Hava Kirleticilerin Atmosferde Dağılımı ve Hava Kalitesi Modellemesi P R O F. D R. A B D U R R A H M A N B A Y R A M

Transkript

1 Hava Kirleticilerin Atmosferde Dağılımı ve Hava Kalitesi Modellemesi P R O F. D R. A B D U R R A H M A N B A Y R A M

2 Temel Kavramlar Emisyon Dış Hava Kalitesi

3 Hava Kalitesi Dağılım Modellemesi Emisyon Dış Hava Kalitesi İlişkisi Kirletici kaynaklardan atmosfere bırakılan emisyonların bölgenin meteorolojik ve topoğrafik koşulları altında yakın çevredeki hava kalitesinde neden olduğu değişimlerin incelendiği çalışmalardır.

4 Neden Hava Kalitesi Modellemesi? İnsan gücünden tasarruf Teknik donanımdan tasarruf Zamandan tasarruf Paradan tasarruf

5 Hangi alanlarda kullanılır? Mevcut bir kirletici kaynağın yakın çevresindeki hava kalitesine katkısının belirlenmesi Gelecekte faaliyete başlayacak bir kirletici kaynağın yakın çevresindeki hava kalitesine yapacağı katkının tahmin edilmesi Gelecekte çevresel etkilerin minimize edilmesi için yeni kurulacak kirletici kaynakların yer seçimi Bölgesel hava kalitesi yönetim planlarının (temiz hava planlarının) hazırlanması Yönetmeliklerde emisyonlara ilişkin sınır değerlerin belirlenmesi Emisyon kontrol teknolojilerinin değerlendirilmesi Kötü meteorolojik koşulların (episodların) yaşandığı anlardaki hava kalitesinin simüle edilerek gerekli planlamaların yapılması

6 Model Türleri 1. Fiziksel Modeller : Gerçek bir problemin laboratuvar ölçeğinde (örneğin rüzgar tünelleri) çözümünün bulunması için oluşturulan modellerdir.

7 Model Türleri. Matematiksel Modeller : Atmosferde gerçekleşen fiziksel ve kimyasal süreçlerin matematiksel eşitlikler ile ifade edilmesi prensibine dayanır.

8 Dağılım Modelleri Tarafından Atmosferde Simüle Edilebilen Mekanizmalar Türbülanslı atmosferik difüzyon Atmosferik taşınım Atmosferik kimyasal ve fotokimyasal reaksiyonlar Kuru Yaş çökelme

9 Sabit, noktasal bir kaynaktan sürekli deşarj edilen konservatif kirleticinin dağılımı (Gaussian dağılımı)

10

11 Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR 11

12 C ( x, y, z, h) Q Gaussian dağılım exp y ( z exp h) ( z h) exp u h y z y z z Burada; C: x,y,z koordinatındaki kirletici konsantrasyonu, (g/m 3 ) Q: emisyon debisi, (g/s) h: etkin baca yüksekliği, (m) σ y ve σ z : y ve z yönlerindeki konsantrasyon dağılımının standart sapmalarıdır. (m)

13 Bu ifadede aşağıdaki kabüller yapılmıştır: Bulut dağılımı yatayda ve düşeyde Gauss dağılımına sahiptir. σ y ve σ z bulut konsantrasyon dağılımının standart sapmalarıdır. u bulutu etkileyen ortalama rüzgar hızıdır. Q uniform kirletici emisyon debisidir. Toplam yansıma yeryüzeyinde oluşur. Yeryüzeyinde depolanma veya bu yüzeyle reaksiyon sözkonusu değildir. Bu modelin temel kabülü ise; heryerdeki türbülans aynı, σ y ve σ z kaynaktan uzaklığın bir fonksiyonu, Bulutun geçtiği tabakada rüzgar hızı sabit ve rüzgar yönü değişmez

14 Formülün özel çözümleri ),0,0, ( exp z z y h h x h u Q C ),0,, ( exp z y z y h h y x h y u Q C Formülün yerseviyesi (z=0) için çözümü: Yer seviyesinde ve rüzgar doğrultusunda ( z=0 ve y=0) ise;

15 Briggs tarafından 10 ve 10 4 aralığında x değerleri için σ y ve σ z formülleri Kararlılık sınıfı y (m) z (m) A 0. x ( x ) -1/ 0.0 x B 0.16 x ( x ) -1/ 0.1 x C 0.11 x ( x ) -1/ 0.08 x ( x ) -1/ D 0.08 x ( x ) -1/ 0.06 x ( x ) -1/ E 0.06 x ( x ) -1/ 0.03 x ( x ) -1/ F 0.04 x ( x) -1/ x ( x) -1/

16

17

18 Kimyasal reaksiyonlar Gauss modeli temel olarak konservatif maddeler için geçerli olduğundan kimyasal reaksiyonları içermez. Ancak, kimyasal reaksiyon basitse, yarılanma ömrüne eşit olan exponansiyel ifade ile konsantrasyonun çarpılması şeklinde kullanılabilir. C = C 0 exp(-λ x / u ) C 0 : reaktif olmayan konsantrasyon λ : azalma hızı veya maddenin yarılanma ömrü x : taşınan mesafe u : taşıyan rüzgar hızı

19 Etkin Baca Yüksekliği

20 Duman Yükselmesi

21 Etkin Baca Yüksekliğinin Belirlenmesi Etkin baca yüksekliği (h) değeri için baca gazının yükselmesi (Δh) bilinmelidir. Etkin baca yüksekliği, baca gazının yükselmesi ile baca yüksekliği (H) değerlerinin toplamıdır. h = H + Δh Kararsız, nötral ve kararlı sıcaklık tabakaları durumuna göre Δh baca gazı yükselmesi farklı yaklaşımlarla hesaplanabilmektedir. x max Δh max Δh

22 Kararsız ve Nötral havalarda duman yükselmesi hesabı Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR

23 Kararlı havalarda duman yükselmesi hesabı Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR 3

24 Bu formüllerdeki terimler ( Ts Ta) F g vs d 4T s s g z T a ΔT = T s - T a g : yer çekimi ivmesi (m/s ) v s : Gazın baca çıkış hızı (m/s) d : Baca iç çapı (m) T s : Gazın sıcaklığı (K) T a : Atmosfer sıcaklığı (K) U H : Baca yüksekliğindeki rüzgar hızı s : kararlılık parametresi H : baca yüksekliği (m) Δh : duman yükselmesi (m) H : etkin baca yüksekliği (m) H = Δh + H Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR 4

25 Yükseklikle rüzgar hızı değişimi U h U a h Z a M z a : Anemometrenin zeminden yüksekliği (m) h: Etkin baca yüksekliği (m) H: Bacanın fiziksel yüks. (m) M: Kararlılık sınıfına bağlı katsayı Rüzgar hızı formüllerinde kullanılan örnek (M) değerleri Yayılma Sınıfı M A (Çok kararsız) 0.09 B (Kararsız) 0.0 C/I (Nötral) 0. C/II (Nötral) 0.8 D (Kararlı) 0.37 E (Çok kararlı) 0.4 Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR 5

26 Baca yüksekliği, şehir planlama Hava kirliliği kontrol stratejileri Mevcut kirlilik, Emisyonlar, Meteorolojik parametreler şehir planlama Matematikselmeteorolojik dağılım modeli Atmosferdeki gerçek dağılım (taşınma) Kirliliğin önceden tahmini Hesaplanan konsantrasyonlar karşılaştırma Model geçerliliği Ölçüm istasyonlarında ölçülen kons. Meteorolojik olarak olası kons. ların istatistiği Geçmişe yönelik Değişik yerlerdeki durumların istatistiği karşılaştırma Geçmişteki konsantrasyonların istatistiği Ölçüm istasyonlarının stratejik planlanması