Mô hình hóa ô nhiễm không khí

MƠ HÌNH HĨA Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ

PGS.TSKH. Bùi Tá Long ,
Khoa Môi trường và Tài nguyên,
Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh

1

4

1


Giám sát ơ nhiễm khơng khí

C C   C   C
u  Ky  Kz 
t x y  y  z  z 

5

Lan truyền ô nhiễm khơng khi trên diện rộng

6

Toshihiko Takemura
 Thực tế là tình trạng ơ nhiễm khơng
khí xun biên giới phụ thuộc chủ
yếu vào điều kiện thời tiết. Ví dụ,
khơng khí ơ nhiễm thường lan từ
Trung Quốc sang Nhật Bản vào

mùa Xuân.
 Ô nhiễm khơng khí ở châu Á thực
sự là một vấn đề xã hội nghiêm
trọng. Cần phải tính đến những lộ
trình tối ưu nhằm giảm thiểuđến
mức tối đa ô nhiễm không khí và
tình trạng trái đất ấm lên.

 Ơ nhiễm khơng khi, va đặc biệt trong
việc giảm ô nhiễm không khi đến
một mức chấp nhận được, là một
vấn đê môi trường quan trọng;
 Ơ nhiễm khơng khi khơng giới hạn
trong các vùng có nguồn thải lớn.
 Các chất ơ nhiễm khơng khi lắng
đọng trên bê mặt khơng chỉ của khu
vực có nguồn thải lớn mà còn cả
các khu vực xung quanh.
 />
7

2


Vai trị của mơ hình tốn

Vấn đê cần quan tâm

Cần xác định chính xác loại nào
cần được giảm va nơi nào cần

giảm.
Nồng đô va mức lắng đọng chấp
nhận được (hoặc tới hạn) cần được
xác định chính xác va ơ nhiễm
khơng khi cần giảm đến các mức đô
này nhưng không nên giảm hơn,
(do chi phí thêm có thê rất đắt, va vì
vậy, có thê gây nên những kho
khăn lớn vê mặt kinh tê).


SẤM CHỚP

MÂY
NÚ

MƯA

Nhà

I

KHU CƠNG
NGHIỆP

Cây
xanh



N
Ơ
N
G

Thành phố
đẹp quá

Cây
xanh

N
G
H
I
Ệ
P

Cây

Cơng viênxanh

SƠNG
ĐẤT

Ơ TƠ

NƠNG
NGHIỆP

$
Cây

I NÚ

RỪNG

GIĨ

NẮNG

Người

Các mơ hình tốn biểu diễn hiện
tượng ơ nhiễm khơng khi là những
cơng cụ khơng thê thiếu trong q
trình nơ lực giải quyết các bài toán
được phác họa ở trên.
Để giảm tối ưu mức ô nhiễm không
khi đến mức độ chấp nhận được có
thê được giải quyết thành cơng chỉ
khi sư dụng các mơ hình tốn học
ơ nhiễm khơng khi đáng tin cậy.

PHÁT THẢI

TẢI + PHÂN TÁN
LẮNG ĐỌNG

NGUỒN

NGUỒN TIẾP
NHẬN

ĐẤT
Nhà thờ

Xe hàng

Nhà

10

9

Vì sao cần phải sử dụng mơ hình

Lợi ích dùng mơ hình

11

3


Mơ hình khí tượng, phát thải và phát tán

Các bước mơ hình hố ơ nhiễm khơng khí

14

Sự phân bố nhiệt độ theo độ cao
2000 m
Khí quyển tiêu chuẩn
= 0,65 K/100 m

Trạng thái khí quyển

Khí quyển đoạn nhiệt
khơ = = 1 K/100 m
Giữa buổi chiều

Bình minh + 4 h
Bình minh + 2 h

300 m
Lúc sáng sớm

Khí quyển siêu
đoạn nhiệt >

15 20 ·C

35 ·C
Nhiệt độ

15

Phân bố nhiệt độ theo chiều cao vào các thời gian khác nhau trong ngày
khi thời tiết nắng ráo, khơng mây và gió nhẹ

16

4


Trạng thái khí quyển
 Với trạng thái biến thiên nhiệt độ theo chiều cao nào đó mà lực
tác động vật lý của khí quyển làm cho chất ơ nhiễm khuếch tán
theo chiều cao khơng dễ dàng thì gọi là khí quyển ở trạng thái ổn
định, tức là khí quyển ổn định sẽ cản trở sự khuếch tán và pha
loãng của chất ô nhiễm;
 Ngược lại với profile biến thiên nhiệt độ theo chiều cao nào đó mà
sự hịa trộn khơng khí theo chiều cao được dễ dàng thì sẽ làm
cho chất ơ nhiễm khơng khí khuếch tán (pha lỗng) trong khí
quyển dễ dàng thì gọi là khí quyển ở trạng thái không ổn định.
 Ở giữa hai trạng thái trên là trung tính.

17

CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU CỦA
LUỒNG KHĨI

18

Hình dạng khác nhau của luồng khói








Looping – luồng khói uốn lượn;
Coning – luồng khói hình cơn;
Fanning – Luồng khói hình quạt;
Lofting – luồng khói khuếch tán mạnh ở biên trên
Fumigation – luồng khói “xơng khói”;
Trapping – luồng khói mắc kẹt;

19

20

5


Uốn lượn (looping)

Độ cao

 







Khi quyển không ổn định mạnh (khi phân bô nhiệt đô theo
chiều cao siêu đoạn nhiệt);

Thường xảy ra vào ban ngày khi mặt trời đốt nóng mặt đất với
cường đơ bức xa lớn;
Luồng khói uốn lượn – khi quyển khơng ổn định mạnh

Chiều cao

Hình cơn (coning)

 

Hình thành trong điều kiện trung tính hoặc gần trung tính khi trời
có mây che phu làm cho mặt trời vào ban ngày bị che phu hay bức
xa hồng ngoại tư mặt đất vào ban đêm bị giảm;
Góc mơ khoảng 20.

21

Hình quạt (fanning)
Sự biến thiên nhiệt độ
của khối khí (
Hình quạt

  ,   0

Độ cao

ổn định

Vồng lên (lofting)

Xảy ra trong điều kiện khi quyển ổn định với phân bô
nhiệt theo chiều cao nghịch nhiệt;
Rối theo chiều đứng bị triệt tiêu, chỉ có phát triển theo
chiều ngang;
Luồng khói hình quạt- lớp nghịch nhiệt tư bê mặt đất đến
đô cao trên ống khói.

Chiều cao

Sự biến thiên
nhiệt độ của mơi
trường (β)
Nhiệt độ

22

 
 0

Phía dưới sát mặt đất trong phạm vi ống khói có nghịch nhiệt,
cịn phía trên khuếch tán mạnh (siêu đoạn nhiệt);
Chất ơ nhiễm sẽ tích tụ ở gần mép trên của lớp nghịch nhiệt;
Chất ô nhiễm khuếch tán thuận lợi ở phía trên;
 Thường xảy ra khi mặt trời xuống.

23

24

6

Lớp nghịch nhiệt

Xơng khói (fumigation)

 0
 
Ngược lại với trên:lớp nghịch nhiệt ở bên trên lớp siêu
đoạn nhiệt;
Luồng khói khuếch tán mạnh ở phía dưới;
Thường xảy ra vào buổi sáng sớm;
Luồng khói khuếch tán mạnh ở biên dưới.
25

… Tiếp theo

26

… Tiếp theo: nghịch nhiệt

27

28

7


Key words: tư khóa cần nhơ

Mắc bẫy (trapping)

 Adiabatic (đoạn nhiệt): chỉ tính chất của mơi trường
khơng khí khi sư trao đổi nhiệt với môi trường không đu
lớn đê diễn ra sư cân bằng nhiệt nên có thê bỏ qua;
 Gradian nhiệt đô đoạn nhiệt: đô hạ hoặc tăng nhiệt đô
của một khối khi khi lên cao hoặc xuống thấp;
 Đô ổn định của khi quyển: không ổn định, trung tính, ổn
định;

Nghịch nghiệt bên dưới và bên trên ống khói
Luồng khói bị hạn chê cả ở biên trên lẫn biên dưới
Chất ô nhiễm rất kho khuếch tán lên trên lẫn xuống dưới.

29

30

MƠ HÌNH GAUSS - PASQUILL

31

8


Q trình lan truyền chất ơ nhiễm

Đối tượng thật

Độ cao hữu dụng

34

Các bước mơ hình hóa ơ nhiễm khơng khí








Chọn hệ tọa độ

Chọn hệ tọa độ
Xây dựng mơ hình ý niệm
Xác định biến và tham số
Xây dựng phương trình, thiết lập bài tốn
Tin học hóa thành phần mềm
Hiệu chỉnh, kiểm định
Ứng dụng vào thực tế

35

9


Xây dựng mơ hình ý niệm

Xác định biến và tham số

37

Vệt khói tức thời và trung bình

Xây dựng phương trình,
thiết lập bài toán

40

10


Mơ hình ý niệm Gauss

Dạng vệt khói

41

Sự thay đổi theo hướng x

CuA

C u A yz

Sự thay đổi theo hướng z do khuếch tán rối

μg/m m/s m 

 C u A dx

yz

42

3

2

yz

x


 C u A yz dx   C u V
x
x

  






K z C m 2 m 1 μg m 3 m 2 s 1
z

 



 A xy K z C   A xy K z Cz
z
z 
z


 A xy

 

  


 A xy K z Cz   K z C V
z 
z
z  z



43

44

11


Định luật bảo toàn khối lượng

Sự thay đổi theo hướng y do khuếch tán rối

 A xz

 A xz

  

 

K Cy


K yC m 2 m 1 μg m 3 m 2 s 1
y


K yC    A xz
y
y 
y

y





 


  
 A xz K y C   y   K y C  V
y 
y
y  y


45

Phương trình tải và khuếch tán

Δt - C t V
 

  
 
 
   C u  V   K y C  V +  K z C  V   t

x

y

y

z

z

 




 C  t +    


C

  
V    Cu  V    K y C   V 
t
x
y  y


 

  K zC  V
z  z


46

Một số giả thiết
 Nghiệm không phụ thuộc vào thời gian (các tham số phát thải là
khơng đổi)
 Vận tốc gió khơng đổi.
 Hệ số khuếch tán không phụ thuộc vào tọa độ không gian.
 Sự khuếch tán theo hướng x là nhỏ so với vận tốc lan truyền.

C
C   C    C 
u
 K y   K z 
t
x y  y  z  z 

47

48

12


Mơ hình Gauss cơ sở (Basic Gaussian
formula) cho nguồn thải cao

Giải bài toán biên
U

 M  y z  H 

UC (,x ,y )z

x0

C  x, y , z 

y 

Kz

u
u
Ky 0.5y2 ,Kz 0.5z2
x
x

C   C    C 
 K
  K
 , C  x, y , z 
x y  y y  z  z z 

C
z

z 0

 C  x, y , z 

z 

0

0

2
  2
z  H   U 


 y
1
 
C  x, y, z   C0 x exp 

Kz  4x 
  K y
 

C  x, y , z  

 zH



 exp  
2


2 z



49

2






50

Gauss biến đổi (Gaussian plume formula)

Mơ hình Gauss cơ sở cho nguồn thải mặt đất
u
u
Ky 0.5y2 ,Kz 0.5z2
x
x
  y2
M
z2
C  x, y , z  
exp    2  2
2 u  y  z
  2  y 2  z
 y2 
 z2 
M
exp   2  exp   2 
 2 
 2 
2 u  y  z
y 

z 


 y2
M
exp   2
 2
2 u y  z
y


 y2  
M

C(,x ,y )exp
z 
exp  2  
 2  
2uyz
y 




 



  z  H 2 
exp



22z 



  z  H 2 



2

2z 



Phản xạ hoàn toàn tại mặt phẳng z = 0
 y2
M
C (,x ,y )exp
z 
exp  2
 2
2 u y  z
y


y , z - được gọi là các hệ số phạm vi khuếch tán theo phương
ngang va phương đứng, có thứ nguyên là độ dài (do Ky , Kz – có
thứ nguyên là m2/s)

 





 zH 2

 
 exp

22z 



 z  H 2 
 
 


22z  



Hấp thụ hoàn toàn tại mặt phẳng z = 0
51

52

13

Tính nồng độ chất ơ nhiễm trên mặt đất

Gauss tức thời (Gaussian puff formula)
 xut2 y2   zH2 
 zH2 


exp


exp
 2 exp
2
2
2 xyz  2x 2y   2z   2z2 
Q

C(x, y,z,t)

C ( x, y) 

3/2

 y2 
 H2 
exp  2  exp  2 


u y z
 2 z 

 2 y 
M

Nồng đô trên mặt đất dọc theo trục gio (trục x)

Phản xạ hoàn toàn tại mặt phẳng z = 0
 xut2 y2   zH2 
 zH2 

exp




C(x, y,z,t) 3/2
exp



exp
2 xyz  2x2 2y2   2z2   2z2 
Q

C( x) 

 H2 
exp  2 
u y z
 2 z 
M

Hấp thụ hoàn toàn tại mặt phẳng z = 0

53

Ý nghĩa các hệ số phạm vi khuếch tán

Hệ số phạm vi khuếch tán ngang và đứng
1/ 2

 2Ky x 

 u 

 y  

1/ 2

 2K z x 

 u 

z  

54

y , z - phụ thuộc vào
khoảng cách x, độ ổn định của
khí quyển và vận tốc gió.
()X, Y, Z

Z
X
(X, 0, 0)
H

(X, Y, Z)
h

Y

55

X

56

14


Cơng thức tính y(x), z(x) cho vùng thành thị

Cơng thức tính y(x), z(x) cho vùng nơng thơn
Loại ổn định

y(x)

z(x)

A

0.22x(1+0.0001x)-0.5

0.20x

B

0.16x(1+0.0001x)-0.5

0.12x

C

0.11x(1+0.0001x)-0.5

0.08x(1+0.0002x)-0.5

D

0.08x(1+0.0001x)-0.5

0.06x(1+0.0015x)-0.5

E

0.06x(1+0.0001x)-0.5

0.03x(1+0.0003x)-1

F

0.04x(1+0.0001x)-0.5

0.16x(1+0.0003x)-1

Độ ổn định

y(x)

A- B

0.32x(1+0.0004x)-0.5

0.24x(1+0.0001x)0..5

C

0.22x(1+0.0004x)-0.5

0.12x

D

0.16x(1+0.0004x)-0.5

0.14x(1+0.0003x)-0.5

E-F

0.11x(1+0.0004x)-0.5

0.08x(1+0.00015x)-0.5

z(x)

57

Mức ôn đinh cua khi quyên







58

Phân loại độ bền vững khi quyển theo Pasquill

A -rất không bền vững
B - khơng bền vững loại trung bình
C - khơng bền vững loại yếu
D - trung hòa
E - bền vững yếu
F - bền vững loại trung bình

Vận tốc gió tại độ cao 10 m

Điều kiện thời tiết ban ngày

Điều kiện thời tiết ban đêm

Bức xạ mặt trời ban ngày

Độ che phủ ban đêm (hệ số mây)

Mạnh
(biên
độ >
600)

Trung
bình
(Biên
độ 35600)

Yếu
(Biên
độ 15 –
350)

Lớn hơn 50%

Nhỏ hơn 50%

F

<2

А

A– B

B

E

2–3

A– B

B

C

E

F

3–5

B

B–C

C

D

E

5 –6

C

C– D

D

D

D

>6

C

C–D

D

D

D

Lưu ý. А – rất không ổn định; В – không ổn định vừa phải; С – không ổn định yếu; D – điều kiện trung tính; E –
điều kiện ổn định yếu; F – điều kiện ổn định vừa phải.

59

60

15


Công thức Davidson
 
h  D 
 u 

Một sô cơng thức tính tốn độ
nâng vệt khói

 
 hv  D  
u

1/ 4

,m

1/ 4


T
 1 
T
khoi




 , m

1/ 4

   T
ht  D  .
,m
 u  Tkhoi

D – đường kính ống khói;
- vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng khói, m/s;
u – vận tốc gió, m/s;
Tkhoi – nhiệt độ của khói tại miệng ống khói, 0K.
ΔT – chênh lệch nhiệt độ giữa khói và khơng khí xung quanh, 0K.

61

Cơng thức Holland
Δh =

62

Hạn chế của mơ hình Gauss

Tkhoi - Txung_quanh 
ωDa 
-3
1.5 + 2.68.10 P.D



u 
TKhoi








D – đường kính;
P – áp suất khí quyển, milibar (1 atm = 1013 mbar);

Chỉ ứng dụng trong trường hợp bề mặt tương đối phẳng;
Rất khó lưu ý tới yếu tố cản;
Các điều kiện khí tượng là khơng đổi trên một diện rộng;
Chỉ ứng dụng tốt đối với khí có mật độ gần với khơng khí;
Vận tốc gió trung bình u > 1 m/s.

Tkhoi, T xung quanh – nhiệt độ của khí và khơng khí xung
quanh, K
 a – là hệ số hiệu chỉnh
Cấp A , B và C – nhận với hệ số 1.1 – 1.2;
Cấp D, E, F – nhân hệ số 0.8 – 0.9

63

64

16

Công thức y(x), z(x) cho vùng nông thôn

Step by step trong mơ hình Gauss
C( x, y) 

C ( x) 

 y2   H 2 
exp  2  exp  2 
 2 
u y z
y 
 2 z 

M

 H2 

exp 
2 
 u  y z
 2 z 
M

Loại ổn định

u  uH
H  h  h

M – Lượng thải (cơng suất nguồn thải) (mg/s);

y(x)

z(x)

A

0.22x(1+0.0001x)-0.5

0.20x

B

0.16x(1+0.0001x)-0.5

0.12x

C

0.11x(1+0.0001x)-0.5

0.08x(1+0.0002x)-0.5

D

0.08x(1+0.0001x)-0.5

0.06x(1+0.0015x)-0.5

E

0.06x(1+0.0001x)-0.5

0.03x(1+0.0003x)-1

F

0.04x(1+0.0001x)-0.5

0.016x(1+0.0003x)-1

65

Cơng thức tính vận tốc gió

Cơng thức y(x), z(x) cho vùng thành thị
Loại ổn định

y(x)

A- B

0.32x(1+0.0004x)-0.5

0.24x(1+0.001x)- 0.5

C

0.22x(1+0.0004x)-0.5

0.12x

66

z(x)

D

0.16x(1+0.0004x)-0.5

0.14x(1+0.0003x)-0.5

E-F

0.11x(1+0.0004x)-0.5

0.08x(1+0.0005x)-0.5

Loại tầng kết

p

 z 
U
, z  200 m
U  z    10 m  10 
U
 200 m , z  200 m

67

p
Thành phố

Nông thôn

A

0.15

0.07

B

0.15

0.07

C

0.20

0.10

D

0.25

0.15

E

0.30

0.35

F

0.30

0.55

68

17


Tự động hóa tính tốn vệt nâng

Tự động hóa tính tốn sự phát tán

h 

Tkhoi Txung_quanh 
3
.
1.52.68.10 PD


u 
TKhoi


Da

69

70

Tính tốn theo mơ hình Gauss

C

 y2
M
exp  
 2 2
2 u  y z
y


2
2
 




  exp    z  H    exp    z  H   

2
2

2 z 
2 z  




MÔ HÌNH BERLIAND

71

72

18


Tóm tắt

Sự phân loại theo WMO

 Mơ hình thống kê kinh nghiệm;
 Mơ hình thống kê thủy động;
 Mơ hình sơ trị,

 Các phương trình cơ bản trong mơ hình Berliand;
 Bài tập, ứng dụng các phần mềm CAP, ENVIMAP;

73

74

Mô hình thống kê thủy động

Mơ hình Gauss
 Dưa trên cơ sơ ly thuyêt toán học Gauss.
 Các nha toán học co cơng phat triên mơ hình này là Taylor
(1915), Sutton (1925 – 1953), Turner (1961 – 1964), Pasquill
(1962 – 1971), Seifeld (1975)
 Gân đây đươc các nha khoa học môi trương cua các nươc
như My, Anh, Phap, ... ứng dụng và hoan thiên mơ hình tính
theo điêu kiên cua mơi nươc.

75

 Còn gọi là ly thuyết nửa thư nguyên (còn gọi là mơ hình
K). Mơ hình này được Berliand (Nga) hồn thiện va áp
dụng ở Liên Xơ;
 Ở Việt Nam, một sơ nha khoa học đa áp dụng mơ hình
này cho một sơ cơng trình, dư án.

76

19


Phương trình xuất phát

Mơ hình sơ trị

C
C
C
C  
C   
C   
C 
  Kz
Vx
Vy
Vz
 Kx
  K y
  αC
t
x
y
z x 
x  y 
y  z 
z 

 Tưc là giải các hê phương trình vi phân băng phương
phap sơ;
 Viêc triên khai mơ hình này tại Việt Nam đoi hỏi thơi
gian vì sơ liêu cho mơ hình con thiêu và phương tiên
tính tốn chưa đu mạnh.

C – nồng đơ trung bình của chất ơ nhiễm (mg/m3 );

x,y,z – các thành phần tọa đô theo 3 trục Ox, Oy, Oz;
t – thời gian;
Kx, Ky, Kz – các thành phần của hê sô khuếch tán rối theo 3 trục
Ox, Oy, Oz;
 Vx, Vy , Vz – các thành phần của tốc đơ trung bình theo ba trục
Ox, Oy, Oz ;
 α - hê sơ tính đến sư biến đổi chất ô nhiễm thành các chất khác
do q trình phản ứng hóa học xảy ra trên đường lan truyền.





77

78

Các giả thiết làm đơn giản bài toán

Các giả thiết làm đơn giản bài toán

Trên thực tê thành phần khuếch tán rối theo chiều gio nho hơn
rất nhiều so với thành phần khuếch tán rối theo phương vng
góc với chiều gio, khi đo:

Công suất của nguồn điểm phát thải là liên tục va coi là
quá trình ổn định, nghĩa là

C
0

t


C
(Kx )0
x
x

Nếu hướng trục Ox trùng với hướng gio thi thành phần vận
tốc gio chiếu lên trục Oy sẽ bằng 0

Vx  V  u



Vy  0

79

80

20


Sau các phép đơn giản trên

Điều kiện ban đầu

 Tốc đô thẳng đứng thường nho so với tốc đô gio nên có thê bo
qua, trục z thường lấy chiều dương hướng lên trên, do đo đối với

bụi nặng thi thành phần Vz sẽ bằng tốc đô rơi của hạt (dấu âm),
cịn đối với chất ơ nhiễm khi va bụi nhe thi Vz = 0

 x  0

 y  0
 z  H

u.C  M.  y. z  H 

Berliand

Vx

C  
C   
C 
  Kz
 Ky

x y 
y  z 
z 
81

82

Giả thiết đi kèm

Điều kiện biên

n

 z
Vx u1
z 
;
 1

Điều kiện xa vô cùng
x  

z  
 y  

Điều kiện phản xạ hoàn toàn

Kz

C
z0 0
z

C 0

m

 z
kz k1
z 


 1

k y  k 0V x

 Trong đo u1 , k1 – là vận tốc gio va hê sô rối đo đạc va
chỉnh ly tại đô cao z1 = 1 m; n va m là các tham sơ khơng
thư ngun được chỉnh ly tính tốn tư sơ liệu đo đạc trong
tầng khơng khi sát đất ở các khu công nghiệp (thường thi
người ta lấy xấp xỉ m ≈ 1, n ≈ 0,15, z1 = 1m),

Điều kiện hấp thụ hoàn toàn

C z0  0

 k0 được xác định trên cơ sơ giải bài toán ngược khuếch
tán rối (kết quả nhận được cho thấy k0 bằng 0.1 – 1 m phu
thuộc vào mức ổn định của tầng kết).
83

84

21


Nồng độ tại mặt đất

Nghiệm giải tích xấp xỉ
u

C
 
C    C 

 Ky
   Kz

x
y 
y  z 
z 
n

 z
Vx uu1  ;
z1

Đối với độ cao z một vài m với x > 10 – 20 m có thể đặt z = 0;
Giới hạn trường hợp m ≈1.

m

 z
Kz k1  K y  k 0 u
z1

δ y .δ z - H
u.C x=0,y=0,z=H = M.   


Kz

C
z

z=0

Cx, y,0 

=0





mn
2
u z mn
Mz12nm exp  1 1 2 z2nm  H 2nm  4yk x 
0
k
2

m

n
x


 1


C  x, y, z  
mn
1n
1m
2nm
2nm
1n
2 k0 x  2  n  m   2nm  k1 x   2u1  2nm

 u H1n
y2 
exp 1

 1 n2 k x 4k0x 
21 nk1 k0 x3 2
1


M

85

Các biểu thức chính trong mơ hình

Nồng độ cực đại tại mặt đất

Cx, y,0 

1n

M
21 nk1 k0 x

32

Cx, y,0 

2

 uH
y 
exp 1

 1 n2 k x 4k0x 
1



Cm 

u1H 1.51n

 u H1n
y2 
exp 1

 1 n2 k x 4k0x 
21 nk1 k0 x3 2
1



M

n

 z
Uxz=u1  ;
z1

C C
 0
x y
0.1161  n2 M

86

ky
 z
kz =k1  , k0 =
U
z1

 M – Lượng thải (công suất nguồn thải) (mg/s);

k1
k 0u1

 k1 – là hê sô khuếch tán rối đứng ở đô cao z1 = 1m (m2/s);

2 u1 H 1 n
xm 
3 k1 1  n 2

 n – sô mũ hàm biến thiên tốc đô gio n = 0.14 – 0.23. Thường lấy n=0.14
trong điều kiện bất ổn định va n = 0.2 khi khi quyển ổn định;
 k0 – Kích thước khuếch tán rối ngang (m): k 0 =ky/U;
 u1 – Tốc đô gio tại đô cao z1 = 1 m.

87

88

22


Xác định hệ số khuếch tán rối đứng

Xác định hệ số khuếch tán rối đứng (tt)
Nếu như khơng có số liệu quan trắc của nhiệt độ ở độ cao 2 m và
0.5 m thì ta có thể sử dụng

Profile thẳng đứng có qui luật luỹ thừa



T 
k1  0,104.U 1  1,38
2


 U  


 z
K z  K1  
 z1 

m

T 

Tk  Tk 850
1000

Nếu khơng có cả các giá trị nhiệt độ quan trắc ở độ cao 1500m thì
chấp nhận

U = U2 - U0,5 - hiệu tốc độ gió ở mực 2 và 0,5 mét
T = T0,5 - T2 - hiệu nhiệt độ khơng khí tại mực 0,5 và 2 mét.

T  1,5 * 0,63.10 2  0,945.10 2

89

Xác định hệ số khuếch tán rối ngang K0

Xác định hệ số khuếch tán rối đứng (tt)
Chỉ số n và giá trị Z0 theo tháng và năm ở Hà Nội

Độ dày của lớp biên

Tháng

1

4

7

10

Năm

n

0.19

0.19

0.17

0.23

0.20

Z0 (mét)

0.0085

0.016

0.0083

0.017

0.016

K h  0.05

ln Z  ln Z 0
ln10  ln z0

Z 
Vx  z   V10  
 10 

K 12
2 z12  z

h  0.05

K1
2 z1 z

z 7,29.105 grad1

Vận tốc gió ở ngồi lớp biên

Tốc độ gió ở độ cao 2m, 1 m và 0.5 m được tính theo các cơng thức:

Vx  z   V10 .

90

n

Vh  V10 .
hệ số K0

ln h  ln Z 0
ln 10  ln Z 0

h
Vh  V10  
 10 

n

K 0  K h Vh

91

92

23


Đối với tạp chất nặng
Cx, y,0 

MH  1 n u1

1 2

21  n 

1

1    k0 x k1 x 

Nồng độ cực đại tại mặt đất

u H 1 n
y 2 
 exp  1 2

 1  n  k x 4k x 
0 
1


Cm 

w 1.3.102.prp2


w
k1 1  n 






w - là tốc đô rơi của các hạt có dạng hình cầu, trong đo ρp mật đơ các hạt bụi, rp - bán kính của chúng. Trong cơng
thức trên w được xác định bằng cm/s, cịn ρp va rp được cho
bằng g/cm3 va m tương ứng.




0.0631  n 2 M
u1H

1.51n 

k1 1.5   1.5
u1 H 1 n
, xm 

k 0u1 1   e
(1  n ) 2 (1 .5   ) k1

M – Lượng thải (công suất nguồn thải) (mg/s);
k1 – là hê sô khuếch tán rối ở đô cao z1 = 1m (m2/s);
n – sô mũ hàm biến thiên tốc đô gio n = 0.14 – 0.2. Thường lấy n=0.14
trong điều kiện bất ổn định va n = 0.2 khi khi quyển ổn định (GS. Lê
Đình Quang đã tính cho Hà Nội);
k0 – Kích thước khuếch tán rối ngang (m): k 0 =ky/U;
u1 – Tốc đô gio tại đô cao z1= 1 m.

93

Trường hợp lặng gió

94

Độ cao hữu dụng theo Berliand
H 

M
1
Cx, y,0 
2
2k1 1  n   2 H 1n

 x2  y2 

2
 1  n k1


Cm 

MK
2 

1
4

1  n 

H

1,5 .W 0 .R 0
V10


3,3 . g .R 0 . T
 2 ,5 
2


T
k  273 ,1.V10







T Tr Tk

 V10 – Vận tốc gio tại đô cao 10 m;
 ΔT – Hiệu nhiệt đô giữa khi thải ra khỏi miệng ống khói (Tr , 0C)
va nhiệt đơ mơi trường không khi xung quanh (Tk , 0C);

3

 W0 – Tốc đô phụt ra của luồng khi thải (m/s);

2 1  n 

 R0 – Bán kính miệng ống khói (m);
 g – Gia tốc trọng trường (m/s2);

  2k1

95

96

24


Q trình tự động hóa
H 

1,5.W0 .R0
V10


3,3.g .R0 .T
 2,5 
Tk  273,1.V102


h

1n

2

 uH
y 
M
 Cx, y,0 
exp 1


21 nk1 k0 x3 2  1 n2 k1x 4k0x 


Tính tốn nồng độ trung bình;
Tính tốn trường nồng độ do ảnh
hưởng của nhiều nguồn thải

Hhh

97

Tóm tắt

98

Nồng độ trung bình

 Tính tốn nồng độ trung bình;
 Tính tốn trường nồng độ do ảnh hưởng của nhiều nguồn
thải;
Trung bình:

Ngày đêm, tháng,
năm

99

100

25