11/15/16 BK TPHCM BÀI GIẢNG MÔN HỌC MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 6: MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm Email: hoangnghiem72@yahoo.com hoangnghiem72@gmail.com Chương VI: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ BK TPHCM 6.1 Lý thuyết khuếch tán chất ô nhiễm không khí 6.1.1 Phương pháp Euler 6.1.2 Phương pháp Lagrange 6.2 Phân bố chuẩn Gaussian 6.3 Mô hình khuếch tán chất ô nhiễm Gaussian 6.3.1 Nguồn điểm có độ cao H với mặt đất phản xạ 6.3.2 Nguồn điểm có độ cao H với mặt đất có phản xạ 6.3.3 Phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo phương thẳng đứng 6.3.4 Phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo hướng gió thổi 6.4.5 Nồng độ cực đại mặt đất 6.4 Các hệ số khuếch tán mô hình Gaussian 6.5 Tính toán chiều cao hiệu dụng ống khói 6.6 Tính toán nồng độ chất ô nhiễm cho thời điểm lấy mẫu khác Câu hỏi thảo luận tập chương TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 11/15/16 MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ BK TPHCM MÔ HÌNH TOÁN HỌC (Mathematical Model) MÔ HÌNH THỐNG KÊ (Statistical Model) MÔ HÌNH VẬT LÝ (Physical Model) MÔ HÌNH TẤT ĐỊNH (Deterministic Model) MÔ HÌNH EULER (Eulerian Model) MÔ HÌNH VỊ TRÍ TIẾP NHẬN (Receptor Model) MÔ HÌNH LARGRANG (Largrangian Model) MÔ HÌNH GAUSSIAN (Gaussian Model) MÔ HÌNH LƯỚI (Grid Model) BK TPHCM MÔ HÌNH QUỸ ĐẠO (Trajectory Model) Hình vẽ 6.1: Tổng quan loại mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí TS.LÊ HỒNG NGHIÊM MÔ HÌNH HỘP ĐƠN GIẢN (Eulerian) v Toàn khu vực nghiên cứu mô hình xem hình hộp v Chất ô nhiễm xáo trộn hoàn toàn toàn thể tích hình hộp U Ce H S Q Ce = M/Vhộp and Co: Nồng độ L C = Co + Ce TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 11/15/16 BK TPHCM MÔ HÌNH EULERIAN HAY LƯỚI 3D Chemistry, Transport, Dispersion, Removal in each cell Upper Boundary Conditions wind N, E, S, W Boundary Conditions Emissions TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM BK TPHCM DỮ LIỆU NGUỒN THẢI Toạ độ nguồn thải § Chiều cao hình học nguồn thải § Đường kính ống khói § Nhiệt độ khí thải § Tốc độ phát thải chất ô nhiễm §  §  §  §  DỮ LIỆU KHÍ TƯNG Hướng gió, Tốc độ gió Độ bền vững khí Nhiệt độ khí xung quanh Chiều cao xáo trộn DỮ LIỆU NƠI TIẾP NHẬN §  Toạ độ nơi tiếp nhận §  Cao độ nơi tiếp nhận MÔ PHỎNG CÁC BIẾN ĐỔI VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA CHẤT Ô NHIỄM ƯỚC TÍNH NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM TẠI NƠI TIẾP NHẬN Hình vẽ 6.2: Cấu trúc tổng quát mô hình khuếch tán ô nhiễm không khí TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 11/15/16 VÍ DỤ MÔ HÌNH GAUSSIAN MÔ HÌNH ISC CỦA US EPA BK TPHCM v Mô hình Gaussian trạng thái ổn định: Sử dụng để mô hình hóa phát thải liên tục từ nhiều nguồn công nghiệp v Versions: ISCST2, ISCLT2, ISCST3, ISCLT3 v Kết tính toán giả sử bảo toàn (không phản ứng: v Nồng độ cao nồng độ thực tế v Kiến nghị áp dụng cho tính toán đánh giá tác động môi trường TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM Kết mô hình ISCST2 : đồ phân bố nồng độ SO2 (mg/m3) cho kịch thiết bị xử lý nguồn thải, hướng gió Đông Bắc cho KCX Tân Thuận -2000 -4000 4.20 1h- Standard: 0.3 mg/m3 Area with SO2 exceeding 3.90 standard is ~ 64 km2 3.30 2.70 -6000 2.10 1.50 -8000 1.20 -10000 0.90 -12000 -14000 0.30 -12000 -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 11/15/16 BK TPHCM Mô hình Breeze ISCST3 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM ÁP DỤNG MÔ HÌNH BREEZE ISCST3 CHO KCN HIỆP PHƯỚC BK TPHCM Bản đồ phân bố nồng độ TSP CTSP TB1h(max) = 342 ữ 409 àg/m Max: 7h 23/06/2007 UTM: X = 690800, Y = 1177500 10 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 11/15/16 Áp dụng mơ hình CMAQ dự báo ozone cho khu vực ĐNÁ Ozone forecasting over CSEA and CENTHAI domain 11-14 jan, 2006 BK TPHCM 11 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 7.3 PHÂN BỐ CHUẨN HAY PHÂN BỐ GAUSSIAN (1) v Hầu hết nghiên cứu khuếch tán ô nhiễm không khí dẫn đến kết chất ô nhiễm phân bố theo hàm phân bố chuẩn Gaussian (Gaussian distribution function) v Một biến số x gọi phân bố chuẩn hàm mật độ thõa mãn quan hệ sau: ( ) ⎡ − x − xo ⎤ f (x ) = exp⎢ ⎥ (6.2) 2 σ σ (2π )1/ ⎣ ⎦ xo giá trị trung bình phân bố; σ độ lệch chuẩn với giá trị lớn zero 12 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 11/15/16 BK TPHCM 7.3 PHÂN BỐ CHUẨN HAY PHÂN BỐ GAUSSIAN (2) f ( x) = ⎡ ( x − xo )2 ⎤ exp ⎢− = hàm phân bố 1/ σ (2π ) 2σ ⎥⎦ ⎣ f(x) x = x0 = trung bình 0.4 0.3 σ f ( x) = 0.2 σ ( π) / 0.1 2.15 σ −∞ xo -2 σ +∞ ∫ f ( x) dx = −∞ 2σ σ lớn: đường cong phân bố bẹt +∞ x 68% -σ & σ 95% ±2σ 13 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM PHÂN BỐ CHUẨN HAY PHÂN BỐ GAUSSIAN (4) BK TPHCM v Phân bố Gaussian kép hệ hai trục y z tích hai phân bố chuẩn trục tọa độ, tức f(y,z) = f(y)f(z) Sử dụng (6.2) ta coù: ( ) ( ⎡ − y − yo − z − zo f ( y, z ) = exp⎢ + 2πσ yσ z 2σ z2 ⎢⎣ 2σ y )⎤⎥ (6.5) ⎥⎦ v Tương tự phương trình phân bố Gaussian chiều x, y, z viết sau: f (x, y, z ) = ( ) ( ⎡ − y − yo ⎡ − x − xo ⎤ exp exp ⎢ ⎢ ⎥ (2π )3/ 2σ xσ yσ z ⎣ 2σ x2 ⎦ ⎢⎣ 2σ y2 )⎤⎥ exp⎡⎢ − (z − z )⎤⎥ o ⎥⎦ ⎣ 2σ z2 (6.7) ⎦ v Phương trình phân bố Gaussian hai chiều sử dụng để mô tả phát thải liên tục từ nguồn điểm, vệt khói khuếch tán theo hướng y hướng z chuyển động theo hướng gió – trục x 14 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 11/15/16 BK TPHCM SỰ DI CHUYỂN CỦA VỆT KHÓI v Trong môi trường không khí bị phân tầng (nghịch đảo nhiệt), lực vệt khói bị triệt tiêu độ bền vững khí xung quanh v Để tránh tượng hạ thấp vệt khói miệng thải, vận tốc dòng khí phải đủ lớn, tính gần the tỷ lệ sau: Vs ≥ 1,5 (6.1) u 15 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM KHUẾCH TÁN NGUỒN THẢI CAO v Xét nguồi thải cao ống khói, hình dáng luồng khói tổng quát minh họa hình vẽ 16 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 11/15/16 BK TPHCM KHUẾCH TÁN NGUỒN THẢI CAO v Mặc dù vệt khói hình thành chiều cao hs lên thêm đoạn Δh lực (buoyancy) dòng khí nóng động lượng dòng khí di chuyển thẳng đứng với vận tốc Vs v Do đó, xem vệt khói hình thành nguồn điểm độ cao tương đương hay chiều cao hiệu ống khói (effective stack height) H = hs + Δh v Nguồn ảo nằm điểm lệch phía hướng gió thổi, đường trung tâm vệt khói Trong thực tế tính toán giả sử điểm đặt nguồn ảo đặt phía miệng thải ống khói 17 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM HỆ TRỤC TỌA ĐỘ CỦA MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN BK TPHCM 18 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 11/15/16 MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN – PROFILE NỒNG ĐỘ BK TPHCM 19 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN v Mô hình Gaussian sở: Sử dụng toạ độ y z đường trục tâm vệt khói: C ( x, y , z ) = ⎛ ⎛ y ⎛ y ⎞ ⎛ ⎞ Q z ⎞⎟ ⎞⎟ Q ⎜ − ⎟ exp⎜ − z ⎟ (6.15) exp⎜ − ⎜ + = exp ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ 2πuσ yσ z ⎝ 2σ z ⎠ ⎝ 2σ y ⎠ ⎝ ⎝ 2σ y 2σ z ⎠ ⎠ 2πuσ yσ z v Khi tính cho ống khói chuyển hệ trục x, y, z có gốc O trùng với chân ống khói mặt đất trục y không đổi z phải thay z – H: C ( x, y, z, H ) = ⎛ y ⎞ ⎡ (z − H )2 ⎤ Q exp⎜ − ⎟ exp⎢− ⎥ (6.16) ⎜ 2σ ⎟ 2πuσ yσ z 2σ z2 ⎦ y ⎠ ⎣ ⎝ v Đây trường hợp ngăn cản chuyển động luồng khói theo phương (không phản xạ từ mặt đất) 20 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 10 11/15/16 6.4 HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz (3) BK TPHCM v Ngoài dạng biểu đồ, nhu cầu lập mô hình khuếch tán máy tính, số liệu thực nghiệm sử dụng thiết lập thành công thức toán học để tính toán hệ số σy σz v Công thức tính toán D.O Martin: σ y = a.x 0,894 (6.23) σ z = c.x d + f (6.24) 33 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM 34 HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz - BẢNG TRA CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN CÔNG THỨC MARTIN Cấp ổn định khí quyeån a A x≤ km x > km c d f c d f 213 440,8 1,941 9,27 459,7 2,094 -9,6 B 156 106,6 1,941 3,3 108,2 1,098 2,0 C 104 61,0 0,911 0,0 61,0 0,911 0,0 D 68 33,2 0,725 -1,7 44,5 0,516 -13,0 E 50,5 22,8 0,678 -1,3 55,4 0,305 -34,0 F 34 14,35 0,740 -0,35 62,6 0,180 -48,6 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 17 11/15/16 HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz - Công thức tính toán Brigg G cho khoảng cách 100 ÷ 10000 m BK TPHCM Cấp bền vững theo Pasquill σy , m σz , m Vùng nông thôn A 0,22x(1+0,0001x)-1/2 B 0,16x(1+0,0001x) -1/2 0,20x 0,12x C 0,11x(1+0,0001x) -1/2 0,08x(1+0,0002x) -1/2 D 0,08x(1+0,0001x) -1/2 0,06x(1+0,0015x) -1/2 E 0,06x(1+0,0001x) -1/2 0,03x(1+0,0003x) -1 F 0,04x(1+0,0001x) -1/2 0,016x(1+0,0003x) -1 A-B 0,32x(1+0,0004x) -1/2 C 0,22x(1+0,0004x) -1/2 0,20x D 0,16x(1+0,0004x) -1/2 0,14x(1+0,003x) -1/2 E-F 0,11x(1+0,0004x) -1/2 0,08x(1+0,015x) -1/2 Khu vực đô thị 0,24x(1+0,001x)1/2 35 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 6.6 TÍNH TOÁN CHIỀU CAO HIỆN DỤNG H CỦA ỐNG KHÓI v  Khi Vs ≥ 1.5 us luồng khói không bị hạ thấp so với độ cao miệng thải Chiều cao hiệu dụng tính theo công thức: H = Δh + hs hs: chiều cao hình học ống khói v  Khi Vs < us luồng khói bị hạ thấp xuống so với độ cao miệng thải chiều cao hình học biểu kiến ống khói gây tượng tính theo công thức: ⎡V ⎤ hs' = hs + 2d s ⎢ s − 1,5⎥ (6.27) ⎣ us ⎦ Trong trường hợp chiều cao hiệu dụng tính theo công thức: H = Δh + h’s 36 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 18 11/15/16 BK TPHCM ĐỘ NÂNG CAO CỦA LUỒNG KHÓI Δh Luồng khói độ nâng cao Ống khói có độ nâng cao vệt khói đáng kể! 37 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM Sơ đồ quỹ đạo luồng khói Giai đoạn uốn cong Giao đoạn cuối vệt khói Giai đoạn uốn cong Độ nâng cao luồng khói Δh Giai đoạn thẳng đứng Us H Vs Ống khói hs Khoảng cách hướng gió Chiều cao hiệu dụng Chiều cao hình học ống khói Xf Xf: Khoảng cách độ nâng cao vệt khói lớn 38 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 19 11/15/16 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nâng cao luồng khói BK TPHCM v Nguyên nhân gây độ nâng cao luồng khói: §  Động lượng theo phương thẳng đứng: tạo vận tốc Vs luồng khói lên khoảng thời gian ~ 30-40 s §  Lực nổi: chênh lệch nhiệt độ luồng khí thải Ts nhiệt độ môi trường Ta, luồng khói lên khoảng thời gian ~ 3-4 phút v Nếu (Ts-Ta) > 15oC Lực chiếm ưu v Độ nâng cao luồng khói tổng cộng = Động lượng phương thẳng đứng + Lực v Luồng khói bị uống cong gió v Sau nâng lên, khoảng cách X > Xf , luồng khói khuếch tán trải rộng theo phương ngang v Độ nâng cao cực đại = Độ nâng cao cuối = Δh X = Xf 39 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM CÔNG THỨC TÍNH TOÁN ĐỘ NÂNG CAO LUỒNG KHÓI Δh (1) Công thức Mose and Carson Δh = 3.47 Vs ds Q0.5 + 5.15 h u u s s Δh = 0.35 (không bền vững) Vs ds Q0.5 + 2.64 h u u s s Δh = − 1.04 Vs ds Q0.5 + 2.24 h u u s s (trung tính) (bền vững) Côn g thức kết hợp : V d Q 0.5 Δh = − 0.029 s s + 2.62 h u u s s 40 Qh: Tốc độ phát thải nhiệt, kJ/s, Us: vận tốc gió đỉnh ống khói, m/ s Vs: Vận tốc khí thải, m/s ds: đường kính ống khói, m Δh: Độ nâng cao luồng khói, m P: áp suất khí quyển, mbar (1atm = 1013 mbar) Ts: nhiệt độ khí thải, oK Ta: nhiệt độ khí quyển, oK Q h = m Cp (Ts − Ta ) Cp =1004 Jkg −1°C−1 m= π d s2 Vs PM R u Ts TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 20 11/15/16 CÔNG THỨC TÍNH TOÁN ĐỘ NÂNG CAO LUỒNG KHÓI Δh (2) BK TPHCM Công thức Holland (1970): ⎛ Ts − Ta Vs d s ⎡ −3 ⎢1.5 + 2.68 ×10 Pd s ⎜⎜ u ⎣ ⎝ Ts s P: pressure, atmosphere hoaëc Δh = Δh = Vs d s u s ⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎦ ⎡ Q h ⎤ ⎢1.5 + 0.0096 ⎥ Vs d s ⎦ ⎣ P: áp suất khí quyển, mb Công thức CONCAWE Nguyên thuûy: Δh = 2.71 41 BK TPHCM Qh0.5 U s0.75 Hiệu chỉnh: Δh = 4.71 Qh0.444 u s0.694 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 6.5 NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT v Sự phản xạ từ mặt đất tăng nồng độ chất ô nhiễm mặt đất v Tính toán nồng độ cực đại Cmax mặt đất cần thiết cho việc đánh giá ảnh hưởng nguồn thải đến người hệ sinh thái v Tuy nhiên, gia tăng nồng độ C theo phương x không diễn vô hạn v Chất ô nhiễm khuếch tán xa theo phương trục y hướng lên theo phương trục z làm giảm nồng độ mặt đất (z = 0) giảm nồng độ dọc theo đường trục (y = 0) 42 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 21 11/15/16 6.5 NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT – PP ĐỒ THỊ BK TPHCM v Khoảng cách theo hướng gió có giá trị cực đại xmax nồng độ cực đại điểm Cmax thực sở biểu đồ v Biểu đồ Hình vẽ sau thiết lập sở công thức (6.4) cho điều kiện vùng nông thôn v Trên hình vẽ sau giá trị cực đại tham số (Cu/Q) vẽ theo khoảng cách có nồng độ xmax sở độ bền vững khí (s) chiều cao hiệu dụng ống khói (xmax = f(s, H)) v Trong tính toán liệu biết độ bền vững khí chiều cao hiệu dụng ống khói, từ liệu xác định điểm tương ứng hình vẽ Từ điểm đọc trục ngang giá trị xmax trục đứng giá trị (Cu/Q)max tính Cmax 43 BK TPHCM s, H - > (Cu/Q)max > Cmax TS.LÊ HỒNG NGHIÊM HÌNH VẼ 6.13: NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT s, H [(Cu/Q)max [ Cmax 44 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 22 11/15/16 6.5 NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT TÍNH TOÁN ĐẠI SỐ THEO CÔNG THỨC CỦA RANCHOUX BK TPHCM ⎛ Cu ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ = exp a + b(ln H ) + c(ln H )2 + d (ln H )3 (6.25) ⎝ Q ⎠ max [ ] H = chieàu cao hiệu dụng ống khói tính m (Cu/Q) = tính m-2 Các giá trị hệ số a, b, c, d cho baûng 6.3 sau 45 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM HỆ SỐ a, b, c, d CÔNG THỨC CỦA RANCHOUX BK TPHCM Độ bền vững khí Giá trị hệ số a b c d A - 1,0563 - 2,7153 0,1260 B - 1,8060 -2,1912 0,0389 C - 1,9748 - 1,9980 0 D - 2,5302 - 1,5610 - 0,0934 E - 1,4496 - 2,5910 0,2181 - 0,0343 F - 1,0488 - 3,2252 0,4977 - 0,0765 Ghi chú: Sai số kết tính toán từ công thức (6.25) biểu đồ hình vẽ 7.13 khoảng 2% cho đường cong A, B, C khoảng 4,5% cho đường cong D, E F 46 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 23 11/15/16 ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN BK TPHCM Vận tốc Bức xạ mặt trời ban ngày gió độ Mạnh Vừa Nhẹ cao 10m/s Độ mây che phủ ban đêm Mây che phủ mỏng ≥ 50% Trời quang mây hay độ che phuû ≤ 3/8 6 C D D D D A – cấp độ không bền vững (ổn định) vững mạnh; (strongly unstable); B – cấp độ không bền vững vừa (moderately unstable); C - cấp độ không bền vững nhẹ (slightly unstable); D – cấp độ khí trung tính (neutral); E - cấp độ bền vững nhẹ (slightly stable); F - cấp độ bền vững vừa (moderately stable) 47 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 6.5 NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT XÁC ĐỊNH DỰA VÀO CÁC HỆ SỐ σY VÀ σZ (1) v Dưới điều kiện khí từ không bền vững nhẹ (C)ï đến trung tính (D), tỷ số σy/σz gần không phụ thuộc vào khoảng cách x v Giả sử tỷ số số cho y = 0, Công thức (6.19) viết lại nồng độ C phụ thuộc vào σz (σz hàm x theo độ bền vững khí cho) p dụng kỹ thuật tính toán vi phân xác định giá trị lớn x, kết phép tính vi phân (6.19) ta có: σz = 48 H = 0,707 H (6.25' ) TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 24 11/15/16 BK TPHCM NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT XÁC ĐỊNH DỰA VÀO CÁC HỆ SỐ σY VÀ σZ (2) v Giá trị σz xác định từ chiều cao hiệu dụng ống khói H v Từ giá trị σz tính toán trên, vào biểu đồ σz theo x cho nhiều độ bền vững khác (hình vẽ 6.12) xác định vị trí xmax, cho nồng độ Cmax Từ xác định σy v Nồng độ cực đại đường trục mặt đất hướng gió tính toán xấp xó theo công thức: Cmax = 0,1171Q (6.26) uσ yσ z Lưu ý: Công thức áp dụng cho điều kiện khí từ không bền vững nhẹ (C) đến trung tính (D) 49 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM HÌNH VẼ 6.12: BIỂU ĐỒ HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σZ 50 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 25 11/15/16 BK TPHCM HÌNH VẼ 6.11: BIỂU ĐỒ HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy Nông thôn Đô thị 51 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 6.10 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO CẦN THIẾT CỦA ỐNG KHÓI (1) BK TPHCM v Đối với nhà máy công nghiệp xây phải tính toán xác định chiều cao ống khói cần thiết để khuếch tán chất ô nhiễm cho nồng độ điểm xác định mặt đất phải nhỏ tiêu chuẩn cho phép v Bài toán đặt trường hợp là: Xác định chiều cao cần thiết ống khói biết: v Thải lượng phát thải Q nhà máy công nghiệp v Khoảng cách x hướng gió yêu cầu nồng độ chất ô nhiễm nhỏ tiêu chuẩn cho phép hay nồng độ cực đại cho phép Cmax v Tốc độ gió tính toán u 52 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 26 11/15/16 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO CẦN THIẾT CỦA ỐNG KHÓI (2) BK TPHCM Cách xác định: 0,1171Q 0,1171Q σσ = v Ta có công thức (6.26): Cmax = uσ σ [ y z Cmaxu y z v trong tất thông số vế phải biết [ xác định tích số σyσz v Tra biểu đồ hình vẽ 6.17 xác định vị trí (*) tích số σyσz nằm hai cấp độ bền vững khí (căn vào tỷ lệ khoảng cách thẳng đứng) v Sử dụng vị trí (*) tra biểu đồ hình vẽ 6.12 để xác định σz p dụng công thức (6.25): σ z = hiệu dụng ống khói 53 BK TPHCM 54 H xác định chiều cao H = 2σ z TS.LÊ HỒNG NGHIÊM HÌNH VẼ 6.17: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO CẦN THIẾT CỦA ỐNG KHÓI TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 27 11/15/16 HÌNH VẼ 6.12: BIỂU ĐỒ HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σZ BK TPHCM (7.25) ⇒ H = 2σ z 55 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 6.9 Nguồn đường kéo dài không giới hạn, gió thổi vuông góc với đường phát thải (1) BK TPHCM Y §  Nguồn đường đặt cao độ mặt đất: H = QL ⎛ − z2 ⎞ ⎟ (6.39a) C(x, z, H = 0) = Exp⎜ (2 π )1/2 U σz ⎜⎝ σz2 ⎟⎠ U X - Chaát ô nhiễm khuếch tán theo phương X - Phân bố Gaussian theo hướng Z - Phân bố đồng theo phương Y QL = tốc độ phá thải, g/s.m §  Nguồn đường đặt cao độ H mặt đất: x: khoảng cách từ nguồn đường đến vị trí tính toaùn ⎛ − H2 ⎞ QL ⎜⎜ ⎟⎟ (6.39b) Exp σz : sử dụng biểu đồ cuûa C(x, Z = 0, H) = 1/2 π U σz nguồn điểm tra theo hình ⎝ σz ⎠ vẽ sau ( ) 56 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 28 11/15/16 BK TPHCM HÌNH VẼ 6.15: Biểu đồ σz cho tính toán nguồn đường 57 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM Các mặt đẳng nồng độ nguồn đường C(x,z) Z = hệ số tương quan nồng độ C(1,z) 0.6 Ng u ồn 0.7 đư ờn g( đư ôøn 0.5 X (km) U gc ao tốc ) C(1,z): Nồng độ km hướng gió cao độ Z 58 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 29 11/15/16 BK TPHCM 6.9 Nguồn đường kéo dài không giới hạn, gió thổi không vuông góc với đường phát thải (2) v  Khi ϕ > 45o: chia (6.39) cho sin ϕ Y QL U ϕ ⎛ − H2 ⎞ C(x,0, H) = Exp⎜⎜ ⎟⎟ (6.40) 1/2 (2 π ) U σz sin ϕ ⎝ σz ⎠ X v  Khi ϕ ≤ 45o: trường hợp phức tạp sử dụng phương pháp mô hình hóa khác (mô hình CALINE4): ü Mô hình số hóa ü Mô hình chuỗi nguồn thể tích 59 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM 6.9 Nguồn đường có chiều dài giới hạn (3) v  Nồng độ chất ô nhiễm sau hướng gió nguồn đường có chiều dài giới hạn mặt đất gây tính theo công thức: ⎛ − z ⎞ 2QL C ( x, y, z;0) = exp⎜⎜ ⎟⎟ (2π )1/ 2Uσ z ⎝ 2σ z ⎠ P1 = y1 σy P2 = P2 ⎡ ⎛ P ⎞⎤ ∫P (2π )1/ ⎢exp⎜⎜⎝ − ⎟⎟⎠⎥ dP (6.41) ⎣ ⎦ y2 σy (0, Y2, 0) R v  X song song với hướng gió hướng vị trí tiếp nhận (R) v  Nguồn đặt mặt đất từ (0, y1,0) đến (0, y2, 0) 60 X//U (0, Y1, 0) TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 30 11/15/16 BK TPHCM Giá trị số hạng tích phân (diện tích bên đường cong Gaussian hay đường phân bố chuẩn) tra theo baûng sau P2 ∫ P1 61 2π ⎡ ⎛ p ⎞⎤ ⎢exp⎜⎜ − ⎟⎟⎥dp ⎝ ⎠⎦ ⎣ TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 31