Моделирование процесса переноса и диффузии мелкодисперсных частиц в атмосфере с учетом эрозии почвы

  • № 4(10) 2017

Страницы: 

19

 – 

35

Язык: русский

Открыть файл статьи
Открыть страницу статьи в Интернет

Аннотация

В работе рассматривается решение актуальной задачи по прогнозированию экологического состояния окружающей среды, на примере Приаральского региона, где за счет эрозии почвы осушенной части Аральского моря в атмосферу выбрасывается большое количество соли и мелкодисперсных вредных частиц. Приведен подробный анализ научных работ, связанных с проблемой математического моделирования процесса переноса и диффузии вредных веществ в атмосферу. Приведены математическая модель, ее информационное обеспечение и результаты проведенных вычислительных экспериментов на ЭВМ. Разработанная модель, предназначена для исследования, мониторинга и прогнозирования процесса распространения загрязняющих веществ в атмосфере, и описывается системой дифференциальных уравнений в частных производных с соответствующими начальными и краевыми условиями. Указаны основные параметры, которые играют существенную роль в процессе переноса и диффузии вредных веществ в атмосфере: скорость ветра и его направления; рельеф местности; объем выброса солевых частиц в атмосферу, который зависит от скорости ветра и влажности почвы и т.д. На основе анализа проведенных численных экспериментов сформулированы выводы, служащие основанием для принятия управленческих решения по данной проблеме.

The paper considers the solution of the actual task of forecasting the ecological state of the environment, in the example of the Aral Sea region, where a large amount of salt and fine-dispersed harmful particles are emitted into the atmosphere due to the soil erosion of the drained part of the Aral Sea. A detailed analysis of scientific papers related to the problem of mathematical modeling of the process of transfer and diffusion of harmful substances into the atmosphere is given. The mathematical model, its data ware and the results of computational experiments on a computer are presented. The developed model is designed for research, monitoring and forecasting the process of distribution of pollutants in the atmosphere, and is described by a system of partial differential equations with the corresponding initial and boundary conditions. The main parameters that play an important role in the process of transfer and diffusion of harmful substances in the atmosphere are indicated: wind speed and its direction; relief of the terrain; the volume of release of salt particles into the atmosphere, which depends on the wind speed and soil moisture, etc. Based on the analysis of the conducted numerical experiments, conclusions are formulated that serve as the basis for making management decisions on this issue.

Maqolada Orol dengizining qurib qolgan qismi tuprog’ining eroziyasi sababli atmosferaga katta miqdorda tuz va zararli mayda dispers zarralar tarqalayotgan Orol bo’yi hududi misolida atrof muhitning ekologik holatini prognoz qilish bo’yicha muhim masala qarab chiqilgan. Zararli moddalarning atmosferada ko’chishi va diffuziya jarayonlarini matematik modellashtirish muammosiga oid ilmiy ishlarning to’liq tahlili keltirilgan. Matematik model, uning ma’lumotlar bilan ta’minoti va EHMda o’tkazilgan hisoblash eksperimentlarining natijalari berilgan. Ishlab chiqilgan model ifloslovchi moddalarning atmosferaga tarqalishi jarayonini o’rganish, monitoring va prognoz qilishga mo’ljallangan va mos boshlang’ich va chegaraviy shartlarga ega qisman hosilaviy differensial tenglamalar sistemasi bilan ifodalanadi. Atmosferada zararli moddalarning ko’chish va diffuziyasi jarayonida muhim ro’l o’naydigan quyidagi parametrlar ko’rsatilgan: shamol tezligi va uning yo’nalishi; hudud relyafi; shamol tezligi va tuproq namlilgiga bog’liq bo’lgan, atmosferaga uloqtirilayotgan tuz zarralarinng hajmi va hokazo. O’tkazilgan raqamli eksperimentlar tahlili asosida ushbu muammo bo’yicha boshqaruv qarorlarini qabul qilishga xizmat qiluvchi xulosalar chiqarildi.

Список использованных источников

  1.  Разработка эффективных вычислительных алгоритмов и программного средства для мониторинга и прогнозирования экологического состояния промышленных регионов : отчёт о НИР (заключительный) / Центр РППиАПК при ТУИТ ; Руководитель Х.А. Примова ; № ГР ЕА7-001. – Т., 2015. – 52 с.: ил. – Отв. исполн. Д.К. Шарипов [и др.]. – Библиогр.: с. 48-52.
  2.  Ложкина, О.В. Анализ физико-математических моделей атмосферной диффузии применительно к оценкам воздействия автотранспорта на городскую среду / О.В. Ложкина, В.В. Попов, А.Д. Кузнецова // Вестник СПБ УГПС МЧС РФ. – Санкт-Петербург, 2012. – № 1. – С. 59-66.
  3.  Матвеев, Ю.Н. Математическое моделирование процессов распространения загрязняющего вещества в почвогрунтах и атмосфере при его аварийном разливе / Ю.Н. Матвеев, Б.И. Масленников, К.А. Карельская, Н.А. Стукалова // Науковедение : Интернет-журнал. – 2016. – Т. 8. – № 5. – URL: http://naukovedenie.ru/PDF/65TVN516.pdf.
  4.  Наумов, В.А. Математическое моделирование распространения взвешенных примесей от точечного источника и их осаждения в водотоке / В.А. Наумов // Известия КГТУ. – 2017. – № 44. – С. 46-55.
  5.  Машихина, П.Б. Математическое моделирование загрязнения воздушной среды при авариях на железнодорожном транспорте / П.Б. Машихина // Вісник ПДАБА. – 2013. – № 12. – С. 18-22.
  6.  Сухинов, А.И. Задача движения многокомпонентной воздушной среды с учетом парообразования и конденсации / А.И. Сухинов, Д.С. Хачунц // Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2013. – № 4(141). – С. 81-86.
  7.  Беляев, Н.Н. Моделирование процесса за-грязнения атмосферы при горении твердого ракетного топлива / Н.Н. Беляев, А.В. Берлов // Вісник Дніпропетр. ун-ту. Серія «Механіка». – 2013. – Вып. 17. – Т. 1. – С.179184.
  8.  Кожевникова, М.Ф. Анализ распространения загрязняющих веществ для предприятия циркониевого цикла / М.Ф. Кожевникова, В.В. Левенец, К.А. Мец, И.Л. Ролик // Вопросы атомной науки и техники. – 2013. – №5(87). – С. 95-99.
  9.  Гадельшин, В.К. Математическое моделирование поля ветровых течений и распространения загрязняющих примесей в условиях городского рельефа местности с учетом k ε-модели турбулентности / В.К. Гадельшин, Д.С. Любомищенко, А.И. Сухинов // Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2010. – Т. 107. – № 6. – С. 49-65.
  10.  Шкляев, В.А. Моделирование процессов переноса примеси в нижнем слое атмосферы, связанных с выбросами большой мощности при аномальном температурном нагреве / В.А. Шкляев, К.Г. Шварц // Вестник удмуртского университета. – 2010. – №4. – С. 156-159.
  11.  Гвоздяков, Д.В. Математическое моделирование процесса конденсации серного ангидрида в атмосфере, прилегающей к тепловой электрической станции / Д.В. Гвоздяков, В.Е. Губин // Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 323. – № 2. – С. 184-188.
  12.  Сухинов, А.И. Математическая модель распространения примеси в приземном слое атмосферы и ее программная реализация на многопроцессорной вычислительной системе / А.И. Сухинов, Д.С. Хачунц, А.Е. Чистяков // Вестник УГАТУ. – 2015. – Т. 19. – № 1(67). – С. 213–223.
  13.  Pyanova, E.A. Simulation of atmospheric dynamics and air quality in the Baikal region / E.A. Pyanova, V.V. Penenko, L.M. Faleychik // Proc. of 20th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. – 2014. – URL: http://dx.doi.org/10.1117/12.2074998.
  14.  Гладкий, А.В. Моделирование переноса загрязнений в атмосфере с использованием параллельных вычислений / А.В. Гладкий, В.А. Богаенко // Управляющие системы и машины. – 2014. – № 6. – С.18-26.
  15.  Нутерман Р.Б. Моделирование аэродинамики и распространения выбросов от автотранспорта в городском подслое / Р.Б. Нутерман, А.А. Бакланов, А.В. Старченко // Математическое моделирование. – 2010. – Т. 22. – № 4. – С. 3-22.
  16.  Качурин, Н.М. Математическое моделирование предельно допустимых пылегазовых выбросов горных предприятий в атмосферу / Н.М. Качурин, В.И. Ефимов, С.А. Воробьев, Л.Л. Рыбак // Известия ТулГУ. Науки о Земле. – 2014. – Вып. 4. – С. 10-16.
  17.  Шабас, И.Н. Математическое моделирование задач переноса многокомпонентных примесей в азовском море на многопроцессорных вычислительных системах / И.Н. Шабас, А.Л. Чикин, Л.Г. Чикина // Известия Южного федерального университета. Технические науки. – 2014. – № . – С. 200-208.
  18.  Li, K.Q. Calculation methodology of marine environmental capacity for heavy metal: A case study in Jiaozhou Bay, China / K.Q. Li, X.L. Wang // Chinese Science Bulletin. – 2013. – Vol. 58. – № 2. – Pp. 282-287.
  19.  Stockie, J.M. The Mathematics of Atmospheric Dispersion Modeling / J.M. Stockie // Society for Industrial and Applied Mathematics. – 2011. – Vol. 53. – № 2. – Pp. 349-372.
  20. Yerramilli, A. An integrated WRF/HYSPLIT modeling approach for the assessment of PM2.5 source regions over the Mississippi Gulf Coast region / A. Yerramilli, et al. // Air Qual Atmos Health. – 2012. – № 5. – Pp. 401-412.
  21.  Sofiev, M. A numerical model of birch pollen emission and dispersion in the atmosphere. Description of the emission module / M. Sofiev, et al. // International Journal Biometeorol. – 2013. – № 57. – Pp. 45-58.
  22.  Ravshanov, N. A Mathematical Model for the Study and Forecast of the Concentration of Harmful Substances in the Atmosphere / N. Ravshanov, M. Shertaev, N. Toshtemirova // American Journal of Modeling and Optimization. – 2015. – Vol. 3, No. 2. – P. 35-39.
  23.  Мирзажанов, К.М. Ветровая эрозия орошаемых почв Узбекистана и борьба с ней / К.М. Мирзажанов. – Т.: Фан, 1973. – 234 с.
  24.  Равшанов, Н. Моделирования процесса загрязнения окружающей среды с учетом рельефа местности погодно-климатических факторов / Н. Равшанов, Д.К. Шарипов, Д. Ахмедов // Информационные технологии моделирования и управления. – Воронеж, 2015. – №3. – С. 222-235.
  25.  Ravshanov, N. Advanced model of transfer process and diffusion of harmful substances in the atmospheric boundary layer / N. Ravshanov, N. Tashtemirova // Theoretical & Applied Science. – 2017. – № 2(46). – Pp. 129138.
  26.  Равшанов, Н. Исследование существования и единственности решения задачи переноса и диффузии аэрозольных частиц в атмосфере / Н. Равшанов, Н. Таштемирова, Ф. Мурадов // Проблемы вычислительной и прикладной математики. – Ташкент, 2017. – №1(7). – С. 54-67.
  27.  Равшанов, Н. Процесс переноса и диффузии аэрозольных частиц в атмосфере : методология компьютерного моделирования / Н. Равшанов, Н. Таштемирова. – Saarbrücken : Lambert Academic Publishing, 2016. – 136 c. – ISBN 978-3-330-00279-1.

Список всех публикаций, цитирующих данную статью