Numerical Modeling of Air Pollution From Dumps
Loading...
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
ENG: Purpose. Rock dumps are long-term sources of air pollution. A significant amount of harmful substances enters the atmosphere. Particularly intense is the pollution of atmospheric air due to dusting dumps. An important task is the development of methods for predicting the dynamics of atmospheric air pollution during the emission of harmful impurities from dumps. When developing methods for predicting the dynamics of air pollution from dumps. It is very important to create a universal model that would allow on a single computing platform to calculate the process of atmospheric air pollution for various impurities that are released from dumps. Another important problem is the choice of the place for optimal placement of future dumps in order to minimize their negative impact on the environment. Methodology. Numerical modeling of the formation of atmospheric pollution zones near rock dumps is based on the application of the equation of turbulent dispersion of an impurity in the atmosphere. To solve the problem of choosing the rational location of the dumps, the conjugate equation is used. Numerical integration is carried out using an implicit difference scheme. Findings. Numerical models are developed. The first numerical model allows one to evaluate the effect of rock dumps on air pollution. The second numerical model allows, on the basis of a one-time calculation, to determine the rational location of the future dump from the point of view of its minimal impact on air pollution. Originality. Two numerical models are proposed that are based on the application of the turbulent diffusion equation and the conjugate equation. These models make it possible to quickly determine the effect of rock dumps on air pollution. The models take into account the convective transport of the pollutant, atmospheric turbulent diffusion, the intensity of the emission of impurities from the dump. Practical value. The developed numerical models are implemented in the form of program codes. These program codes can be used when performing serial calculations on computers of low and medium power, i.e. computer technology, which is available to organizations involved in environmental issues in technologically saturated regions. When carrying out calculations based on the constructed numerical models, typical initial data are used regarding the intensity of the emission of impurities from dumps, weather conditions characteristic of a specific region of the country.
UKR: Мета. Відвали породи є довгостроковими джерелами забруднення атмосферного повітря. В атмосферу надходить значна кількість шкідливих речовин. Особливо інтенсивно відбувається забруднення атмосферного повітря внаслідок цвітіння відвалів. Важливим завданням є розробка методів прогнозу динаміки забруднення атмосферного повітря при виділенні шкідливих домішок від відвалів. При розробці методів прогнозу динаміки забруднення повітряного середовища від відвалів. Дуже важливим є створення універсальної моделі, яка дозволяла б на єдиній обчислювальної платформі здійснювати розрахунок процесу забруднення атмосферного повітря для різних домішок, які виділяються від відвалів. Також важливою проблемою є вибір місця оптимального розміщення майбутніх відвалів, з метою мінімізації їх негативного впливу на навколишнє середовище. Методика. Чисельне моделювання формування зон забруднення атмосфери біля відвалів породи виконано на основі застосування рівняння турбулентного розсіювання домішки в атмосфері. Для вирішення задачі по вибору раціонального місця розташування відвалів використовується зв'язане рівняння. Чисельне інтегрування здійснюється за допомогою неявної різницевої схеми. Результати. Розроблено чисельні моделі. Перша чисельна модель дозволяє оцінити вплив відвалів породи на забруднення атмосферного повітря. Друга чисельна модель дозволяє на основі одноразового розрахунку визначити раціональне місце розташування майбутнього відвалу з точки зору його мінімального впливу на забруднення атмосферного повітря. Наукова новизна. Запропоновано дві чисельні моделі, які ґрунтуються на застосуванні рівняння турбулентної дифузії і зв'язаного рівняння. Дані моделі дозволяють оперативно визначити вплив відвалів породи на забруднення атмосферного повітря. Моделі враховують конвективний перенос забруднювача, атмосферну турбулентну дифузію, інтенсивність емісії домішки від відвалу. Практична значимість. Розроблені чисельні моделі імплементовані у вигляді програмних кодів. Дані програмні коди можуть бути використані, при проведенні серійних розрахунків на комп'ютерах малої і середньої потужності, тобто обчислювальної техніки, яка є в розпорядженні організацій, що займаються екологічними проблемами в техногенно насичених регіонах. При проведенні розрахунків на базі побудованих чисельних моделей використовуються типові вихідні дані щодо інтенсивності емісії домішок від відвалів, метеоумови, характерні для конкретного регіону країни.
RUS: Цель. Отвалы породы являются долгосрочными источниками загрязнения атмосферного воздуха. В атмосферу поступает значительное количество вредных веществ. Особо интенсивно происходит загрязнение атмосферного воздуха вследствие пыления отвалов. Важной задачей является разработка методов прогноза динамики загрязнения атмосферного воздуха при выделении вредных примесей от отвалов. При разработке методов прогноза динамики загрязнения воздушной среды от отвалов. Очень важным является создание универсальной модели, которая позволяла бы на единой вычислительной платформе осуществлять расчет процесса загрязнения атмосферного воздуха для различных примесей, которые выделяются от отвалов. Также важной проблемой является выбор места оптимального размещения будущих отвалов, с целью минимизации их отрицательного влияния на окружающую среду. Методика. Численное моделирование формирования зон загрязнения атмосферы возле отвалов породы выполнено на основе применения уравнения турбулентного рассеивания примеси в атмосфере. Для решения задачи по выбору рационального места расположения отвалов используется сопряженное уравнение. Численное интегрирование осуществляется с помощью неявной разностной схемы. Результаты. Разработаны численные модели. Первая численная модель позволяет оценить влияние отвалов породы на загрязнение атмосферного воздуха. Вторая численная модель позволяет на основе одноразового расчета определить рациональное место расположения будущего отвала с точки зрения его минимального влияния на загрязнение атмосферного воздуха. Научная новизна. Предложены две численные модели, которые основываются на применении уравнения турбулентной диффузии и сопряженного уравнения. Данные модели позволяют оперативно определить влияние отвалов породы на загрязнение атмосферного воздуха. Модели учитывают конвективный перенос загрязнителя, атмосферную турбулентную диффузию, интенсивность эмиссии примеси от отвала. Практическая значимость. Разработанные численные модели имплементированы в виде программных кодов. Данные программные коды могут быть использованы, при проведении серийных расчетов на компьютерах малой и средней мощности, т.е. вычислительной технике, которая имеется в распоряжении организаций, занимающихся экологическими проблемами в техногенно насыщенных регионах. При проведении расчетов на базе построенных численных моделей используются типовые исходные данные относительно интенсивности эмиссии примесей от отвалов, метеоусловия, характерные для конкретного региона страны.
UKR: Мета. Відвали породи є довгостроковими джерелами забруднення атмосферного повітря. В атмосферу надходить значна кількість шкідливих речовин. Особливо інтенсивно відбувається забруднення атмосферного повітря внаслідок цвітіння відвалів. Важливим завданням є розробка методів прогнозу динаміки забруднення атмосферного повітря при виділенні шкідливих домішок від відвалів. При розробці методів прогнозу динаміки забруднення повітряного середовища від відвалів. Дуже важливим є створення універсальної моделі, яка дозволяла б на єдиній обчислювальної платформі здійснювати розрахунок процесу забруднення атмосферного повітря для різних домішок, які виділяються від відвалів. Також важливою проблемою є вибір місця оптимального розміщення майбутніх відвалів, з метою мінімізації їх негативного впливу на навколишнє середовище. Методика. Чисельне моделювання формування зон забруднення атмосфери біля відвалів породи виконано на основі застосування рівняння турбулентного розсіювання домішки в атмосфері. Для вирішення задачі по вибору раціонального місця розташування відвалів використовується зв'язане рівняння. Чисельне інтегрування здійснюється за допомогою неявної різницевої схеми. Результати. Розроблено чисельні моделі. Перша чисельна модель дозволяє оцінити вплив відвалів породи на забруднення атмосферного повітря. Друга чисельна модель дозволяє на основі одноразового розрахунку визначити раціональне місце розташування майбутнього відвалу з точки зору його мінімального впливу на забруднення атмосферного повітря. Наукова новизна. Запропоновано дві чисельні моделі, які ґрунтуються на застосуванні рівняння турбулентної дифузії і зв'язаного рівняння. Дані моделі дозволяють оперативно визначити вплив відвалів породи на забруднення атмосферного повітря. Моделі враховують конвективний перенос забруднювача, атмосферну турбулентну дифузію, інтенсивність емісії домішки від відвалу. Практична значимість. Розроблені чисельні моделі імплементовані у вигляді програмних кодів. Дані програмні коди можуть бути використані, при проведенні серійних розрахунків на комп'ютерах малої і середньої потужності, тобто обчислювальної техніки, яка є в розпорядженні організацій, що займаються екологічними проблемами в техногенно насичених регіонах. При проведенні розрахунків на базі побудованих чисельних моделей використовуються типові вихідні дані щодо інтенсивності емісії домішок від відвалів, метеоумови, характерні для конкретного регіону країни.
RUS: Цель. Отвалы породы являются долгосрочными источниками загрязнения атмосферного воздуха. В атмосферу поступает значительное количество вредных веществ. Особо интенсивно происходит загрязнение атмосферного воздуха вследствие пыления отвалов. Важной задачей является разработка методов прогноза динамики загрязнения атмосферного воздуха при выделении вредных примесей от отвалов. При разработке методов прогноза динамики загрязнения воздушной среды от отвалов. Очень важным является создание универсальной модели, которая позволяла бы на единой вычислительной платформе осуществлять расчет процесса загрязнения атмосферного воздуха для различных примесей, которые выделяются от отвалов. Также важной проблемой является выбор места оптимального размещения будущих отвалов, с целью минимизации их отрицательного влияния на окружающую среду. Методика. Численное моделирование формирования зон загрязнения атмосферы возле отвалов породы выполнено на основе применения уравнения турбулентного рассеивания примеси в атмосфере. Для решения задачи по выбору рационального места расположения отвалов используется сопряженное уравнение. Численное интегрирование осуществляется с помощью неявной разностной схемы. Результаты. Разработаны численные модели. Первая численная модель позволяет оценить влияние отвалов породы на загрязнение атмосферного воздуха. Вторая численная модель позволяет на основе одноразового расчета определить рациональное место расположения будущего отвала с точки зрения его минимального влияния на загрязнение атмосферного воздуха. Научная новизна. Предложены две численные модели, которые основываются на применении уравнения турбулентной диффузии и сопряженного уравнения. Данные модели позволяют оперативно определить влияние отвалов породы на загрязнение атмосферного воздуха. Модели учитывают конвективный перенос загрязнителя, атмосферную турбулентную диффузию, интенсивность эмиссии примеси от отвала. Практическая значимость. Разработанные численные модели имплементированы в виде программных кодов. Данные программные коды могут быть использованы, при проведении серийных расчетов на компьютерах малой и средней мощности, т.е. вычислительной технике, которая имеется в распоряжении организаций, занимающихся экологическими проблемами в техногенно насыщенных регионах. При проведении расчетов на базе построенных численных моделей используются типовые исходные данные относительно интенсивности эмиссии примесей от отвалов, метеоусловия, характерные для конкретного региона страны.
Description
M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882; T. Rusakova: ORCID 0000-0001-5526-3578; I. Kalashnikov: ORCID 0000-0002-2814-380X; I. Bondarenko: ORCID 0000-0003-4717-3032; E. Gunko: ORCID 0000-0001-9257-763X
Keywords
air pollution, rock dumps, mathematical modelling, numerical models, забруднення атмосфери, відвали породи, математичне моделювання, чисельні моделі, загрязнение атмосферы, отвалы породы, математическое моделирование, численные модели, КГВ, КККГ
Citation
Numerical Modeling of Air Pollution from Dumps / M. M. Biliaiev, T. I. Rusakova, I. V. Kalashnikov, I. O. Bondarenko, E. Y. Gunko // Наука та прогрес транспорту. – 2019. – № 4. – С. 7–17. – DOI: 10.15802/stp2019/178855.