大氣污染源擴(kuò)散模擬的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用-v

1、污染源擴(kuò)散模擬的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用突發(fā)性環(huán)境污染事故是一種威脅人類(lèi)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(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的突發(fā)環(huán)境事故爆發(fā)，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，不僅給國(guó)家人民財(cái)產(chǎn)造成了損失，同時(shí)還嚴(yán)重的危害了周邊人民的健康。因此，加強(qiáng)突發(fā)性環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)，研究其處理技術(shù)，對(duì)污染物的擴(kuò)散進(jìn)行預(yù)報(bào)是環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中一項(xiàng)非常重要的工作。1 大氣擴(kuò)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(chǔ)罐、輸送管道節(jié)門(mén)的破裂等諸多原因引起的，它可導(dǎo)致有毒有害氣體外泄。其特點(diǎn)是沒(méi)有固定的排放方式和排放途徑，突然發(fā)生、來(lái)勢(shì)兇猛，在短時(shí)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(kuò)散稀釋?zhuān)嘛L(fēng)向形成相應(yīng)的時(shí)空濃度分布。對(duì)于重大突發(fā)事故分析，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用仿真技術(shù)，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，而且已建立了很多適用于不同條件的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的應(yīng)急大氣擴(kuò)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(guó)Sigma公司于八十年代中期建立的HPDM模型以及英國(guó)劍橋研究院開(kāi)發(fā)的ADMS模型。這些模型通過(guò)對(duì)早期的CRSTER的法規(guī)式模式做了一些改進(jìn)和發(fā)展，從而產(chǎn)生新一代擴(kuò)散模型。這些算法以擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)理論為出發(fā)點(diǎn)，假設(shè)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(diǎn)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(fù)雜地形、地面污染物排放模擬、區(qū)域環(huán)境容量計(jì)算與總量控制等多種功能。這些擴(kuò)散模型的特點(diǎn)是基于專(zhuān)有平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，自成系統(tǒng)。并且在這些系統(tǒng)中大多考慮了擴(kuò)散模型源排放、平流輸送、湍流擴(kuò)散、干沉積、濕沉積、氣象化學(xué)等眾多因素，系統(tǒng)功能龐大。但同時(shí)它們基于專(zhuān)有平臺(tái)，自成系統(tǒng)，所以很難同環(huán)保局具體的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行整合?？紤]到天津某區(qū)環(huán)保監(jiān)控與應(yīng)急指揮系統(tǒng)的實(shí)際情況和具體需求，我們基于高斯擴(kuò)散模型，并根據(jù)實(shí)際情況加以改造，最終在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行了展現(xiàn)。2基于高斯的實(shí)用性大氣擴(kuò)散模型的算法實(shí)現(xiàn)高斯擴(kuò)散模

4、型是高斯應(yīng)用湍流統(tǒng)計(jì)理論，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料分析以及正態(tài)分布假設(shè)的基礎(chǔ)上，得到的污染物在大氣中擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過(guò)多年的研究試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)外建立了多種高斯擴(kuò)散模型，包括高斯點(diǎn)源擴(kuò)散模式、點(diǎn)源封閉式擴(kuò)散模型、高斯面源(虛擬點(diǎn)源)擴(kuò)散模式以及多種特殊氣象條件和復(fù)雜地形條件下的高斯擴(kuò)散模式。高斯擴(kuò)散模型是目前運(yùn)用得最普遍的大氣擴(kuò)散的數(shù)學(xué)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(gè)三維高斯模型，以高斯分布公式為主計(jì)算污染物濃度，在非穩(wěn)定條件下的垂直擴(kuò)散使用了傾斜式的高斯模型煙羽擴(kuò)散。3、基于Supermap的擴(kuò)散模型圖形化顯示SuperMap GIS是國(guó)內(nèi)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型

5、地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)。包括組件式GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)、服務(wù)式GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)等應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，同時(shí)具備相關(guān)的空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、加工和管理工具。其中B/S開(kāi)發(fā)的組件SuperMap IS .NET采用面向Internet的分布式計(jì)算技術(shù)，支持跨區(qū)域、跨網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(luò)GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的需要。擴(kuò)散的濃度值是受風(fēng)速、源強(qiáng)等諸多因素影響的，對(duì)此，我們從可測(cè)量和可量化的角度入手，確定了擴(kuò)散模型的輸入?yún)?shù)，在系統(tǒng)應(yīng)用中，我們輸入相應(yīng)擴(kuò)散模型參數(shù)，由系統(tǒng)完成擴(kuò)散模型的模擬，估計(jì)污染擴(kuò)散趨勢(shì)，并保存相應(yīng)得擴(kuò)散模型圖片?；赟upermap實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)散模

6、型運(yùn)行效果如圖第一模擬所示。 表1 模擬參數(shù)變化對(duì)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(gè)參數(shù)依次是風(fēng)向角度、風(fēng)級(jí)指定、擴(kuò)散標(biāo)量、擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間。由對(duì)比表分析可得：1) 風(fēng)向角度參數(shù)變化時(shí)，影響擴(kuò)散模擬區(qū)域的輸出方向2) 風(fēng)級(jí)指數(shù)參數(shù)變化時(shí)，影響擴(kuò)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(kuò)散分布圖形是以角度方向?yàn)閷?duì)稱(chēng)軸的對(duì)稱(chēng)圖形，風(fēng)級(jí)指數(shù)變化影響圖形的閉合程度和圖形面積大小3) 擴(kuò)散標(biāo)量參數(shù)變化時(shí)，影響三個(gè)濃度區(qū)域在擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)的面積分布， 參數(shù)大時(shí)：其他參數(shù)不變化、整體擴(kuò)散面積不變的情況下，高濃度區(qū)域擴(kuò)散面積大 參數(shù)小時(shí)：其他參數(shù)不變化、整體擴(kuò)散面積不變的情況下，高濃度區(qū)域擴(kuò)散面積小 結(jié)果和參數(shù)變化成正比4) 擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間參數(shù)變化時(shí)，影響擴(kuò)散區(qū)域面積圖形的對(duì)稱(chēng)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(kuò)散分布圖形是以角度方向?yàn)閷?duì)稱(chēng)軸的對(duì)稱(chēng)圖形，擴(kuò)散持續(xù)時(shí)間參數(shù)變化，使圖形閉合的對(duì)稱(chēng)軸延長(zhǎng)，增加了擴(kuò)散圖形的面積，從而影響擴(kuò)散模擬的范圍。以上分析的結(jié)論同我們對(duì)實(shí)際擴(kuò)散情況的直觀認(rèn)識(shí)也是一致的。5、實(shí)際應(yīng)用結(jié)合應(yīng)急指揮系統(tǒng)的技術(shù)要求以及國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保監(jiān)控的新的需求，綜合利用計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)、