大氣污染物擴(kuò)散高斯模型模擬

xyxy9.2.2大污物散高模模：視模點(diǎn)大污的擴(kuò)9.2.2GaussianAtmosphericDispersionModel突發(fā)性大氣污染事故時(shí)有發(fā)生大污染擴(kuò)散進(jìn)行模擬和分析利于減小事故的危害，減輕人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。高斯擴(kuò)散模型是國(guó)際原子能機(jī)(IAEA)薦使用于重氣云擴(kuò)散模擬的數(shù)學(xué)模型該模型在非氣云擴(kuò)散的應(yīng)用日益廣泛。高斯擴(kuò)散模型是描述大氣對(duì)有害氣體的輸移、擴(kuò)散和稀釋作用的物理或數(shù)學(xué)模型,是行災(zāi)害預(yù)測(cè)和救援指揮的有力手段之一。高擴(kuò)模高斯模型又分為高斯煙團(tuán)模型和高斯煙羽模型污染物泄漏分為瞬時(shí)泄漏和連續(xù)泄漏時(shí)漏是指污染物泄放的間相對(duì)于污染物擴(kuò)散的時(shí)間較短如突發(fā)泄漏等的情形續(xù)泄漏則是指污染物泄放的時(shí)間較長(zhǎng)的情形時(shí)泄漏采用高斯煙團(tuán)模型模擬連泄漏采用高斯模型煙羽模型模擬。高斯模型適用于非重氣云氣體，包括輕氣云和中性氣云氣體。要求氣體在擴(kuò)散過程中，風(fēng)速均勻穩(wěn)定。在高斯煙團(tuán)模型中，選擇風(fēng)向建立坐標(biāo)系統(tǒng)，即取泄漏源為坐標(biāo)原點(diǎn)，軸向風(fēng)向，y軸示在水平面內(nèi)與風(fēng)向垂直的方向則指向與水平面垂直的方向公見(9.1):C(,y,,t)

3/2

(x)2

y

()2

()2

)

………(9.1)其中：

Cx,zt)

為泄漏介質(zhì)在某位置某時(shí)刻的濃度值；污染物單位時(shí)間排放量(mg/s);、、分別、、z軸的擴(kuò)散系數(shù)，需根據(jù)大氣穩(wěn)定度選擇參數(shù)計(jì)算得到；、、表x、上的坐標(biāo)(m)；表平均風(fēng)(；表擴(kuò)散時(shí)間s)；表示泄漏源的高(m)。同理，高斯煙羽模型的表達(dá)式如：QCx,y,zt

()

()

……(9.2)技方若用高斯模型算出空間每一個(gè)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)刻的污染濃度個(gè)計(jì)算量是很大的此所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)一般都是采用先進(jìn)行圖層網(wǎng)格化斯型計(jì)算出有限個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的上的污染物濃度，在進(jìn)行空間內(nèi)插得到面上每一個(gè)點(diǎn)的污染物濃度，并由此得到污染物濃度的等值線。整個(gè)過程的示意圖如圖9.2.1所示14

文文泄露數(shù)設(shè)時(shí)間數(shù)設(shè)天氣數(shù)設(shè)

開始加載地圖定位事故發(fā)點(diǎn)高斯模型參設(shè)定圖層網(wǎng)格化利用高斯模計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)上的污物濃度GIS間插值生成污染濃等值線動(dòng)態(tài)擬

二三結(jié)合析

損失估

應(yīng)急應(yīng)方制定事態(tài)處置，決應(yīng)急狀態(tài)結(jié)束圖9.2.1大氣污染擴(kuò)散的高斯擬的步驟圖網(wǎng)化圖層網(wǎng)格格式分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格結(jié)化網(wǎng)格構(gòu)化網(wǎng)格是指網(wǎng)格中每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有數(shù)量相同的相鄰點(diǎn)，如正方形格網(wǎng)，而非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格則不同。由于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格易于實(shí)現(xiàn)進(jìn)行插值處理故多用于實(shí)際應(yīng)考慮到氣體污染物質(zhì)量濃度的空間變化頻繁用定的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格事故發(fā)生中心地為整個(gè)區(qū)域的幾何中心用等間距條件將圖層的二維空間離散化計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上面的污染物濃度動(dòng)成反映大氣污染物質(zhì)量濃度分布的等間距網(wǎng)格。空插空間插值常用于將離散點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面與他空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較包了空間插和外推兩種算法間插值的理論假設(shè)是空間位置上越靠近的點(diǎn)，越可能具有相似的特征值；而距離越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其特征值相似的可能性越小?？臻g插值的方法可以分為整體插值和局部插值兩類插值方法用研究區(qū)所有采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全區(qū)特征的擬合部插值方法僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點(diǎn)來估計(jì)未知的值體值方法一般包括邊界內(nèi)插方法勢(shì)面分析和變化函數(shù)插值部插值方法只使用臨近的數(shù)據(jù)24

點(diǎn)來估計(jì)未知點(diǎn)的數(shù)值，一般包括最鄰近點(diǎn)(泰森多邊形)、動(dòng)平均插值距離倒數(shù)插值法樣條函數(shù)插值法和空間自協(xié)方差最佳(克里金插值法在ArcGIS中有如下插值方法可供使用：全局多項(xiàng)式插值法，反距離權(quán)重法，含障礙的擴(kuò)散插值法含礙的核插值局部多項(xiàng)式插值法徑向基函數(shù)插值法和移動(dòng)窗口克里金法。系實(shí)由于ArcGIS等件無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)大氣污染的高斯模擬，需要借助諸如MapX、ArcGISEngine的次開發(fā)實(shí)現(xiàn)氣體濃度在平上動(dòng)態(tài)展示的技術(shù)方法。這里以基于和GIS件ArcGIS的二次開發(fā)為例實(shí)現(xiàn)二三維模擬大氣污染物高斯擴(kuò)散的方案。ArcGISEngine是用于構(gòu)建定制應(yīng)用的一個(gè)完整的嵌入式GIS組件庫(kù)案例模擬共括五個(gè)功能模塊空數(shù)據(jù)庫(kù)模塊地圖基本操作模塊、事故參數(shù)設(shè)置模塊模擬分析模塊和文檔保存輸出模塊。各個(gè)模塊的主要功能具體如下：空數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要是指地圖各個(gè)圖層中的空間數(shù)據(jù)庫(kù)安數(shù)據(jù)氣站、消火栓、避難場(chǎng)所等應(yīng)急設(shè)施信息以及道路、鐵路建筑物，居民點(diǎn)、橋梁、水系、湖泊等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)用Oracle10g作有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)與管理工具中過添加數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)數(shù)據(jù)，并按一定的圖層順序存放，形.mxd式文檔。b.地基本操作模塊中，可以對(duì)地圖進(jìn)行打開圖形、保存圖形、漫游、放大、縮小、全屏顯示、地圖窗口刷新、屬性選擇、距離量算、面積量算等地理信息系統(tǒng)中的基本操作，在程序中是通過ArcGISEngine組的接口中AddItem來實(shí)現(xiàn)。事故參數(shù)設(shè)置模塊括事發(fā)地點(diǎn)查詢和定位發(fā)間參數(shù)設(shè)置漏數(shù)設(shè)置、氣象參數(shù)設(shè)置等信息。d.事模擬分析模塊在斯羽模型和高斯煙團(tuán)模型的基礎(chǔ)上ArcGISEngine組件在電子地圖上模擬毒氣連續(xù)泄漏或持續(xù)泄漏的擴(kuò)散過程功有動(dòng)態(tài)模擬擴(kuò)散過程模擬整個(gè)擴(kuò)散過程的軌跡回放個(gè)刻或者某個(gè)時(shí)間段氣體的擴(kuò)散范圍并分析該時(shí)刻或者時(shí)間段受影響單位的統(tǒng)計(jì)信息。三分析模塊ArcGIS3DAnalyst展模塊提供的三維數(shù)據(jù)查看環(huán)境實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的三維可視化。在ArcScene中入城市三維數(shù)據(jù)，通過3DTools工條實(shí)現(xiàn)對(duì)圖層的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作。調(diào)用IScene-graph的Locate()方實(shí)現(xiàn)建筑物的查詢。加載三維大氣擴(kuò)散表面圖層，顯示要中的三角面，設(shè)置要素圖層的顏色、透明度等屬性，顯示大氣擴(kuò)散的三維區(qū)域。f.文檔保存輸出模塊將故基本信息區(qū)域的擴(kuò)散圖形響重要單位、城鄉(xiāng)道路、居民建筑、水域橋梁、行政區(qū)域、消防監(jiān)控等信息保存輸出Word文，為應(yīng)急預(yù)案提供信息支持。實(shí)模假設(shè)一輛裝載液氯的槽罐車在城市郊區(qū)發(fā)生了車禍成了氯氣泄露事故故生時(shí)間為年07月日時(shí)，氣體泄漏方式為瞬時(shí)泄漏，泄漏氣體總量為000kg云量為成晴3級(jí)西北風(fēng)。將上述信息輸入模擬系統(tǒng)包括時(shí)間參數(shù)泄露參數(shù)和天氣參數(shù)設(shè)置參數(shù)完畢后進(jìn)入計(jì)算分析過程某時(shí)刻的計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入基礎(chǔ)地理圖中進(jìn)行污染影響范圍繪制定故發(fā)生一小時(shí)后，對(duì)事故影響的范圍進(jìn)行模擬，得到一小時(shí)后影響范圍和危害程度示意圖如圖9.2.2所。34

圖9.2