LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 2
(всего 9)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>



12
Рис.1. Основные элементы организационной и информационной структуры пер-
вой очереди опытно-конструкторской разработки “Макет”


13
В нее входят: Информационно-аналитический центр Красноярского
краевого комитета по охране природы (КККОП), АРМы экологических
служб Управления по экологии и природным ресурсам при Администра-
ции Красноярска, Межрайонного комитета по охране природы (МРКОП),
Красноярского краевого центра государственного санитарно-эпидемиоло-
гического надзора (ККЦГСЭН), Красноярского управления гидрометео-
службы (КУГМС), Диспетчерский узел при Союзе товаропроизводителей,
предпринимателей Красноярского края (СТПК), отделы охраны окружаю-
щей среды (ОООС) семи крупнейших предприятий города, Центр разра-
ботки, сопровождения системы и обучения пользователей, Геоинформаци-
онный центр (ГИЦ) Красноярского научного центра (КНЦ).
Промышленная информационная подсистема с диспетчерским узлом
при СТПК позволит облегчить повседневную работу отделов охраны ок-
ружающей среды крупных промышленных предприятий и обеспечит об-
мен контрольной и управляющей информацией между промышленными
предприятиями и природоохранными службами города. В основе подсис-
темы лежат уже внедренные на ряде предприятий комплексы программ
“МОНИТОР”, “Нептун”, “Автотранспорт”, “ГРЭС”, “Вторресурсы” и дру-
гие. Они позволяют собирать и обрабатывать природоохранную информа-
цию, готовить отчетно-учетную документацию, рассчитывать ПДВ и ПДС,
производить простейшие эколого-экономические оценки и прогнозы. На-
значение подсистемы – обслуживать обмен экологической и технологиче-
ской информацией, вести информационное и нормативно-методическое
обеспечение экологической экспертизы проектов реконструкции и инве-
стиций.
Современные информационные технологии позволяют использовать
эти системы не только для сбора, хранения и передачи данных, но и созда-
вать высокоэффективные средства их распределенной обработки, анализа,
экспертизы, прогноза и на этой основе разрабатывать средства и системы

14
управления. Соответственно, у ученых экологов появляется возможность
создавать модели не только для себя, но и модели для других – модели, как
средство анализа или прогноза для специалиста-практика от природоохра-
ны или управления. Задачей этой серии учебных пособий и является пере-
дача опыта о реализации таких моделей как элементов наукоемких распре-
деленных информационных систем, предназначенных для решения терри-
ториально ориентированных задач.

1.4. Модели для экологической информационно-аналити-
ческой системы

Создание блока моделей для информационно-аналитической системы
управления качеством экосферы промышленного города потребует прак-
тически всего арсенала современной науки. Однако начинать надо с наи-
более простых, актуальных и близких к реализации моделей. Таковыми
являются стандартные модели, применяемые в экологической экспертизе,
которые необходимо настроить или доработать в соответствии с местными
условиями и задачами.
Следующими в очереди на реализацию стоят модели, необходимость
использования которых уже осознается обществом, но они сложны и тре-
буют затрат на разработку и программную реализацию. Затем идет мо-
дельный арсенал ученых-специалистов, который может быть использован
для проведения экологической экспертизы или прогнозов. Как правило,
эти модели сложны, плохо формализованы (не отчуждаемы) в том смысле,
что воспользоваться ими могут только сами авторы.
Такое состояние дел накладывает определенные требования на орга-
низацию информационной системы и ее программной среды. Наряду с же-
стко регламентированными ведомственными и административными кана-
лами информации должны быть и каналы свободного информационного
обмена, это позволит:

15
вести исследовательские работы на основе открытой общественно


значимой информации, накапливаемой в системе;

облегчить проведение нестандартных запросов на экологическую


экспертизу или разработку экологически чистых технологий;

наладить и формализовать обмен информации между организация-


ми, ее поставляющими, научными и экологическими организациями,
ее обрабатывающими, и организациями, ее использующими;

создать предпосылки для дальнейшего развития наукоемкой части


информационной системы и соответственно для повышения качества
экологической экспертизы и прогноза.

Важной методической особенностью системы является ее открытость:
программная организация предусматривает возможность расширения
функционального наполнения, подключения новых подсистем, приклад-
ных баз данных.
Таким образом, разработка и развитие модельной части информаци-
онной системы будет идти в соответствии с реализацией системы и разви-
тием запросов ее потенциальных пользователей.
Перечислим основные модельные блоки.

Блок моделей для оценки и прогноза состояния и уровня загрязнения


атмосферы.

Блок моделей, предназначенных для оценки и прогноза загрязнения


поверхностных и подземных вод.

Блок моделей, предназначенных для оценки и прогноза загрязнения


пригородных пахотных земель и сельхозпродукции.

Блок моделей, предназначенных для оценки и прогноза состояния


здоровья населения.


16
Блок моделей для оценки технического состояния и потенциальной


опасности промышленных и транспортных объектов.

Блок моделей для проведения эколого-экономической экспертизы.



В настоящий момент наиболее близким к реализации является блок
моделей, предназначенных для оценки и прогноза загрязнения атмосферы.
Это связано с запросами потенциальных пользователей, а также с тем, что
в основе многих экспертных моделей оценки эколого-экономического
ущерба лежат прогноза загрязнения территорий промышленными выбро-
сами.
Модели для экспертно-прогностической части информационной сис-
темы разрабатываются и включаются в нее по мере развития системы и за-
просов ее пользователей по договоренности с авторами моделей или их
программной реализации. Это позволит иметь заинтересованных в конеч-
ном результате исполнителей, способных при необходимости доработать
или усовершенствовать методики в соответствии с изменяющимися усло-
виями эксплуатации системы.




17
2. Модели для оценки и прогноза состояния и уровня
загрязнения атмосферы

2.1. Общие сведения о моделях

Значительное количество теоретических и экспериментальных работ
посвящено дисперсии загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосфе-
ру. В настоящем учебном пособии будут в основном представлены мате-
матические модели, используемые для описания поведения выбросов в ат-
мосфере на расстоянии по ветру до 10-20 км от источника.
Для больших расстояний представленные ниже методы считаются ме-
нее приемлемыми. По мере увеличения расстояния масштабы распростра-
нения выброса в вертикальном направлении становятся сравнимыми с
толщиной планетарного пограничного слоя, и обычные предположения об
однородности не позволяют использовать упрощенные модель. Кроме то-
го, ниже описаны условия, при которых эти модели применимы, а также
видоизменения моделей, необходимые для применения в конкретных
практических ситуациях, и метеорологические данные, используемые в
этих моделях.
Выбор вводимых параметров и корректировка моделей в применении
к конкретной ситуации зависит от характеристик исследуемой области (по
терминологии руководства МАГАТЭ площадки), района ее расположения
и условий выброса. Таким образом, выбор подходящей модели или необ-
ходимого сочетания моделей для конкретной площадки и конкретных ус-
ловий выброса нужно основывать на тщательном изучении площадки и
характеристик источников загрязняющих веществ, значимых с точки зре-
ния дисперсии.
Особенно важно учитывать ограничения этих моделей. Модели ис-
пользуемые в разных странах в качестве государственных, в основном

18
выпадение дождя завихрения




ия
уз
ветер




фф
эффек тивна я высот а трубы




перенос




ди
подъем шлейфа
высота трубы




вымывание дождем завихрения



сухое
осаждение




Рис.2. Поведение загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу


Рис.2. Поведение загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу.

применимы к ситуациям, в которых метеорологические параметры, такие
как характеристики ветров и вертикальный градиент температуры, прибли-
зительно равномерны во времени и пространстве.
Специально отметим, что в реальности могут возникнуть ситуации, в
которых метеорологические параметры быстро изменяются во времени
или пространстве. Общих моделей, которые бы охватывали все ситуации,
не существует.

2.1.1. Поведение потока, выбрасываемого в атмосферу
После того, как примеси (радиоактивный или токсичный газ или аэро-
золь) попадают в воздух, характер их перемещения и дисперсии определя-
ется их собственными физическими свойствами и свойствами атмосферы,
в которых они находятся. Для того чтобы наглядно показать характер их


19
поведения, полезно рассмотреть поведение потока в целом после его попа-
дания в атмосферу (см. рис.2). Выбросы проникают в атмосферу с опреде-
ленной скоростью и температурой, которые обычно отличаются от соот-
ветствующих характеристик окружающей среды. Движение выбросов име-
ет вертикальную составляющую, обусловленную начальной вертикальной
скоростью потока и разницей температур, до тех пор, пока не исчезнет
воздействие этих факторов. Этот вертикальный подъем выбросов называ-
ют подъемом шлейфа. Он приводит к изменению эффективной высоты H
точки выброса. На путь распространения выброса воздействуют также из-
менения потоков вблизи таких препятствий, как здания и сооружения.
Следуя руководству [1,2], мы будем использовать следующую терми-
нологию.
Движение потока под действием ветра в течение и после подъема
шлейфа называется переносом.
Турбулентное движение атмосферы вызывает произвольное движение
выброса, приводящее к его распространению в горизонтальном и верти-
кальном направлениях за счет смещения с воздухом. Этот процесс называ-
ется атмосферной диффузией.
Комбинация переноса и диффузии называется атмосферной диспер-
сией. Модели, описывающие эти процессы, называют моделями атмосфер-
ного переноса-диффузии или моделями атмосферной дисперсии.
Выброс на стадии подъема шлейфа, переноса и диффузии может так-
же испытывать воздействие таких процессов, как:
1) химическая трансформация примесей;
2) радиоактивный распад и накопление дочерних продуктов;
3) влажное осаждение:
• дождь или снег (пар или аэрозоль попадают в капли воды или сне-
жинки в облаке и выпадают в виде осадков);



20
• вымывание (пар или аэрозоль захватываются ниже дождевого об-
лака падающими осадками);
• туман (пар или аэрозоль попадают в капли воды в тумане);
4) сухое осаждение:
• седиментация аэрозолей или гравитационное осаждение (для час-
тиц с диаметром более 10 мкм);
• отложение аэрозолей и адсорбция паров и газов на предметах, на-
ходящихся на пути ветра;
5) образование и слипание аэрозолей.
Большую часть этих эффектов можно описать математически и при
необходимости включить в математические модели. Отметим, что строгих
указаний на эти модели в гостированных (имеющих официальный госу-
дарственный статус) методиках нет. Это фактически означает, что разра-
ботчики должны исходить из конкретной ситуации и использовать адек-
ватные ей модели.

2.1.2. Показатели турбулентности
При использовании моделей атмосферной дисперсии стабильность
атмосферы необходимо выразить в следующих метеорологических пара-
метрах или как их функцию переменных, перечень которых и пояснения к
нему приведены ниже.
Вертикальный градиент температуры. Вертикальный градиент
температуры является показателем скорости понижения температуры ок-
dT
ружающей атмосферы в зависимости от высоты. Он равен ? , где Т –
dZ
температура в градусах Кельвина, Z - высота над поверхностью земли.
Колебания направления ветра. Масштабы и периодичность колеба-
ний направления ветра являются функциями интенсивности турбулентно-
сти (размера вихрей и т.д.). Поэтому на практике этот параметр использу-

21
ют для описания стабильности атмосферы. Среднее квадратичное откло-
нение колебаний направления ветра определяют с помощью электронной
аппаратуры. Эти колебания могут быть обнаружены также в записях о на-
правлении ветра, которые имеют различную ширину графических кривых
для различных условий стабильности.
Инсоляция, облачность и скорость ветра. Тепловая турбулентность
связана с тепловым потоком. Облачный покров уменьшает или увеличива-
ет потери тепла, способствуя образованию нейтральной устойчивости.
Сильные ветры, вызывающие усиленное перемешивание, также способст-
вуют образованию нейтральной устойчивости. Ночью при ясном небе и
слабом ветре атмосфера становится устойчивой, в то время как аналогич-
ные условия в дневное время приводят к неустойчивости атмосферы. В
дневное время целесообразно проводить измерения или оценки солнечной
радиации для определения классов устойчивости, в ночных условиях мож-
но использовать радиометры полного излучения; использование радиомет-
ров полного излучения может оказаться предпочтительным и в дневное
время, когда коэффициент альбедо коротких волн имеет большую величи-
ну.
Число Ричардсона – Ri. Это число выражает соотношение тепловой,
или конвективной, турбулентности и механической турбулентности. Оно
зависит от высоты и является безразмерным параметром, определяемым
формулой:
g ?T
+ Г)
(
Ri = t ?Z ,
?U 2
( )
?Z
где g – ускорение силы тяжести (м \ c-2);
T – температура (K);
Г – адиабатический вертикальный градиент (К? м-1);


22
U – средняя скорость ветра (м \ c-2);
Z – высота над уровнем земли (м).
Это число является одним из основных параметров, учитываемых в
ряде экспериментов по атмосферной дисперсии. Однако, как правило, для
измерения ?U / ?Z требуется точная и чувствительная аппаратура, по-
этому расчет Ri общепринятым методом может оказаться затруднитель-
ным.
Объемное число Ричардсона RiB. Оно определяется по формуле:
B




g ?T
+ Г )Z 2
(
RiB = t ?Z 2 ,
UZ
где UZ - скорость ветра на среднегеометрической точке высот, на ко-
торых замерялась температура для получения температурного профиля.
Параметр RiB измеряется проще, чем Ri, поскольку для его определения не
требуется знания градиентов скорости ветра. На практике UZ можно опре-
делить с помощью анемометра, установленного на метеорологической
башне.

2.1.3. Характеристики источников выбросов
При расчетах атмосферной дисперсии различные источники обычно
классифицируют по их пространственной конфигурации и продолжитель-
ности выброса. К представляющим интерес пространственным конфигура-
циям источников относятся точечные, линейные, поверхностные и объем-
ные. Линейные и поверхностные источники можно рассматривать как оп-
ределенный набор эффективных точечных источников. На практике ис-
точники выбросов не являются точечными источниками в строгом смысле
этого слова, но для упрощения математического описания их можно счи-
тать таковыми.



23
В зависимости от продолжительности выбросы могут быть: быстро-
течными (длительностью от нескольких секунд до нескольких минут при
времени перемещения, равном нескольким часам), краткосрочными (дли-
тельностью до нескольких часов) и непрерывными.
Мы будем рассматривать краткосрочные и непрерывные выбросы.

2.1.4. Методы оценки дисперсии
Общий порядок оценки концентрации атмосферного загрязнения
и/или дисперсии для данной площадки в течение как длительных, так и ко-
ротких периодов времени включает в себя:
• выбор соответствующей модели с учетом неровности рельефа местно-
сти и высоты выброса для данной площадки и ситуации;
• определение классов устойчивости (турбулентности) для конкретных
условий с помощью соответствующих измеренных или визуально полу-
ченных параметров;
• определение скорости ветра на нужном уровне (обычно на уровне вы-
броса) с помощью измерений на этом уровне или путем расчета с ис-
пользованием логарифмических соотношений или соотношений функ-
ции мощности, в зависимости от измерений на других уровнях;

<< Пред. стр.

страница 2
(всего 9)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign