Распределение загрязнения (ч.2)

Распределение загрязнения на локальной территории (продолжение)

Начало статьи о распространении загрязнения читайте в предыдущей статье.

На рис.1-5 приведены примеры наиболее часто встречающихся типов выбросов (факелов), наблюдаемых с подветренной стороны от трубы (источника) при различных условиях стабильности атмосферы.

Рис. 1. Характеристики рассеивания "петлеобразного" факела при очень неустойчивом состоянии атмосферы. 1- мгновенные значения, 2 - средняя концентрация.

Рис. 1. Характеристики рассеивания «петлеобразного» факела при очень неустойчивом состоянии атмосферы. 1- мгновенные значения, 2 — средняя концентрация.

На рис. 1 показан тип рассеивания выброса в условиях оченьнестабильной атмосферы. Этот выброс быстро расслаивается на большие отдельные вихри. К такому типу рассеивания применимо образное определение «петлеобразное», так как элементы видимого факела перемещаются быстро в вертикальном направлении, касаются земли в том или ином месте, после чего быстро поднимаются вверх до вершины факела, затем опускаются, и, таким образом, траектория элемента факела представляет собой петлю в вертикальной плоскости (рис. 1, a). Рисунок 1 б иллюстрирует распространение факела в нестабильной атмосфере. Факел извивается в двигается горизонтально по направлению ветра.

Такое развитие процесса рассеивания факела сопровождается образованием значительного числа

вихрей, что в свою очередь приводит к разбавлению загрязнения в объеме выброса. На рис. 1 в показано изменение приземных концентраций загрязняющих веществ при распространении в воздухе «петлеобразного» выброса. Следует отметить, что в этом случае наблюдаются значительные короткопериодные колебания концентрации загрязняющих веществ в приземном слое воздуха. Этот факт обусловлен тем, что значительное количество замкнутых вихревых образований, содержащих высокие концен­трации загрязняющих соединений, периодически достигает различных точек земной поверхности. График осредненных изменений концентрации загрязнения со временем свидетельствует о том, что наиболее высокие концентрации загрязняющих веществ наблюдаются в районах, находящихся достаточно близко к трубе. Расстояние от трубы, при котором регистрируются максимальные концентрации загрязнения, соизмеримо с высотой трубы (рис. 1 в).

Рис. 2. Характеристики рассеивания конусообразного факела при нейтральном состоянии атмосферы.

Рис. 2. Характеристики рассеивания конусообразного факела при нейтральном состоянии атмосферы.

Рисунок 2 иллюстрирует особенности распространения фа­кела от трубы при адиабатических или нейтральных условиях со­стояния атмосферы. Выброс рассеивается за счет действия турбу­лентных вихрей, размеры которых существенно меньше, чем в слу­чае распространения «петлеобразного» выброса в нестабильной атмосфере. При распространении выброса в адиабатических ус­ловиях по направлению ветра наблюдаются более четкие контуры факела. Такой тип факела называется «конусообразным». В от­личие от «петлеобразного» «конусообразный» факел при распро­странении в атмосфере имеет более правильную структуру (рис. 2 а). На рис. 2 б приводятся данные, свидетельствующие о том, что характеристики бокового рассеяния отличаются от со­ответствующих данных, наблюдаемых при распространении нестабильного «петлеобразного» факела (см. рис. 1 б). Харак­терная изменчивость приземных концентраций загрязнения под­тверждается данными рис. 2 в. Поле концентраций более одно­родно, загрязняющие вещества достигают земной поверхности на значительно больших расстояниях от источника, чем в случае «петлеобразного» факела. Это объясняется тем, что вихревое движение воздуха в вертикальной плоскости выражено слабее и по­этому время достижения поверхности вихревыми образованиями от верхней области факела увеличивается.

Рис. 3. Характеристики рассеивания веерообразного факела при наличии приземной инверсии.

Рис. 3. Характеристики рассеивания веерообразного факела при наличии приземной инверсии.

На рис. 3 приведены характеристики факела при высокой ста­бильности атмосферы (в условиях зарождения и существования температурной инверсии). Поскольку при таких условиях факел почти не рассеивается в вертикальном направлении, а медленно распространяется по горизонтали, он получил название «вееро­образного». На рис. 3 а видно, что при наличии инверсии температуры факел практически не достигает поверхности Земли. Это вполне естественно, так как при устойчивом состоянии атмосферы отсутствуют вертикальные вихревые движения воздуха, которые могут способствовать переносу загрязняющих веществ в приземный слой. На рис. 3 б приведены две горизонтальные характе­ристики «веерообразного» факела — при постоянном направлении вектора скорости ветра (кривая 1) (в этом случае видимая часть факела имеет вид ленты, начинающейся от верхней части источника) и при наличии слабого поперечного ветра (кривая 2) (вид факела в воздухе несколько изменяется, становится более сложным).

Представленные на рис. 3 в данные свидетельствуют о низких концентрациях загрязняющих веществ в приземном воздухе, что вполне объяснимо для данного типа факела (вследствие отсутствия вертикальных движений воздуха).

Рис. 4. Характеристики рассеивания факела под слоем инверсии (условия ограниченного перемешивания масс воздуха).

Рис. 4. Характеристики рассеивания факела под слоем инверсии (условия ограниченного перемешивания масс воздуха).

На рис. 4 показаны изменения характеристик распространения факела при условиях, когда турбулентный слой, содержащий факел, находится ниже или частично перекрывает стабильный слой с температурной инверсией. При таких условиях факел распространяется не вверх,  в область инверсионного слоя, а вниз и достигает земной поверхности, как и «конусообразный» и «петлеобразный» факелы. Из данных рис. 4 в следует, что в этом случае в приземном слое регистрируются более высокие концентрации загрязняющих веществ. Наблюдаемый факт обусловлен отсутствием вертикального распространения загрязняющих веществ в инверсионную область, что приводит к увеличению приземных концентраций загрязняющих веществ.

Диаграммы, приведенные на рис. 4, иллюстрируют ситуации, которые могут возникнуть при веерообразном распространении факела в утренние часы, когда приземный слой перемешивания становится достаточно протяженным и может соприкасаться со слоем воздуха, в котором распространяется факел. При таких условиях в приземный слой попадает значительное количество загрязняющих веществ. Подобные ситуации, которые называются «фумигацией», существуют непродолжительное время (примерно около 30 мин). Существование высоких концентраций загрязнения в приземном слое воздуха при перекрывании границ слоя полного перемешивания воздуха и слоя, в котором распространяется веерообразный факел, обусловлено также и тем, что при таких ситуациях факел не испытывает существенного бокового рассеивания.

Рис. 5. Характеристики рассеивания факела при положении приземной инверсии ниже уровня его выброса в атмосферный воздух.

Рис. 5. Характеристики рассеивания факела при положении приземной инверсии ниже уровня его выброса в атмосферный воздух.

На рис. 5 показано распространение факела при условиях, когда слой приземной инверсии находится ниже оси распространения факела. В случаях когда слой приземной инверсии находится ниже границы распространения факела, не переносится в приземный слой, так как отсутствует турбулентный обмен воздушных масс ниже слоя инверсии. Распространение загрязняющих веществ в атмосфере ограничивается пространством, находящимся выше слоя инверсии. Наблюдаемые концентрации загрязнения вблизи поверхности Земли практически не регистрируются (рис. 5 в).

На основании имеющихся типов распространения выбросов зягрязняющих веществ и данных о параметрах стабильности атмо­сферы представляется возможным прогнозировать особенности распространения загрязняющих веществ в приземном воздухе для определенных районов.

Как правило, ночью наблюдается «веерообразный» тип рас­пространения выбросов, сохраняющий свои особенности и в тече­ние одного-двух часов после восхода Солнца, затем в результате нагревания почвы и развития турбулентности изменяются усло­вия стабильности атмосферы. Развитие конвективной турбулентно­сти приводит к образованию поверхностного конвективного слоя (см. рис. 4). За этим периодом следует короткий промежуток времени, в течение которого в приземном слое регистрируются достаточно высокие концентрации загрязнения, связанные с кон­вективным переносом веществ. Позднее уровень загрязнения по­нижается по мере того, как в турбулентный обмен вовлекаются новые массы воздуха, находящиеся в стабильном слое над факе­лом. При развитии конвективного обмена поздним утром и в днев­ные часы наблюдается уже «петлеобразное» распространение фа­кела, а также отмечаются непродолжительные эпизоды, в течение которых концентрация загрязнения в приземном слое значительно увеличивается в результате переноса вихревыми образованиями загрязняющих веществ из факела в приземный слой. В полдень следует ожидать уменьшения интенсивности конвективной турбу­лентности, однако вследствие наличия механической турбулент­ности развивается «конусообразный» перенос загрязняющих веществ в приземный слой. По мере рассеивания выброса в погра­ничном слое атмосферы образуется инверсионный слой, поток за­грязняющих веществ к поверхности Земли уменьшается. Затем ночью в условиях высокой стабильности атмосферы развивается «веерообразный» перенос загрязняющих веществ над слоем ин­версии, который утром переходит в «веерообразное» распростра­нение выброса уже следующего дня.

Понравился пост? Оценить легко!
0 оценок, среднее: 0,00 из 50 оценок, среднее: 0,00 из 50 оценок, среднее: 0,00 из 50 оценок, среднее: 0,00 из 50 оценок, среднее: 0,00 из 5 (0 голосов, среднее: 0,00 из 5)
Оставлять голоса могут только зарегистрированные пользователи.
Загрузка...
Вы можете следить за комментариями с помощью RSS 2.0-ленты. Вы можете оставить комментарий или трекбэк с вашего сайта.

Оставить комментарий

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

?