X. Метод расчета долгопериодных средних концентраций ЗВ в атмосферном воздухе

10.1. Расчет поля долгопериодных средних концентраций ЗВ от одиночного точечного источника выброса.

10.1.1. Для расчета поля долгопериодных средних концентраций от одиночного точечного источника выброса значения осредненной мощности M выброса ЗВ, осредненной скорости w₀ выхода ГВС из устья источника и ее вертикальной составляющей w_s, объемного расхода V₁ ГВС и осредненного перегрева ГВС относительно окружающего атмосферного воздуха определяются в соответствии с методиками расчета выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух стационарными источниками <10>. В случае отсутствия в указанных методиках необходимых сведений, практические расчеты по формулам, приведенным в главе X настоящих Методов, в соответствующих отраслях не производятся.

--------------------------------

<10> Правила разработки и утверждения методик расчета выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух стационарными источниками, утвержденные постановлением Правительства Российской Федерации от 16.05.2016 N 422 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2016, N 21, ст. 3018).

Другие параметры выброса определяются так же, как при расчете максимальных разовых концентраций ЗВ (пункт 5.2 настоящих Методов).

10.1.2. Для источников выбросов с постоянными в течение рассматриваемого периода времени параметрами выброса долгопериодные средние приземные концентрации C ЗВ определяются по формуле (109):

(109)

где r_р и - полярные координаты расчетной точки относительно источника выброса;

- функция, характеризующая угловое распределение концентрации ЗВ, которая выражается через розу ветров для рассматриваемого периода времени (подпункт 10.2.2 настоящих Методов).

Функция вычисляется по формуле (110):

, (110)

где u - скорость ветра на уровне флюгера (z_ф = 10 м), м/с;

- безразмерный параметр, характеризующий условия турбулентного перемешивания, рассчитываемый по формуле (111);

p₂(u) и - соответствующие рассматриваемому периоду времени плотности вероятностей параметров u и (пункт 10.2 настоящих Методов);

- подынтегральная функция, формулы для определения которой с учетом влияния рельефа местности и застройки приведены в пункте 10.5 настоящих Методов.

H_е - эффективная высота источника выброса, определяемая согласно пункту 10.1.3 настоящих Методов, м.

, (111)

где K₁ - коэффициент вертикального турбулентного обмена на уровне z₁ = 1 м, м²/с;

u₁ - скорость ветра на уровне z₁ = 1 м, м/с.

Упрощенный метод расчета среднегодовых концентраций, не связанный с использованием указанных плотностей вероятностей, приведен в пункте 10.6 настоящих Методов.

10.1.3. Эффективная высота источника выброса H_е определяется по формуле (112):

, (112)

где - начальный подъем факела, то есть эффективное изменение высоты источника выброса под влиянием начальной скорости и/или перегрева выбрасываемой из источника газовоздушной (пылегазовоздушной) смеси за счет скоростного напора и/или сил плавучести;

Для источника выброса с круглым устьем значение устанавливается в зависимости от u, и параметров выброса, по которым рассчитываются вспомогательные величины F_m, м⁴/с², и F_b, м⁴/с³:

, (113а)

, (113б)

где T_а - средняя абсолютная температура атмосферного воздуха в Кельвинах за рассматриваемый период времени;

g = 9,81 м/с².

Температура T_а определяется по формуле T_а = 273 + t_а, где t_а, °C - средняя температура атмосферного воздуха за период времени, использованный при определении функций , p₂(u) и (подпункт 10.2.1 настоящих Методов). При расчетах допускается использовать постоянное значение T_а, равное 283 K.

При выполнении неравенства °C расчет производится для .

При начальный подъем факела определяется по формуле (114а):

, (114а)

где

. (114б)

При значение вычисляется как минимальное из значений и . При этом определяется на основе следующего алгоритма:

а) Величина S' принимается равной 6,7 · 10^-4 с^-2 при и 1,17 · 10^-3 с^-2 при ;

б) Для источников выбросов высотой H > 10 м определяется скорость ветра u_H:

u_H = u · [0,6667 + 0,1448 · ln(H)]; (115)

при H < 10 м полагается u_H = u;

в) Вычисляется значение по формуле (116а):

; (116а)

г) При значение определяется по формуле (116б):

; (116б)

д) При значение находится по формуле (116в):

. (116в)

Если источник выброса оборудован специальным укрытием или выброс из источника осуществляется в горизонтальном направлении, то в формулах (114б) и (116в) F_m = 0.

Для источников выбросов с прямоугольным устьем расчет проводится по приведенным выше формулам с использованием эффективного диаметра устья источника D_э, м, и соответствующего эффективного объемного расхода ГВС V_1э, м³/с, которые определяются по формулам (31) - (33).

10.1.4. Для источников выбросов, параметры выброса которых изменяются в течение рассматриваемого периода времени более, чем на 10%, расчет долгопериодных средних концентраций ЗВ производится по одному из алгоритмов, приведенных в подпунктах 10.1.4.1 - 10.1.4.3 настоящих Методов.

10.1.4.1. Для источника выброса, мощность выброса которого определяется метеорологическими параметрами u и (например, для пылящей поверхности), вычисляется по формуле (117):

(117)

где - функция, характеризующая изменчивость мощности выбросов в зависимости от метеорологических параметров u и по отношению к ее характерному (например, среднему) значению М.

10.1.4.2. Для источников, параметры выброса которых не зависят от метеорологических параметров u и , расчет проводится по формулам (109) - (116в). При этом М, V₁, w_s и задаются средними за рассматриваемый период времени значениями в соответствии с пунктом 10.1 настоящих Методов.

10.1.4.3. В общем случае для источника с переменными параметрами выброса рассматриваемый период времени разбивается на непересекающиеся интервалы, каждый из которых соответствует изменяющимся в пределах 10% значениям этих параметров. Для каждого из указанных интервалов продолжительностью с использованием соответствующих этому интервалу функций , p₂(u) и (пункт 10.2 настоящих Методов) по формулам (109) - (117) определяется средняя концентрация ЗВ, а затем находится средняя за рассматриваемый период времени концентрация ЗВ по формуле (118):

, (118)

где - общая продолжительность рассматриваемого периода времени.

10.1.5. Вычисление интегралов в формулах (110) и (117) проводится по области изменения u и в данной местности за рассматриваемый период времени. При этом допускается использование квадратурных формул, обеспечивающих во всех узлах расчетной сетки относительную погрешность не более 3%.

10.1.6. Расчет долгопериодных средних концентраций ЗВ при наличии данных о коэффициентах трансформации проводится с учетом их частичной трансформации в соответствии с пунктом 4.3 настоящих Методов. Пример расчета долгопериодных средних концентраций для окислов азота приведен в Приложении N 5 к настоящим Методам.

10.2. Учет распределения метеорологических параметров при расчете долгопериодных средних концентраций ЗВ в атмосферном воздухе.

10.2.1. При расчете долгопериодных средних концентраций ЗВ изменчивость во времени метеорологических параметров характеризуется функциями , p₂(u) и .

При вычислении средних концентраций ЗВ для конкретного интервала времени используются выборочные оценки указанных функций по данным измерений в течение этого интервала времени.

При вычислении математического ожидания и максимальных значений (по пункту 10.4 настоящих Методов) долгопериодных средних концентраций ЗВ используются климатические данные, указанные в пункте 4.6 настоящих Методов (в случае их наличия), или выборочные оценки указанных функций, полученные для рассматриваемого периода времени по ряду наблюдений продолжительностью не менее пяти лет.

Для приближенных оценок функций , p₂(u) и допускается использование данных наблюдений продолжительностью не менее трех лет.

Требования к расчету максимальных значений долгопериодных средних концентраций ЗВ в атмосферном воздухе, в том числе по учету межгодовой изменчивости, изложены в пункте 10.4 настоящих Методов.

10.2.2. Функция определяется по розе ветров P_j, соответствующей рассматриваемому интервалу времени. При этом повторяемость штилей P₀ исключается из рассмотрения, а повторяемости румбов P_j (j = 1, 2, 3..) нормируются по формуле (119):

. (119)

Значения определяются таким образом, чтобы выполнялись условия:

, (120)

где - полуширина румба.

Середине румба j соответствует отличающееся от направления ветра на 180° направление факела . Внутри каждого румба функция аппроксимируется полиномом второго порядка, коэффициенты которого находятся из формулы (120) и условий непрерывности при переходе через границы румбов.

При аппроксимации функции должно быть выполнено условие .

10.2.3. Выборочная оценка плотностей вероятности и p₂(u) проводится по данным регулярных наблюдений за направлением и скоростью ветра на уровне флюгера (около 10 м над подстилающей поверхностью), выполненных на репрезентативной для рассматриваемой местности метеостанции.

При расчетах долгопериодных средних концентраций ЗВ на территории города должны использоваться данные наблюдений на загородных метеостанциях или на таких городских метеостанциях, ветровой режим которых не подвержен влиянию застройки.

10.2.4. Для выборочной оценки плотности вероятностей используются данные регулярных срочных наблюдений за основными метеорологическими элементами (температурой и влажностью атмосферного воздуха, скоростью ветра), производимых одновременно на нескольких высотах в приземном слое атмосферного воздуха (далее - градиентные наблюдения) на теплобалансовых станциях. При этом значения , используемые при оценке , определяются по формуле (121):

, (121)

где K₁ - значение коэффициента вертикального турбулентного обмена за указанные сроки наблюдений на уровне z₁ = 1 м, м²/с;

u₂ - измеренная в рассматриваемый срок наблюдения скорость ветра на уровне z = 2 м, м/с.

При отсутствии данных градиентных наблюдений значения функции могут быть получены по запросу в территориальных органах Росгидромета, либо в организациях, имеющих лицензию на осуществление деятельности в области гидрометеорологии и в смежных с ней областях (за исключением указанной деятельности, осуществляемой в ходе инженерных изысканий, выполняемых для подготовки проектной документации, строительства, реконструкции объектов капитального строительства).

10.3. Расчет долгопериодных средних концентраций ЗВ от группы точечных, линейных и площадных источников загрязнения атмосферного воздуха

10.3.1. Долгопериодная средняя концентрация ЗВ C при наличии N источников выбросов определяется как сумма долгопериодных средних концентраций ЗВ от отдельных источников:

C = C₁ + C₂ +... + C_N, (122)

где C₁, C₂,..., C_N - концентрации ЗВ соответственно от первого, второго, N-го источника в рассматриваемой расчетной точке.

Концентрации C₁, C₂,..., C_N ЗВ могут соответствовать точечным, линейным и площадным источникам выбросов.

В случае, когда имеются неучтенные источники выброса того же ЗВ (глава XI настоящих Методов), в правую часть формулы (122) добавляется слагаемое C'_Ф, характеризующее фоновое загрязнение атмосферного воздуха от неучтенных источников выброса.

10.3.2. Долгопериодная средняя концентрация C_l ЗВ от линейного источника выброса, расположенного вдоль отрезка l длиной L, рассчитывается по формуле (123):

, (123)

где C(x, y) - концентрация ЗВ, создаваемая в расчетной точке (x, y) точечным источником выброса, находящимся в точке отрезка l, интеграл в формуле (123) вычисляется вдоль этого отрезка. Подынтегральная функция в формуле (123) вычисляется по формулам, приведенным в пункте 10.1 настоящих Методов.

При расчетах для аэрационного фонаря подынтегральная функция в формуле (123) рассчитывается с использованием суммарного выброса из фонаря и эффективного диаметра, определяемого по формуле (37).

Погрешность численного интегрирования при расчете концентраций ЗВ от линейных источников выброса во всех расчетных точках по формуле (123) не должна превышать 3%.

Точки линейного источника выброса, принадлежащие отрезку l, определяются из условия, что в декартовой системе координат с началом в расчетной точке и осью x, ориентированной по направлению ветра, их абсциссы отрицательны.

Для линейного источника, мощность выброса от которого изменяется вдоль отрезка l, подынтегральная функция в формуле (123) умножается на функцию , характеризующую изменение мощности выброса вдоль рассматриваемого источника по отношению к ее характерному значению, применяемому при расчете C. Учет изменения мощности выброса осуществляется и конкретный вид функции задается при наличии утвержденной в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, методики расчета выбросов ЗВ в атмосферный воздух стационарными источниками для рассматриваемого производства <11>. В случае отсутствия соответствующей методики, учет изменения мощности выброса не осуществляется.

--------------------------------

<11> Правила разработки и утверждения методик расчета выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух стационарными источниками, утвержденные постановлением Правительства Российской Федерации от 16.05.2016 N 422 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2016, N 21, ст. 3018).

10.3.3. Долгопериодная средняя концентрация C_s (x, y) ЗВ от площадного источника выброса, занимающего область S площадью S_П, рассчитывается по формуле (124):

, (124)

где C(x, y) - осредненная за этот период времени концентрация ЗВ, создаваемая в расчетной точке (x, y) точечным источником выброса, находящимся в точке области S_П, по которой вычисляется интеграл.

Типы источников выбросов, которые могут аппроксимироваться площадными источниками, перечислены в пункте 8.8 настоящих Методов.

Подынтегральная функция в формуле (124) вычисляется по формулам, приведенным в пункте 10.1 настоящих Методов, с использованием суммарного выброса от всего площадного источника.

Для площадного источника, мощность выброса которого изменяется от точки к точке, подынтегральную функцию в формуле (124) следует умножить на функцию , характеризующую изменение удельной мощности выброса в точках рассматриваемого источника по отношению к ее характерному значению, применяемому при расчете C. Учет изменения мощности выброса осуществляется и конкретный вид функции задается при наличии утвержденной в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, методики расчета выбросов ЗВ в атмосферный воздух стационарными источниками для рассматриваемого производства <12>. В случае отсутствия соответствующей методики, учет изменения мощности выброса не осуществляется.

--------------------------------

<12> Правила разработки и утверждения методик расчета выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух стационарными источниками, утвержденные постановлением Правительства Российской Федерации от 16.05.2016 N 422 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2016, N 21, ст. 3018).

Таким же образом с заменой в формуле (124) двойного интеграла на тройной (аналогично формуле (64) проводится расчет среднегодовых концентраций от объемного источника выброса.

Применяемые алгоритмы интегрирования должны обеспечивать вычисление концентраций ЗВ во всех расчетных точках с погрешностью не более 3%.

10.3.4. Требования к шагам расчетной сетки и общему количеству ее узлов принимаются в соответствии с пунктом 8.10 настоящих Методов.

10.4. Расчет максимальных значений долгопериодных средних концентраций ЗВ в атмосферном воздухе.

10.4.1. Максимальные значения долгопериодных средних концентраций C_MAX ЗВ вычисляются по формуле (125):

C_MAX = (1 + V_C) · C, (125)

где C - осредненные концентрации ЗВ, относящиеся к средним за рассматриваемый период времени метеорологическим условиям согласно пункту 10.2 настоящих Методов;

V_C - соответствующий коэффициент вариации.

10.4.2 Значение V_C определяется по формуле (126):

, (126)

где - стандартное отклонение долгопериодных средних концентраций ЗВ.

Значения должны определяться в каждом узле сетки по значениям долгопериодной средней концентрации ЗВ, рассчитанным для не менее, чем пяти последовательных лет.

При наличии данных систематического мониторинга загрязнения атмосферного воздуха допускается определение V_C по экспериментальным данным на основе не менее, чем пятилетнего ряда наблюдений за рассматриваемым ЗВ. При этом коэффициенты вариации должны рассчитываться для каждого поста наблюдений в отдельности. В качестве V_C должно приниматься максимальное из рассчитанных значений.

При расчете среднегодовых концентраций ЗВ в случае отсутствия необходимой исходной информации для расчета стандартного отклонения в формуле (126) и данных мониторинга загрязнения атмосферного воздуха допускается определять C_MAX по формуле (125) при V_C = 0,5.

10.5. Расчетные формулы для определения подынтегральных функций

10.5.1. Подынтегральные функции в формулах (110) и (117) вычисляются с использованием вспомогательной функции G:

, (127)

где ;

- определяемый по формуле (41) безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

H_е - определяется согласно подпункту 10.1.3 настоящих Методов;

, (128а)

, (128б)

, (129)

(130)

, (131)

, (132а)

. (132б)

Значение h в формуле (129) находится из соотношения:

, (133а)

, (133б)

где t_зв = 530 с.

10.5.2. Долгопериодная средняя концентрация нерастворимых ЗВ или концентрация растворимых ЗВ, осредненная за период времени, в который отсутствовали осадки, согласно подпункту 10.5.3 настоящих Методов, определяется с использованием подынтегральной функции q₀ (то есть q_i при i = 0):

q₀ = G + G₁ + G₂ + G₃ + G₄ при H_е 10 h, (134а)

q₀ = 0 при H_е > 10 h, (134б)

где вспомогательная функция G определена по формуле (127), а параметры G₁ - G₄ вычисляются по формуле (127) при замене H_е на 20 · h - H_е, 20 · h + H_е, 40 · h - H_е и 40 · h + H_е, соответственно.

10.5.3. Для периодов времени с осадками подынтегральная функция q₁ (то есть q_i при i = 1) вычисляется по формуле (135):

. (135)

Значение R_р вычисляется по формуле (136):

, (136)

где I - средняя интенсивность осадков за рассматриваемый период времени, мм/ч;

, с^-1 - коэффициент вымывания рассматриваемого ЗВ твердыми либо жидкими осадками интенсивностью I₀ = 1 мм/ч.

Коэффициент вымывания зависит от физико-химических свойств и дисперсного состава вымываемого ЗВ. Для мелкодисперсного аэрозоля диаметром не более 10 мкм и для диоксида серы в расчетах коэффициент вымывания следует принимать равным 1,3 · 10^-5 с^-1. По остальным ЗВ устанавливаются с использованием данных натурных и лабораторных экспериментов по определению характеристик вымывания этих ЗВ в атмосфере.

В случае, когда значения не установлены, для растворимых ЗВ допускается вычисление q₁ по формулам (137а) - (137б):

q₁ = q₀ при I I_в, (137а)

q₁ = 0 при I > I_в, (137б)

где I_в = 0,17 мм/ч.

При этом для растворимых ЗВ функции распределения , p₂(u) и оцениваются для части интервала времени, соответствующей отсутствию осадков, а долгопериодные средние концентрации ЗВ вычисляются по формуле (118), в которой при наличии осадков принимается .

10.5.4. Влияние рельефа местности на поле долгопериодных средних концентраций ЗВ учитывается с помощью безразмерного коэффициента влияния рельефа . Этот коэффициент определяется согласно главе VII настоящих Методов для сечений рельефа местности, соответствующих 8 направлениям оси факела вдоль середины румбов, которые использованы при определении функции по формулам, приведенным в пункте 10.2 настоящих Методов. Для промежуточных направлений значение устанавливается с помощью линейной интерполяции.

При наличии в окрестности источника выброса выраженной формы рельефа, указанной в пункте 7.3 настоящих Методов, оказывающей наибольшее влияние на распределение концентраций ЗВ, рекомендуется отсчет направлений оси факела производить таким образом, чтобы одно из них совпало с направлением от источника на соответствующую форму рельефа.

При расчете максимальных значений долгопериодных средних концентраций ЗВ допускается задавать единое значение поправки на рельеф , соответствующее наибольшему , причем максимум определяется по всем возможным сечениям рельефа местности осью факела рассматриваемого источника выброса.

10.5.5. Влияние застройки учитывается в соответствии с главой IX настоящих Методов. При этом в качестве масштаба длины x_м используется коэффициент r_м0, вычисленный по формуле (131), а построение объединенных ветровых теней для группы зданий проводится с учетом не более одного определяющего здания с наветренной и подветренной стороны.

10.5.6. При необходимости проведения расчета распространения ЗВ от автомагистрали вспомогательную функцию G в формулах (127), (134а) следует умножить на коэффициент s_Н:

, (138а)

, (138б)

где

. (139)

Использование формул (138а), (138б) и (139) соответствует аппроксимации автомагистрали в виде объемного источника выброса высотой 2 м.

10.5.7. Расчет по формулам (127) - (132б) при проводится для расстояний r_р, удовлетворяющих условию (140а - 140б):

, (140а)

где

. (140б)

Для расстояний, не удовлетворяющих этому условию, в формулах (127) и (10.24а), (10.24б) принимается = 1.

10.5.8. При расчете долгопериодных средних концентраций мелкодисперсных аэрозолей, для которых в соответствии с пунктом 5.6 настоящих Методов принято F > 1, правую часть формулы (127) следует умножить на безразмерный коэффициент , который вычисляется по формуле (141):

, (141)

где (с/м) - вспомогательный параметр, определяемый по таблице 1 в зависимости от параметра F, установленного согласно пункту 5.6 настоящих Методов;