大氣污染物擴散高斯模型模擬

xyxy9.2.2大污物散高模模：視模點大污的擴9.2.2GaussianAtmosphericDispersionModel突發(fā)性大氣污染事故時有發(fā)生大污染擴散進行模擬和分析利于減小事故的危害，減輕人員傷亡和財產(chǎn)損失。高斯擴散模型是國際原子能機(IAEA)薦使用于重氣云擴散模擬的數(shù)學模型該模型在非氣云擴散的應(yīng)用日益廣泛。高斯擴散模型是描述大氣對有害氣體的輸移、擴散和稀釋作用的物理或數(shù)學模型,是行災(zāi)害預(yù)測和救援指揮的有力手段之一。高擴模高斯模型又分為高斯煙團模型和高斯煙羽模型污染物泄漏分為瞬時泄漏和連續(xù)泄漏時漏是指污染物泄放的間相對于污染物擴散的時間較短如突發(fā)泄漏等的情形續(xù)泄漏則是指污染物泄放的時間較長的情形時泄漏采用高斯煙團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。要求氣體在擴散過程中，風速均勻穩(wěn)定。在高斯煙團模型中，選擇風向建立坐標系統(tǒng)，即取泄漏源為坐標原點，軸向風向，y軸示在水平面內(nèi)與風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)在某位置某時刻的濃度值；污染物單位時間排放量(mg/s);、、分別、、z軸的擴散系數(shù)，需根據(jù)大氣穩(wěn)定度選擇參數(shù)計算得到；、、表x、上的坐標(m)；表平均風(；表擴散時間s)；表示泄漏源的高(m)。同理，高斯煙羽模型的表達式如：QCx,y,zt

()

()

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

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

開始加載地圖定位事故發(fā)點高斯模型參設(shè)定圖層網(wǎng)格化利用高斯模計算網(wǎng)格點上的污物濃度GIS間插值生成污染濃等值線動態(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)格中每個結(jié)點都有數(shù)量相同的相鄰點，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)格易于實現(xiàn)進行插值處理故多用于實際應(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算每個網(wǎng)格點上面的污染物濃度動成反映大氣污染物質(zhì)量濃度分布的等間距網(wǎng)格?？詹蹇臻g插值常用于將離散點的測量數(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，越可能具有相似的特征值；而距離越遠的點，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)所有采樣點的數(shù)據(jù)進行全區(qū)特征的擬合部插值方法僅僅用鄰近的數(shù)據(jù)點來估計未知的值體值方法一般包括邊界內(nèi)插方法勢面分析和變化函數(shù)插值部插值方法只使用臨近的數(shù)據(jù)24

點來估計未知點的數(shù)值，一般包括最鄰近點(泰森多邊形)、動平均插值距離倒數(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：全局多項式插值法，反距離權(quán)重法，含障礙的擴散插值法含礙的核插值局部多項式插值法徑向基函數(shù)插值法和移動窗口克里金法。系實由于ArcGIS等件無法直接實現(xiàn)大氣污染的高斯模擬，需要借助諸如MapX、ArcGISEngine的次開發(fā)實現(xiàn)氣體濃度在平上動態(tài)展示的技術(shù)方法。這里以基于和GIS件ArcGIS的二次開發(fā)為例實現(xiàn)二三維模擬大氣污染物高斯擴散的方案。ArcGISEngine是用于構(gòu)建定制應(yīng)用的一個完整的嵌入式GIS組件庫案例模擬共括五個功能模塊空數(shù)據(jù)庫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。各個模塊的主要功能具體如下：空數(shù)據(jù)庫模塊主要是指地圖各個圖層中的空間數(shù)據(jù)庫安數(shù)據(jù)氣站、消火栓、避難場所等應(yīng)急設(shè)施信息以及道路、鐵路建筑物，居民點、橋梁、水系、湖泊等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫用Oracle10g作有關(guān)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)與管理工具中過添加數(shù)據(jù)庫中相關(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，可以對地圖進行打開圖形、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來實現(xiàn)。事故參數(shù)設(shè)置模塊括事發(fā)地點查詢和定位發(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)泄漏的擴散過程功有動態(tài)模擬擴散過程模擬整個擴散過程的軌跡回放個刻或者某個時間段氣體的擴散范圍并分析該時刻或者時間段受影響單位的統(tǒng)計信息。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工條實現(xiàn)對圖層的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作。調(diào)用IScene-graph的Locate()方實現(xiàn)建筑物的查詢。加載三維大氣擴散表面圖層，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間為年07月日時，氣體泄漏方式為瞬時泄漏，泄漏氣體總量為000kg云量為成晴3級西北風。將上述信息輸入模擬系統(tǒng)包括時間參數(shù)泄露參數(shù)和天氣參數(shù)設(shè)置參數(shù)完畢后進入計算分析過程某時刻的計算結(jié)果導入基礎(chǔ)地理圖中進行污染影響范圍繪制定故發(fā)生一小時后，對事故影響的范圍進行模擬，得到一小時后影響范圍和危害程度示意圖如圖9.2.2所。34

圖9.2