Расчет поля долгопериодных средних концентраций загрязняющих веществ от одиночного точечного источника
10.1.1. Для расчета поля концентраций ЗВ, осредненных за длительный (сезон, год) период времени (далее -долгопериодных средних концентраций) ЗВ от одиночного точечного источника выброса значения осредненной мощности M выброса ЗВ, осредненной скорости w0 выхода ГВС из устья источника и ее вертикальной составляющей ws, объемного расхода V1 ГВС и осредненного перегрева ГВС относительно окружающего атмосферного воздуха ΔT определяются в соответствии с отраслевыми нормативно-техническими документами при их наличии. В случае отсутствия таких документов, практические расчеты по формулам раздела 10 в соответствующих отраслях могут быть произведены после их разработки.
Другие параметры выброса определяются также, как при расчете максимальных разовых концентраций ЗВ (см. 5.2).
10.1.2. Для источников выбросов с постоянными в течение рассматриваемого периода времени параметрами выброса долгопериодные средние приземные концентрации C ЗВ определяются по формуле
(10.1)
где rp и φp- полярные координаты расчетной точки относительно источника выброса;
p1(φ) - функция, характеризующая угловое распределение концентрации ЗВ, которая выражается через розу ветров для рассматриваемого периода времени (см. 10.2.2).
Функция C¢(rp, φp) вычисляется по формуле
, (10.2)
где u - скорость ветра на уровне флюгера (zф = 10 м), м/с;
λ- безразмерный параметр, характеризующий условия турбулентного перемешивания, рассчитываемый по формуле (10.3);
p2(u) и p3(λ) - соответствующие рассматриваемому периоду времени плотности вероятностей параметров u и λ (см. 10.2);
qi (rp, u, jp, l, He) - подынтегральная функция, формулы для определения которой с учетом влияния рельефа местности и застройки приведены в 10.5.
He - эффективная высота источника выброса, определяемая согласно 10.1.3, м.
, (10.3)
где K1 - коэффициент вертикального турбулентного обмена на уровне z1=1 м, м2/с, определяемый согласно «Руководству по теплобалансовым наблюдениям» Л., Гидрометеоиздат, 1977;
u1 - скорость ветра на уровне z1=1 м, м/с.
10.1.3 Эффективная высота источника He определяется по формуле
, (10.4)
где ΔH - начальный подъем факела.
Для источника выброса с круглым устьем значение ΔH устанавливается в зависимости от u, λ и параметров выброса, по которым рассчитываются вспомогательные величины Fm, м4/с2, и Fb, м4/с3:
, (10.5а)
, (10.5б)
где Ta - средняя абсолютная температура атмосферного воздуха в Кельвинах за рассматриваемый период времени;
g=9,81 м/с2.
Температура Та определяется по формуле Ta =273+ta, где ta, °С – средняя температура атмосферного воздуха за период времени, использованный при определении функций p1(j), p2(u) и p3(l) (см. 10.2.1). При расчетах допускается использовать постоянное значение Та, равное 283 К.
При выполнении неравенства 0> ΔT³ -5 °С расчет ΔH производится для ΔT=0. При ΔT<-5 °С за рекомендациями по расчету следует обращаться в территориальные органы Росгидромета.
При λ ³0,02 начальный подъем факела определяется по формуле
, (10.6а)
где
. (10.6б)
При λ <0,02 значение ΔH вычисляется как минимальное из значений ΔH1 и ΔH2. При этом ΔH2 определяется на основе следующего алгоритма:
а) Величина S¢ принимается равной 6,7·10-4 c-2 при 0,01£ λ<0,02 и 1,17·10-3 c-2при λ<0,01;
б) Для источников выбросов высотой H>10 м определяется скорость ветра uH:
; (10.7)
при H<10 м полагается uH = u;
в) Вычисляется значение ΔTc по формуле
; (10.8а)
г) При ΔT> ΔTc значение ΔH2 определяется по формуле
; (10.8б)
д) При ΔT£ ΔTc значение ΔH2 находится по формуле
. (10.8в)
Если источник оборудован специальным укрытием или выброс из источника осуществляется в горизонтальном направлении, то в формулах (10.6б) и (10.8в) Fm = 0.
Для источников выбросов с прямоугольным устьем расчет ΔH проводится по приведенным выше формулам с использованием эффективного диаметра устья источника Dэ, м, и соответствующего эффективного объемного расхода ГВС V1э, м3/с, которые определяются по формулам (5.36-5.38).
10.1.4. Для источников выбросов, параметры выброса которых изменяются в течение рассматриваемого периода времени более, чем на 10%, расчет долгопериодных средних концентраций ЗВ производится по одному из алгоритмов, устанавливаемых в 10.1.4.1- 10.1.4.3.
10.1.4.1. Для источника, мощность выброса которого определяется метеорологическими параметрами u и λ (например, для пылящей поверхности), C¢(rp,j) вычисляется по формуле
(10.9)
где F(u, λ) - функция, характеризующая изменчивость мощности выбросов в зависимости от метеорологических параметров u и λ по отношению к ее характерному (например, среднему) значению M.
10.1.4.2 Для источников, параметры выброса которых не зависят от метеорологических параметров u и λ, расчет проводится по формулам (10.1 - 10.8). При этом M, V1, ws и DT задаются средними за рассматриваемый период времени значениями (см. пункт 10.1).
10.1.4.3. В общем случае для источника с переменными параметрами выброса рассматриваемый период времени разбивается на непересекающиеся интервалы, каждый из которых соответствует изменяющимся в пределах ±10 % значениям этих параметров. Для каждого из указанных интервалов продолжительностью tj с использованием соответствующих этому интервалу функций p1(φ), p2(u) и p3(λ) (см. 10.2) по формулам (10.1 - 10.9) определяется средняя концентрация Cj(rp, φp) ЗВ, а затем находится средняя за рассматриваемый период времени концентрация ЗВ по формуле
, (10.10)
где tΣ - общая продолжительность рассматриваемого периода времени.
П р и м е ч а н и е - Формула (10.10) позволяет рассчитать экспозицию для рассматриваемого ЗВ как произведение C(rp, φp) на общую продолжительность рассматриваемого периода времени.
10.1.5. Вычисление интегралов в формулах (10.2) и (10.9) проводится по области изменения u и λ в данной местности за рассматриваемый период времени. При этом допускается использование квадратурных формул, обеспечивающих во всех узлах расчетной сетки относительную погрешность не более 3 %.
10.1.6. Расчет долгопериодных средних концентраций ЗВ проводится с учетом их частичной трансформации (см. пункт 4.4 настоящих Методов). Пример расчета долгопериодных средних концентраций для окислов азота приведен в Приложении Д.
П р и м е ч а н и е – Для конкретной рассматриваемой территории и конкретных трансформирующихся ЗВ по данным систематических специализированных натурных измерений концентраций этих примесей в атмосферном воздухе, могут определяться экспериментальные значения соответствующих коэффициентов трансформации согласно разъяснениям Росгидромета.
10.2. Учет распределения метеорологических параметров при расчете долгопериодных средних концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе
10.2.1. При расчете долгопериодных средних концентраций ЗВ изменчивость во времени метеорологических параметров характеризуется функциями p1(j), p2(u) и p3(λ).
При вычислении средних концентраций ЗВ для конкретного интервала времени используются выборочные оценки указанных функций по данным измерений в течение этого интервала времени.
При вычислении математического ожидания и максимальных значений (см. 10.4) долгопериодных средних концентраций ЗВ используются материалы климатических справочников или выборочные оценки указанных функций, полученные для рассматриваемого периода времени по ряду наблюдений продолжительностью не менее пяти лет.
Для приближенных оценок функций p1(j), p2(u) и p3(l) допускается использование рядов наблюдений продолжительностью не менее трех лет.
При расчетах максимальных значений долгопериодных средних концентраций ЗВ с целью учета межгодовой изменчивости расчетные поля долгопериодных средних концентраций ЗВ, соответствующие средним климатическим условиям, корректируются согласно требованиям, изложенным в 10.4.
10.2.2. Функция p1(j) определяется по розе ветров Pj, соответствующей рассматриваемому интервалу времени. При этом повторяемость штилей P0 исключается из рассмотрения, а повторяемости румбов Pj (j = 1,2,3 ..) нормируются по формуле
. (10.11)
Значения p1(j) определяются таким образом, чтобы выполнялись условия
(10.12)
где d - полуширина румба.
Середине румба j соответствует отличающееся от направления ветра на 180о направление факела j. Внутри каждого румба функция p1(j) аппроксимируется полиномом второго порядка, коэффициенты которого находятся из формулы (10.12) и условий непрерывности p1(j) при переходе через границы румбов.
При аппроксимации функции p1(j) должно быть выполнено условие p1(j) >0.
10.2.3. Выборочная оценка плотностей вероятности p1(j) и p2(u) проводится по данным регулярных наблюдений за направлением и скоростью ветра на уровне флюгера (около 10 м над подстилающей поверхностью), выполненных на репрезентативной для рассматриваемой местности метеостанции в соответствии с нормативно-методическими документами Росгидромета [3].
При расчетах долгопериодных средних концентраций ЗВ на территории города должны использоваться данные наблюдений на загородных метеостанциях или на таких городских метеостанциях, ветровой режим которых не подвержен влиянию застройки.
При расчетах долгопериодных средних концентраций ЗВ для условий сложного рельефа местности с перепадом высот более 250 м на 1 км значения функций p1(j) и p2(u) могут быть получены в установленном порядке в подведомственных учреждениях Росгидромета при предоставлении соответствующего требованиям пункта 7.1 настоящих Методов, картографического материала, характеризующего физико-географические условия (рельеф и др.) района расположения метеостанции, предприятия и расчетной области.
10.2.4. Для выборочной оценки плотности вероятностей p3(l) используются данные регулярных градиентных наблюдений на теплобалансовых станциях, условия размещения которых соответствуют требованиям, изложенным в 10.2.3. Сроки этих наблюдений должны соответствовать требованиям нормативно-методических документов Росгидромета. Значенияl за указанные сроки наблюдений на теплобалансовых станциях, используемые при оценке p3(l), определяются по формуле
, (10.13)
где K1 - значение коэффициента вертикального турбулентного обмена за указанные сроки наблюдений на уровне z1=1 м, определенное согласно Руководству по теплобалансовым наблюдениям [4], м2/с;
u2 - измеренная в рассматриваемый срок наблюдения скорость ветра на уровне z=2 м, м/с.
При отсутствии данных градиентных наблюдений значения функции p3(l) могут быть получены в подведомственных учреждениях Росгидромета в установленном порядке.