. Подземно кретање азота. Вол. 1. Лондон: Међународно удружење за квалитет воде.

—. 1972. Анализа и контрола подземног загађења. Ватер Ресеарцх. Ј Инт Ассоц Ватер Куалити (октобар):1141-1154.

—. 1974. Ефекти одлагања подземног отпада у сливу језера Сунапее. Студија и извештај за заштитно удружење Лаке Сунапее, држава Њу Хемпшир, необјављено.

—. 1981. План рециклаже отпадних вода из кожаре коже. Међународно удружење за водне ресурсе.

—. 1991. Нитрати у воденим ресурсима у САД. : Удружење за водне ресурсе.

Преул, ХЦ и ГЈ Сцхроепфер. 1968. Путовање азотних једињења у земљиштима. Ј Ватер Поллу Цонтр Фед (април).

Реид, Г и Р Воод. 1976. Екологија унутрашњих вода и ушћа. Њујорк: Ван Ностранд.

Реисх, Д. 1979. Загађење мора и естуарина. Ј Ватер Поллут Цонтр Фед 51(6):1477-1517.

Савиер, ЦН. 1947. Ђубрење језера пољопривредним и градским одводњавањем. Ј Нев Енгл Ватерворкс Ассоц 51:109-127.

Сцхвела, ДХ и И Котх-Јахр. 1994. Леитфаден фур дие Ауфстеллунг вон Луфтреинхалтепланен [Смернице за имплементацију планова имплементације чистог ваздуха]. Ландесумвелтамт дес Ландес Нордрхеин Вестфален.

Држава Охајо. 1995. Стандарди квалитета воде. У Погл. 3745-1 у административном законику. Колумбус, Охајо: Охајо ЕПА.

Тејлор, СТ. 1995. Симулација утицаја укорењене вегетације на динамику хранљивих материја и раствореног кисеоника у доњем току коришћењем ОМНИ дневног модела. У Процеедингс оф тхе ВЕФ Аннуал Цонференце. Александрија, Ва: Федерација водене средине.

Сједињених Држава и Канаде. 1987. Ревидирани Споразум о квалитету воде Великих језера из 1978. са изменама и допунама Протоколом потписаним 18. новембра 1987. Хал, Квебек: Канцеларија за јавну истрагу Канаде за животну средину.

Венкатрам, А и Ј Вингаард. 1988. Предавања о моделирању загађења ваздуха. Бостон, Масс: Америчко метеоролошко друштво.

Вензиа, РА. 1977. Планирање коришћења земљишта и транспорта. У Загађење ваздуха, приредио АЦ Стерн. Нев Иорк: Ацадемиц Пресс.

Вереин Деутсцхер Ингениеуре (ВДИ) 1981. Смерница 3783, Део 6: Регионална дисперзија загађивача преко сложеног воза.
Симулација поља ветра. Дизелдорф: ВДИ.

—. 1985. Смерница 3781, Део 3: Одређивање пораста перја. Дизелдорф: ВДИ.

—. 1992. Смерница 3782, Део 1: Гаусов модел дисперзије за управљање квалитетом ваздуха. Дизелдорф: ВДИ.

—. 1994. Смерница 3945, Део 1 (нацрт): Гаусов пуфф модел. Дизелдорф: ВДИ.

—. нд Смерница 3945, Део 3 (у припреми): Модели честица. Дизелдорф: ВДИ.

Виессман, В, ГЛ Левис и ЈВ Кнапп. 1989. Увод у хидрологију. Њујорк: Харпер & Ров.

Волленвајдер, РА. 1968. Научне основе еутрофикације језера и текућих вода, са посебним
Позивање на факторе азота и фосфора у еутрофикацији. Париз: ОЕЦД.

—. 1969. Моглицхкеитен и Грензен елементарер Моделле дер Стоффбиланз вон Сеен. Арцх Хидробиол 66:1-36.

Валсх, МП. 1992. Преглед мера контроле емисије моторних возила и њихове ефикасности. У Мотор Вехицле Аир Поллутион, Публиц Хеалтх Импацт анд Цонтрол Меасурес, уредили Д Маге и О Зали. Република и кантон Женева: Служба за екотоксикологију СЗО, Одељење за јавно здравље.

Федерација водене средине. 1995. Превенција загађења и минимизација отпада. Александрија, Ва: Федерација водене средине.

Светска здравствена организација (СЗО). 1980. Речник о загађењу ваздуха. Еуропеан Сериес, Но. 9. Копенхаген: Регионалне публикације СЗО.

—. 1987. Смернице за квалитет ваздуха за Европу. Еуропеан Сериес, Но. 23. Копенхаген: Регионалне публикације СЗО.

Светска здравствена организација (СЗО) и Програм Уједињених нација за животну средину (УНЕП). 1994. ГЕМС/АИР Метходологи Ревиевс Хандбоок Сериес. Вол. 1-4. Осигурање квалитета у праћењу квалитета ваздуха у градовима, Женева: СЗО.

—. 1995а. Трендови квалитета ваздуха у граду. Вол. 1-3. Женева: СЗО.

—. 1995б. Серија приручника за прегледе методологије ГЕМС/АИР. Вол. 5. Смернице за ГЕМС/АИР сарадничке прегледе. Женева: СЗО.

Иамартино, РЈ и Г Виеганд. 1986. Развој и евалуација једноставних модела за поља струјања, турбуленције и концентрације загађивача унутар урбаног уличног кањона. Атмос Енвирон 20(11):С2137-С2156.