Modelování rozptylu znečišťujících látek v ovzduší Kateřina Růžičková

Znečišťující látky Polutanty - mění přírodní vlastnosti zemské atmosféry - následnými reakcemi vytváří sekundární znečištění (troposférický ozón) - ovlivňují zdravotní stav

Antropogenní zdroje - tepelné elektrárny - vypalování lesů - motorová vozidla >> spalovací procesy - průmysl - skládky odpadů - havárie

Přírodní zdroje - prach (oblasti bez vegetace) - písek (pouště) - bioplyn (trávení zvěře) - radon (zemská kůra) - lesní požáry - sopky Mount St. Helens

Omezení znečištění - zařízení pro zachycování emisí - změny paliva, omezení, dopravy, optimalizace plynulosti provozu - vzrostlá zeleň

Legislativa Zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší –Emisní limity –Imisní limity (nařízení vlády 597/2006 Sb., Směrnice 2008/50/ES) –Krajské programy snižování emisí –Nařízení vlády č. 597/2006 Sb., o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší (dolní, hodní mez pro posuzování) Zákon č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí - EIA

LV (limitní hodnota), MT (mez tolerance)

TV (cílový emisní limit)

Rozptyl látek

Modelování rozptylu Vyhodnocení imisního stavu mimo měrná místa Predikce –Předpokládaný vývoj –Havarijní stavy Výzkum

Parametry ovlivňující rozptyl Parametry zdrojů znečišťování Meterorologické parametry Ostatní parametry prostředí (geomorfologie apod.)

Zdroje znečišťování Umístění a geometrie (bod, linie, plocha, 3D objekt) Výkon (vydatnost) zdroje Kontinuální x jednorázové Teplota emisí Složení emisí

REZZO Registr emisí a zdrojů znečišťování ovzduší –I. Zvláště velké a velké zdroje - REZZO 1 –II. Střední zdroje - REZZO 2 –III. Malé zdroje - REZZO 3 –IV. Mobilní zdroje - REZZO 4 (Ředitelství silnic a dálnic, Centrum dopravního výzkumu)

Emise ZL

ISKO, IRZ (Informačního systému kvality ovzduší) provozovatel ČHMÚ databáze REZZO (Integrovaný registr znečišťování životního prostředí) provozovatel CENIA (spravuje MŽP)

Meteorologie Směr, rychlost větru Stabilita ovzduší

Meteorologie Větrná růžice

Parametry prostředí Terén Drsnost terénu Objekty na zemském povrchu (budovy, stromy) Využití území

Přístupy k modelování Dle mechanismu děje: Gaussovské modely Lagrangeovské modely Eulerovské modely (Boxové modely)

Gaussovský model Analytické řešení difuzní rovnice Simulace rozložení koncentrací ve vlečce pomocí Gaussova rozdělení jak v horizontálním, tak ve vertikálním směru Často součást lagrangeovských nebo eulerovských modelů U nás SYMOS97, ve světě AERMOD

Gaussovský model

Modifikace normální distribuce vlečky efekty turbulentních odrazů od povrchu země a mezní vrstvy (ve větší vzdálenosti) Šířka vlečky - disperzní koeficienty σy a σz, (dle tříd stability, nebo doby transportu od zdroje) Rozšíření - fyzikální procesy, např. depozici, rychlé chemické reakce

Gaussovský model Nevýhody: nevhodné pro výpočet koncentrací za velice mírného větru, bezvětří nebo inverzí selhávají v nejbližším okolí zdrojů (do 100m) nelze použít v zástavbě žádná interakce mezi vlečkami nedostatečně reprezentovaná meteorologie

SYMOS 97 (Systém modelování stacionárních zdrojů) Rozptylové studie - podklad pro hodnocení kvality ovzduší Dozsah do 100 km od zdroje Mimo městskou zástavbu Pro inverzi a bezvětří - speciálních postupy IDEA-ENVI s.r.o

Model ATEM Pro výpočty v městských oblastech Větší počet větrných růžic Ne v uličních kaňonech Vyvíjí Ateliér ekologických modelů Založen na modelu US EPA: Industrial Source Complex (ISC2)

Lagrangeovský model Simulace: –vypouštění částic ze zdroje v pravidelných intervalech –unášení částic větrem (grid - směr a rychlost větru, stabilita atmosféry atd.) –výpočet drah (trajektorií) těchto částic

Lagrangeovský model Více vstupních parametrů Výpočetně náročnější Menší prostorové rozlišení Pro rozsáhlejších území Pro modelování aktuálních stavů (příp. havárií)

Lagrangeovský model GRAL(Graz Lagrangian Model) –disperzní model pro prostředí uličních kaňonů TAPM (The Air Pollution Model) –rozptylový model městské a regionální úrovně ARIA Regional –disperze plynů a částic pocházejících z průmyslu, dopravy a plošných zdrojů až do 1000 km vzdálenosti, rozlišení 1km a 10km

Eulerovský model Numerické řešení rovnice difuze Často vyžadují spolupráci s meteorologickým modelem Schopný vystihnout vertikální transport znečištění > např. v městské zástavbě Modeluje i chemické procesy Prostorové rozlišení v řádu kilometrů až desítek kilometrů (dopočty pomocí gaussovského modelu)

Boxové modely Rozdělení prostoru na pravidelnou síť kvádrů fungujících jako uzavřený systém, který na vstup odpoví výstupem Uvnitř boxu je vstupující množství polutantu modifikováno systémem rovnic simulujících chemické a fyzikální procesy Jednoduché, výpočetně nenáročné Nedokonalost především meteorologických vstupů

Typy modelů Statistické modely Fyzikálně založené

Statistické modely v ČR SYMOS 97 ATEM AIRVIRO (projekt HEAVEN) (AEOLIUS)

Modelování ČHMÚ ČHMÚ - Úsek ochrany čistoty ovzduší SYMOS 97 +EMEP a CAMx - pro sekundární PM10

mesto.cz/rocenky/DZ_OO/pril_practexty/BK07/1_PorovnaniModelu.pd f

Model ALOHA - přibližné 2Dmodelování tvaru a rozsahu úniku nebezpečné látky do atmosféry - statistické gaussovské rozdělení nebo model „heavy gas“ pro simulace pohybu mraků plynů těžších než vzduchu - velikost ohrožené oblasti výbuchem či hořením hořlavé látky - vývoj U.S. EPA, stažení zdarma (freeware)

CFD model Computational Fluid Dynamic Simulace: proudění kapalin či plynů (dynamika částic, které jsou navzájem v pohybu) přenosu teploty či hmoty interakce mezi pevnou a vzdušnou částí úlohy pomocí strukturální analýzy a mechanického vlnění

CFD Metoda konečních prvků

Fluidyn-Panache Skupina programů pro simulaci proudění Modelování rozptylu příměsí –Numerické modelování –(i Gaussův statistickéhý model)

Větrný tunel (VZLÚ)

Literatura