大氣污染源擴散模擬的實現(xiàn)及應用-v

1、污染源擴散模擬的實現(xiàn)及應用突發(fā)性環(huán)境污染事故是一種威脅人類安全和健康、破壞生態(tài)環(huán)境、危害性大的污染事故。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的突發(fā)環(huán)境事故爆發(fā)，造成嚴重的環(huán)境污染，不僅給國家人民財產(chǎn)造成了損失，同時還嚴重的危害了周邊人民的健康。因此，加強突發(fā)性環(huán)境污染事故應急監(jiān)測，研究其處理技術，對污染物的擴散進行預報是環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境保護領域中一項非常重要的工作。1 大氣擴散模型研究的意義突發(fā)性環(huán)境污染事故主要是由于高壓容器、儲罐、輸送管道節(jié)門的破裂等諸多原因引起的，它可導致有毒有害氣體外泄。其特點是沒有固定的排放方式和排放途徑，突然發(fā)生、來勢兇猛，在短時間內(nèi)排放大量有毒有害的污染物，有毒氣體外泄

2、后，隨大氣彌散，中心位置濃度最高，向外逐步擴散稀釋，下風向形成相應的時空濃度分布。對于重大突發(fā)事故分析，目前國內(nèi)外普遍采用仿真技術，通過建立數(shù)學模型進行分析，而且已建立了很多適用于不同條件的數(shù)學模型。當前應用較為廣泛的應急大氣擴散模型有：SLAB，DEGADIS，ALOHA，ARCHIE，DEMRA和LPDM,其中比較著名的有RADM、ADOM、STEMD等模型、美國Sigma公司于八十年代中期建立的HPDM模型以及英國劍橋研究院開發(fā)的ADMS模型。這些模型通過對早期的CRSTER的法規(guī)式模式做了一些改進和發(fā)展，從而產(chǎn)生新一代擴散模型。這些算法以擴散統(tǒng)計理論為出發(fā)點，假設污染物的濃度分布在一定

3、程度上服從高斯分布。模式系統(tǒng)可用于多種排放源（包括點源、面源和體源）的排放，也適用于鄉(xiāng)村環(huán)境和城市環(huán)境、平坦地形和復雜地形、地面污染物排放模擬、區(qū)域環(huán)境容量計算與總量控制等多種功能。這些擴散模型的特點是基于專有平臺實現(xiàn)，自成系統(tǒng)。并且在這些系統(tǒng)中大多考慮了擴散模型源排放、平流輸送、湍流擴散、干沉積、濕沉積、氣象化學等眾多因素，系統(tǒng)功能龐大。但同時它們基于專有平臺，自成系統(tǒng)，所以很難同環(huán)保局具體的業(yè)務系統(tǒng)進行整合?？紤]到天津某區(qū)環(huán)保監(jiān)控與應急指揮系統(tǒng)的實際情況和具體需求，我們基于高斯擴散模型，并根據(jù)實際情況加以改造，最終在GIS系統(tǒng)中進行了展現(xiàn)。2基于高斯的實用性大氣擴散模型的算法實現(xiàn)高斯擴散模

4、型是高斯應用湍流統(tǒng)計理論，在大量實驗數(shù)據(jù)資料分析以及正態(tài)分布假設的基礎上，得到的污染物在大氣中擴散的數(shù)學模型。經(jīng)過多年的研究試驗，國內(nèi)外建立了多種高斯擴散模型，包括高斯點源擴散模式、點源封閉式擴散模型、高斯面源(虛擬點源)擴散模式以及多種特殊氣象條件和復雜地形條件下的高斯擴散模式。高斯擴散模型是目前運用得最普遍的大氣擴散的數(shù)學模型。例如UK一ADMS模型的Urban部分中就直接采用的模型是一個三維高斯模型，以高斯分布公式為主計算污染物濃度，在非穩(wěn)定條件下的垂直擴散使用了傾斜式的高斯模型煙羽擴散。3、基于Supermap的擴散模型圖形化顯示SuperMap GIS是國內(nèi)具有完全自主知識產(chǎn)權的大型

5、地理信息系統(tǒng)軟件平臺。包括組件式GIS開發(fā)平臺、服務式GIS開發(fā)平臺等應用開發(fā)平臺，同時具備相關的空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、加工和管理工具。其中B/S開發(fā)的組件SuperMap IS .NET采用面向Internet的分布式計算技術，支持跨區(qū)域、跨網(wǎng)絡的復雜大型網(wǎng)絡應用系統(tǒng)集成，提供可伸縮、多種層次的WebGIS解決方案，全面滿足網(wǎng)絡GIS應用系統(tǒng)建設的需要。擴散的濃度值是受風速、源強等諸多因素影響的，對此，我們從可測量和可量化的角度入手，確定了擴散模型的輸入?yún)?shù)，在系統(tǒng)應用中，我們輸入相應擴散模型參數(shù)，由系統(tǒng)完成擴散模型的模擬，估計污染擴散趨勢，并保存相應得擴散模型圖片?；赟upermap實現(xiàn)的擴散模

6、型運行效果如圖第一模擬所示。 表1 模擬參數(shù)變化對比表第一模擬12075545第二模擬12053545第三模擬12033590第四模擬9051230注：以上表中的四個參數(shù)依次是風向角度、風級指定、擴散標量、擴散持續(xù)時間。由對比表分析可得：1) 風向角度參數(shù)變化時，影響擴散模擬區(qū)域的輸出方向2) 風級指數(shù)參數(shù)變化時，影響擴散區(qū)域面積圖形的完整性，高斯模型為正態(tài)分布模型，根據(jù)其理論算法輸出的擴散分布圖形是以角度方向為對稱軸的對稱圖形，風級指數(shù)變化影響圖形的閉合程度和圖形面積大小3) 擴散標量參數(shù)變化時，影響三個濃度區(qū)域在擴散區(qū)域內(nèi)的面積分布， 參數(shù)大時：其他參數(shù)不變化、整體擴散面積不變的情況下，高濃度區(qū)域擴散面積大 參數(shù)小時：其他參數(shù)不變化、整體擴散面積不變的情況下，高濃度區(qū)域擴散面積小 結(jié)果和參數(shù)變化成正比4) 擴散持續(xù)時間參數(shù)變化時，影響擴散區(qū)域面積圖形的對稱變化，高斯模型為正態(tài)分布模型，根據(jù)其理論算法輸出的擴散分布圖形是以角度方向為對稱軸的對稱圖形，擴散持續(xù)時間參數(shù)變化，使圖形閉合的對稱軸延長，增加了擴散圖形的面積，從而影響擴散模擬的范圍。以上分析的結(jié)論同我們對實際擴散情況的直觀認識也是一致的。5、實際應用結(jié)合應急指揮系統(tǒng)的技術要求以及國內(nèi)對環(huán)保監(jiān)控的新的需求，綜合利用計算機、通信網(wǎng)絡、地理信息系統(tǒng)、