Delist.ru

Научные основы методов и средств контроля экологического состояния автотранспорта и его воздействия на окружающую среду (30.08.2007)

Автор: Хватов Владимир Филиппович

В качестве прогнозируемой величины обычно использовался параметр Р, который является предиктантом. На основе статистических зависимостей между параметром Р и метеоэлементами, которые являются предикторами, строились прогностические схемы.

В качестве предикторов выбирались те характеристики, которые в наибольшей степени определяют изменения концентраций примесей в воздухе. Главным для выбора предикторов является учет характера и тесноты связей между ними и показателями загрязнения атмосферы. При разработке прогностической схемы по материалам наблюдений в каждом конкретном городе из всех возможных предикторов выбирались несколько наиболее значимых.

При выборе предикторов учитывались главные факторы, определяющие формирование уровня загрязнения атмосферы: направление переноса примесей, скорость их переноса, атмосферная устойчивость и связанная с ней степень вертикального перемешивания примесей, термическое состояние воздушной массы, от которого зависит подъем выбросов и всего объема воздуха над городом, вымывание примесей осадками, их аккумуляция в туманах и т.д. При выборе предикторов учитывалась возможность их предсказания имеющимися способами.

Для учета направления переноса примесей и скорости их переноса использовались в качестве предикторов - направление (d - градусы) и скорость ветра (V0 - м /с) на высоте флюгера, зафиксированное на метеостанции города.

В схемах прогноза, применяемых на практике, для характеристики атмосферной устойчивости использовалась, главным образом, разность температур ((t) между поверхностями земли и изобарической поверхностью 925 гПа. В настоящее время изобарическая поверхность 925 гПа является единственной поверхностью в пределах пограничного слоя, для которой составляется карта барической топографии. Скорость ветра в пограничном слое атмосферы V1 также рассматривалась на изобарической поверхности 925 гПа.

При разработке схем использовались и многие другие предикторы (градиент геопотенциала, лапласиан давления и геопотенциала, суточные изменения температуры и др.), а также комплексные метеорологические предикторы, которые характеризуют процесс распределения примесей в атмосфере (толщина слоя термодинамического перемешивания; количественный синоптический предиктор - Sn, представляющий собой численную характеристику синоптической ситуации).

Прогностические схемы разрабатывались с использованием различных статистических методов. Один из них простейший вариант метода распознавания образов. Этот метод основан на выделении характеристик метеорологических ситуаций для групп загрязнения воздуха (например, повышенного, среднего и пониженного) и определения близости к ним конкретной ситуации.

Для более полного учета реального вида связей между загрязнением воздуха и метеорологическими параметрами использовался метод последовательной графической регрессии. Испытание схем, разработанных с помощью данного метода, показало, что для них характерна наибольшая оправдываемость прогнозов - около 90%.

В диссертации рассмотрены схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота с использованием метода последовательной графической регрессии и метода множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей.

Уравнения регрессии получены для четырех типов погоды, которые выделены в зависимости от сочетания направленности переноса и атмосферной устойчивости, а также отдельно для постов наблюдений, расположенных в горных и долинных условиях, причем только для холодной части года.

Уравнения регрессии имеют следующий вид:

- скорость ветра на уровне поверхности АТ850, (Т - разность температур между уровнем земли и поверхностью АТ850 в 13 часов. Опытная проверка прогнозов показала, что оправдываемость их наиболее высокая при предсказании низких концентраций.

В диссертации рассмотрено математическое моделирование процессов рассеяния вредных веществ в воздухе.

Для построения полей концентраций используются методы математического моделирования процессов рассеяния примесей в воздухе. В настоящее время существуют два основных подхода к теоретическим исследованиям распространения примеси в приземном слое воздуха. Один и них основан на решении уравнения турбулентной диффузии, который часто называют К-теорией. В многочисленных моделях, реализующих второй подход, предполагается гауссовское распределение концентраций вдоль координатных осей.

В России наибольшее распространение получила модель М.Е.Берлянда. В соответствии с этой моделью степень загрязнения воздуха выбросами вредных веществ из непрерывно действующих источников определяется по наибольшему рассчитанному значению разовой приземной концентрации (См), которая устанавливается на некотором расстоянии (Хм) от места выброса при неблагоприятных метеорологических условиях , когда скорость ветра достигает опасного значения (Uм) и в приземном слое происходит интенсивный турбулентный обмен. Алгоритм и порядок проведения расчетов полей максимальных концентраций изложены в «Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86».

Для исследования распространения примесей от отдельной магистрали под руководством М.Е.Берлянда была разработана специальная модель. При расчете загрязнения воздуха выбросами автотранспорта отдельный участок автомагистрали стилизуется в виде узкой полосы шириной d0 и длиной L.

В простейшем случае автомагистрали большой длины, ориентированной перпендикулярно направлению ветра (например, загородное шоссе), концентрация примеси q на расстоянии х от наветренного края магистрали выражается соотношением:

- ширина магистрали.

При ветре вдоль магистрали выражение для концентрации линейного источника длиной L в точке с координатами (x, y) в случае, когда х ( L имеет вид:

при х ( 740u;

при х > 740u;

а* = 370(u;

- дисперсия колебаний направления ветра, координата х отсчитывается вдоль ветра от наветренного края источника, а u и х принимаются в м/с и м соответственно.

В случае х > L концентрация находится как разность значений q, вычисленных по формулам (6) и (7) при значениях аргумента а, соответствующих х и х - L.

В общем случае транспортных потоков с произвольной конфигурацией и распределением интенсивности движения магистрали представляются в виде совокупности точечных, линейных и площадных источников, от которых рассчитывается суммарное загрязнение воздуха.

= 20 м при интенсивности движения 1000 автомобилей в час.

Вблизи магистрали опасным (соответствующим максимальным значениям концентрации) является направление ветра вдоль магистрали), по мере удаления от автомагистрали неблагоприятное направление ветра приближается к поперечному (90(). Однако, на подветренной обочине концентрации q слабо зависят от направления ветра. При ветрах, направленных примерно вдоль магистрали, концентрации убывают с удалением от источника наиболее интенсивно. Опасные скорости ветра во всех узлах расчетной сетки составили 0,5 м/с / 5 /.

1 2 3 4 5 6 7

. Стрелками показаны опасные направления ветра.

На основе формул 6 и 7 проводились численные эксперименты по исследованию уровней загрязнения воздуха вблизи магистралей разной длины, ширины, при различных скоростях ветра. Результаты этого эксперимента представлены в таблицах 2.2.1 и 2.2.2.

Как видно из табл. 2 и 3 наибольшие концентрации оксида углерода были отмечены при скорости ветра 0,5 м/с непосредственно на самой магистрали (х = 0 м) и при ширине магистрали 5 м. С увеличением ширины магистрали при тех же параметрах концентрации оксида углерода уменьшились, как на самой магистрали, так и на расстоянии от нее.

(с/м2) вблизи магистралей длиной 20 км и шириной 5 м при направлении ветра вдоль магистрали

Расстояние Х (м)

Скорость ветра, м/с 0 5 10 20 50 100

0,5 0,45 0,230 0,22 0,14 0,10 0,05

1 0,26 0,17 0,12 0,07 0,03 0,02

5 0,04 0,03 0,03 0,02 0,01 0,01

(с/м2) вблизи магистралей длиной 20 км и шириной 20 м при направлении ветра вдоль магистрали

Расстояние Х (м)

Скорость ветра, м/с 0 5 10 20 50 100

загрузка...