Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

МОДЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ КОМПАНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ С УЧЕТОМ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ

Айдосов А. , Айдосов Г. А., Заурбеков Н. С.,

3.2.5. Иллюстративный пример

Рассмотрим результаты расчетов, полученных с помощью разработанной численной модели распространения примеси для следующей модельной ситуации. Пусть в области размером Х = Y = 70 км, H = 1700 м имеется источник пассивной примеси на высоте Hs = 250 м при Х = Y = 0, ∆х = ∆у = 4 км, ∆z = 50 м при z ≤ 200 м, Δz = 200 м при z > 200 м, kH = 200 м2/с, U = 5 м/с, v = w = 0. Интегрирование по времени проводилось на интервале, равном 24 ч. На рис. 10 приведены результаты расчета проинтегрированной поперек ветра средней концентрации Су, нормированной на величину Q/HU, где Q – мощность выброса источника. Распределение примеси соответствует установившемуся состоянию. Из анализа рисунка видно, что вблизи источника ось факела (т.е. линия максимальных концентрации) опускается вниз и достигает подстилающей поверхности. Это явление подтверждается данным многочисленных наблюдений.

Рис. 10. Изолинии концентрации SO2 в долях ПДК на высоте 50 м при конвективных условиях. Скорость поперечного ветра 3 м/с

С целью экономичности расчетов нами были использованы некоторые упрощения, связанные с определением необходимых для моделирования рассеяния вредных примесей метеоэлементов.

В частности, классификация атмосферной устойчивости от которой зависит интенсивность турбулентной диффузии, приводится с использованием стандартной методики Раксвилла-Гиффорда.

По этой методике в зависимости от скорости ветра, времени суток, солнечной инсоляции и градиента температуры в пограничном слое атмосферы (ПСА) определяются шесть классов устойчивости (А, В, С, D, F), начиная от А (наибольшая неустойчивость) и вплоть до F (наибольшая устойчивость).

Скорость ветра, как уже отмечалось, имеет горизонтальную однородность и задавалось с использованием простейшей Экмановской модели пограничного слоя. Интенсивность турбулентной диффузии по высоте ПСА задавалось с использованием параметра устойчивости в приземном слое атмосферы L и динамической скорости как и в [22]. Определение L и u проводилось согласно подходу, где конкретные значения этих параметров выбрались (для каждого класса устойчивости) в зависимости от известной скорости ветра вблизи земной поверхности и параметра шероховатости подстилающей поверхности z0.

Сила ветра в ПСА определялась по степенному закону:

где p – показатель степени, зависящий от z0 и класса устойчивости; ur – известное значение приземного ветра на высоте zr.

Угол поворота вектора скорости в ПСА (по модели Экмана) задается выражением:

где k – параметр Кармана 45; f – параметр Кориолисса; k1 – коэффициент вертикального обмена на высоте .

Кроме того, в модели также были использованы следующие внешние по отношению к ПСА метеопараметры: h – высота приземного слоя атмосферы; zn – высота ПСА; αg – направление геострафического ветра в выбранной системе координат. Используемые при расчетах значения этих метеопараметров и параметры шероховатости представлены в табл. 36.

Таблица 36

Значение внешних параметров

4. Математическое моделирование переноса вредных примесей в приземном слое атмосферы

При моделировании атмосферной циркуляции и распространении примесей в приземном слое атмосферы получены системы уравнений квазиоднородного приземного слоя, потока тепла и влаги в почву, а также проведено замыкание системы уравнений гидротермодинамики относительно оператора турбулентного обмена. Выведены уравнения блочной модели переноса вредных примесей в приземном слое атмосферы и описаны взаимодействия между блоками, а также разработаны численные схемы блочной модели переноса вредных примесей в бароклинной атмосфере. Проведены численные расчеты переноса вредных веществ в приземном слое атмосферы с учетом влияния подстилающей поверхности.