Выполнено теоретическое исследование и рассмотрена многокомпонентная термодинамическая математическая модель процессов, протекающих в атмосфере, с вторичными органическими аэрозолями. Оценено влияние активности смесей, содержащих первичные и вторичные компоненты, а также уровня содержания водяных паров и молекулярной массы адсорбируемых компонентов, и их взаимного сродства между собой и водяными парами в процессах рассматриваемого класса. Моделирование указанных процессов осуществлялось с учетом изменения температур в дневное время суток и интенсивности эмиссии предшественников летучих органических соединений. Рассмотрена методика выполнения расчетов с использованием методов математического моделирования и оценено влияние свойств компонентов на эффективность их абсорбции аэрозолями, относительной влажности атмосферного воздуха и др. факторов на уровень содержания вторичных органических соединений в составе атмосферных аэрозолей.
Поиск по сайту
Прогнозирование и моделирование загрязнения атмосферного воздуха городов
Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование и предложена математическая модель процессов распространения диоксида серы в атмосфере. В качестве объекта исследования была использована тепловая электростанция, расположенная на юго-восточном побережье Каспийского моря на территории Ирана. Представлена информация о составе эмиссионных газов, образующихся при эксплуатации этой электростанции, и метеорологические условия в период проведения исследований. Указаны исходные данные, использованные при проведении расчетов с применением предложенной математической модели, основанной на использовании уравнений Эйлера. Проведено сравнение эффективности использования для расчетов указанной математической модели и методик расчетов, основанных на применении методов Лагранжа. Проанализированы процессы горизонтальной и вертикальной диффузии, а также перемещения облака, содержащего диоксид серы, в атмосфере с учетом наличия солнечной радиации, градиента температур и др. параметров. Отмечена хорошая сходимость результатов, полученных при экспериментах и соответствующих показателей, найденных расчетным путем с использованием предложенной математической модели.
Выполнено теоретическое исследование и предложена математическая модель, описывающая процессы перемещения и аккумулирования летучих органических соединений (в частности, гомологов полихлорированных дифенилов) в атмосфере, воде, почве, осадочных породах и в растениях, а также на поверхности непроницаемой пленки, как в условиях города, так и на территории лесного массива на водоразделе. Сравнены процессы, протекающие в указанных регионах, и проанализирована возможность и эффективность использования методов математического моделирования при исследовании процессов распространения, аккумулирования и деструкции летучих органических соединений. Предлагаемая математическая модель была использована для проведения расчетов указанных параметров применительно к территории г. Онтарио (Канада) и условиям лесной местности. Отмечено, что на залесенных территориях растительность более активно аккумулирует примеси, содержащиеся в газовой фазе и в форме мелкодисперсных механических частиц, и обеспечивает их передачу в поверхностные слои почвы, где эти примеси обладают пониженной мобильностью.
Представлена информация и проведено сравнение эффективности применения различных математических моделей для определения концентрации полихлорированных дифенилов в атмосфере г. Чикаго (США). Рассмотрена возможность и эффективность применения трех различных моделей и отмечено, что только комплексное их использование позволяет достаточно точно идентифицировать поступление и перемещение полихлорированных дифенилов в атмосфере исследуемого региона. Приведены результаты практического определения указанных видов токсичных химических соединений в атмосфере в районе г. Чикаго и даны рекомендации по использованию различных математических моделей и их комплексного применения для расчетов процессов исследуемого класса.
В настоящее время в Российской Федерации имеется ряд методик для оценки масштабов и последствий загрязнения атмосферы, но в них допущены неточности, которые не позволяют рассматривать эти методики в качестве руководящих документов для проведения практических исследований аварийной опасности реальных химико-технологических объектов (ХТО). Разработан комплекс экспресс-методик для оценки аварийного риска загрязнения воздуха производственных помещений и атмосферного воздуха населенных мест при авариях на опасных химико-технологических объектах. Новые методические разработки, заложенные в данные методики, реализованы в программном комплексе и прошли успешную апробацию при подготовке Деклараций безопасности ряда Российских объектов и опытных установок по уничтожению химического оружия.
Актуальность темы диссертационной работы определяется следующими обстоятельствами: усилением антропогенной нагрузки на природную среду в районах расположения мегаполисов и, как следствие, повышением роли задач перспективного планирования этой нагрузки; необходимостью разработки методов оценивания осредненных за длительный срок характеристик загрязненности атмосферы с учетом климатических характеристик; потребностью в дальнейшем исследовании физических процессов переноса загрязнений в атмосфере большого города. Работа имеет своей целью построение имитационной модели процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ, предназначенной для оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.
В рамках 10-летнего интервала выделяется спад общего уровня загрязнения в 1991-1994 гг., совпадающий по времени с промышленным спадом, и период относительной стабильности с некоторыми межгодовыми колебаниями (1995-2000 гг.). Однако, объяснение динамики уровня загрязнения только изменениями объемов производства на предприятиях города не вполне правомерно, поскольку претерпела изменения структура выбросов, а начавшийся с 1997-98 гг. постепенный подъем производства пока не повлек за собой роста загрязненности воздушного бассейна города. Кроме того, на протяжении всего рассматриваемого периода происходил неуклонный рост выбросов от автотранспорта, как в относительном, так и в абсолютном выражении.
Представлено описание методики математического моделирования и расчетов фотохимических процессов, а также поведения и распространения аэрозолей в атмосфере в больших городах и над индустриальными регионами. Предлагаемая методика учитывает наличие сосредоточенных и распределенных источников эмиссии токсичных химических соединений на исследуемой территории. При этом принимается в расчет наличие соединений азота и серы, а также поступление в атмосферу легколетучих органических соединений природного и антропогенного происхождения. Отмечено, что предложенный подход был применен при расчетах образования сульфатосодержащих аэрозолей в атмосфере. Рассматриваемая методика расчетов основана на использовании трехмерной математической модели, содержащей гидравлические и термодинамические уравнения равновесия при конвекции влажных потоков в атмосфере, их перемещении и процессов диффузии многокомпонентных газовых смесей. Предлагаемая математическая модель описывает фотохимические процессы мелкодисперсных частиц сульфатов при образовании кристаллов в бинарной системе H[2]SO[4]-H[2]O и кинетику процессов конденсации, испарения и коагуляции. Отмечено, что для проверки принятых положений были выполнены практические расчеты для Москвы и Хьюстона. Проведено сравнение полученных при расчетах результатов и соответствующих показателей, найденных при практических измерениях.
Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование и предложена математическая модель, позволяющая определить содержание свинца и основных его источников в атмосферу г. Иерусалима (Израиль). Рассмотрена методика отбора проб и процедура проведения их анализа с определением соотношения содержания изотопов свинца {206}Pb/{207}Pb в атмосферном воздухе исследуемого региона. Представлено описание методики математического моделирования распространения свинца с учетом метеорологических условий и возможности поступления этого компонента из близлежащих и удаленных территорий. Указаны возможные источники поступления свинца в атмосферу г. Иерусалима и отмечено, что такие источники (в частности, продукты эмиссии автомобильных двигателей, работающих на топливе, содержащем антидетонационные присадки свинца) могут находиться на территории Египта, Турции и стран Восточной Европы. Сообщено, что поступление в атмосферу г. Иерусалима свинца из указанных стран приводит к созданию концентраций этого компонента в атмосфере на уровне 23±17 нг/м{3}, в то время как поступление свинца от локальных источников оценено на уровне 21±18 нг/м{3}.
Проведена оценка зональности загрязнения атмосферного воздуха г. Кемерово двумя независимыми методами: путем моделирования среднегодового загрязнения атмосферного воздуха на основе данных инвентаризации выбросов и климатического распределения метеопараметров; с использованием фитоиндикационных показателей – данных радиального годичного прироста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). По данным комплексного показателя загрязнения атмосферы (КП) и радиального годичного прироста сосны обыкновенной в городе выделено три зоны с различной экологической нагрузкой: 1 – зона – зона опасного загрязнения воздуха, выше критического (КП=9, радиальный годичный прирост у сосны составляет менее 2 мм); 2 – зона – зона сильного загрязнения (КП=5, радиальный годичный прирост у сосны составляет более 2, но менее 3 мм); 3 – зона – зона умеренного загрязнения (КП=3, радиальный годичный прирост у сосны составляет более 3 мм). Сделаны прогнозы развития экол. обстановки в городе на будущее.
Целью работы является создание информационно-аналитической системы экол. мониторинга г. Ижевска, предназначенной для расчета и отображения загрязнения приземного слоя атмосферы источниками выбросов различных типов. В состав информационной системы входят: модуль расчета распространения конц-ий в-в на основании реализована методики ОНД-86; блок численного моделирования на основании решения ур-ний гидромеханики; справочники по метеорол. информации, по веществам с указанием класса опасности; топологическая основа г. Ижевска с размещением на ней источников загрязнения. В информационной системе реализованы следующие варианты проведения расчетов: расчет распространения конц-ии вещества, выбрасываемого одним или несколькими, точечными, линейными или площадными источниками при произвольном (задаваемом) направлении и скорости ветра; расчет конц-ии в контрольных точках; расчет конц-ий в контрольной области; определение размеров санитарно-защитной зоны. Результатом расчета является цветовое градиентное поле конц-ий вещества, отображенное на топологической основе, а также следующие рассчитанные параметры: макс. значение приземной конц-ии в мг/м{3} и долях ПДК; макс. значение приземной конц-ии вредного в-ва при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра и, отличной от опасной скорости ветра, в долях ПДК; расстояние, на котором достигается макс. конц-ия; расстояние, на котором достигается макс. значение приземной конц-ии вредного в-ва при неблагоприятных метеорол. условиях и скорости ветра и, отличной от опасной скорости ветра; опасная скорость ветра.