2 Перенос загрязнений в атмосфере

Атмосферный воздух нагревается неравномерно. Эти неравномерности служат причиной циркуляции атмосферы. Благодаря такой циркуляции происходит усреднение основного компонентного состава атмосферы и перенос водяного пара от океанов к континентам.

Кроме крупномасштабных воздушных течений в нижних слоях атмосферы возникают местные циркуляции - ветер.

Движение воздушных масс имеет турбулентный характер. Наряду со скоростью ветра (горизонтальное перемещение), возникают пульсации в вертикальной и продольной ветру направлениях. При математическом моделировании процессов переноса веществ в атмосфере принимают следующие обозначения: направления осей (Рис. 1): X (соответствует направлению ветра и параллельно поверхности), Y (перпендикулярно направлению ветра и параллельно поверхности земли), Z (перпендикулярно поверхности земли); турбулентные пульсации вдоль осей обозначают соответственно U, V, W.

Изменение концентрации i – го вещества определяется уравнением турбулентной диффузии:

_{, (1)}

где С – концентрация вещества;

–время;

К_X , K_Y , K_Z –коэффициенты турбулентной диффузии по осям;

–коэффициент изменения концентрации за счет превращений; коэффициенты турбулентной диффуз

Z

ии по

Y

осям.

Направление ветра

X

Рисунок 1 – Направление осей координат при моделировании распространения вещества в атмосфере

Коэффициент турбулентной диффузии - это коэффициент пропорциональности между средним потоком примеси в атмосфере и градиентом ее осредненной концентрации.

При равенстве коэффициентов К_Х, К_У, К_Z наблюдается изотропная турбулентная диффузия.

Решение уравнения дает возможность рассчитать концентрацию загрязняющего вещества на различных расстояниях от места выпуска.

Для упрощения решения - вводят различные ограничения:

– считают процесс выпуска квазистационарным, т.е.;

– пренебрегают процессом превращения веществ, т.е. ;

– считают, что распространение вещества в направлении, перпендикулярном направлению ветра незначительно, т.е. (К_У = 0).

Но даже такие упрощения не делают решение уравнения турбулентной диффузии достаточно простым. Поэтому на практике прибегают к различным способам упрощения процедуры моделирования распространения загрязняющего вещества в атмосферном воздухе при различных метеорологических условиях. Основной прием, который используется в России в настоящее время, это моделирование согласно методике, разработанной в Государственной геофизической обсерватории им. Воейкова в 1986 году, получившей название ОНД – 90^* (Общесоюзный нормативный документ). По этой методике математическая модель распространения вещества в турбулентной атмосфере представляется состоящей из трех подмоделей:

– первая - модель, описывающая распространение вещества от источника выбросов до расстояния, на котором достигается максимально возможная концентрация вещества (Х_MAX),

– вторая - в диапазоне расстояний от Х_MAX, до 8Х_MAX;

– третья - на расстоянии свыше 8Х_MAX;

3 Порядок расчета

При выполнении данной работы студенты знакомятся с методикой расчетов уровня загрязнения атмосферного воздуха точечными источниками выбросов. Рассчитывается концентрация загрязняющего вещества в воздухе на различных расстояниях от источника. Дается вывод о влиянии данного предприятия на окружающую среду в данном районе путем сравнения расчетной концентрации загрязняющего вещества с его предельно допустимой среднесуточной концентрацией в атмосфере населенных пунктов, ПДКс.с. (Приложение Б)