Автомобиль жолдарының дисперсиясын модельдеу - Roadway air dispersion modeling

сегменттер

Автомобиль жолдарының дисперсиясын модельдеу зерттеу болып табылады ауаны ластаушы автомобиль жолынан немесе басқа сызықтық эмитенттен тасымалдау. Компьютерлік модельдер көлік құралын қоса алғанда, күрделі айнымалыларға байланысты осы талдауды жүргізу қажет шығарындылар, көлік жылдамдығы, метеорология, және жер бедері геометрия. Сызық көзі дисперсия зерттелді, кем дегенде, 1960 жылдардан бастап, онда нормативтік-құқықтық база АҚШ негізгі автомобиль жолдары мен әуежайлар жобаларының ауаның ластану салдарын сандық талдауды талап ете бастады. 1970 жылдардың басында бұл жиынтық атмосфералық дисперсия модельдері автомобиль жолдарын жоспарлау туралы нақты әлем істеріне, тіпті кейбір даулы сот істеріне қатысты қолданылды.

Модель қалай жұмыс істейді

Автомобиль жолдарының ауалық дисперсиялық моделінің негізгі тұжырымдамасы жақын маңдағы ауаны ластаушы деңгейлерді есептеу көздері ретінде есептеу болып табылады. Модель қозғалыс көлемі, көлік жылдамдығы, жүк көлігі қоспасы және парк шығарындыларын бақылау сияқты бастапқы сипаттамаларды ескереді; сонымен қатар жол геометриясы, қоршаған рельеф және жергілікті метеорология қарастырылған. Мысалы, көптеген ауа сапасы стандарттар ең нашар жағдайда метеорологиялық жағдайларды қолдануды талап етеді.

Есептеулер жеткілікті күрделі, бұл а компьютерлік модель беделді нәтижеге жету үшін өте маңызды, дегенмен жұмыс кітабының нұсқаулықтары скринингтік әдістер ретінде жасалған. Нәтижелерде рецензия жүргізу қажет болатын кейбір жағдайларда (мысалы, сот істерінде) жергілікті жағдайда далалық тестілеу деректерімен модельді растау қажет болуы мүмкін; бұл қадамға әдетте кепілдік берілмейді, өйткені ең жақсы модельдер деректерді енгізу айнымалыларының кең спектрі бойынша кеңейтілген.

Есептеулердің туындысы әдетте изоплеттер жиынтығы немесе картаға түсірілген контур сызықтары не жоспар көрінісі немесе көлденең қимасы көрініс. Әдетте бұл концентрациялар ретінде көрсетілуі мүмкін көміртегі тотығы, жалпы реактивті көмірсутектер, азот оксидтері, бөлшек немесе бензол. Ауа сапасын зерттейтін ғалым жағымсыз факторларды азайту әдістерін зерттеу үшін модельді дәйекті түрде жүргізе алады ауаны ластаушы заттардың концентрациясы (мысалы, жолдың геометриясын қайта құру, жылдамдық реттегіштерін өзгерту немесе жүк көліктерінің жекелеген түрлерін шектеу арқылы). Бұл модель жиі пайдаланылады Қоршаған ортаға әсер туралы мәлімдеме автомобиль жолдарының жаңа қозғалысына түрткі болатын жаңа автомобиль жолын немесе жерді пайдалануды өзгертуді қамтитын.

Тарих

Бұл теорияның логикалық негізі блокты қолдану болды Гаусс ауаны ластаушы үшін дисперсия теңдеуі көздер.[1][2] Атмосфераны ластайтын бастапқы нүктелердің бірі шлем дисперсиялық теңдеулерді Босанкет пен Пирсон шығарды[3] 1936 ж. Олардың теңдеуіне ластаушы шламның жердегі шағылысу әсері кірмеген. Сэр Грэм Саттон 1947 жылы ауаны ластайтын түтіктердің дисперсиялық теңдеуін шығарды[4] ол вертикаль үшін Гаусс үлестірілуін қамтыды жел шілтердің дисперсиясы, сондай-ақ шлемнің жердегі шағылысу әсерін ескеру. Бұдан әрі алға жылжуларды Г.А. Бриггс жасады[5] модельді нақтылауда және валидацияда және Д.Б. Тернер[1] компьютерге қажет емес скринингтік есептеулерді қамтитын ыңғайлы жұмыс кітабы үшін.

Майкл Хоган мен Ричард Венти жолдардың ауаның ластануын зерттеуге жақындау үшін сызықтық көздің моделін жасау қажеттілігін ескере отырып, басылымдар сериясындағы нүктелік теңдеуді біріктіру үшін жабық түрдегі шешім шығарды.[6][7]

Автомобиль жолдарының барлық ластау шығарындыларының көзі сарқылған

Әзірге ESL математикалық модель сызық көзі үшін 1970 жылға дейін аяқталды, модельді нақтылау нәтижесінде жолдың беткі қабатын көлденеңінен шығаратын «жолақ көзі» пайда болды. Бұл теорияның ізашары болар еді аудан көзі дисперсиялық модельдер. Бірақ олардың назары автомобиль жолдарын модельдеу болды, сондықтан олар а дамуын жалғастырды компьютерлік модель командаға атмосфералық физика және спутниктік траекторияны есептеу саласындағы бағдарламашы Леда Патморды қосу арқылы. Компьютердің жұмыс істейтін моделі 1970 жылдың аяғына дейін шығарылды; содан кейін модель қозғалысқа бағытталған көміртегі оксиді өрісін өлшеу арқылы калибрленді АҚШ 101-маршрут жылы Саннивал, Калифорния.

ESL моделі АҚШ-тан мақұлдау алды Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) жолдың нақты сынақтарын қолдана отырып, модельді растауға арналған негізгі грант түрінде газ күкірт гексафторидінің дисперсиясы. Бұл газ табиғи немесе автокөлік шығарындыларында пайда болмайтындықтан таңдалды және мұндай дисперсиялық зерттеулер үшін ерекше із қалдырады. Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің бір бөлігі модельді енгізу болуы мүмкін қоғамдық домен. EPA зерттеулері арқылы сәтті растаудан кейін модель көп ұзамай автомобиль жолдары маңындағы ауаның ластану деңгейлерін болжау үшін әртүрлі параметрлерде қолданыла бастады. ESL тобы модельді келесіге қолданды АҚШ 101-маршрут айналма жоба Кловердейл, Калифорния, кеңейту 66. Мемлекетаралық қатынастар арқылы Арлингтон, Вирджиния, кеңейту Нью-Джерси Турнпэйк арқылы Раритан және Шығыс Брунсвик, Нью-Джерси, және бірнеше көлік жобалары Бостон Бостондағы көлік жоспарлауға шолу үшін.

1970 жылдардың басында кем дегенде тағы екі зерттеу тобы автомобиль жолдарының ауа дисперсиясының моделін белсенді түрде дамытатыны белгілі болды: экологиялық зерттеулер мен технологиялар тобы Лексингтон, Массачусетс және Калтранс штаб-пәтері Сакраменто, Калифорния. Caltrans компаниясының Caline моделі кейбір технологияларды ESL Inc тобынан қарызға алды, өйткені Caltrans Кловердейлде және басқа жерлерде модельдерді қолдану бойынша жұмыстардың кейбір бөлігін қаржыландырды және олардың модельдерінің бөліктерін пайдалану құқығы берілді.

Теория

Шексіз сызық көзі үшін алынған шешім:

қайда:

х бақылаушыдан жолға дейінгі қашықтық

ж - бақылаушының биіктігі

сен желдің орташа жылдамдығы

α - сілтеме жүйесіне қатысты сызық көзінің көлбеу бұрышы

c және г. желдің көлденең және тік бағыттарының стандартты ауытқуы болып табылады (радианмен өлшенеді).

Бұл теңдеу қателік функциясын (erf) қолдана отырып, жабық түрдегі шешімге біріктірілді және геометриядағы ауытқуларды толық шексіз сызықты, түзу кесіндісін, көтерілген сызықты немесе сегменттерден жасалған доғаны қосу үшін орындауға болады. Кез-келген жағдайда ауаның ластаушы заттарының концентрациясының үш өлшемді контурын есептеп шығаруға болады математикалық модель альтернативті жолдардың жобаларын, ең нашар метеорологиялық болжамдарды немесе әртүрлі қозғалыс жағдайларын зерттеу (мысалы, жүк көлігінің араласуы, флот шығарындыларын бақылау немесе көлік жылдамдығы).

ESL зерттеу тобы сонымен қатар автокөлік жолымен шығарылатын магистральда араластыру аймағын имитациялау үшін вертикаль белдеудің аймақтық тұжырымдамасын енгізу арқылы өздерінің модельдерін кеңейтті. турбуленттілік. Бұл модель 1971 жылы расталған және далалық тестілеу деректерімен жақсы корреляция көрсетті.

Модельдің мысалдары

Автомобиль жолдарының дисперсиясын модельдеу сонымен қатар қисық автомобиль жолдары үшін жасалады - Малайзия - Солтүстік-Оңтүстік Экспресс магистралі

Біраз драмалық жағдайларда модельдің бірнеше ерте қолданылуы болды. 1971 жылы Арлингтон коалициясы (ACT) болды талапкер мерзімін ұзартуға байланысты Вирджиния автомобиль жолдары комиссиясына қарсы әрекетте 66. Мемлекетаралық қатынастар арқылы Арлингтон, Вирджиния сотқа шағым түсірген федералдық аудандық сот. ESL моделі ұсынылған автомобиль жолының маңындағы ауа сапасының есептеулерін жасау үшін пайдаланылды. ACT бұл істі АҚШ-тың Төртінші апелляциялық сотының шешімінен кейін жеңіп алды. Сот талапкердің сараптамалық есептеулеріне және ауа сапасының деңгейі қоршаған ортадағы ауа сапасының Федералдық стандарттарын бұзатындығы туралы айғақтарға ерекше назар аударды. Таза ауа туралы заң.

Екінші даулы іс болды Шығыс Брунсвик, Нью-Джерси қайда Нью-Джерсидегі бұрылыс басқармасы Турниктің үлкен кеңеюін жоспарлады. Автомобиль жолдарының дисперсиялық моделі қайтадан тұрғын үйлер, мектептер мен саябақтар үшін ауаның ластану деңгейін болжау үшін қолданылды. ESL моделінің нәтижелері көрсетілген Жоғарғы Сотта алғашқы сот отырысынан кейін судья Турнпайк әкімшілігіне талапкермен, Шығыс Брунсвиктің алаңдаушылық білдіретін азаматтарымен келіссөздер жүргізуге және жағымсыз әсерлер үшін ауа сапасын азайтуды әзірлеуге бұйрық берді. Turnpike Authority ERT-ті өзінің сарапшысы ретінде қабылдады және екі зерттеу тобы жаңадан құрылған автомобиль жолдарының ауа дисперсиясының үлгілерін қолдана отырып, осы жағдайды реттеу туралы келіссөздер жүргізді.

Соңғы модельдік нақтылау

CALINE3 моделі - салыстырмалы түрде асқынбаған жерлерде орналасқан автомобиль жолдарынан төмен қарай рецепторлық орындардағы ауаның ластану концентрациясын анықтауға арналған тұрақты Гаусс дисперсиясының моделі. CALINE3 неғұрлым жетілген CAL3QHC және CAL3QHCR модельдеріне енгізілген. CALINE3 өзінің қолданушылық сипатына және үкіметтік ортада алға жылжуына байланысты кең таралған, бірақ ол Hogan-Venti бастапқы моделінде қарастырылған істердің күрделілігін талдауға жетіспейді. CAL3QHC және CAL3QHCR модельдері Фортран бағдарламалау тілі. Олардың бөлшектерді немесе модельдеу нұсқалары бар көміртегі тотығы, және сигнализацияланған қиылыстардағы кезек трафикті модельдеу алгоритмдерін қосыңыз [1].

Сонымен қатар, тұрақты емес лагранжды пуф алгоритмдерін қолданатын тағы бірнеше модельдер жасалды. The HYROAD арқылы дисперсиялық модель жасалды Ұлттық кооперативті автомобиль жолдарын зерттеу бағдарламасы Келіңіздер Жоба 25-06, ROADWAY-2 моделінің қатпарлы және тұрақты күйдегі алгоритмдерін қамтиды (Рао және басқалар, 2002)[өлі сілтеме ].

The ТРАКСИМ моделі 2004 жылы PhD диссертациясының бөлігі ретінде, қолдауымен жасалған АҚШ көлік министрлігі Келіңіздер Volpe ұлттық көлік жүйелері орталығы Ауаның сапасы. Модель тұрақсыз күйдегі Гаусс пуф алгоритмімен динамикалық көлік құралын қамтиды. HYROAD-тан айырмашылығы, TRAQSIM траффикті модельдеуді, секундына секунды модальды шығарындыларды және Гаусстың пуф дисперсиясын жеке көлік құралдарын дискретті қозғалмалы көздер ретінде модельдейтін толық интеграцияланған жүйеге (шынайы имитация) біріктіреді. TRAQSIM қазіргі CALINE3 және CAL3QHC реттеуші модельдерінің ізбасары болу үшін келесі буын моделі ретінде жасалған. TRAQSIM-ді дамытудың келесі кезеңі - қатты бөлшектердің (ПМ) және қауіпті ауаны ластайтын заттардың (ГАП) дисперсиясын модельдеу әдістерін енгізу.

Күрделі қалалық мәселелерді шешетін бірнеше модельдер әзірленді метеорология нәтижесінде пайда болды қалалық каньондар және автомобиль жолдарының конфигурациясы. Мұндай модельдің алғашқы дамуы (1968-1970 жж.) Нью-Йоркпен бірге АҚШ-тың қоршаған ортаны қорғау министрлігінің ауаның ластануын бақылау басқармасы болды.[8] Модель сәтті қолданылды Spadina Expressway Торонтода Нью-Йорк қалалық әуе ресурстар департаментінің Джек Фенстерсток.[9][10] Басқа мысалдарға Тернер-Фэйрбанк автомобиль жолдарын зерттеу орталығы Келіңіздер[11] Canyon Plume Box моделі,[12] енді 3-нұсқада (CPB-3) Ұлттық экологиялық зерттеу институты Данияның Ластанудың жедел моделі (OSPM), және МИКРО-КАЛГРИД модель, ол фотохимияны қамтиды, бұл негізгі және қосалқы түрлерді модельдеуге мүмкіндік береді. Корнелл университеті CTAG автокөлік тудыратын турбуленттілікті (VIT) шешетін модель, жолдан туындаған турбуленттілік (RIT),[13] химиялық трансформация ағынның турбулентті реакциялық модельдерін қолданатын ауаны ластайтын заттардың аэрозольді динамикасы. Сипаттау үшін CTAG моделі де қолданылған автомобиль жолдарын салу орталары және әсерін зерттеу өсімдік жамылғысының кедергілері жолға жақын ауаның ластануы туралы.

Сот істеріндегі соңғы өтініштер

Денсаулық сақтау саласындағы соңғы әдебиеттер, негізгі жолдардың маңындағы тұрғындардың денсаулығының бірнеше жағымсыз нәтижелерінің жоғарылауымен бетпе-бет келетінін көрсететін, көлік агенттіктерінің жаңа және кеңейтілген автомобиль жолдарының, автобус терминалдарының, жүк көліктерінің аялдамалары мен автомобиль жолдарының әсерін сипаттау үшін автомобиль жолдарының әуе дисперсиясының үлгілерін пайдалану жауапкершілігі туралы заңды дауларды тудырды. басқа көздер.

Жақында Сьерра клубы Невада сот ісін сотқа берді Невада көлік департаменті және Федералды автомобиль жолдары әкімшілігі кеңеюінің әсерін бағалай алмағаны үшін Лас-Вегастағы АҚШ-тың 95-бағыты ауаның сапасы туралы.[2] Сьерра клубы бұл қосымша деп мәлімдеді Қоршаған ортаға әсер туралы мәлімдеме жаңа автокөлік құралдарының қозғалысынан шығатын ауаны ластайтын заттар мен қатты бөлшектердің шығуын ескеру үшін шығарылуы керек. Талапкерлер модельдеу құралдары қол жетімді, оның ішінде Қоршаған ортаны қорғау агенттігі MOBILE6.2 моделі, дисперсиялық CALINE3 моделі және басқа да тиісті модельдер. Айыпталушылар АҚШ-тың аудандық сотында судья Филипп Проға қарасты жеңіске жетті, ол агенттіктердің қолда бар модельдеу құралдарының жоқтығына қатысты техникалық дәлелдеріне қарамастан, көлік агенттіктері «ерікті және қыңыр» емес әрекет етті деген шешім шығарды. ғылыми журналдарда жарияланған (мысалы, Korenstein and Piazza, Journal of Environmental Health, 2002) қаралған зерттеулердің саны. Апелляциялық шағым бойынша АҚШ-тың тоғызыншы тізбегі, апелляциялық сот соттың соңғы шешімі шыққанға дейін тас жолдағы жаңа құрылыста қалды. Сьерра клубы мен айыпталушылар соттан тыс шешімге келіп, АҚШ-тың 95-маршрутының ауа сапасына жақын мектептерге әсерін зерттеу бағдарламасын құрды.

Бірқатар басқа да атышулы жағдайлар экологиялық топтарды дисперсиялық модельдеуді жаңа көлік жобаларының ауа сапасына жақын елді мекендерге әсерін бағалау үшін қолдануға шақыруға мәжбүр етті, бірақ бүгінгі күнге дейін мемлекеттік көлік агенттіктері мен Федералды автомобиль жолдары басқармасы ешқандай құралдар жоқ деп мәлімдеді EPA-ның нормативтік әуе модельдерін қолдау орталығы (SCRAM) арқылы қол жетімді модельдер мен нұсқаулықтарға қарамастан қол жетімді.[3]

Істердің арасында даулы мәселелердің қатарында Детройт Интермодаль жүк терминалы және Детройт өзенінің халықаралық өткелі (Мичиган, АҚШ), және кеңейту Денвердегі мемлекетаралық 70 шығыс (Колорадо, АҚШ).

Осы жағдайлардың барлығында қауымдастық ұйымдары модельдеу құралдары бар деп мәлімдеді, бірақ тасымалдауды жоспарлау агенттіктері барлық қадамдарда тым үлкен сенімсіздік бар деп мәлімдеді. Қоғамдық ұйымдардың басты алаңдаушылығы - бұл көлік агенттіктерінің ауа сапасын талдау кезінде төзуге дайын болатын белгісіздік деңгейін анықтағысы келмеуі болды, бұл ауа райымен салыстырғанда Қоршаған ортаны қорғау агенттігі модельді пайдалану кезінде белгісіздік пен дәлдікке бағытталған ауа сапасы модельдері жөніндегі нұсқаулық.[4]

Сондай-ақ қараңыз

Пайдаланылған әдебиеттер

  1. ^ а б Тернер, Д.Б. (1994). Атмосфералық дисперсияны бағалау бойынша жұмыс кітабы: дисперсті модельдеуге кіріспе (2-ші басылым). CRC Press. ISBN  978-1-56670-023-8. www.crcpress.com Мұрағатталды 5 қараша, 2007 ж Wayback Machine
  2. ^ Бейчок, М.Р. (2005). Үйінді газ дисперсиясының негіздері (4-ші басылым). авторлық-жарияланған. ISBN  978-0-9644588-0-2. www.air-dispersion.com Мұрағатталды 16 желтоқсан 2014 ж., Сағ Wayback Machine
  3. ^ C.H. Босанкет және Дж.Л.Пирсон, «Түтіннен шыққан түтін мен газдардың таралуы», Транс. Фарадей Сок., 32: 1249, 1936
  4. ^ О.Г. Саттон, «Зауыттық мұржалардан ауамен ластанудың теориялық таралуы», QJRMS, 73: 426, 1947
  5. ^ Г.А. Бриггс, Бақылаумен салыстырғанда плюм өсу моделі, JAPCA, 15: 433-438, 1965
  6. ^ Майкл Хоган, Сызықтық көзден атмосфералық диффузияның теориялық негіздері, ESL Inc., Экологиялық жүйелер зертханасы, жарияланым IR-29, Саннивал, Калифорния, 4 мамыр, 1968 ж
  7. ^ Ричард Дж. Венти, Жол көздеріне арналған атмосфералық диффузиялық модельдер, ESL Inc., Экологиялық жүйелер зертханасы, ET-22 басылымы, Саннивал, Калифорния, 5 қазан 1970 ж.
  8. ^ Fensterstock, J.C. және басқалар, «Қоршаған ортаны жоспарлау арқылы ауаның ластану әлеуетін төмендету», JAPCA, 21-том, №7, 1971.
  9. ^ Globe and Mail, 1971-01-21, Джеймс Маккензи, «Ластануы Нью-Йорктегіден нашар деп болжанған», Торонто.
  10. ^ Globe and Mail, 1971-01-22, Джеймс Маккензи, «Қазіргі Спадинада моноксид деңгейі қауіпсіз, дейді сарапшы OMB», Торонто.
  11. ^ Тернер-Фэйрбанк автомобиль жолдарын зерттеу орталығы Мұрағатталды 2010 жылдың 18 желтоқсанында, сағ Wayback Machine
  12. ^ Canyon Plume Box моделі Мұрағатталды 2010 жылдың 27 мамыры, сағ Wayback Machine
  13. ^ Ю.Ванг және Чжан, К.М., «Сұйықтықтың есептік динамикасы (CFD) моделін қолдана отырып жол маңындағы ауа сапасын модельдеу», ES&T, 43: 7778-7783, 2009

Сыртқы сілтемелер