ATMOTERM® S.A.

Inteligentne rozwiązania aby chronić środowisko

dr inż. Artur Smolczyk, ekspert ATMOTERM S.A. mgr inż. Piotr Michałek, ekspert ATMOTERM S.A.

Modelowanie rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w atmosferze Zastosowania praktyczne

Wstęp

Rozwój przemysłu, transportu, aglomeracji miejskich i rolnictwa spowodowany jest ciągłym dążeniem ludzi do zwiększenia swojego komfortu życia. Rozwój ten powoduje powstanie wielu uciążliwości wpływających zarówno na ten komfort jak i na otaczające nas środowisko. Istnieje wiele możliwych działań zmierzających do równoważenia wpływu jaki wywieramy na nasze otoczenie swoim rozwojem, tak aby przebywanie w tym otoczeniu było nadal komfortowe i bezpieczne. Ludzkość stara się dążyć do osiągnięcia komfortu i bezpieczeństwa mimo uciążliwości jakie sama generuje.

Aby to osiągnąć staramy się opisywać otaczający nas świat w sposób umożliwiający analizę naszego (historycznego i przyszłego) wpływu na otoczenie.

Opis otaczającego nas świata jest prowadzony przez nas zarówno dla zjawisk, które sami wywołujemy, oraz dla tych, jakimi raczy nas otaczający świat.

Modelowanie rozprzestrzeniania zanieczyszczeń jest próbą matematycznego opisu zjawiska

Jednym z ważniejszych zjawisk jakie powstają w wyniku oddziaływania człowieka na środowisko jest emisja1 zanieczyszczeń, gdzie przez zanieczyszczenie rozumiemy wszystko to co stanowi wytwór naszej działalności, a może niekorzystnie wpływać na to środowisko, w tym i na nas samych. Możemy tu choćby wspomnieć emisje gazów cieplarnianych, pyłów, cieczy, substancji chorobotwórczych, emisje hałasu, promieniowania elektromagnetycznego, odorów i innych podobnych.

Większość tych emisji jest nierozerwalnie związana z naszym rozwojem. Zauważając negatywny wpływ takiego działania staramy się poznać zjawiska, które to powodują, opisać je i zrozumieć w jakim stopniu możemy minimalizować ich wpływ na otaczający nas świat przy zachowaniu zasad zrównoważonego rozwoju. Aby tego

1 emisja zanieczyszczeń, ilość (np. masa) zanieczyszczeń pyłowych lub gazowych wprowadzana do powietrza

atmosferycznego w jednostce czasu. Źródło – Encyklopedia internetowa PWN

dokonać potrzebujemy matematycznego modelu wpływu tego oddziaływania na otaczające nas środowisko – w tym pokazującego zjawiska związane z rozprzestrzenianiem (dyspersją) zanieczyszczeń w atmosferze.

Cele modelowania

Modelowanie samo w sobie jest tylko pewnym działaniem, które ma służyć konkretnym celom.

Cele jakie można postawić przed modelowaniem mogą być następujące:

ocena jakości powietrza od małej skali przestrzennej takiej jak miasta do zdecydowanie większych jak kraje, czy też globalnych jak kontynenty,

prognozowanie stężeń zanieczyszczeń,

prognozowanie zachowań pogodowych,

badanie wpływu istniejących i planowanych źródeł emisji na środowisko,

opracowywanie strategii ograniczania emisji,

określanie względnego udziału poszczególnych źródeł w całkowitym stężeniu zanieczyszczeń,

wyznaczenie przestrzennych rozkładów stężeń zanieczyszczeń w całym badanym obszarze,

tworzenie systemów wspomagania decyzji na wypadek awarii i katastrof ekologicznych,

pomoc w tworzeniu norm prawnych.

Przed zastosowaniem odpowiedniego modelu należy dokładnie określić cel jakiemu modelowanie ma służyć. Zastosowanie niewłaściwego modelu nie przyniesie spodziewanych wyników. Należy odpowiedzieć sobie na pytanie w obrębie jakich kryteriów będziemy się poruszać i dokonać właściwego doboru rozwiązania na podstawie kryteriów klasyfikujących rozpatrywane zagadnienie.

Przykładowe kryteria klasyfikacji pokazano poniżej.

•prognozowanie

•ocena historyczna wpływu

•ocena strat

•tworzenie norm

Przeznaczenie

•brak

•proste liniowe

•złożone nieliniowe

Przemiany chemiczne

•Eulera

•Lagrange'a

•Gausowski smugi

•Gausowski obłoku

Układ odniesienia

•globalna

•regionalna

•lokalna

Przestrzeń oddziaływania

•epizodyczne

•statystyczne

•długookresowe

Czas oddziaływania

•gazowa

•stała

•ciekła

Typ emisji

•sucha

•mokra

Depozycja zanieczyszczeń

Praktyczne wykorzystanie modelowania dyspersji zanieczyszczeń

W ramach prac wykonywanych w ATMOTERM S.A. opracowywane są różnorodne oceny oddziaływania emisji zanieczyszczeń na otaczające nas środowisko.

Modelowanie trans-graniczne (globalne) Przykładem oceny oddziaływania o zasięgu globalnym może być, wykonane

wspólnie z Cambridge Environmental Research Consultants Ltd, opracowanie dotyczące ustalenia wpływu krajowych źródeł emisji prekursorów ozonu oraz trans-granicznego przenoszenia zanie-czyszczeń na stężenie ozonu troposferycznego w Polsce (z wykorzy-staniem modelowania obejmującego obszar Europy), wraz z wykonaniem prognoz zanieczyszczenia powietrza ozonem przyziemnym w Polsce w perspektywie roku 2020.

Modelowanie regionalne

Innym przykładem, obejmującym modelowanie dla mniejszego obszaru, może być analiza występowania benzo(alfa)pirenu dla województwa mazowieckiego :

czy też pyłu PM10 dla terenu województwa opolskiego

Modelowanie urbanistyczne

Przy wykonywaniu modelowania dla obszarów zabudowanych (np. miejskich) ważnym jest również uwzględnienie zabudowy 3D. Wpływ wysokości, kształtów i usytuowania poszczególnych barier dla swobodnego przemieszczania się substancji, stwarza zupełnie inne wymagania co do przeprowadzenia prawidłowego modelowania.

zabudowa 3D modelowanie z inteligentnym gridem dla miasta

wizualizacja dyspersji zanieczyszczeń na obrazie zabudowy

Należy podkreślić, że dokładność uzyskanych wyników zależy w głównej mierze od dokładności wykorzystanego modelu, jego dostosowania do oczekiwanych wyników, uwzględnienia wielowymiarowości rozpatrywanego zagadnienia, takich jak przestrzeń, czas, itp. oraz kompletności zinwentaryzowania danych emisyjnych użytych do modelowania.

Jak to się robi

Efekt pracy, choć często postrzegany dwuwymiarowo:

do uzyskania poprawnego wyniku wymaga zastosowania rozważań w przestrzeni wielowymiarowej:

W modelowaniu oddziaływań emisji zanieczyszczeń do powietrza równie ważną rolę co właściwości fizyczne i chemiczne rozpatrywanej substancji odgrywają też warunki atmosferyczne, przy których dochodzi do emisji i dalszego rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń.

Ciśnienie, prędkość i kierunek wiatru, temperatura, wilgotność, stopień zachmurzenia i nasłonecznienia – wszystko to w sposób znaczący może mieć wpływ na rozprzestrzenianie się substancji.

ATMOTERM S.A. wykorzystuje w tym zakresie zarówno dane historyczne, ze stacji należących do Światowej Organizacji Meteorologicznej (World Meteorological Organization – WMO), jak i prognozy pogody pozyskiwane z organizacji i instytutów zajmujących się ich prognozowaniem (np. z ICM – Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego).

EKOsemafor – wykorzystanie modelowania w praktyce biznesowej

Na bazie dotychczasowych doświadczeń ATMOTERM S.A, powstał system umożliwiający planowanie działań zapobiegawczych związanych z emisjami substancji do powietrza – np. odorów.

Wykorzystując właściwy do skali danego oddziaływania model, uzyskujemy przewidywaną prognozę imisji2 w najbliższej przyszłości. Użyteczny zakres czasowy

tej prognozy związany jest z możliwymi do pozyskania prognozami warunków meteorologicznych.

Wizualizacja emisji rozpatrywanej substancji w odstępach kilkugodzinnych

Na bazie tak przygotowanej prognozy oddziaływania instalacji na środowisko można podjąć działania pozwalające np. na:

zmniejszenie lub całkowitą niwelację negatywnego oddziaływania substancji na rozpatrywane otoczenie,

zmniejszenie kosztów prowadzonych działań w zakresie zmniejszenia imisji,

wizualizację historycznego i prognozowanego oddziaływania instalacji substancją (jedną lub wieloma) na otoczenie,

informowanie lokalnego społeczeństwa o możliwych uciążliwościach lub zagrożeniach.

Opisywane powyżej rozwiązanie przeszło już etap testów i w chwili obecnej jest z powodzeniem wykorzystywane w praktyce biznesowej naszych partnerów.

2 imisja zanieczyszczeń, ilość zanieczyszczeń pyłowych lub gazowych odbierana przez środowisko;

jest miarą stopnia jego zanieczyszczenia definiowaną jako stężenie zanieczyszczeń w powietrzu (wyrażane w jednostkach masy danego zanieczyszczenia, np. ditlenku siarki, na jednostkę objętości powietrza lub w ppm, ppb) oraz jako depozycja zanieczyszczeń — ilość danego zanieczyszczenia osiadającego na powierzchni ziemi. Źródło – Encyklopedia internetowa PWN

Pozyskiwane z zewnętrznych źródeł i stosowane w tym rozwiązaniu dane pogodowe umożliwiają prognozowanie wpływu emisji rozpatrywanej substancji z rozdzielczością godzinową w perspektywie najbliższych 48 godzin. Tak przyjęty zakres czasowy pozwala na wcześniejsze podjęcie działań zapobiegawczych i wdrożenie ich w najwłaściwszym z punktu widzenia efektów (rozmiar imisji i koszty) momencie. Obecne modele numeryczne pogody, dla tak przyjętej skali rozpatrywanego terenu i przyjętego zakresu wyprzedzenia (przyszłości), pozwalają na uzyskanie wyników o bardzo wysokiej sprawdzalności.

Bazując na bardzo bogatych doświadczeniach ATMOTERM S.A. w zakresie modelowania emisji oraz wysokich kompetencjach swoich pracowników w zakresie rozwiązywania realnych problemów naszych klientów jesteśmy w stanie, wraz z naszym potencjalnym partnerem, przeanalizować możliwe warianty zastosowania takiego systemu i wdrożyć go uzyskując uzgodniony wspólnie cel.

Po dodatkowe informacje zapraszamy do kontaktu z naszymi konsultantami:

Bartosz Kulig

ATMOTERM S.A.

tel. + 48 696 403 892

e-mail: bkulig@atmoterm.pl

Piotr Michałek

ATMOTERM S.A

tel. +48 661 426 681

e-mail: michalek@atmoterm.pl