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.,

6.1.1. Построение геоэкологической карты с учетом орографии местности на примере Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения

С учетом силы тяжести, орографии местности (неровности земной поверхности), баланса влаги в атмосфере, притока тепла, в том числе и радиационного притока тепла, неоднородности атмосферных сред, ненасыщенной (насыщенной) атмосферы при наличии конденсации, вертикального движения в облачной атмосфере, а так же с учетом фронтальных поверхностей, численная модель бароклинной атмосферы имеет вид (2.116)–(2.119). Температура вычисляется по формуле (2.120). Диагностическая система решается для промежуточных точек горизонтальной сетки по схемам Г.И. Марчука [117] методом обычной прогонки
с краевыми условиями в виде (2.122). В общем случае эта задача приводится к виду (3.17)–(3.23) с начальными (3.24)–(3.24а) и граничными (3.25)–(3.27) условиями. Полученные численные значения метеорологических параметров (температура, скорость ветра, давление и др.) используются при численном решении уравнений (3.64). Граничные условия для задачи (3.64) следующие: на верхней границе слоя атмосферы высотой Н – условие отсутствие примеси снизу, на нижней границе условия определяются взаимодействием осаждаемой примеси и подстилающей поверхности и задается в виде п. 3.1.7.1. На боковых границах (западная, восточная, южная, северная) граничные условия определяются в зависимости от направления входного потока в область, а начальные условия полагаются равными нулю. С учетом данных раздела 1 и табл. 33, получены следующие геоэкологические карты местности для Карачаганакского нефтегазоконденсатного месторождения [403–418].

Рис. 27. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 250 м. Мах СО2 – 0,47

Геоэкологические карты переноса вредных примесей в конвективных условиях. Распространению примесей типа SO2 и NO2 в конвективных атмосферных условиях посвящены рис. 27–37. На этих рисунках представлены изолинии концентрации SO2 и NO2 (в долях превышения ПДК) на трех уровнях по высоте для момента времени, соответствующего полному продуванию района месторождения. Это время примерно равно 40000/ur сек, где ur – приземная скорость воздуха заранее для данного варианта расчета. И оно обычно соответствует периоду времени, когда распространение примесей приобретает установившийся характер. В серии расчетов (рис. 32–38) скорость ветра увеличена вдвое по сравнению с вариантом расчета, представленной на
рис. 27–31. Видно, что усиление скорости ветра способствует более интенсивному выносу примесей из района месторождения.

Рис. 28. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 650 м. Мах СО2 – 0,22

Рис. 29. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 50 м. Мах NО2 – 12,16

Наиболее сильным источником загрязнения, как уже отмечалось, является агрегат УКСП-16. Кроме того, эти источники имеют и наибольшую эффективную высоту выбросов, в рассматриваемых условиях порядка 60 м. Поэтому, как показывают рис. 31, 37, на этой высоте имеет место наибольшее превышение ПДК. Для NO2 превышения ПДК наблюдается на всех высотах, в том числе и в приземном слое, в несколько раз. Это связано с большим объемом выброса этой примеси из агрегатов УКСП-16. Как видно из табл. 38, порядок превышения объема выброса NO2 по сравнению с SO2 составляет величину близкую к 500. Вклад остальных источников загрязнения в суммарное загрязнения уже не столь значительный и кроме того, они имеют сравнительно небольшую эффективную высоту (в пределах 50–100 метров). Наибольший интерес представляет распределение NO2 на рис. 29–31.

Рис. 30. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 250 м. Мах NО2 – 13,47

Примесь распространятся в направлении движения воздушной массы, причем, поскольку имеет место поворот вектора скорости влево в пределах пограничного слоя атмосферы, то аналогичную ориентацию имеет форма рассеивания на разных высотах. Это хорошо видно, например, из анализа рис. 29–31.

Геоэкологические карты переноса вредных примесей в инверсионных условиях. Распространение примесей в устойчивых атмосферных условиях, проводилось для двух вариантов: в первом случае скорость ветра в приземном слое выбрана равная 2 м/с (рис. 38–42), а во втором – 4 м/с (рис. 43–45).

Рис. 31. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 650 м. Мах NО2 – 21,56

Рис. 32. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 50 м. Мах СО2 – 0,03

Рис. 33. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 250 м. Мах СО2 – 0,03

Рис. 34. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 650 м. Мах СО2 – 0,04

Рис. 35. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 50 м. Мах СО2 – 8,68.

Рис. 36. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 250 м. Мах NО2 – 9,05

Рис. 37. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 650 м. Мах NО2 – 10,44

Рис. 38. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 10 м. Мах СО2 – 2,89

Рис. 39. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 70 м. Мах СО2 – 0,03

Рис. 40. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 10 м. Мах NО2 – 1,75

Рис. 41. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 70 м. Мах NО2 – 6,85

Рис. 42. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 10 м. Мах СО2 – 3,69

Рис. 43. Изолинии концентрации СО2 в долях ПДК на высоте 70 м. Мах СО2 – 3,17

Рис. 44. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 10 м. Мах NО2 – 2,82

Время расчета, соответствовало периоду полного продувания района месторождения, имеющего протяженность порядка 40 км.

Увеличение скорости ветра приводит, к стимулированию более интенсивного выноса загрязнений за пределы этого района. Эффективная высота выбросов максимальна для агрегатов УКСП-16 (70–100 м), а для других источников загрязнения находится вблизи верхней границы приземного слоя (10–20 м). Поскольку наиболее мощные источники имеют достаточно большую эффективную высоту, то из-за инверсионных условий максимальное выпадение примесей в приземном слое наблюдается на значительном удалении от источников (рис. 45).

Рис. 45. Изолинии концентрации NO2 в долях ПДК на высоте 70 м. Мах NО2 – 921,63

Распространение примесей происходит по направлению ветра, причем, также как и в конвективных условиях заметно изменение этого направления с высотой (поворот влево согласно модели Экмана). Отметим также, более интенсивное загрязнение примесью NO2 на высоте, близкой к эффективной высоте выбросов. Превышение ПДК, например, на рис. 45, имеет порядок несколько сотен. Это объясняется тем, что в инверсионных условиях отсутствуют восходящие потоки воздуха и слабо выражена вертикальная турбулентность, это приводит к локализации выбросов вблизи источников загрязнения. Наблюдается также, отмеченный при анализе расчетов по простейшей модели в устойчивых условиях, и, на первый взгляд, странный эффект, когда усиление ветра приводит к более интенсивному загрязнению вблизи земли и на фиксированной высоте порядка 70 м. Это связано с аналогичным фактом – увеличение скорости ветра при неизменных метеопараметрах, заметно уменьшает эффективную высоту выбросов. А это приводит, в свою очередь, к приближению высоты оси дымового факела к поверхности земли. Таким образом, можно сделать вывод, что наряду с известными опасными метеоусловиями, которые создаются при инверсиях и их сочетаниях со штилем, отмеченная метеоситуация также относится к числу наиболее опасных.