2.7. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ с использованием математических моделей
Расчет концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, проводят в соответствии с действующими нормативными документами. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра. В зависимости от высоты Н устья источника выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности указанный источник относится к одному из четырех классов: высокие источники (Н>50 м); источники средней высоты (H от 10 до 50 м); низкие источники (Н от 2 до 10 м); наземные источники (Н<2 м). Расчетами, произведенными в соответствии с действующими нормативными документами, определяются разовые концентрации, относящиеся к 20 – 30-минутному интервалу осреднения. Наиболее детально разработан расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества CМ (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии ХМ (м) от источника и определяется по формуле:
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; M – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, (г/с); F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H – высота источника выброса (м) над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается H=2 м); V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с; ΔT – разность температур между выбрасываемой газовоздушной смесью и окружающий средой, °С; η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, для ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η=1.
Расстояние от источника выброса ХM (м), на котором приземная концентрация С (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения СM (мг/м3), определяется по формуле:
,
где безразмерный коэффициент d определяется по специальным формулам, приводимым в методиках расчета.
Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий установлено, что предприятия, являющиеся источниками выделения вредных и неприятно пахнущих веществ в окружающую среду или источниками ионизирующих излучений, следует отделять от жилой застройки санитарнозащитными зонами.
Для долгосрочного прогнозирования наиболее часто применяются расчетные (аналитические, аппроксимационные) модели распространения газовых выбросов в атмосфере, полученные на основе решения уравнений турбулентной диффузии. Эти модели положены в основу «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (ОНД-86), широко используемой для инженерных расчетов и реализованной в ряде программных комплексов для расчетов загрязнения атмосферного воздуха.
Для оперативного прогнозирования широкое распространение получили статистические модели линейной и нелинейной регрессии. Их несомненным преимуществом является простота реализации и алгоритмизации. Основное ограничение применения данных моделей – отсутствие непосредственного учета физических особенностей процесса загрязнения воздуха, вследствие чего они характеризуются невысокой (хотя во многих случаях и приемлемой) точностью прогнозирования.
Для оперативного прогнозирования загрязнения атмосферного воздуха при аварийных залповых выбросах следует использовать расчетные (аналитические) модели – модели «клубка», применяемые для прогнозирования распространения примесей от мгновенных точечных источников. Выбор конкретной модели (или моделей) определяется в конечном итоге целями прогнозирования и постановкой решаемой задачи прогнозирования.