Z HLEDISKA NOVÉ METODIKY SYMOS 97

Transkript

1 Autor Organizace Název textu RNDr. Jiří Bubník Český hydrometeorologický ústav Problémy interpretace výsledků modelových výpočtů znečištění ovzduší z hlediska nové metodiky SYMOS 97 BK7 - Specializované modelové systémy Blok Datum Červen 2001 Poznámka Text neprošel redakční ani jazykovou úpravou

2 PROBLÉMY INTERPRETACE VÝSLEDKŮ MODELOVÝCH VÝPOČTŮ ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ Z HLEDISKA NOVÉ METODIKY SYMOS ÚVOD Každý model nějakým způsobem zjednodušuje skutečný stav a skutečné fyzikální pochody v atmosféře. V důsledku toho jsou vypočtené hodnoty jen modelovým přiblížením ke skutečnosti, zvláště pokud se jedná o absolutní hodnoty koncentrací. Pokud je převedeme na relativní čísla, pak jejich vypovídací schopnost podstatně vzrůstá. Problémem co největšího přiblížení ke skutečnosti nejsou jen odborné problémy s modelováním procesů v atmosféře, ale též problémy se stanovováním vstupních dat potřebných pro výpočet a s jejich přesností. Proto si v dalším mimo jiné i všimneme některých vybraných problémů, které buď vůbec neumíme zahrnout do modelů nebo jen velmi zjednodušeně. 2. VYBRANÉ PROBLÉMY INTERPRETACE VÝSLEDKŮ VÝPOČTŮ 2.1. CHARAKTERISTIKY ZDROJŮ. Vlivů, které více méně ovlivňují výsledné charakteristiky znečištění ovzduší, je mnoho. Jedním z nich je stanovení vstupních dat o zdrojích. Praxe ukázala, že není dobré je stanovovat na základě měření na zdrojích. Ta totiž - pokud nejsou kontinuální - odpovídají okamžitému stavu a výkonu zdroje, který nemusí být a většinou ani neodpovídají předepsanému průměrnému nebo maximálnímu výkonu. Při stanovování emisí hlavních znečišťujících látek dosahujeme lepších výsledků na základě použití emisních faktorů a spotřeby paliva, která může být stanovena poměrně přesně. Dalším podkladem jsou jakostní znaky paliva. U velkých zdrojů, které provádí pravidelně jejich analýzu, lze uváděné jakostní znaky paliva považovat (z hlediska vstupů do rozptylových studií) za směrodatné. Pro ostatní zdroje, kdy jsme nuceni brát více méně tabulkové hodnoty, není přesnost stanovení emisí již tak dostačující. Pro látky, u kterých neznáme emisní faktory, musíme používat buď naměřené emise nebo emise zaručené výrobcem. Stanovení tepelné vydatnosti je velmi problematické. Základním vzorcem je termodynamický vzorec pro výpočet tepla. Pro jeho použití potřebujeme znát teplotu spalin a objemový tok spalin resp. též vnitřní průřez koruny komína a výstupní 2

3 rychlost spalin v koruně komína. Stanovení všech těchto hodnot je problematické a velmi nepřesné. S podivem se to týká i stanovení vnitřního průřezu komína, který by měl být znám alespoň ze základní projektové dokumentace. Ta však ve většině případů není k dispozici. Tento nedostatek ve stanovování vstupních dat se dokonce týká i stavební výšky komína, která též není v některých případech starších komínů dostatečně známá. Stanovení tepelné vydatnosti tímto způsobem je sice po stránce fyzikální přesné, ale vzhledem k nepřesnostem stanovení vstupních dat velmi problematické. Lze jej použít pouze u projektovaných zdrojů, ale ne u stávajících. U stávajících zdrojů je lépe vycházet z empirických vzorců, které jsou uvedeny v metodice. Pokud zdroje jsou jiného typu než v metodice uvedené, musíme použít základní termodynamický vzorec. V případě empirických vzorců potřebujeme znát spotřebu paliva a jeho výhřevnost. Jejich stanovení je zajisté přesnější než stanovení teploty spalin, výstupní rychlosti spalin, vnitřního průměru komína apod., které jsou v nové metodice potřeba a v registru REZZO jsou uváděny ve velkých intervalech jejich hodnot. To v konečném výsledku výpočtu tepelné vydatnosti může způsobit i několikanásobné rozdíly v jejich velikostech. V termodynamickém vzorci je teplo (pro nás tepelná vydatnost) přímo úměrné velikosti teploty, velikosti objemového toku spalin, tedy i přímo úměrné výstupní rychlosti spalin. Kolikrát se změní jeden výše vyjmenovaný faktor, tolikrát se změní i tepelná vydatnost. Tato velká citlivost tepelné vydatnost na vstupních datech je poněkud ztlumena skutečností, že do vzorce pro výpočet převýšení vlečky vstupuje v třetí resp. 1,43 odmocnině. Situace je však komplikovanější. Na změnu velikosti převýšení je výpočtová rovnice pro koncentrace v menších vzdálenostech dosti citlivá. Ve větších vzdálenostech však naopak na výšce osy vlečky již tak nezáleží. Je to logické, neboť ve velkých vzdálenostech již dochází k promíchaní vlečky v celé směšovací vrstvě, ve stabilních třídách ve větších vzdálenostech (nad 300 km) než v labilních třídách (nad 5 km), v normální třídě stability nad 20 km. Rozdíl je pouze v tom, je-li zdroj velmi nízký (cca 20 m) nebo velmi vysoký (cca 300 m). U spalovacích procesů je stanovení tepelné vydatnosti na základě empirických vzorců dostatečně přesný, ale pro technologie naopak značně nepřesný, přičemž analogické empirické vzorce nejsou k dispozici. Podobně u liniových zdrojů dochází ke zkreslení vypočtených koncentrací důsledku různých velikostí emisních faktorů, které každý autor rozptylové studie používá podle jeho možností přístupu k podkladovým materiálům. Hodnoty koncentrací od liniových zdrojů, zvláště v malých vzdálenostech od něho, jsou též ovlivňovány velikostí podrobných úseků, na které byla silnice rozdělena. V neposlední 3

4 řadě jde též o nepřesný odhad výšky, do které se mohou exhalace dostat v důsledku turbulence způsobené vlastním provozem na silnici. Ta závisí na rychlosti provozu a na množství aut, které po silnici jezdí METEOROLOGICKÉ PODMÍNKY Z meteorologických podmínek, které velmi silně ovlivňují rozptyl znečišťujících látek v atmosféře, uvažujeme především stabilitu mezní vrstvy ovzduší a distribuci směrů a rychlostí větru Stabilita mezní vrstvy ovzduší Stabilitní klasifikace podle Bubníka a Koldovského, kterou opět používáme v nové metodice, rozeznává pět tříd stability s rozdílnými rozptylovými podmínkami. Klasifikace zahrnuje tři třídy stabilní, jednu třídu normální a jednu třídu labilní. V I. třídě stability - superstabilní - s vertikálními teplotními gradienty menšími než -1,6 o C/100 m je rozptyl znečišťujících látek v ovzduší velmi malý nebo téměř žádný. Znečišťující látky se i ve viditelné formě šíří na velké vzdálenosti. Koncentrace při zemi jsou nízké a ve vlečce velmi vysoké. Proto ve značně vyvýšených polohách (vzhledem k efektivní výšce komína) jsou v této třídě stability počítány absolutní maxima koncentrací. Pro prach toto tvrzení platí i v rovině (jako důsledek pádové rychlosti částic). V II. třídě stability - stabilní - s vertikálními teplotními gradienty od -1,6 do-0.7 o C/100 m jsou rozptylové podmínky stále nepříznivé, i když lepší než v I. třídě stability. V III. třídě stability - izotermní - s vertikálními teplotními gradienty od -0,6 do +0,5 o C/100 m (vertikální teplotní gradient se pohybuje kolem nuly, teplota s výškou se mění jen málo) se rozptylové podmínky vylepšují. Jedná se přechodovou třídu stability mezi stabilními třídami a třídou normální. Ve IV. třídě stability - normální - s vertikálními teplotními gradienty od +0,6 do +0,8 o C/100 m jsou rozptylové podmínky dobré. Tato třída stability se v atmosféře vyskytuje nejčastěji (v rovině a málo nebo mírně zvlněné krajině). Proto se nazývá normální třída. Ve významně zvlněné krajině se však část její četnosti výskytu přesouvá do III. třídy stability. V V. třídě stability - konvektivní - jsou sice nejlepší rozptylové podmínky (vertikální teplotní gradient je větší než +0,8 o C/100 m) ale v důsledku intensivních 4

5 vertikálních konvektivních pohybů se mohou vyskytnou v malých vzdálenostech od zdroje nárazově vysoké koncentrace. Tato typizace předpokládá, že v celé vrstvě, kde dochází k rozptylu znečišťujících látek, je konstantní vertikální teplotní gradient a to již od zemského povrchu. To znamená, že při výpočtu v I. a II. stability předpokládáme, že zdroje exhalují do přízemní inverze (ve III. třídě do izotermie) a že celý rozptyl se děje uvnitř této inverze (ve III. třídě uvnitř izotermie). Z definičních důvodů se mohou v I. třídě stability vyskytnout pouze rychlosti větru menší než 2,5 m.s -1, ve II. a V. třídě stability menší než 5 m.s -1. Ve III. a IV. třídě stability není rychlost větru omezena. Četnost výskytu jednotlivých tříd stability je většinou následující. I.třída stability se vyskytuje s četností 5 až 10 %, II. třída s četností 10 až 25 %, III. třída s četností 25 až 35 %, IV. třída s četností 30 až 40 % a V. třída s četností 5 až 15 %. V rovinatém terénu je největší četnost výskytu ve IV. třídě stability, v kopcovitém terénu vzrůstá četnost výskytu stabilních tříd (I., II.) a V. třída na úkor IV. třídy, ve velmi úzkých údolích i na úkor četností výskytu III. třídy. Výše uvedená tvrzení si vysvětlíme na dvou extrémních případech rozptylových podmínek; v I. a V. třídě stability. Předpokládejme, že se v přízemní vrstvě atmosféry vyskytuje I. třída stability - superstabilní - s nejhoršími rozptylovými podmínkami. To znamená, že vlečka zaujímá malý prostor a šíří se v kuželu o malém úhlu (asi 12 až 8 o ve směru horizontálním a 6 až 2 o ve směru vertikálním). Koncentrace znečišťující látky v kuželu tedy se vzdáleností klesá jen velmi pomalu. Tato situace je schematicky znázorněna na obrázku 1. Lze tedy s jistotou tvrdit, že koncentrace v bodě A bude nulová nebo jen velmi malá a v bodě B, který je umístěn poblíž osy vlečky, bude velmi vysoká. Jiná je situace v V. třídě stability - konvektivní s nejlepšími rozptylovými podmínkami. Situace je znázorněna na obrázku 2. Kužel vlečky se výrazně zvětšil. Úhel ve směru horizontálním činí 36 až 26 o a ve směru vertikálním 40 až 30 o. Rozptyl ve směru vertikálním je v důsledku výskytu vertikálních konventivních a termických proudů větší než ve směru horizontálním. Vzhledem k většímu objemu vzduchu uvnitř vlečky, dojde ke zřeďování spalin ve vlečce a koncentrace v bodě B se zmenší. Ale jelikož bod A se dostal na okraj vlečky, bude v něm vypočtená koncentrace o nějaké hodnotě, i když relativně malé. Celkově lze říci, že nejmenší koncentrace znečišťující látky budou v bodě A v I. třídě stability, poněkud větší budou koncentrace ve stejném bodě v V. třídě stability. 5

6 Ještě větší koncentrace vypočteme v bodě B v V. třídě stability a největší pak v bodě B v I. třídě stability. Bude tedy platit,že AI AV BV BI kde písmena A a B označují koncentrace ve stejnojmenných bodech a indexy označují třídu stability. Uvedené skutečnosti odpovídají realitě. V blízkosti komínů je při výskytu inverze čisto, přičemž vlečka je vidět i ve větších vzdálenostech (z velkých zdrojů i na vzdálenosti několika desítek km). Pokud vlečka zasáhne nějaký kopec nebo vyvýšený hřbet, znečistí jej velmi vysokými koncentracemi. Příkladem je oblast Měděnce v Krušných horách. Dostane-li se do vleček čtyř elektráren Tušimice I a II a Prunéřov I a II, měříme tam extrémně vysoké koncentrace. Ale stačí malá změna směru větru a koncentrace výrazně poklesnou. V případě výskytu konvektivní třídy však v blízkosti zdroje v důsledku intensivních vertikálních konvektivních proudů se mohou krátkodobě vyskytnou vysoké koncentrace. Jinak řečeno. V modelu platí, že v rovinném terénu jsou v I. třídě stability nejmenší koncentrace a v V. třídě stability největší. Ve vyvýšených polohách v úrovni efektivních výšek a výše je situace opačná. Nejmenší koncentrace jsou v V. třídě stability a největší v I. třídě stability. Ve výškách terénu mezi rovinou procházející patou komína a efektivní výškou vlečky se maximum koncentrací vyskytuje v II, III nebo IV. třídě stability. Čím terén je výše, tím se maximum vyskytuje ve stabilnější třídě. Maximální koncentrace v I. třídě stability jsou v některých případech zvlněného terénu relativně vysoké. Z velkoelektráren umístěných v údolí mohou dosáhnout ve značně převýšených lokalitách hodnot řádově desítek mg.m -3. Toto jsou hodnoty, které zatím nebyly nikde naměřeny. V teoretickém modelu se totiž předpokládají velmi nepříznivé rozptylové podmínky, které se v přírodě mohou vyskytnou jednou za několik desítek let. V tomto smyslu i velmi nepříznivá situace z ledna 1982, která nemá u nás pamětníka, byla je náznakem modelové situace. Ta totiž předpokládá absolutně neměnný směr větru po celou vzorkovací dobu. Změní-li se směr větru (obr. 5) vlivem pulsací o 2 o 38 ', pak okamžité koncentrace se zmenší na polovinu, při změně směru větru o 4 o 48 ' se okamžitá koncentrace zmenší na jednu desetinu koncentrace osové. Tyto hodnoty úhlů platí v I. třídě stability - superstabilní a v malých vzdálenostech od zdroje (do 2 km). Ve větších vzdálenostech je citlivost velikosti koncentrace na změně směru větru větší (úhel vlečky je menší). S postupnou labilizací se vlečka otevírá, koncentrace ve vyvýšených polohách klesají a citlivost koncentrací na změnu směru větru se též zmenšuje. Jelikož v přírodě téměř vždy nějaká pulsace směru větru existuje, nemůže teoretické maximum prakticky být dosaženo. V převážné většině výpočtů dostáváme, že za stabilního zvrstvení jsou koncentrace menší než za labilního. Ze zkušenosti však víme, že je tomu naopak. Je to 6

7 logické, neboť výpočty se provádí pro jednotlivé zdroje nebo skupiny zdrojů vyvýšených nad terén. Ale ke znečištění ovzduší při zemi výraznou mírou přispívají střední a malé zdroje, lokální topeniště apod. s nízkými komíny. Že k vysokému znečištění mohou přispět i vysoké komíny vysvětlíme dále. Na obrázku 3 je znázorněn případ výskytu výškové inverze. Pod inverzní vrstvou jsou rozptylové podmínky IV. a V. třídy stability, v inverzi I., II. nebo III. třídy stability. To znamená, že pod inverzí jsou dobré rozptylové podmínky, v inverzi zhoršené nebo nepříznivé. Pokud vlečka pronikne nad inverzní vrstvu, dochází k dobrému rozptylu, přičemž inverze brání proniknutí znečišťujícím látkách k zemi. Podobná situace je, kdy vlečka pronikne do inverze. Pak znečišťující látky zůstávají v inverzi a šíří se na velké vzdálenosti i ve viditelné formě (pokud není inverze narušena). V případě, že efektivní výšky zdrojů jsou menší než je výška základny inverze a jejich tepelná vydatnost nezpůsobí proniknutí vlečky základnou inverze, jsou vlečky v ovzduší s dobrými rozptylovými podmínkami. Jelikož však tato vrstva vzduchu je ze zdola ohraničena neprůchodným zemským povrchem a ze shora neprůchodnou inverzní vrstvou, dochází v této přízemní vrstvě s dobrými rozptylovými podmínkami ke kumulaci znečišťujících látek. Pokud i rychlosti přízemního větru jsou menší než 2 m.s -1, mohou být naměřené koncentrace vysoké, byť v ovzduší s dobrými rozptylovými podmínkami. Tento stav se nazývá zadýmování. Jiný případ je znázorněn na obrázku 4. Předpokládejme výskyt mohutné přízemní inverze. Do této inverze exhaluje svými znečišťujícími látkami komín o stavební výšce 300 m. V superstabilní třídě předpokládáme pro něj převýšení 150 m. Pak efektivní výška zdroje je 450 m. Znečišťující látky se koncentrují v okolí ústí komína a jen velmi zvolna difundují do blízkého okolí. Mohutné přízemní inverze, většinou radiačního původu, se převážně vytváří v oblasti tlakové výše. Pak ventilace v celé vrstvě inverze je téměř nulová a v ovzduší existuje jen sestupné proudění vzduchu o velmi malých rychlostech. Toto proudění souvisí s makrosynoptickou situací. Nechť tyto sestupné proudy mají rychlost 0,01 m.s -1. Pak znečišťující látky z efektivní výšky 450 m nad povrchem země dosáhnou zemského povrchu za 12,5 hod. Trvá-li tato situace několik dní a při zemi je téměř bezvětří, mohou přízemní koncentrace dosáhnou velmi vysokých hodnot. Příkladem této situace může být smogová situace z ledna 1982, která trvala asi 13 dní a při níž v celé podkrušnohorské oblasti naměřené průměrné denní koncentrace oxidu siřičitého nepoklesly pod hodnotu 500 µg.m -3 a absolutní extrém byl naměřen na stanici Osek o hodnotě 2440 µg.m -3 v denním průměru. 7

8 Distribuce směrů větru a rychlosti Distribuce směrů a rychlostí větru, tzv. větrné růžice členěné do 5 tříd stability, je velmi důležitým vstupním celkem dat. Větrné růžice většinou uvažujeme pro tři třídy rychlosti větru nebo jen průměrnou rychlost větru vanoucího z daného směru. Počet směrů uvažujeme většinou osm, ale v místech, kde se vítr přímo měří, lze získat šestnácti nebo i třiceti šesti dílné větrné růžice. Hodnoty četností ve větrné růžici neovlivňují však všechny výstupní hodnoty. Bez ovlivnění zůstávají maximální krátkodobé (půlhodinové) koncentrace. Ty závisí jen na vzdálenosti od zdroje a na charakteru terénu. Avšak výpočet četností překročení stanovených hodnot koncentrací včetně četností překročení imisního limitu je již ovlivněn použitou větrnou růžicí. Stejně tak velikosti průměrných ročních koncentrací jsou významnou mírou ovlivněny četnostmi z větrné růžice. Tyto se totiž počítají jako vážený průměr vypočtených krátkodobých koncentrací, kde váhou je právě četnost větru vanoucího od zdroje k referenčnímu bodu. Nadhodnocení četnosti větru způsobí zvětšenou hodnotu roční koncentrace a pravděpodobnosti překročení imisního limitu a naopak. Větrnou růžici však nelze měřit na každé lokalitě, která nás zajímá. Proto provádíme její odborný odhad. Tento odhad platí většinou pro nejbližší okolí zdroje, tedy je-li zdroj umístěn v údolí, platí větrná růžice pro toto údolí. Dostanou-li se exhalace do vyšších hladin nad údolí, přestává větrná růžice platit. Naopak, chceme-li znát vliv více zdrojů, používáme růžici platnou pro toto větší území. V tomto případě do četností směrů větru nejsou zahrnuty vlivy malých "podružných" údolí. Tímto dochází ke zkreslení vypočtených hodnot. To se týká i výpočtů podílů zdrojů. Je řada jevů, které těžko zahrnujeme do odhadu větrné růžice. Tak např. nechť existuje situace s anticyklonálním typem počasí, kdy rychlost proudění ve výšce 10 m nad povrchem země je menší než 2 m.s -1 a existuje sluneční záření (jasná obloha nebo malé množství oblačnosti). Pak na svazích kopců a údolí vznikají ráno a ve dne v důsledku ohřívání svahů slunečními paprsky výstupné proudy (anabatické proudění) a večer a v noci v důsledku vyzařování zemského povrchu sestupné proudy (katabatické proudění). Výstupné proudy jsou vždy kompenzovány sestupnými a sestupné proudy výstupními ve středu údolí. V případě vysokých kopců, jsou-li jejich vrcholy pokryty sněhovou pokrývkou, může v noci vzniknout i silný sestupný proud s rychlostí nad 5 m.s -1 (tzv. ledovcový vítr). Toto sestupné proudění proniká daleko do údolí a může trvat i po východu slunce. Popsaná vertikální výměna se projevuje pouze v mezní vrstvě ovzduší a může významně ovlivnit rozptylové podmínky v oblasti, zvláště pro zdroje s nízkými komíny (obr. 9). Proudění vzduchu je v naších krajích výrazně deformováno zvlněným terénem. K deformaci dochází v důsledku výskytu každého izolovaného kopce, každého údolí (i 8

9 mělké údolí Labe ve východních Čechách), zástavby, lesu, skupiny stromů apod. Pokud sklony těchto překážek jsou menší než 15 o, dochází ve většině případů k prosté deformaci proudění a větrnou růžici (a následně některé charakteristiky znečištění ovzduší) ovlivní jen málo. Při větším sklonu vznikají na závětrné straně různé lokální víry. Jejich velikost závisí na sklonu překážky, její výšce, geometrii překážky, ostrost hran, rychlosti proudění a stabilitě ovzduší Vliv terénních překážek a městské zástavby Charakter proudění kolem překážek (obecně jak terénních, tak i budov) je do značné míry dosti složitý a závisí na stabilitě ovzduší, rychlosti proudění, slunečním záření apod. Vlečka, která narazí na návětrnou stranu souvislého pásu kopců (např. Krušné hory) má tendenci buď nalézti údolí, kterými se šíří dál do kopců nebo přejde přes hřeben kopce. Pokud má kopec tvar kuželu (např. kopce v Českém středohoří), pak k přetékání přes něj ještě přistupuje jeho obtékání (obr. 6). Obdobně se vlečka chová při dotyku s budovou (obr. 10a). V závětří větších terénních překážek se setkáváme se závětrnými jevy spojenými s odtržením vzdušného proudu od zemského povrchu. K tomu dochází při větších rychlostech větru, kdy částice vzduchu při povrchu země se vlivem drsnosti povrchu brzdí. Při tom je gradient rychlosti při zemském povrchu nulový a jedinou silou, která působí na stagnující vzduchové částice, je tlakový gradient. V tomto případě působí proti jejímu původnímu pohybu a vytváří zpětné proudění podél povrchu. Toto zpětné proudění je zárodkem a současně i impulsem pro odtržení vznikajícího víru v závětří kopce od hlavního proudění. Úplav může vznikat jak za terénními překážkami, tak i za budovami a jinými stavbami. V horní části obrázku 7 je znázorněn rozdíl mezi prouděním na závětrné straně ve dne a v noci. Ve dne vzhledem k existenci anabatického proudění (obr. 9) vzniká v závětří kopce při povrchu země též reverzní proudění, zatím co v noci silné katabatické proudění nebo tzv. ledovcový vítr. V dolní části obrázku 7 je znázorněno šíření vleček z komínů umístěných v blízkosti svahů nebo v údolí. Pokud je ústí komína umístěno přímo v úplavu, zůstávají exhalace uvnitř tohoto víru (úplavu). Pak dochází k jejich kumulaci a koncentrace neúměrně rostou. V tomto případě se exhalace dostanou do výměny na větší vzdálenosti až po jeho rozpadu. Transport znečišťujících látek zde velmi kriticky závisí na umístění zdroje. Nejvýhodnější je umístění zdroje do oblasti volného proudění, jak do větší výšky, tak i do větší vzdálenosti od překážky. 9

10 Při zvyšování rychlosti proudění nebo zvětšování překážky vzniká v určitém oboru rychlostí speciální případ vírového systému způsobující závětrné vlnění (obr. 8). Vznikající víry se pozvolna pohybují úplavem v závětří překážky nebo setrvávají nehybně na místě. První rotorové pásmo vzniká v kolmé vzdálenosti rovné osmi až desetinásobku převýšení překážky. Rotory mohou značně ovlivňovat transport exhalací horizontálně i vertikálně. V souvislosti se závětrnými jevy nelze činit žádné závažnější závěry. Jejich proměnlivost je v čase i prostoru značná a s nimi jsou též proměnné i podmínky pro transport a rozptyl znečišťujících látek. Na závětrné straně překážek, jak již bylo uvedeno výše, existují při splnění určitých podmínek tři hlavní oblasti různého typu proudění. Jejich schématické znázornění je uvedeno na obrázku 11. Na závětrné straně budovy v jedné z nich, v oblasti s recirkulujícím prouděním (tzv. úplav) vzniká samostatný uzavřený vír. V jeho hodní části je směr proudění totožný se směrem hlavního proudění, v dolní části je směr prodění opačný, u budovy je ve víru výstupné proudění a ve vzdálenější části víru proudění sestupné. Pokud jsou do úplavu vypouštěny exhalace, dochází k jejich kumulaci a je nebezpečí překračování imisních limitů znečišťujících látek. K přenosu exhalací z úplavu do sousední oblasti může dojít jen v omezené míře difúzí nebo při rozpadu úplavu. Pokud se zdroj nachází přímo u stěny budovy (v praxi se tak umísťují výduchy ze vzduchotechniky nebo odvod spalin z lokálního plynového topení) dostávají se exhalace do výstupného proudu, který nad výchuchem (vlivem turbulence i v male vzdálenosti pod ním) znečistí celou stěnu budovy a při otevřeném okně nad ním se může dostat i dovnitř místnosti. Důležitou podmínkou je, aby ústí komína nebylo v oblasti úplavu v oblasti úplavu. Za tímto účelem definujeme vertikální rozsah úplavu jako polovinu hodnoty veličiny l B, která představuje minimální hodnotu z výšky budovy a z druhého rozměru budovy. Ten se rovná maximální hodnotě z délky a šířky budovy. Platí l B = min(h B, max (W,L)), kde H B je výška budovy, W šířka budovy a L délka budovy. V případě překrývání úplavů od několika budov stanovíme hodnotu l B pro každou budovu a vybereme z nich maximální hodnotu. V horizontálním směru má úplav, měřeno od návětrné strany budovy, maximální rozměr. l = 2. 3 pro > W, U l B H B 10

11 l l = 2. 5 W pro 1.25 W > H B > W, U H B = 4. 4 pro 0.33 W > H B. U l B V případě, že ústí komína je umístěno v úplavu, korigujeme jeho výšku podle vzorce H kor ( H + 1,5 l ) 1 B =, 1,6 kde H 1 je vypočtená výška komína s ohledem na nepřekročení imisních limitů, H kor výška komína korigovaná s ohledem na sousední zástavbu. U malých zdrojů s malou tepelnou vydatností a s malou výstupní rychlostí spalin (menší než je jeden a půl násobek rychlosti větru může docházet k jevu, kdy efektivní výška komína je menší než je jeho stavební výška. Pokles výšky vlečky může být až o hodnotu 2.d 0.(1,5-v 0 /u) za předpokladu, že v 0 /u 1,5, kde d 0 je vnitřní průměr koruny komína, v 0 výstupní rychlost spalin a u rychlost větru. Předpokládáme-li, že v údolních polohách a v rovinách se může vyskytnout vítr o maximální rychlosti 20 m.s -1 a na horách 30 µg.m -3 a spokojíme-li se s maximální chybou asi 7 % v určení této opravy, pak výšku komína můžeme zvýšit o hodnotu 3.d 0. Na obrázku 10b je znázorněno rozložení koncentrací znečišťujících látek podél návětrné strany budovy a totéž bez budovy. V případě budovy se znečišťující látky rozloží přibližně rovnoměrně podél celé návětrné strany budovy s výrazně menším maximem v ose vlečky než ve volné atmosféře (případ bez budovy). Na základě tohoto lze s jistou pravděpodobností tvrdit, že koncentrace podél návětrné strany je stejná a rovná se koncentraci vypočtené na úrovni nejvyššího podlaží budovy. 3. ZÁVĚR Smyslem této studie bylo upozornit na některé skutečnosti ovlivnění vypočtených hodnot koncentrací nepřesnostmi v určení dat o zdrojích, meteorologických podmínek nebo na jejich ovlivnění budovami a terénními překážkami. Ve studii nejsou diskutovány všechny problémy. Upozornili jsme však na nejdůležitější z nich. Práce byla z části založena na filosofických úvahách o platnosti či neplatnosti použití modelových výpočtů znečištění ovzduší. Je několik předpokladů, např. předpoklad konstantního směru větru, který jiné metody pro rozptyl na střední a velké vzdálenosti (dálkový přenos) řeší pomocí odhadu skutečných trajektorií. Některé závěry vyznívají dosti pesimisticky. V rámci řešení projektu jsme provedli kontrolní výpočet nad oblasti Sokolovska a výsledky porovnávali se skutečností. Vcelku dobrá shoda mezi vypočtenými a naměřenými hodnotami vyplývá ze srovnání rozložení 11

12 vypočtených a naměřených ročních průměrných koncentrací. Rozdíly větší než 10 % se objevily pouze ve městech asi jako důsledek ne zcela správně odhadnutých emisí typu REZZO 3, a to jak směrem k vyšším hodnotám, tak i k nižším hodnotám. Vždy se jednalo o města s mnoha lokálními zdroje a hustší dopravou. Celkově však lze konstatovat, že kontrolní výpočet prokázal schopnost nové metodiky SYMOS 97 získat výsledky, které vykazují rozumnou shodu se skutečným znečištěním. Obrázek 1 Schematické znázornění rozptylu znečišťujících látek v I. třídě stability (superstabilní) Obrázek 1 Schematické znázornění rozptylu znečišťujících látek v V. třídě stability (konvektivní) 12

13 Obrázek 3 Vliv výškové inverze na rozptyl znečišťujících látek v ovzduší 13

14 Obrázek 4 Vliv přízemní inverze na rozptyl znečišťujících látek v ovzduší 14

15 Obrázek 5 Vliv změny směru větru na výpočet maximální koncentrace znečišťujících látek v ovzduší Obrázek 6 Schematické znázornění deformace proudění kolem trojrozměrného kopce 15

16 Obrázek 7 Vliv úplavu v závětří kopce a v údolí na šíření vleček Obrázek 8 Vlnové a rotorové proudění v závětří kopců 16

17 Obrázek 9 Schematické znázornění denního chodu proudění v údolí a) Východ Slunce; vznik proudění vzhůru po svazích (bílé šipky); doznívá tok vzduchu údolím dolů (černé šipky) b) Dopoledne; úplně vyvinuté anabatické proudění c) Poledne a časné odpoledne; slábnutí anabatického proudění, tok vzduchu údolím vzhůru d) Pozdní odpoledne; zánik proudění na svazích, údolní vítr pokračuje e) Navečer; vznik sestupného proudění na svazích, doznívá výstupný údolní vítr f) První část noci; dobře vyvinuté katabatické proudění g) Polovina noci; katabatické proudění pokračuje, tok vzduchu údolím dolů h) Druhá část noci a časné ráno; katabatické proudění zaniklo, celkový tok vzduchu údolím dolů 17

18 Obrázek 10 Deformace průběhu vlečky (a) a rozložení koncentrací (b) znečišťujících látek ve vlečce před budovou 18

19 Obrázek 11 Schéma rozložení hlavních oblastí proudění na závětrné straně budovy 19