AE大气扩散模型算法

大气污染模型——高斯大气扩散模式单源大气污染扩散模拟1大气扩散模式大气扩散模式是对大气污染物散布过程的模拟。按污染源的几何特征可分为电源、线源、面源扩散模式；按污染源排放特性分有正常工况模式和非正常排放模式；按假设条件不同分有烟流扩散模式和烟团扩散模式；按模式适用范围不同分有短距离扩散模式和中长距离输送模式等。具体操作时应根据当地地形、气候等环境要素以及污染源亲何况正确选取并适当修正，不能盲目照搬。主要的大气扩散模式有：（1）高架电源扩散模式（静风模式、有效源高等）（2）面源扩散模式（虚电源模式、窄烟云模式：在多面源情形下计算效果较好）（3）线源扩散模式（电源求和法、风向与线源平行时扩散模式）2高斯大气扩散模式高斯大气扩散模式属于高架电源的烟羽大气扩散模式，它是计算释入大气中的气载污染物下风向浓度的应用最广的方法。高斯扩散模式所描述的扩散过程主要有以下几种：下垫面平坦、开阔、性质均匀,平均流场平直、稳定，不考虑风场的切变；扩散过程中,污染物本身是被动、保守的,即污染物和空气无相对运动,且扩散过程中污染物无损失、无转化,污染物在地面被反射；扩散在同一温度层集中发生,平均风速1.0m/s;适用范围一般10～20km。在均匀、定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布，但实际大气一般不满足均匀、定常条件，因此高斯模式应用于下垫面均匀平坦、气流稳定的小尺度扩散问题更为有效。3高斯计算公式对于在恒定气象条件（指风向、风速、大气稳定度不随时间而变）下的高架点源的连续排放，在考虑了烟羽在地面的全反射后，下风向任一点的污染物浓度C(x,y,z)可由下式计算：式中：C(x,y,z)：下风向某点(x,y,z)处的空气中污染物的浓度（mg/m3）；x：下风向距离（m）；y：横截风向距离（m）；z：距地面的高度（m）；Q：气载污染物源强，即释放率（mg/s）；：排气筒出口处的平均风速（m/s）；、：分别为水平方向和垂直方向扩散参数（m），它是下风向距离x及大气稳定度的函数；He：有效排放高度（m），其中He=H+；H：排气筒距地面的几何高度（m）；：烟气抬升高度（m）。FyuQzyxCyzy*)2exp(2),,(22]2)(exp[]2)(exp[2222zzHezHezFuyzHH4高斯扩散方程的求解高斯扩散公式的求解，关键在于确定扩散参数、。1大气稳定度的确定Pasquill根据五类地面风速、三类日间的日射和两类夜间云量把扩散天气分为6类，即强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定。分别用英文字母A、B、C、D、E和F表示。在国标“制订地方大气污染排放标准的技术原则和方法”（GB3840-83）与“环境影响评价技术原则”(HJ/T2.1-93)中，建议采用下属修订的帕斯奎尔稳定度分类方法。首先由云量与太阳高度角按表1查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速按表2查找稳定度等级。yz表1太阳辐射等级数云量太阳辐射等级数总云量/低云量夜间h0=15°15°h0=35°35°h0=65°h065°=4/=4-2-1+1+2+35~7/=4-10+1+2+3=8/=4-100+1+1=5/5~70000+1=8/=800000表2大气稳定度等级地面风速（m/s）太阳辐射等级+3+2+10-1-2=1.9AA~BBDEF2~2.9A~BBCDEF3~4.9BB~CCDDE5~5.9CC~DDDDD=6DDDDDD2高架源回归系数（Py、qy、Pz、qz）确定国际原子能机构（IAEA）根据相关实验数据，推荐了一组适用于大粗糙度（Z0≈1m）和高架源的弥散系数公式，如表3，据此求得相应地扩散参数。表3与排放高度有关的扩散参数（、）yqyyXPzqzzXP释放高度回归系数扩散范围ABCDEF50Py1.5030.8760.6590.6400.8011.294qy0.8330.8230.8070.7840.7540.718Pz0.1510.1270.1650.2150.2640.241qz1.2191.1080.9960.8850.7740.662100Py0.1700.3240.4660.5040.4110.253qy1.2961.0250.8660.8180.8821.057Pz0.0510.0700.1370.2650.4870.717qz1.3171.1510.9850.8180.6520.486180Py0.6710.4150.2320.2080.3450.671qy0.9030.9030.9030.9030.9030.903Pz0.02450.03300.1040.3070.5460.484qz0.5001.3200.9970.7340.5570.500、是下风距离X及大气稳定度的函数，而下风方向的距离X是一变量，它是风速和时间的函数。高架电源烟气扩散是三维扩散过程，x方向上风速较大，以对流扩散为主，y方向和z方向则以弥散扩散为主。本实例编程只是实现了二维扩散模型。即只是实现了xy方向上的扩散模拟。yqyyXPzqzzXP1相关菜单的添加在空间分析主菜单中添加如下图所示菜单项。2大气污染扩散分析窗口的设计设计一个大气污染扩散分析窗口。这些Label的AutoSize属性设置为：FalseBorderStyle属性设置为：Fixed3D一些主要控件的属性设置如下：控件编号控件类型修改的属性NameText1ComboBoxcomboBox_layer字段名：2ComboBoxcomboBox_polluter设置图形参数：3LabelLabel_nameLabel_name4LabelLabel_typeLabel_type5LabelLabel_addressLabel_address6LabelLabel_personLabel_person7NumericUpDownwinddirection8TextBoxwindspeed9TextBoxheight10ComboBoxinterpolateHeight11ButtonbtnOK12ButtonbtnCancel其中大气污染扩散分析窗口的AutoSizeMode属性设置为：GrowAndShrink；MaximizeBox属性设置为：False3菜单与窗口连接的实现双击“单源大气污染”菜单项，在响应的Click事件中添加如下代码：privatevoid单源大气污染ToolStripMenuItem_Click(objectsender,EventArgse){大气污染扩散分析form=new大气污染扩散分析();form.Show();}4高斯大气扩散功能的模拟实现步骤1：重写“大气污染扩散分析”类的构造函数，鉴于在该模型实现过程中多次需要调用主窗口中的函数或控件，所以为构造函数添加参数：主窗口MainForm，同时在单源大气污染ToolStripMenuItem_Click事件中修改代码。大气污染扩散分析form=new大气污染扩散分析();修改为：大气污染扩散分析form=new大气污染扩散分析(this);步骤2：在“大气污染扩散分析”窗口类中对相关参数进行初始化。usingESRI.ArcGIS.Geometry;//相关接口所在的命名空间usingESRI.ArcGIS.Carto;//窗口类中定义的相关全局变量publicDiffusedParameter[]diffusedParameter50;//定义大气扩散参数结构体，该结构体是自己编写的，这里放在初始化函数后publicDiffusedParameter[]diffusedParameter100;publicDiffusedParameter[]diffusedParameter180;constdoublePI=3.1415926;private主窗口parentForm;privateintradius=-1;//辐射等级privateintatmosphereStability=-1;//初始化大气稳定度等级privatedoublePy,Pz,Qy,Qz;//计算中使用的扩散参数privatedoubleQ=500;//气载污染物源强，即释放率（mg/s）IEnvelopeenvelope;public大气污染扩散分析(主窗口MainForm){InitializeComponent();//初始化“风向”、“风速”、“释放高度”、“计算高度”windspeed.Text=5;height.Text=100;interpolateHeight.Text=100;ILayerlyr;IFeatureLayerfeatureLyr;parentForm=MainForm;envelope=newEnvelopeClass();//初始化图层组合框for(inti=0;iMainForm.GetLayerCount();i++)//GetLayerCount()是在主窗口中编写的获取图层数函数。{lyr=MainForm.GetLayer(i);//GetLayer()是在主窗口编写的根据索引获取图层函数try{featureLyr=(IFeatureLayer)lyr;}catch(Exceptione){featureLyr=null;}//当图层为点图层时，即将其对应的图层名添加到comboBox_layer组合框中if(featureLyr!=null&&featureLyr.FeatureClass.ShapeType==esriGeometryType.esriGeometryPoint){this.comboBox_layer.Items.Add(lyr.Name);}}//初始化扩散参数表，此时的0、1、2、3、4、5对应大气稳定度等级A、B、C、D、E、FdiffusedParameter50=newDiffusedParameter[6];diffusedParameter50[0].Py=1.503;diffusedParameter50[0].Qy=0.833;diffusedParameter50[0].Pz=0.151;diffusedParameter50[0].Qz=1.219;diffusedParameter50[1].Py=0.876;diffusedParameter50[1].Qy=0.823;diffusedParameter50[1].Pz=0.127;diffusedParameter50[1].Qz=1.108;diffusedParameter50[2].Py=0.659;diffusedParameter50[2].Qy=0.807;diffusedParameter50[2].Pz=0.165;diffusedParameter50[2].Qz=0.996;diffusedParameter50[3].Py=0.640;diffusedParameter50[3].Qy=0.784;diffusedParameter50[3].Pz=0.215;diffusedParameter50[3].Qz=0.885;diffusedParameter50[4].Py=0.801;diffusedParameter50[4].Qy=0.754;diffusedParameter50[4].Pz=0.264;diffusedParameter50[4].Qz=0.774;diffusedParameter50[5].Py=1.294;diffusedParameter50[5].Qy=0.718;diffuse