基于GIS的危险化学品扩散模拟-武汉大学
更新时间:2023-12-25 22:39:01 阅读量: 教育文库 文档下载
基于GIS的危险化学品扩散模拟
实验目的
有毒或易燃易爆危险物质, 一旦发生泄漏事故,将对周围环境和人员造成巨大危害。大量的易挥发、易燃性物质迅速释放到大气中, 会形成气云并逐渐扩散。对于易燃易爆物质假如气云在尚未稀释到低于燃烧下限前被引燃, 就可能发生气云爆炸或闪火, 并引起大范围的破坏对于有毒物质, 在扩散范围内蒸气云团的浓度稀释至安全浓度前能引起中毒。本实验旨在.net平台下,利用ArcGIS Engine编写基于高斯模型的瞬时污染气体扩散的软件。通过本实验,让学生了解利用GIS进行动力学建模的基本方法和流程,并掌握GIS风险制图动态渲染相关技术
3.3.2实验条件(设备、数据等)
编程环境:Visual Studio 2005或更高版本,装有Arcgis Engine。 数据准备:一张武汉大学校园地图。
3.3.3实验原理
1)大气扩散模式概述
大气扩散模式是对大气污染物散布过程的模拟。按污染源的几何特征可分为点源、线源、面源扩散模式;按污染源排放特性分有正常工况模式和非正常排放模式;按假设条件不同分有烟流扩散模式和烟团扩散模式;按模式适用范围不同分有短距离扩散模式和中长距离输送模式等。具体操作时应根据当地地形、气候等环境要素以及污染源亲何况正确选取并适当修正。
主要的大气扩散模式有:
(1)高架点源扩散模式(静风模式、有效源高等)
(2)面源扩散模式(虚点源模式、窄烟云模式:在多面源情形下计算效果较好) (3)线源扩散模式(点源求和法、风向与线源平行时 扩散模式)
2)高斯大气扩散模式
高斯大气扩散模式属于高架点源的烟羽大气扩散模式,它是计算释入大气中的气载污染物下风向浓度的应用最广的方法。高斯扩散模式所描述的扩散过程主要有以下几种:下垫面平坦、开阔、性质均匀,平均流场平直、稳定,不考虑风场的切变;扩散过程中,污染物本身是被动、保守的,即污染物和空气无相对运动,且扩散过程中污染物无损失、无转化,污染物在地面被反射;扩散在同一温度层集中发生,平均风速 > 1. 0 m/ s;适用范围一般 <
10~20 km。在均匀、定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布,但实际大气一般不满足均匀、定常条件,因此高斯模式应用于下垫面均匀平坦、气流稳定的小尺度扩散问题更为有效。
高斯模式的有关假定:
坐标系 原点为高架点源排放点在地面的投影点,x轴正方向为平均风向,y为横风向,在水平面上垂直于x轴,z轴垂直于水平面xoy,向上为正向。
四点假设:
a.污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 b.全部高度风速均匀稳定 c.源强是连续均匀稳定的
d.扩散中污染物是守恒的(不考虑转化)
3)高斯计算公式
对于在恒定气象条件(指风向、风俗、大气稳定度不随时间而变)下的高架点源的连续排放,在考虑了烟羽在地面的全反射后,下风向任一点的污染物浓度c(x,y,z,H)可由下式计算:
C(x,y,z):下风向某点(x,y,z)处的空气中污染物的浓度(mg/m3); x:下风向距离(m); y:横截风向距离(m); z:距地面的高度(m);
q:气载污染物源强,即释放率(mg/s); u:排气筒出口处的平均风速(m/s); H:排气筒距地面的几何高度(m); δx, δy, δz:扩散系数 4)高斯扩散方程的求解
大气稳定度的确定根据五类地面风速、三类日间的日射和两类夜间云量把扩散天气分为6类,即强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定。分别用英文字母A、B、C、
D、E和F表示。
在国标“制订地方大气污染排放标准的技术原则和方法”(GB3840-83)与“环境影响评价技术原则”(HJ/T2.1-93)中,建议采用下属修订的帕斯奎尔稳定度分类方法。首先由云量与太阳高度角按表1查出太阳辐射等级数,再由太阳辐射等级数与地面风速按表2查找稳定度等级。
表1 太阳辐射等级数
表2 大气稳定度等级
高架源回归系数(Py、qy、Pz、qz)确定
国际原子能机构(IAEA)根据相关实验数据,推荐了一组适用于大粗糙度(Z0≈1m)和高架源的弥散系数公式,如表3,据此求得相应地扩散参数。
表3 与排放高度有关的扩散参数
3.3.3实现方案(方法及步骤)
其中1回归系数由上述三个表可得;2采样点位置,根据风向与污染源位置计算出可能受影响范围,然后设置采样间隔进行采样;3污染源浓度默认为500,;4高斯模型即瞬时泄露高斯计算公式。
3.3.4 实验结果分析
根据云量与太阳高度角确定太阳辐射等级数,输入风向、风速、释放高度、计算高度。这些参数是进行模拟的必要参数。
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