Расчет рассеивания вредных веществ

Величину ущерба, наносимого химическими или радиоактивными веществами нельзя оценить, не зная полей их концентрации.

Поэтому, одним из способов оценки ущерба является построение моделей прогнозирования зон неуправляемого распространения потоков энергии и вредных веществ, прогнозирования концентрации вредных веществ в техносфере.

Подобные модели применяются также при моделировании водных экосистем, распространения загрязнителей воздушной среды. Это модели, математическим аппаратом построения которых являются уравнения диффузии. Применение этих моделей ограничено, во-первых, необходимостью при их построении делать ряд допущений в общем случае неверных в реальных ситуациях (например, допущение об отсутствии влияния примесей на скорость течения воды, хотя в реальных условиях в реках, озерах движение воды сплошь и рядом вызвано именно различиями в мутности). Во-вторых, существуют и чисто математические трудности решения систем уравнений подобных уравнений.

Также сложность заблаговременного и достоверного определения таких функций предопределена следующими группами факторов:

а) источник - его геометрия, расход, термодинамические параметры;

б) среда - температурная и скоростная стратификация на макроуровне, ее микронеоднородность, нерегулярность, турбулентность;

в) вредное вещество - плотность, размер частиц, их склонность к физико-химическим превращениям после контакта со средой и ограничивающей поверхностью.

Известные ныне модели и методы расчета полей концентраций также можно разделить на три важные группы:

1) аналоговые;

2) аналитические (гауссовы);

3) численного моделирования.

Исходными данными и средствами их верификации служат результаты статистических наблюдений, натурных и модельных экспериментов, получаемые и обрабатываемые методами теории подобия или другими специальными способами. Естественно, что каждый подход к имеет свои достоинства и недостатки.

Численное моделирование не заменимо для прогноза последствий истечения мощных струй и мгновенных выбросов большого количества веществ, имеющих существенно отличную от несущей среды температуру или плотность, т.е. - при разрушениях газопроводов, взрывах токсичных продуктов и проливах сжиженных природных газов. Основанный на процессах массо-, энерго- и теплообмена данный метод позволяет учесть практически все перечисленные выше наиболее существенные факторы, а потому является самым точным, но (одновременно) и самым трудоемким способом построения полей концентраций вредных веществ.

В большинстве случаев, однако, используются аналоговые и аналитические (гауссовы) модели и методы прогнозирования полей концентрации загрязнителя в зонах его рассеяния. Первые из них хорошо зарекомендовали в случаях, когда наблюдается устойчивая корреляция между моделью и оригиналом по большинству их основных факторов (источник, вредное вещество, несущая среда). Последние модели и методы, основанные на закономерностях турбулентной диффузии и вероятностно-статистических представлениях о рассеянии загрязнителей, не требуют трудоемких расчетов и экспериментов, а потому лучше всего подходят для экспресс-прогноза зон их концентрации.

В главе 4 описана методика расчета полей концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, а также программный продукт, основанный на использовании данной методики.