Экология/ 2.Экологические и метеорологические проблемы  больших городов и промышленных зон

Гайдина А.Ю.

Национальный горный университет, Украина

Моделирование распространения атмосферного загрязнения от подвижного источника

Загрязнение воздушной среды крупных городов во многом вызывается выхлопными газами автомобильного транспорта, что делает задачу моделирования загрязнения от подобных подвижных источников весьма актуальной. В отечественной практике транспортный поток, как правило, моделируется как линейный источник загрязнения, однако такое осреднение не всегда возможно. Так, если на улице с односторонним движением наблюдается интенсивное движение только утром, то концентрация загрязнения в это время может превышать максимальную разовую ПДК, тогда как среднесуточная ПДК будет оставаться в пределах нормы.

Целью данной работы является создание модели распространения атмосферного загрязнения от автомашин как индивидуальных подвижных источников.

Основным подходом к решению этой проблемы является использование интерполяционных моделей распространения загрязнения, основанных на распределении Гаусса. Существующие в настоящее время модели не включают в себя моделирование транспортного потока, который и определяет количество выброшенных выхлопных газов в данный момент или заданный промежуток времени. Одним из перспективных подходов к решению этой проблемы является метод клеточных автоматов, который позволяет моделировать как сам транспортный поток, так и вызванное им загрязнение, а также даёт возможность учитывать подстилающую поверхность и некоторые метеорологические факторы.

Клеточный автомат представляет собой дискретное пространство, состоящее из ячеек. Каждая ячейка относится к одному из нескольких классов (строение, лесополоса, автомобиль) и обладает конечным набором состояний (значений концентрации загрязнителя). Состояния ячеек изменяются дискретно и синхронно в соответствии с заданными правилами. Правила действуют локально, т.е. состояние данной ячейки зависит от состояний соседних ячеек – её окрестности.

Для реализации модели распространения атмосферного загрязнения были разработаны и протестированы правила клеточного автомата, позволяющие учитывать следующие факторы:

1. вид источника загрязнения

a. точечный

b. линейный

c. площадной;

2. наличие препятствий

a. полностью непроницаемых для загрязнения

b. частично непроницаемых

c. уменьшающих концентрацию загрязнения;

3.  метеоусловия (через матрицу распределения концентраций).

В среде MATLAB 7 было разработано программное обеспечение, позволяющее моделировать распространение загрязнения от движущегося источника с применением клеточноавтоматного подхода. При моделировании используется реальная, предварительно сегментированная карта местности, задаются объемы выбросов в атмосферу для каждого источника, а также направления распространения примеси. Проведенные тестовые расчёты подтвердили работоспособность предложенного подхода.

Применение данного метода даёт возможность смоделировать распространение загрязнения в динамике, определить зоны повышенного экологического риска, и на основе полученных данных своевременно и рационально принимать решения.

Предложенная модель имеет также и перспективные возможности, такие как моделирование транспортных потоков и распространения загрязнения в рамках единого подхода; моделирование загрязнения от нескольких источников и нескольких видов примеси; возможность, в принципе, учитывать химические реакции в атмосфере.