автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Математическое моделирование распространения загрязняющих веществ от автотранспорта в условиях городской застройки

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г |уегифчДльным специализированный совет К 063.52.12

~ 5 СЕН 1994

На правах рукописи УДК 504.3.05,504.3.06.00!

Виеру Николай Николаевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ АВТОТРАНСПОРТА В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

Специальность 05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов а научных

исследованиях

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

РОСТОВ-НА-ДОНУ 1994г.

Работа выполнена на механико-математическом факультете РГУ.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор........................................................................Домбровский Ю.А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор........................................................................Горстко А.Б.

доктор физико-математических наук,

профессор........................................................................Сурков Ф.А.

Ведущая организация:......................................................КБГУ (г.Нальчик)

Защита состоится "_"_1994г. в _ часов на заседании

специализированного совета К.063.52.12 по физико-математическим и техническим наукам в Ростовском государственном университете по адресу: 344104, Ростов-на-Дону, просп. Стачки, 200/1, корпус 2, Вычислительный центр РГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУ по адресу: ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан "_"_1994г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Дженибалаев Х.Д.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Ущерб, наносимый загрязнением воздуха, определяется в основном ущербом от локализации вредных веществ в жизнедеятельном приземном слое атмосферы. Более пятидесяти процентов выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) приходится на долю автотранспорта. В связи с этим значительно возрастает роль научных исследований, направленных на разработку математического и программного обеспечения анализа загрязненности атмосферы промышленных городов, которое бы позволило существенно уменьшить величину суммарных экономических потерь от загрязнения воздуха.

Цель работы

Создание математической модели и комплекса программ, позволяющих получать с помощью персональных ЭВМ устойчивые и достаточно точные численные решения, для описания поля течения и распределения концентраций ЗВ, выбрасываемых автотранспортом, в приземном слое атмосферы - над улицей и внутри нее.

Научная нопнзна

В данной работе предложены четыре взаимосвязанные модели, описывающие динамику распространения ЗВ от автотранспорта и их качественная оценка. Произведены сравнительные вычислительные эксперименты для каждой модели, определены границы их применения. Показана важность влияния застройки на максимальные концентрации ЗВ и структуру течения в уличном каньоне.

Практическая ценность

Модели могут быть применены в градостроительстве при определении оптимальной планировки основных транспортных магистралей, а также для определения допустимых транспортных потоков на улицах крупных индустриальных городов.

Апробация работы

Основные результаты докладывались на XIV, XV школах семинарах, посвященных математическому моделированию в проблемах рационального природопользования. На международной научной

конференции - "Сопряженные задачи физической механики и экологии", I международной конференции посвященной экологическим проблемам горных территорий

Структура н объем работы

Диссертация включает введение, пять глав, заключение и выводы, список литературы из 53 источников, приложения 1 и 2. Содержание диссертационной работы изложено на 125 машинописных страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА I.

Классификация и анализ математических моделей распространения

загрязняющих веществ в нижних слоях городской атмосферы.

Первая глава посвящена анализу существующих математических моделей по данной тематике. Проведена их классификация. Рассмотрены конкретные особенности каждого семейства моделей. Более детально проанализированы модели в основу которых положены физические закономерности процесса загрязнения атмосферы.

Последовательное их рассмотрение позволило выявить основные направления развития современного моделирования. Отмечено довольно частое использование при моделировании распространения ЗВ, так называемого "гауссовского" подхода. В то же время как в нашей стране, так и за рубежом, наиболее широкое распространение получили диффузионные модели загрязнения воздуха, которые являются более универсальными, позволяющими исследовать задачи с источниками различного типа, разными характеристиками атмосферы.

При описании диффузии загрязняющего вещества в турбулентной атмосфере обычно переходят от уравнения диффузии для мгновенных концентраций к уравнению диффузии для средних концентраций. При этом время осреднения должно быть много больше временного масштаба турбулентности, но много меньше временного масштаба осредненного течения.

Отмечено, что для малотоксичных веществ только средние величины имеют практический смысл. Уравнения осредненного

движения содержат члены описывающие турбулентый перенос. Для замыкания системы уравнинй эти члены должны быть аппроксимированы с помощью определенной модели турбулентности. В первой главе эти модели кратко описаны. Основное внимание уделено моделям пригодным для реализации на персональных ЭВМ. Основное требование к таким моделям заключается в том, чтобы они были относительно просты и в то же время учитывали наиболее существенные факторы, определяющие рассеяние ЗВ.

Во второй главе рассматривается базовая модель, описывающая распространение ЗВ от автотранспорта, на основе которой, путем усложнений, будут строиться все последующие модели. В ней течение в уличном каньоне рассматривается как пограничный слой над стенкой с

моделирует выброс ЗВ автотранспортом.

Для численного моделирования использовались уравнения Навье-Стокса в переменных завихренность-функция тока (а - I//). Совместно с ними решалось уравнение переноса примеси. Влияние архимедовых сил учитывалось в приближении Буссинеска, что сделало необходимым решение уравнения для температурыТ. Для искомых функций у/, а>, Т, С эти уравнения, записанные в безразмерной консервативной форме в традиционных обозначениях, имеют вид:

ГЛАВА II. Квазиламинарная модель течения.

прямоугольной выемкой. Источник ЗВ, расположенный на дне выемки

( 1 -I \

д(исо) д(Уа) вг дГ 1 д1<о д1са

(I)

(2,3,4)

д(УТ) д{УГ) 1 02Г д2Т

& й ~ Рг{&2 А2)

д{ис) <?( ( ^ &

(5)

Значение турбулентной вязкости в данной постановке принималось постоянным. Система уравнений (1-6) решалась методом установления с помощью конечно-расностной схемы "классики". Уравнение эллиптического вида для функции тока интегрировалось при помощи метода верхней релаксации.

Расчеты проводились при различных числах Рейнольдса и Грасгофа. Картины течения имели три основных вида. С образованием одного большого вихря (1 в таблице1), двух вихрей противоположного направления (2,3 в таблице 1) и режима, при котором завихренностей не возникает и течение похоже на течение идеальной жидкости (4 в таблице 1). Можно отметить, что при увеличении числа Рейнольдса влияние числа Грасгофа на структуру потока уменьшается. Характерные значения концентраций ЗВ, взятые как отношение максимальной концентрации ЗВ в уличном каньоне к максимальному значению этой величины в серии расчетов в ближайшем к нижней границе слое внутри выемки приведены в таблице 1.

№ С1 С2 СЗ С4 С5 С6 С7

1 0.74 0.93 0.89 0.81 0.72 0.64 0.49

2 0.59 Г 0.73 0.78 0.78 0.78 0.74 0.76

3 0.60 0.72 0.74 0.76 0.76 0.78 0.82

4 0.64 0.88 0.97 1.0 0.99 0.89 0.65

Таблица 1.

ГЛАВА Ш.

Модель с учетом турбулентности.

Энергия турбулентности определялась с по мощью К-м одели, в предположении локального равновесия процессов порождения и диссипации. Масштаб турбулентности /Ып вблизи застройки брался пропорциональным расстоянию от рассматриваемой точки в потоке до ближайшей точки застройки. Вдали от застройки этот масштаб считался постоянным. Система уравнений, в этом приближении, преобразуется к следующему виду:

гт+Ш = (7)

ЙХ. & & &С \ Зс) &\ &)

д2у+ д2у

\ск2 л-2

д(ЦТ) 0{УТ)

Зс & д(11С) д(УС)

&

а.

¿ь

"Тг

и^

&' а

!

с¥ Ш (^У и

43'

' Рг

/=

с,

где (7 =

и2т

безразмерный параметр;

(8,9,10)

(Ч) (12)

(13)

(14)

Рг и 5с - числа Прандтля и Шмидта соответственно;

ДТ - разность температур между верхней границей застройки и

нижней границей расчетной области; и^ - скорость ветра на верхней границе расчетной области; Т„ - средняя температура воздуха; Л - высота городской застройки; & X ~ константы;

1г - характерная длина в соответствующей точке застройки.

Граничные условия на входе определялись из решения одномерных уравнений или задавались произвольно. На верхней границе, которая находится на учетверенной высоте застройки, значения неизвестных принимались постоянными, а на выходной границе использовались мягкие граничные условия. Нижняя и боковые границы внутри уличного каньона принимались непроницаемыми и распределение температуры на них задавалось произвольно. Типичная картина течения и соответствующее распределение концентраций ЗВ приведены в изолиниях на Рис.1 и Рис.2. Аналогичные результаты имеются в литературе. Они получены при трехмерном расчете обтекания двух близко расположенных строений.

В качестве граничных условий для уравнения (12) принималось равенство нулю концентрации ЗВ на входной и верхней границах расчетной области и мягкие граничные условия на правой границе

(¿С/ск = 0). Застройка предполагалась непроницаемой дня ЗВ. На нижней границе внутри всего уличного каньона граничное условие имеет вид:

зИт)*"- <|5>

Вычислены коэффициенты к числам Рейнольдса, позволяющие получать при расчетах поля концентрации с помощью квазиламинарной модели, близкие к варианту с турбулентностью режимы, что дает возможность существенно увеличить скорость получения численного решения. На Рис. 3 и Рис.4 показаны поля течений, полученные при использовании квазиламинарной модели и модели с учетом турбулентности.

ГЛАВА IV.

Влияние городской застройки на концентрацию загрязняющих веществ, выбрасываемых автотранспортом.

Существенное влияние на поле концентрации ЗВ, выбрасываемых автотранспортом, оказывает структура застройки городских микрорайонов. Исследовать её влиянее достаточно трудно, поскольку число реальных комбинаций расположения и размеров построек и растительности черезвычанно велико.

В связи с этим предполагалось, что в первом приближении застройку можно рассматривать как пористую среду, характеризующуюся двумя параметрами- высотой и удельной плотностью. В первом приближении полагалось, что удельная плотность одинакова для всей застройки. Для расчета скорости ветра и энергии турбулентности в уличной застройке использовались одномерные уравнения те же, что и при анализе течения в слое растительности.

V ¿2 ) М 7 ¿2

йТ

-с* (17)

Уг

1+2.5;

где ут = с;4 4К1,

Б- удельная плотность застройки;

у,- сухоадиабатический градиент температуры;

С, и С,,-константы;

^-коэффициент объемного расширения;

и- осредненная скорость горизонтального течения атмосферного воздуха;

К - энергия турбулентных пульсаций; /-масштаб турбулентности.

Поскольку удельная поверхность застройки является случайной функцией, разброс которой достаточно велик, было получено приближенное решение уравнений (16,17). Уравнения были сведены к квадратурам, которые рассчитывались численно.

Вне застройки решались уравнения (7-14) На выходе из застройки в уличный каньон и на входе из уличного каньона в часть застройки, находящуюся ниже по потоку, использовались результаты приближенного расчета течения в застройке, а распределение температуры выбиралось произвольно.

В расчетах анализировалось влияние удельной плотности застройки, безразмерного параметра в, архимедовых сил и отношения ширины каньона к высоте застройки на величину максимальных концентраций ЗВ в уличном каньоне. Результаты расчетов приведены на Рис.5, в котором по вертикальной оси отложено отношение максимальной концентрации ЗВ в уличном каньоне к максимальному значению этой величины во всей серии расчетов. Видно, что если улица достаточно широкая, то влияние плотности застройки сравнительно невелико. В узких улицах наблюдаются два пика концентрации. Когда безразмерная удельная плотность застройки становится менее тридцати, заметное количество воздуха начинает проходить через верхнюю часть застройки. Скорость этого воздуха невелика. В результате интенсивность вихря в уличном каньоне снижается и соответственно увеличивается концентрация ЗВ. При дальнейшем уменьшении удельной плотности застройки масса и скорость воздуха, проходящего через верхнюю часть застройки увеличивается, что в

итоге вновь увеличивает интенсивность вихря и снижает концентрацию ЗВ. Когда же застройка становится еще более проницаемой для воздуха, вихрь, возникающий в уличном каньоне, начинает занимать не всю его ширину, что приводит к резкому росту концентрации ЗВ в точке стекания вихревого потока и потока, проходящего через застройку (5=11,25). Если же застройка имеет очень малую плотность (5=3,75) вихрь, не образуется и концентрация ЗВ в уличном каньоне становиться сравнительно малой. Изменение концентрации ЗВ под влиянием неоднородности температурного поля не превышает двадцати процентов во всех рассмотренных вариантах. В основном ЗВ концентрируется в нижней части городского каньона. Концентрация в застройке не превышает пяти процентов от ее максимального значения внутри каньона даже при малой плотности застройки. Вынос ЗВ на уровень верхних этажей домов существенен только в случае когда улицы узкие, а плотность застройки велика. Но и в этом случае заметные концентрации получаются на высотах не превышающих половину высоты застройки.

ГЛАВА V.

Влияние составляющей скорости ветра, направленной вдоль уличного каньона.

Поскольку вблизи перекрестков выброс ЗВ автотранспортом существенно больше чем на остальной части улицы, целесообразно учитывать неравномерность выброса ЗВ. Для этого решалось трехмерное диффузионное уравнение, параболизованное путем исключения члена описывающего диффузию вдоль улицы. Если составляющая скорости ветра, направленная вдоль улицы мала, можно использовать решение двумерной задачи, если же она велика, этот член не играет существенной роли.

д{\¥С) д{11С) д(УС) 1 - + —;;— +

¿¡сК"'" (к

(19)

ду ас а. Бс.

В уравнение (19) входит составляющая скорости ветра, направленная вдоль улицы IV. Для её определения необходимо решать дополнительно ещё одно уравнение:

д{Ц\У) д{УЦ') д & & ¿к

Расчеты с использованием трёхмерного уравнения диффузии показали,что неравномерность выбросов, связанная с изменением скорости потока машин, слабо влияет на поле концентраций ЗВ. Достижение предельной концентрации ЗВ возможно только при очень протяженной улице. Как правило, в двумерном приближении получаются завышенные результаты выбросов.

1. Выявлены общие закономерности и особенности построения разработанных к настоящему времени моделей загрязнения атмосферы. Установлено, что большинство из них либо достаточно грубы (эмпирические, полуэмпирические), либо основываются на решении полной системы трехмерных уравнений.

2. Построена квазиламинарная модель течения и модель с учетом турбулентности. Путем сравнительных вычислительных экспериментов получены поправочные коэффициенты для числа Рейнольдса, позволяющие учитывать турбулентность в квазиламинарном потоке.

3. Оценено влияние застройки, как пористой среды, на структуру течения и распределение концентраций ЗВ в уличиом каньоне. Проведенные расчеты позволили определить оптимальное соотношение- высота построек к ширине улицы при различных потоках автотранспорта и удельной плотности застройки. В ходе расчетов показано, что наибольшая концентрация ЗВ получается не при максимально плотной застройке.

4. Исследовано влияние неравномерного выброса ЗВ автотранспортом, при его движении вдоль улицы.

5. Определены границы применимости моделей. Показано, что они адекватно описывают процесс распространения ЗВ в условиях городской застройки.

ВЫВОД Ы:

Теме диссертации посвящены следующие работы:

1.Виеру H.H. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ от стационарных источников, Тезисы докладов XIV школы-семинара посвященной математическому моделированию в проблемах рационального природопользования, Ростов-на-Дону, 1991г., стр.48.

2.Виру H.H., Каменецкий Е.С. Модель распространения примесей над уличными каньонами, Тезисы докладов участников I международной конференции "Экологические проблемы горных территорий", Владикавказ, 1992г., стр. 20-24.

3.Виеру H.H., Каменецкий Е.С. Математическое моделирование распространения примесей, выбрасываемых автотранспортом, Тезисы докладов международной научной конференции "Сопряженные задачи физической механики и экология", Томск, 1994г., стр. 30-32.

Рисунки:

7 3.0 Б.В 7.0 9.в 11.0 13.Э 1S.0

17.0

7.0

■я cvf 6-0

saetyaüra

3.0

2.0

1 n '¿..-V/r.,■•>„■•■■■, ■■.■„,v„' -I-ii-1-1-1-1-1-£-1 - . ■ ■ ■ - ■■ ■-1- I 0

3.0 5.0 7.0 9.0 11.0 13.0 15.0 17.0 19.0

Рис. 1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис. 5.

Аналитические модели.

Глава 2.

2.1 2.

Эмпирические модели

Аэродинамические модели уличного каньона.

Моделирование турбулентности. шнарная модель течения

Уравнения Навье-Стокса.

У чет архимедовых сил.

Метод решения.

Результаты расчетов.

Г лава 3, Модель с учетом турбулентности

3.1. Модельная фор ма К-уравнения.

3.2. Уравнения аэродинамики и переноса.

3.3. Конечно-разностная форма уравнений

3.4. Результаты расчетов.

Г л а в а 4. Влияние городской застройки на структуру течений ш распространение загрязняющих веществ

4.1. Моделирование течения в застройке.

4.2. Результаты расчето в.

Г л а в а 5, Влияние составляющей скорости ветра, направленной вдоль уличного к&ньойа

5.1. Моделирование переноса ЗВ вдоль улицы.

5.2. Результаты расчетов,.,.

Проблема взаимодействия человека с окружающей средой в настоящее время представляет новую и активно развивающуюся область применений методов математического моделирования. По мере развития промышленности, энергетики средств транспорта антропогенное загрязнение биосферы, обусловленное жизнедеятельностью человека, непрерывно возрастает. Если в первой половине XX века негативное воздействие загрязнений на биосферу во многих странах мира сглаживалось происходящими в ней естественными процессами, то в последующие годы масштабы деятельности человека привели биосферу на грань экологического кризиса. В России основное загрязнение атмосферы создает ряд отраслей промышленности, автотранспорт и теплоэнергетика. Их участие распределяется следующим образом:

• 30% - черная и цветная металлургия, нефтедобыча и нефтехимия, предприятия стройматериалов, химическая промышленность;

• 40% - автотранспорт;

• 30% - теплоэнергетика.

В США загрязнение атмосферы вредными веществами составляет:

• 50% - транспортные средства;

• 20%- теплоэлектростанции;

• 15% - промышленные предприятия;

• 5% - установки сжигания твердых отходов;

• 10%-прочие.

Как видно, до пятидесяти процентов выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) приходится на долю автотранспорта. В связи с этим значительно возрастает роль научных исследований, направленных на разработку математического и программного обеспечения анализа загрязненности атмосферы промышленных городов, позволяющего существенно уменьшить величину суммарных экономических потерь от загрязнения воздуха, которые, определяются в основном ущербом от локализации вредных веществ в жизнедеятельном приземном слое атмосферы [12].

Одна из важных проблем аэродинамики окружающей среды состоит в том, чтобы описать распространение различных загрязнителей антропогенного происхождения. Это можно сделать с помощью натурных измерений, создания физических и математических моделей. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. С помощью математических моделей можно предсказывать результаты проведения различных природоохранных мероприятий, а также оптимизировать использование средств выделяемых на охрану окружающей среды, Задачей вычислительных методов аэродинамики окружающей среды является в этом случае расчет полей концентраций ЗВ.

Цель работы.

Создание математической модели и комплекса программ, позволяющих получать с помошью персональных ЭВМ устойчивые и достаточно точные численные решения, для описания поля течения в приземном слое атмосферы над улицей и внутри нее и распределения концентраций ЗВ, выбрасываемых автотранспортом. Научная новизна.

В данной работе предложены четыре взаимосвязанные модели, описывающие динамику распространения ЗВ от автотранспорта и их качественная оценка. Произведены сравнительные вычислительные эксперименты для каждой модели, определены границы их применения. Показана важность влияния застройки на максимальные концентрации ЗВ и структуру течения в уличном каньоне. Практическая ценность.

Модели могут быть применены в градостроительстве при определении оптимальной планировки основных транспортных магистралей, а также для определения допустимых транспортных потоков на улицах крупных индустриальных городов. Апробация работы.

Основные результаты докладывались на XIV, XV школах семинарах, посвященных математическому моделированию в проблемах рационального природопользования, международной научной конференции - "Сопряжецные задачи физической механики и экология",

-6.

I международной конференции посвященной экологическим проблемам горных территорий. Структура и объем работы.

Диссертация включает введение, пять глав, заключение и выводы, список литературы из 53 источников, приложения 1 и 2. Содержание диссертационной работы изложено на 125 машинописных страницах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе проведен краткий обзор литературы по математическому моделированию загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта в условиях города. Показано, что большая часть моделей достаточно груба в связи с тем, что в них используется много эмпирических параметров. Встречаются также сложные модели, основанные на решении трехмерных уравнений гидротермодинамики атмосферы, Эти модели требуют наличия мощных ЭВМ и время проведения расчетов с их помощью достаточно велико. Поэтому их использование в случае массовых расчетов и оперативного прогноза состояния атмосферы при изменении интенсивности потоков автотранспорта нецелесообразно. Модели промежуточного уровня сложности практически отсутствуют.

В связи с этим в диссертационной работе была сделана попытка создания модели, которая позволяла бы учесть основные факторы, влияющие на распространение ЗВ выбрасываемых автотранспортом и реалнзовываяась на персональной ЭВМ. Первоначально в модели использовались двумерные уравнения гидротермодинамики в переменных у-ы с квазиламинарным приближением и предположением непроницаемости застройки [27}. Поля концентраций ЗВ определялись путем решения двумерного уравнения диффузии. Были получены различные режимы обтекания уличного каньона и определены границы перехода к свободноконвективному режиму течения, для расчета

- 69 которого нужно изменение граничных условий. В качестве параметра в этих расчетах использовалось число Рейнольдса, которое было оценено по экспериментальным результатам, имеющимся в литературе. Во всей серии расчетов число Рейнольдса предполагалось постоянным. В дальнейшем было показано, что оно существенно меняется при изменении режима течения.

Чтобы избежать неопределенности в выборе числа Рейнольдса была использована простейшая модель турбулентности, основанная на балансе между порождением энергии турбулентности ш ее диссипацией, в каждой точке потока. В расчетах былы получены все наблюдающиеся в экспериментах режимы течения в уличном каньоне. Определена зависимость максимальной концентрации ЗВ в уличном каньоне от отношения высоты застройки к ширине улицы, причем при достижении режима изолированных зданий, дальнейшее уменьшение концентрации при увеличении ширины улиц незначительно. Получены распределения концентраций ЗВ по ширине улицы и по высоте зданий. В расчетах показано, что падение концентрации по высоте происходит достаточно быстро. Наибольшие концентрации ЗВ наблюдаются на краях уличного каньона.

Поскольку реальная застройка, особенно в новых микрорайонах не сплошная, была сделана попытка рассматривать застройку как пористую среду, характеризующуюся одним параметром - удельной плотностью. Течение в застройке определялось в этом случае в одномерном приближении. Получено,что с уменьшением удельной плотности от бесконечно большой до достаточно малой, сначала происходит рост ЗВ в уличном каньоне, а лишь затем ее уменьшение. По видимому, это объясняется тем, что сначала уменьшается интенсивность вихрей, возникающих в уличном каньоне, поскольку заметное количество низкоскоростного воздуха проникает через верхнюю часть застройки, а затем вихри постепенно начинают исчезать. Этот эффект существенен для режима сплошной шероховатости. По результатам расчетов проникновение ЗВ в застройку невелико.

Было также исследовано влияние неперпендикулярности ветра к улице и неравномерность выброса ЗВ автотранспортом вдоль улицы. Получено, что изменение направления ветра слабо влияет на максимальную концентрацию ЗВ. Вдоль улицы может наблюдаться как ее рост так и уменьшение в зависимости от интенсивности потока автотранспорта. Причем на участках разгона машин как правило наблюдается увеличение концетрации. Падение концентрации более заметно в центральной части улиц.

Основными результатами работы являются следующие: I, Выявлены особенности разработанных к настоящему времени моделей загрязнения атмосферы автотранспортом. Показано, что большинство из них либо достаточно грубы, либо связаны с трудоемким решением системы трехмерных уравнений.

2. Построены квазиламинарная модель течения и модель с учетом турбулентности. Путем вычислительных экспериментов получены режимы течения в уличном каньоне и изменение концентрации ЗВ в зависимости от отношения высоты застройки к ширине улицы. Показано, что число Рейнольдса в квазиламинарной модели должно существенно меняться в зависимости от режима течения.

3. Оценено влияние застройки, как пористой среды, на структуру течения и распределение концентрации ЗВ в уличном каньоне. Показано, что наибольшая концентрация ЗВ получается не при максимально плотной застройке.

4. Исследовано влияние неравномерного выброса ЗВ автотранспортом при его движении вдоль улицы и неперпендикулярности ветра к улице.

5. Определены границы применимости моделей. Показано, что они качественно верно описывают процесс распространения ЗВ в условиях городской застройки. - 72

1. Баяацкий О.Ф. Методические вопросы прогнозирования ущерба от загрязнения атмосферы //Экономическая оценка и рациональное использование природных ресурсов, Мл Мир, 1975, с. 62-73.

2. Безуглая ЭЛО,, Клинго В .В Статистический метод оценки влияния метеорологических условий на содержание примесей в атмосфере. -Тр. /Гл. геофиз. абсерваторйя, 1974, вып.314, с.81-96.

3. Белов П.Н, Численные методы прогноза погоды.-Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 392с.

4. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы.-Л.: Гидрометеоиздат, 1975» 448с.

5. Берлянд М.Е., Генихович Е.Л., Оникул Р.И. К нормированию выбросов от наземных источников.-Тр./ Гл. геофиз. абсерваторйя, 1977, вып.387, с.3-12,

6. Берлянд М.Е., Генихович Е.Л., Оникул Р.И, Моделирование загрязнения атмосферы выбросами из низких и холодных источников.-Метеорология и гидрология, №5,1990, с.5-17.

7. Булеев Н.И. Пространственная модель турбулентного обмена.-М.:Наука, 1989, 343с.

8. Вызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы,-Л.: Гидрометеоиздат, 1989,268е.

9. П. Генихович EJI., Гущин В.А., Сонькин Л.Р. О возможности прогноза загрязнения городского воздуха методом распознавания образов.-Тр./Гл. геофиз. обсерватория, 1973, вып.293, с.21 -25.

10. А.Б. Горстко, Ю.А. Домбровский, Ф.А. Сурков Модели управления эколого-экономическими системами»-M.: Наука, 1984, И9с,13» Детри Ж. Атмосфера должна быть чистой.-М.: Прогресс, 1973,397с.

11. Й. Джалурия Естественная конвекция.-М.: Мир Л 983, 399с.

12. Дмитриев М.Г. Атмосфера городов. М.: Знание, 1983, 66 с.

13. Ю.А. Домбровский, A.B. Казьмин, Э.И. Леонов, В .Л. Мечик Расчет рассеяния в атмосфере вредных веществ содержащихся в выбросах промпредприятий и разработка нормативов ПДВ.-РГУ, Ростов-на-Дону, 1987

14. А,С.Дубов, Л .П .Быкова, С.В.Марунич "Турбулентность в растительном покрове", Ленинград, Гидрометеоиздат, 1978 г., 180с.

15. Марчук Г.И. К проблеме охраны окружающей среды.-В кн.: Вычислительные методы в матиматической физике, геофизике и оптимальном управлении.-Новосибирск: Наука, 1978, с.20-28

16. Ныостанд Ф.Т. М., Ван-Доя X. Атмосферная турбулентность н моделирование распространения примесей/Пер. с англ. -Л.: Гидрометеоиздат, 1985, 212 с.

17. Пановский Т.А. Планетарный пограничный сяой.-Ж. Динамика погоды, Л,: Гидрометеоиздат, 1988

18. Паржина P.A., Сонькин Л .Р. Возможности прогнозирования загрязнения воздуха в городе методом линейного регрессионного анализа.-Тр. /Гл. геофиз. обсерватория, 1977, вып.387, с.47-51.

19. Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды.-Новосибирк, Наука, 1985, 253с.

20. Петренко В.К., Аршинова В.И. О зависимости загрязнения атмосферного воздуха в г. Москва от метеорологических условий.-В кн.: Проблемы контроля и обеспечения чистоты атмосферы*-Л,: Гидрометеоиздат, 1975, с.69-75.

21. Пономаренко И.Я. К прогнозу стратификации температуры в пограничном слое атмосферы при расчетах количества осадков .-Тр./ УкрНИГМЙ, 1973, выпД26, с.41-49- 75

22. Р.Пива, П.Орланди Численное решение для течений в атмосферном пограничном слое над уличными каньонами.-Сб. статей Численное решение задач гидромеханики, М., Мир, 1977, с.127-134

23. Пэнтл Р. Методы системного анализа окружающей среды .-М.: Мир, 1979, 2! 4с.

24. П. Роуч. Вычислительная гидродинамика,-М.: Мир,1980г, 616с.

25. Сеттон О.Г. Микрометеорология.-Л: Гидрометеоиздат, 1968, 355с.

26. Сидоренко Ф.В., Фельдман Ю.Г. о расчете концентрации скиси углерода в воздухе автомагистралей и прилегающей жилой застройки/Яигиена и санитария. 1974. № 1. С. 6-8

27. Скорченко В.Ф. Массовый выброс окиси углерода автомобилями и ее концентрация в природной среде.-Материалы второго всесоюзного рабочего совещания Экологическое значение автомобильных дорог, Пушкино, 1989

28. Соловьев А.К. Социально экономическая эффективность мероприятий по защите окружающей среды при застройке городов.-М., Стройиздат, 1987,128с.

29. Сонькин Л.Р. Вопросы прогнозирования фонового загрязнения воздуха в городах.-Тр./ Гл. геофиз. обсерватория, 1974, вьш.314, с.42-51.

30. Хесек Ф. Рассеяние выбросов автотранспорта в условиях городской застройки/Тез. докл. международ, конф. ВМО по моделированию76*загрязнения атмосферы и его применениям. Ленинград, 19-24 мая 1986г.~М., 1986,151с.

31. П.Чжен Отрывные течения.-М.: Мир, 1973

32. Шлихтинг Г, Теория пограничного слоя, М.: Наука, 1974г.

33. Щербань А.Н., Копейник В.И., Грошков А.Н. Моделирование состояния загрязнения городского воздуха как задача прогноза,-В кн.: Проблема контроля и защиты атмосферы от загрязнения.-Киев: Наукова Думка, 1980, вып. 6, с,3-9.

34. LJ.Hunter, I.D.Watson and G .T. Johnson Modelling air flow regimes in urban canyons. Energy and Buildings, 15-16,1990/91, 315-324.- 77

35. Judwing F.L. A model for simulating the behaviour of pollutants emitted at ground level under time-varying meteorological conditions.-Atmos, Environ., 1981, vJ5 N 6, p. 989-999

36. Lamb N.K., Shair F.N, Atmospheric dispersion and transport within coastal regions. Part II. Tracer story of industrial emissions in the California Delta Region.-Atmos. Environ., 1978, v.12, N 11, p. 2101-2118

37. F.C. Lin, Shin'ichi Okamoto and Kiyoshige Shiozawa A Review on the dispersion Models for the automobile emission,-J. Japan Soc. Air PoHut., №26(5), 1991, pp. 292-319.

38. McGuirk J.J. and Rodi W. Calculation of unsteady mass exchange between a main stream and a dead water zone, paper at 18th IAHR congress, Cagliari, Italy, 1979)

39. Shuzo Murakami, Akashi Mochida and Yoshihiko Hayashi Numerical Simulation of velositv field and Diffusion field in an urban area.-Energy and buildings, 15-16,1990/91,345-356

40. T.R. Оке Street design and urban canopy layer climate.-Energy and build., Ml, 1988,103-113.

41. Pope S.B. and Whitelaw J.H. The calculation of near wake flows.- J. Fluid Mech., 73,1976

42. Regland K.W. Multiple box model of air pollution from area sower.-Atmospher. Environ., 1973, vol, 7, №11, pp. 1017-1032.- 78

43. Torrance K., Davis R., Eike K., Gill P., Gutman D., Hsui A., Lyons $., Sen H. Cavity flows driven by buoyancy and shear.-JL Fluid Mech., v. 5!, Part 2

44. Ulitzsch D, Modelirung der Ausbreitung von Luftschadstoßen unter Beruksichtigimg beliebig bewegter Punktquellen.- Zeitschrift fur Meteorologie, b.37, Ks5,1987

45. Sc = .75 e 0 nuffi ~} snm « Ш00

46. Vfcs'fS. 2,2x,,m=\B,2x,,f~,i3i2x,,10=\f5.2,/,5x>

47. Sc ~ 0.75 RASHO = .005 if(switch.eq.0.or.switch,eqJ) then RASH = RASHO else

48. CONTINUE do 7441=1,0 LZ do 744 j=G4JR,M KU) = l(U)