基于元胞自动机的大气扩散模型及GIS可视化

基于对目前常用大气扩散模型以及大气扩散特性的分析,采用通过局部转移规则实现宏观涌现的复杂系统建模工具-元胞自动机来建立时空动态的大气扩散模型。结合MATLAB的矩阵运算能力和GIS的栅格数据处理能力进行模型的实现与可视化。仿真结果表明,所建立的模型不仅能动态模拟大气污染的高斯扩散等常用扩散模式,通过合理的模型参数设定也可动态模拟非常规扩散模式,如模拟时段内风向风速发生多次变化或者模拟区域存在湍流等条件下的扩散过程,得到准确的污染物时空动态分布,可望为大气污染防治提供决策支持。     

采用数值风洞模型对热电厂烟塔合一大气污染扩散的研究

随着城市的快速建设,城市建筑的高度和体量不断增加,同时大气污染源的排放方式和排放状态也与从前发生了很大的变化,特别是热电厂采用烟塔合一排放方式的出现,对常规应用的稳态远距离以统计学为基础理论的高斯大气预测方法提出了挑战。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模式——德国模式在烟塔合一排放方式的预测上存在着许多关键性问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最高地面浓度等无法给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排放方式的大气污染物扩散情况,采用一种新的大气污染物扩散的预测模式——数值风洞模型进行模拟预测研究,预测结果表明,在烟塔合一排放方式下,大气污染物最高地面浓度随风速增加而增加,同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。且在夏季6.0m/s风速下,冷却塔下风向最高地面浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。数值风洞模型可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。     

等效排气筒有效高度计算方法的比选及其应用于大气污染预测的可行性

目前,等效排气筒多用于大气污染物总量控制,其预测精度和范围的不明晰限制了其在污染物运移扩散领域的进一步应用。基于《大气污染物综合排放标准》,依据所预测的范围和浓度精度对8种典型等效计算方法进行了比选,并验证了将等效排气筒用于不同工况下污染物运移扩散预测的可行性。改进的有效高度等效算法 (源强加权算术平均法) 综合考虑了不同高度和源强参数特征,以2个排放同种污染物的相邻排气筒为例,所计算的高斯模式下等效后下风向污染物浓度场总体分布趋势与等效前叠加计算结果一致,且预测精度优于《大气污染物综合排放标准》中提出的均方根平均法和其他等效算法。对不同风速条件下 (1.5~4.5 m·s⁻¹) 等效前后下风向污染物浓度场分布计算比较,发现即使风速改变仍可保证较高的最大落地浓度预测精度 (−6.87%~−2.21%),特别是风速较大时其预测精度更高 (达到−2.21%) 。这验证了该方法的有效性和稳定性。本研究探讨的源强加权算术平均值算法,进一步提升了等效排气筒相关参数计算的合理性,并拓展了其在大气预测评价中的应用。     

基于Fluent城市大气污染物扩散数值模拟

城市大气污染问题已经引起广泛的关注,其中对城市中大气污染物的迁移扩散过程还需进一步研究。为了探究城市复杂地形下大气污染物扩散预测的新模式,采用计算流体力学方法,建立了数值预测模型,构造出水平均匀的大气边界层模拟风场;进一步对建筑物影响下的大气污染物扩散过程进行了模拟,并与实验结果进行了对比。结果表明:数值模拟结果与实验结果基本吻合,计算流体力学方法可用于城市复杂地形下大气污染问题的研究工作;模拟结果与湍流模型的选取和湍流施密特数的设置有密切关系;采用SST k-ω湍流模型对此类问题较适宜,随着湍流施密特数的增大,扩散范围逐渐增大。     

加油站油气扩散与回收效果的数值分析

加油站排放出的油气是有毒有害的气体。目前控制油品蒸发损耗的有效方法是采用油气回收系统。基于湍流模式理论,采用FLUENT软件,模拟加油站在使用油气回收系统前后空气中油气浓度分布情况及风对油气扩散的影响,得到油气浓度等值面图、直线及点上浓度变化曲线图。模拟结果表明,实施油气回收,其大气净化率可高达95％以上,因此明显减小加油站火灾隐患及环境污染,并可减少经济损失及节约加油站占地面积。另外,风对油气扩散稀释有明显的影响,如距排放口下风侧5 m处,相对于风速１ m/s,风速为5、8 m/s时的大气净化率分别为54％、71％。虽然无法降低油气排放总量,但是随着风速的增加大气净化率随之变大,可以减少油气浓度值过高造成的危害。     

气象条件对点源排放二噁英模拟的影响规律研究

为了对点源排放的固相颗粒物上二噁英大气扩散规律进行认识,选择周边为复杂地形的杭州某危险废物处置设施为研究对象。使用AERMOD模型,人为设置一系列风速、风向条件,并假定二噁英均在PM2.5上,进而分析PM2.5上二噁英在这些设定的气象条件下的扩散规律,从而认识其扩散规律。结果显示:(1)风速风向对最大落地浓度、最大落地浓度点距离排放源的距离(简称最大落地点距离)的影响较大,而地貌的不同也会有一定影响。(2)3.0m/s的风速时最大落地点距离达到最大(约800m),5.0m/s的风速时最大落地浓度达到最大。(3)地形的改变对最大落地点距离的影响有限。(4)在特定风速情况下,沿风向方向,二噁英落地浓度会出现双峰现象。     

高架连续点源落地浓度预测中风速的确定

高架连续点源污染物排放落地浓度是大气环境影响预测的主要内容。由于大气污染物扩散明显受气象条件尤其是风速的影响,而现有预测模型中对于风速的取值都是按经验值来确定的。通过分析在不同气象和烟源条件下,平均风速的计算方法对烟羽抬升高度以及最大落地浓度产生的影响,与实测值相比较确定了风速取值的合理方法,缩小了预测偏差。     

建筑物对高架点源大气污染物扩散影响的模拟研究

运用数值方法对城市中高架点源排放大气污染物的扩散规律进行了模拟研究,在计算区域内建立了三维数学模型,并将拉格朗日法描述的颗粒轨道模型耦合到风场。本研究计算了地面风速为3 m/s时的大气流场,并模拟研究了该风场条件下气体污染物的扩散和固体颗粒污染物的运动轨迹。通过分析模拟结果,给出了高架点源中排放的气体污染物的扩散区域和固体颗粒污染物运动轨迹的变化规律。     

某Y型峡谷大气污染水平与气象因素初步探讨

一、引言 大气污染可看作是污染源所排出的污染物和对污染物起着扩散稀释作用的大气,以及承受污染的物体三者相互关联所产生的一种效应。污染物的浓度在时空分布上要受到气象条件的控制。目前,平原城市大气污染     

道路路障对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用数值模拟,研究不同风向角α (α=0°、45°、90°)及道路屏障位置(中间单路障和两侧双路障)对街道峡谷内机动车尾气污染物扩散的影响。数值模拟采用标准 k-ε 湍流模型且Sct选择0.3时,计算结果与风洞实验结果较好吻合。结果表明,2种路障布置方式可有效降低人行道内污染物浓度,特别是,当α=45°时,污染物浓度最多可降低46.23%。同时,风向角α对街道峡谷内污染物扩散影响较大。当 α=90°时,空气流通不良使得污染程度最为严重,且污染集中在背风侧近地面。单路障比双路障布置对污染物扩散影响更大,前者使污染物主要集中在街道中心背风侧,其他位置浓度明显降低;双路障时仅在一定范围内改善人行道内空气品质,但对街道整体污染物分布影响不大。     

冬季沈阳市典型源排放PM10浓度分布模拟分析

选取沈阳市7个典型的大气污染源2006年12月～2007年2月的PM10排放浓度资料,利用CALPUFF对PM10浓度月平均分布做模拟分析。模拟结果分析表明：冬季月平均PM10浓度分布的范围与风场、地形有直接的关系。地势平坦、风速大时,污染物扩散范围大,污染物浓度小;地势不平、风速小时,污染物扩散范围小,污染物浓度大。1月份是沈阳市冬季月平均大气污染最严重的月份,污染物分布主要集中在市区的北部、东部和南部地区,东部地区大气污染最为严重。     

冬季沈阳市典型源排放PM_(10)浓度分布模拟分析

选取沈阳市7个典型的大气污染源2006年12月~2007年2月的PM10排放浓度资料,利用CALPUFF对PM10浓度月平均分布做模拟分析。模拟结果分析表明:冬季月平均PM10浓度分布的范围与风场、地形有直接的关系。地势平坦、风速大时,污染物扩散范围大,污染物浓度小;地势不平、风速小时,污染物扩散范围小,污染物浓度大。1月份是沈阳市冬季月平均大气污染最严重的月份,污染物分布主要集中在市区的北部、东部和南部地区,东部地区大气污染最为严重。     

河北廊坊地区一次持续重污染天气分析

利用廊坊市环境监测数据及常规气象资料,对2014年2月20—26日廊坊地区持续重污染天气进行分析。结果表明,廊坊地区上空一直受弱脊或浅槽控制,地面维持弱气压场,是典型的静稳天气;边界层内以偏东风、偏南风为主,风速很小甚至出现静风,相对湿度较大,近地面层有较强、较厚的逆温层,导致边界层内大气扩散能力差,与静稳的气象条件配合有助于污染物在低层的持续积累和霾天气的形成;风向、风速以及相对湿度等逐时变化与PM2.5浓度关系密切;混合层高度与静稳天气指数在重污染天气过程中有较好的指示作用。     

城市街区流场和污染物扩散的数值模拟研究

利用天气预报(WRF)模式提供边界条件和初始条件驱动Fluent模式,模拟了榆中县城市区域的大气流动和污染物扩散。WRF模式在一定误差要求下对研究区域的基本气象要素的模拟准确率均在70%以上,较为准确地模拟气象要素实况,为Fluent模式提供了可靠的初始条件和边界条件;Fluent模式充分刻画了复杂城市下垫面的建筑物对污染物扩散的影响,较好地反映了不同区域污染物浓度差异;通过WRF-Fluent耦合模式的模拟,显示有建筑群存在的城市环境中,流场相对于环境风产生显著改变,进而反映建筑群中污染物的复杂扩散形态。结果表明,WRF-Fluent耦合模式作为一种研究城市建筑密集区域的大气流动状态和污染物扩散过程的方法是可行的。     

广州市机动车排放污染三维仿真模拟研究

基于三维的对流一扩散方程,采用50 m× 50 m× 20 m的高分辨率网格对广州市机动车排放污染扩散的宏观分布状况进行了数值模拟研究,应用有限体积法数值求解上述方程.模拟过程综合考虑了广州市的路网结构、交通流和路网线源排放强度等因素,进行了均匀风速的简单气象条件试算.结果表明,机动车排放污染物浓度随交通流量而变化,随高度增加而下降,上风向污染物浓度大于下风向,模拟结果与实际污染情况具有较好的一致性.     

大气污染物扩散模式的应用研究综述

应用大气污染物扩散模式可以模拟不同尺度、气象、地形条件下工业污染物在大气中的输送与扩散特征,为大气监测、城市环境规划和空气质量预报等工作提供科学依据.归纳了目前广泛应用于模拟工业污染物扩散的模式,着重介绍了近年来国内外对这些模式的主要应用研究进展,比较了各模式在应用上的优缺点,并对大气污染物扩散模式的应用研究前景进行了讨论.     

主导风向对不规则建筑群街区污染物扩散的影响

以城市道路某段典型的街道峡谷为研究对象,采用ICEM CFD数值模拟技术,分析不同风向对不规则建筑群街区污染物扩散影响。结果表明:(1)北风时,距地10.0m以下范围是污染物高浓度聚集区。与北风工况相比,西北风时街谷内污染物浓度分布变化较大,沿高度截面上升依次呈连续线状→线状和部分团状→断裂团状。(2)随着建筑高度的增加,主干道中的气流绕流作用减弱。通过控制建筑的连续界面诱导街谷中的气流横向绕流,或在临街上游设置合适的开敞空间,以增加来流通风廊道,可有效改善街谷中污染物的扩散。(3)两种风向下每条街道人员停留区内污染物停留时间排序规律相同;不同风向下每条街道人员停留区内污染物停留时间不同,说明风向对每条街道内污染物的影响存在差异,每段街谷内的污染物扩散分布不是孤立系统,而是相互关联的有机整体。     

T型街道内空气流动与污染物扩散特性研究

为研究T型街道峡谷内空气流动与污染物扩散传质的特性,利用数值模拟研究来流风向角(θ)的变化(θ为45°、90°和135°)对T型街道交叉路口内空气流动与机动车尾气污染物扩散传递的影响,并与风洞实验测量数据进行验证。3种湍流模型中,可实现k—ε模型计算的速度相对偏差小于8%,与风洞实验结果一致性最好。结果表明,来流风向角的变化,会造成从街道顶部或侧面进入街道内的气流方向及通量发生改变,从而显著影响T型街道交叉口内及其附近的流动结构和污染物浓度分布。污染物容易在建筑尾流区等流动不畅的区域产生聚集,造成污染浓度偏高。当θ=135°时,T型街道内通风条件最好,街道内行人呼吸高度和建筑临街立面附近污染物浓度水平均相对较低。由于流动结构的改善,T型街道峡谷内的污染水平低于一般街道峡谷。     

杭州城市可吸入颗粒物污染与气象条件关系的分级评价和BP神经网络评估

为了解杭州城市环境空气质量与气象条件之间的关系,利用杭州市区2003-2007年的可吸入颗粒物(PM10)浓度数据和气象资料,通过分级评价的方法和基于BP神经网络的污染物浓度评估模型,得到PM10浓度与气象条件的对应关系.结果表明,随着日降水量的增大,PM10浓度减小;风速与PM10浓度呈明显的负相关,随着风速的增大,PM10浓度明显减小;气象因素与PM10浓度之间呈非线性关系,大气能见度对PM10和相对湿度的变化极为敏感.随着PM10浓度的增大,大气能见度迅速降低,相对湿度越高,大气能见度则越低;近几年杭州市气象条件不利于大气污染物的扩散和清洗,是杭州城市环境空气质量上升缓慢的主要原因之一.     

计算流体力学模拟街道峡谷特征和风向对细颗粒物污染扩散的影响

街道峡谷结构和风向会对街道峡谷内的污染物浓度和扩散特征带来一定影响。利用计算流体力学(CFD)软件,针对街道峡谷高宽比、建筑物间隔(建筑物间空隙与街道总长度的比值)和风向对街道峡谷内细颗粒物扩散的影响进行数值模拟。模拟结果表明,建筑物间隔为20%,风向为北风,风速为3m/s,街道峡谷高宽比分别为1∶2、1∶1和2∶1时,街道中心线距地面1.5m高度细颗粒物最大质量浓度分别位于-19.3、-88.0、-19.3m(以与街道中心点的距离计,正值表示在街道中心点以东,负值表示在街道中心点以西,下同)位置,为37.5、46.4、28.4μg/m3。街道峡谷高宽比为1∶1,风向为北风,风速为3m/s,建筑物间隔分别为0、20%和40%时,街道中心线距地面1.5m高度的细颗粒物最大质量浓度分别位于148.0、-92.3、-186.7m位置,为88.1、31.6、33.7μg/m3。街道峡谷高宽比为1∶1,建筑物间隔为20%,风速为3m/s,且分别处于西风、北风和西南风时,街道中心线距地面1.5m高度的细颗粒物最大质量浓度分别位于165.3、58.0、1.5m位置,为10.6、11.2、16.0μg/m3。可见,CFD模拟近地面污染物扩散时应考虑街道峡谷结构和风向的影响。