大气污染物扩散高斯模型模拟

xyxy9.2.2大污物散高模模：视模点大污的扩9.2.2GaussianAtmosphericDispersionModel突发性大气污染事故时有发生大污染扩散进行模拟和分析利于减小事故的危害，减轻人员伤亡和财产损失。高斯扩散模型是国际原子能机(IAEA)荐使用于重气云扩散模拟的数学模型该模型在非气云扩散的应用日益广泛。高斯扩散模型是描述大气对有害气体的输移、扩散和稀释作用的物理或数学模型,是行灾害预测和救援指挥的有力手段之一。高扩模高斯模型又分为高斯烟团模型和高斯烟羽模型污染物泄漏分为瞬时泄漏和连续泄漏时漏是指污染物泄放的间相对于污染物扩散的时间较短如突发泄漏等的情形续泄漏则是指污染物泄放的时间较长的情形时泄漏采用高斯烟团模型模拟连泄漏采用高斯模型烟羽模型模拟。高斯模型适用于非重气云气体，包括轻气云和中性气云气体。要求气体在扩散过程中，风速均匀稳定。在高斯烟团模型中，选择风向建立坐标系统，即取泄漏源为坐标原点，轴向风向，y轴示在水平面内与风向垂直的方向则指向与水平面垂直的方向公见(9.1):C(,y,,t)

3/2

(x)2

y

()2

()2

)

………(9.1)其中：

Cx,zt)

为泄漏介质在某位置某时刻的浓度值；污染物单位时间排放量(mg/s);、、分别、、z轴的扩散系数，需根据大气稳定度选择参数计算得到；、、表x、上的坐标(m)；表平均风(；表扩散时间s)；表示泄漏源的高(m)。同理，高斯烟羽模型的表达式如：QCx,y,zt

()

()

……(9.2)技方若用高斯模型算出空间每一个点在一个时刻的污染浓度个计算量是很大的此所设计的系统一般都是采用先进行图层网格化斯型计算出有限个网格点的上的污染物浓度，在进行空间内插得到面上每一个点的污染物浓度，并由此得到污染物浓度的等值线。整个过程的示意图如图9.2.1所示14

文文泄露数设时间数设天气数设

开始加载地图定位事故发点高斯模型参设定图层网格化利用高斯模计算网格点上的污物浓度GIS间插值生成污染浓等值线动态拟

二三结合析

损失估

应急应方制定事态处置，决应急状态结束图9.2.1大气污染扩散的高斯拟的步骤图网化图层网格格式分为结构化网格结化网格构化网格是指网格中每个结点都有数量相同的相邻点，如正方形格网，而非结构化网格则不同。由于结构化网格易于实现进行插值处理故多用于实际应考虑到气体污染物质量浓度的空间变化频繁用定的结构化网格事故发生中心地为整个区域的几何中心用等间距条件将图层的二维空间离散化计算每个网格点上面的污染物浓度动成反映大气污染物质量浓度分布的等间距网格。空插空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面与他空间现象的分布模式进行比较包了空间插和外推两种算法间插值的理论假设是空间位置上越靠近的点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。空间插值的方法可以分为整体插值和局部插值两类插值方法用研究区所有采样点的数据进行全区特征的拟合部插值方法仅仅用邻近的数据点来估计未知的值体值方法一般包括边界内插方法势面分析和变化函数插值部插值方法只使用临近的数据24

点来估计未知点的数值，一般包括最邻近点(泰森多边形)、动平均插值距离倒数插值法样条函数插值法和空间自协方差最佳(克里金插值法在ArcGIS中有如下插值方法可供使用：全局多项式插值法，反距离权重法，含障碍的扩散插值法含碍的核插值局部多项式插值法径向基函数插值法和移动窗口克里金法。系实由于ArcGIS等件无法直接实现大气污染的高斯模拟，需要借助诸如MapX、ArcGISEngine的次开发实现气体浓度在平上动态展示的技术方法。这里以基于和GIS件ArcGIS的二次开发为例实现二三维模拟大气污染物高斯扩散的方案。ArcGISEngine是用于构建定制应用的一个完整的嵌入式GIS组件库案例模拟共括五个功能模块空数据库模块地图基本操作模块、事故参数设置模块模拟分析模块和文档保存输出模块。各个模块的主要功能具体如下：空数据库模块主要是指地图各个图层中的空间数据库安数据气站、消火栓、避难场所等应急设施信息以及道路、铁路建筑物，居民点、桥梁、水系、湖泊等基础数据库用Oracle10g作有关数据库的开发与管理工具中过添加数据库中相关数据，并按一定的图层顺序存放，形.mxd式文档。b.地基本操作模块中，可以对地图进行打开图形、保存图形、漫游、放大、缩小、全屏显示、地图窗口刷新、属性选择、距离量算、面积量算等地理信息系统中的基本操作，在程序中是通过ArcGISEngine组的接口中AddItem来实现。事故参数设置模块括事发地点查询和定位发间参数设置漏数设置、气象参数设置等信息。d.事模拟分析模块在斯羽模型和高斯烟团模型的基础上ArcGISEngine组件在电子地图上模拟毒气连续泄漏或持续泄漏的扩散过程功有动态模拟扩散过程模拟整个扩散过程的轨迹回放个刻或者某个时间段气体的扩散范围并分析该时刻或者时间段受影响单位的统计信息。三分析模块ArcGIS3DAnalyst展模块提供的三维数据查看环境实现系统的三维可视化。在ArcScene中入城市三维数据，通过3DTools工条实现对图层的放大、缩小、旋转等操作。调用IScene-graph的Locate()方实现建筑物的查询。加载三维大气扩散表面图层，显示要中的三角面，设置要素图层的颜色、透明度等属性，显示大气扩散的三维区域。f.文档保存输出模块将故基本信息区域的扩散图形响重要单位、城乡道路、居民建筑、水域桥梁、行政区域、消防监控等信息保存输出Word文，为应急预案提供信息支持。实模假设一辆装载液氯的槽罐车在城市郊区发生了车祸成了氯气泄露事故故生时间为年07月日时，气体泄漏方式为瞬时泄漏，泄漏气体总量为000kg云量为成晴3级西北风。将上述信息输入模拟系统包括时间参数泄露参数和天气参数设置参数完毕后进入计算分析过程某时刻的计算结果导入基础地理图中进行污染影响范围绘制定故发生一小时后，对事故影响的范围进行模拟，得到一小时后影响范围和危害程度示意图如图9.2.2所。34

图9.2