JELENTÉS
Terv megnevezése:
Az országos hatókörű, talajgenerátoros technológiájú jégkár mérséklő rendszer (JÉGER)
által okozott környezeti terhelés felmérése, modellezése
- NEFELA területére vonatkozóan -
Megrendelő
Nemzeti Agrárgazdasági Kamara
Készítették
HL-LAB Környezetvédelmi és Talajvizsgáló Laboratórium
4031 Debrecen, Köntösgát sor 1-3., Daniella Ipari Park
Tel.: +3670/627-5085
[email protected]
www.talajvizsgalo.hu
Enviro-Expert Kft.
4028 Debrecen, Hadházi út 7. I./5.
Mobil: +36 (20) 426-4352
Email:
[email protected]
Web: www.enviroexpert.hu
Levegőtisztaság-védelmi szakértő
Barna Sándor - Szakértői engedély száma: SZKV/09-1037
Talajvédelmi szakértő
Horváth Imre - Szakértői engedély száma: 060/2010.
A dokumentáció összeállításában közreműködtek:
Dr. Molnár Tibor – agrármérnök (AERMOD)
Dátum
Debrecen, 2020. január
|. oldal 1
1. Alapvetések, feladatmeghatározás
1. A talajgenerátoros jégesőelhárítás lényege, hogy riasztáskor egy szerkezettel ezüst-jodidot
juttatnak a zivatarfelhőbe. A szemcsék roncsolják a jégszemeket, mire a földre jutnak vagy
teljesen megsemmisülnek, vagy jóval kisebb darabokban érnek talajt.
2. A NEFELA Dél-magyarországi Jégesőelhárítási Egyesülés több évtizede alakult és a dél-
magyarországi térségben üzemeltet talajgenerátoros jégesőelhárító rendszert.
3. A Nefela Dél-magyarországi Jégeső-elhárítási Egyesülés adatai szerint a három dél-dunántúli
megyében kialakított talajgenerátorból álló hálózat eredményeként az elmúlt harminc év alatt
hetvennégy százalékkal csökkent a mezőgazdasági jégkár a térségben.
4. 2018-tól a NEFELA az ország egész területére kiterjedő jégkár-mérséklő rendszer, a Jéger
részévé vált.
5. A Nemzeti Agrárgazdasági Kamara a Vidékfejlesztési Program keretében „A Jégesőkár
megelőzésére szolgáló beruházás” című projekt megvalósulását követően az ország teljes
területe lefedésre került 10x10 kilométeres rács sűrűségű generátorhálóval.
A működés során a talajfelszínen működő talajgenerátor berendezés ezüst-jodid acetonos
oldatát égeti el, az így keletkező, ezüst-jodid molekulákban – azaz mesterséges jégmagvakban
– gazdag „füst” vagy „pára” a természetes feláramlással jut a felsőbb légrétegekbe, illetve
azokba a viharfelhőkbe, amelyekben a jégszemcsék kialakulhatnak.
6. Modellezés célja:
A vizsgált területen működő talajgenerátorok által a levegőbe jutó ezüst-jodid molekulák a
jégeső kialakulása során tapasztalható speciális meteorológiai körülmények mellett bejutnak
a felhőbe. Célunk a talajgenerátorokból kibocsátott ezüstjodid kristályok kiülepedésének a
vizsgálata, azoknak a területeknek a meghatározása, ahol a legnagyobb mértékű kiülepedés
várható.
A kiülepedési gócpontokon az ezüst-jodid kiülepedés mértékének meghatározása érdekében
a talajvizsgálatok történek majd. A modell output adatai képezik a talajvizsgálatok alapját.
7. Konkrét feladatunk:
- emisszió meghatározása méréssel és számítással,
- terjedésmodellezés AERMOD View segítségével 10 éves adatsor alapján.
|. oldal 2
2. A modellezés alapjai, AEMOD modell ismertetése, a számítás alapjai
2.1. Légszennyező anyag terjedési modellekről általánosságban
A légszennyezők terjedésének és immissziójának (koncentráció mezőinek) becslésére különböző
modellek állnak rendelkezésre. Az egyes modellek eltérő bemenő adatbázisokat használnak,
különböző fizikai/kémiai folyamatokat vesznek figyelembe, illetve más-más tér- és időskálán
dolgoznak.
A diszperziós modellek általános osztályozása alapján megkülönböztethetünk statisztikus és
dinamikus modelleket. Az adott feladat, a rendelkezésre álló adatok és infrastruktúra, a meg-kívánt
számítási idő és egy sor egyéb tényező függvényében más-más típusú és szemléletű légköri
szennyezőanyag terjedési modell alkalmazására lehet szükség.
A statisztikus modellek korábbi mérések statisztikai elemzésein alapulnak, melyek nem képesek az
időben változó folyamatokat nyomon követni, így nem tudják figyelembe venni a szennyezőanyag
kibocsátás mennyiségének, összetételének és területi eloszlásának évek során bekövetkezett
változását, valamint a meteorológiai tényezők időbeli menetéből fakadó hatásokat. A légszennyezők
terjedése pontosabban írható le a dinamikus modellekkel.
A gaussi terjedési modellek a szennyezőanyag koncentrációjának függőlegesen és szélirányra
merőlegesen a forrás tengelyétől számított Gauss-eloszlását feltételezik, amelyhez hozzá-adódik a
szél irányába történő transzport.
A terjedés mértékét – az eloszlás szélességét – a légköri stabilitás, illetve a kibocsátástól eltelt idő
alapján számítják. Ez egyszerű matematikai kezelést tesz lehetővé, de csak álló forrás esetén,
stacionárius és homogén áramlásban, valamint lassan ülepedő szennyezőanyagra ad jó közelítést. A
modell egyszerűsége ellenére képes figyelembe venni a felszínről és a planetáris határrétegről való
visszaverődést és egyszerű kémiai reakciókat is.
A légköri diszperziós modell vizuálisan matematikai szimulációt készít a légszennyező anyagok
eloszlására vonatkozóan. A kibocsátási források és a meteorológiai adatok, valamint a topográfiai
adatok alapján egy diszperziós modell kiszámítja a szennyező anyagok
2.2. AERMOD View modellről általánosságban
A levegőminőség-szabályozásra kifejlesztett és világviszonylatban is a legelterjedtebben használt
modell az AERMOD, amelyet az Amerikai Meteorológiai Társaság (American Meteorological
Society, AMS) és az USA Környezetvédelmi Hivatala (U.S. Environmental Protection Agency, EPA)
együttműködésében fejlesztettek ki 1991-ben.
Az AERMOD alkalmazható vidéki és városi, sík és összetett területeken, felületi és magaslégköri
kibocsátásoknál is, valamint többféle légszennyező forrás (beleértve a pont-, felületi és térfogati
forrásokat) modellezésére is alkalmas. A modell kialakításakor a diszkontinuitásokat is figyelembe
|. oldal 3
vették, ahol a számított koncentráció nagy változásait a bemeneti paraméterek kis változásai okozzák
elkerülése érdekében.
Az AERMOD diszperziós modellel a különböző forrástípusokból származó szennyezőanyagok
légköri kibocsátásának hatását lehet megbecsülni. A diszperziós módszerek mellett a határréteg
hasonlósági elméletét alkalmazza, s figyelembe veszi az alapvető légkörfizikai folyamatokat,
mindezek alapján finom koncentráció-becslések előállítását teszi lehetővé a meteorológiai- és
terepviszonyok széles választékán.
A modell érvényességi területe a forrástól számított 50 km sugarú környezetre terjed ki. A
számításokat gáznemű légszennyezőanyagokra és aeroszol részecskékre is képes elvégezni.
Az AERMOD képes a szennyezőanyagok szállítása során fellépő kikerülési mechanizmusok, így a
száraz és a nedves ülepedés számítására is.
Az AERMOD lehetőséget nyújt a planetáris határréteg jellemzésére a felszín és a keveredési réteg
skálázásán keresztül. A modell a szükséges meteorológiai elemek vertikális profiljait a mérések,
illetve azok extrapolációja alapján állítja elő a hasonlósági elmélet összefüggéseinek
felhasználásával. A szélsebesség, szélirány, turbulencia karakterisztikák, hőmérséklet és a
hőmérsékleti gradiens vertikális profiljainak közelítése valamennyi rendelkezésre álló meteorológiai
megfigyelés felhasználásával történik. A modellt úgy tervezték, hogy egy minimális mennyiségű
meteorológiai megfigyelés felhasználásával is futtatható egyen. Az eddigi modellekkel ellentétben az
AERMOD figyelembe veszi a planetáris határréteg vertikális inhomogenitását. Ennek megvalósítása
az aktuális planetáris határréteg paramétereinek átlagolásával történik, melynek eredményeként egy
ekvivalens, homogén planetáris határréteget kapunk.
2.3. AERMOD által végzett számítások matematikai alapjai, adatigények
Az AERMOD diszperziós modell alapvető működésének átfogó leírását tartalmazza ez a fejezet,
beleértve az INTERFACE-t, az AERMET-et és az AERMAP-ot.
- az AERMET algoritmusok teljes leírása, amelyek mennyiségi óránkénti PBL paramétereket
szolgáltatnak
- a koncentráció számítás egyenletei általános formája, a terepre vonatkozó igazításokkal;
- a konvektív és a stabil határrétegekre egyaránt alkalmazható füstfáklya emelkedési és terjedési
algoritmusok.
Az AERMOD stacioner füstfáklya modell.
A stabil határrétegben (SBL) a koncentrációt Gauss-eloszlásúnak feltételezik, mind függőlegesen,
mind vízszintesen.
A konvektív határrétegben (CBL) pedig vízszintes irányban Gauss-eloszlást, függőlegesen pedig
kettős Gauss-eloszlást tételeznek fel (Willis, and Deardorff, 1981) és (Briggs, 1993) alapján. Ezen
felül az AERMOD a CBL-ben kezeli a “füstfáklya lebegés” jelenséget, amikor a füstfáklya egy része
|. oldal 4
(melyet lebegő forrás bocsát ki) a határréteg tetején marad, mielőtt keveredne a CBL-lel. Továbbá az
AERMOD a felső stabil rétegbe jutó fáklyarészt is nyomon követi, és lehetővé teszi, hogy az
visszaáramoljon a határrétegbe, amennyiben és amikor szükséges.
Az AERMOD magában foglal egy új, egyszerű megközelítést, mellyel az áramlás és a diszperzió
jelenlegi koncepcióit komplex terepen is alkalmazhatóvá teszi. A füstfáklyát úgy modellezi, hogy az
beleütközik és/vagy követi a terepet. Ezt a megközelítést úgy fejlesztették ki, hogy fizikailag
valósághű és egyszerűen alkalmazható, illetve nincs szükség arra, hogy különbséget tegyen a
felhasználó az egyszerű, közepesen bonyolult és összetett terepek között, ahogyan azt a jelenlegi
modellek megkövetelik. Ennek eredményeként az AERMOD megszünteti a komplex tereprendszerek
meghatározásának szükségességét; az összes terepet következetesen és folyamatosan kezeli.
Az AERMOD egyik fő fejlesztése az alkalmazott diszperziómodellezésben az, hogy a planetáris
határréteget (PBL) felületi és vegyes rétegskálával is le tudja írni. Az AERMOD létrehozza a
szükséges meteorológiai változók függőleges profiljait a mérések és a mérések hasonlósági
(arányosítási) összefüggései alapján történő extrapolációja szerint. A szélsebesség, szélirány,
turbulencia, hőmérséklet és hőmérsékletgradiens függőleges profilját az összes rendelkezésre álló
meteorológiai megfigyelés felhasználásával becsüli meg.
Az AERMOD-ot úgy tervezték, hogy minimális megfigyelt meteorológiai paraméterrel is működjön.
Az ISC3 modell helyett az AERMOD olyan adatok felhasználásával működik, amelyek egy NWS
állomás segítségével könnyen elérhetők. Az AERMOD csak egy felületen (általában 10 m) igényli a
szél sebességének (referencia szélsebesség (z0: 7 és 100 m között)), irányának és a környezet
hőmérsékletének (referenciahőmérséklet) mérését. Az AERMOD-nál is figyelni kell a felhő
borítottságot.
Az AERMOD megköveteli a teljes reggeli felső légréteg szondázását (RAWINSONDE). Ezen
túlmenően az AERMOD-nak felületjellemzőkre (felületi érdesség, Bowen-arány és albedó) van
szüksége a PBL profiljainak felépítéséhez.
A meglévő szabályozási modellektől eltérően az AERMOD a PBL függőleges inhomogenitását
kezeli úgy, hogy a tényleges PBL paramétereit „átlagolja” egy ekvivalens homogén PBL „hatékony”
paramétereivel.
Az információk áramlását és feldolgozását az AERMOD-ban az 1. ábra szemlélteti.
A modellező rendszer egy fő programból (AERMOD) és két előfeldolgozóból (AERMET és
AERMAP) áll. Az AERMET fő célja a határréteg paramétereinek kiszámítása az AERMOD számára.
Az AERMOD belső meteorológiai felülete ezeket a paramétereket használja a szükséges
meteorológiai változók profiljának előállításához. Ezen felül az AERMET minden meteorológiai
megfigyelést továbbít az AERMOD-nak.
A felületi jellemzők albedó, felületi érdesség és Bowen-arány formájában, valamint a szokásos
meteorológiai megfigyelések (szélsebesség, szélirány, hőmérséklet és felhőtakaró) bekerülnek az
AERMET-be.
|. oldal 5
Az AERMET ezután kiszámítja a PBL paramétereket:
- súrlódási sebesség (u*),
- Monin-Obukhov hossz (L),
- konvektív sebességskála (w*),
- hőmérsékleti skála (*),
- keveredési magasság (zi) és
- felületi hőáram (H).
A paramétereket ezután az INTERFACE-hez (amely az AERMOD-on belül) továbbítja, ahol a
hasonlósági kifejezéseket (a mérésekkel együtt) a szélsebesség (u), az oldalsó és a függőleges
turbulens ingadozások (v, w), a potenciális hőmérsékletgradiens (d/dz), a potenciális hőmérsékletet
és a vízszintes Lagrange-féle időskálát (TLy) számítódnak.
A modell legnagyobb előnye, hogy a legújabb elméleteket használva a felszíni és felszínközeli réteg
hőtani és áramlástani paramétereinek kiszámításával lehetőséget nyújt planetáris határréteg
dinamikájának jellemzésére.
1. ábra Adatáramlás az AERMOD modellezési rendszerben
|. oldal 6
2.3.1. AERMET működése
A felszíni és magaslégköri meteorológiai adatokat adjuk meg AERMET default formátumban.
A diffúzióklimatológiai vizsgálataink célja a légszennyező anyagok terjedése, hígulása és
felhalmozódása szempontjából döntő fontosságú meteorológiai elemek és tényezők meghatározása.
Az adatfeldolgozás három különálló szakaszban zajlik.
Az első szakasz a felszíni és a felső légkör adatait nyeri ki azokból a speciális formátumban
rendelkezésre álló fájlokból. A második szakasz kombinálja vagy egyesíti a korábban kinyert
adatokat a helyspecifikus adatokkal. A harmadik és utolsó szakasz beolvassa az egyesített adatfájlt,
kiszámítja az AERMOD által megkövetelt határréteg-paramétereket, és létrehozza a modellhez
szükséges meteorológiai adatállományokat.
Az AERMET alapvető célja, hogy meteorológiai méréseket használjon, és kiszámítson határréteg-
paramétereket a szél, a turbulencia és a hőmérséklet profiljának becsléséhez. Ezeket a profilokat az
AERMOD interfész becsüli meg.
Az AERMET felépítése egy meglévő szabályozási modell előfeldolgozón, a szabályozási modellek
meteorológiai feldolgozóján (MPRM) alapul (Irwin, et al., 1988).
Az AERMET által biztosított felületi paraméterek:
- a Monin-Obukhov hosszúság, L,
- a felületi súrlódási sebesség, u*,
- a felületi érdesség hossza, z0,
- a felületi hőáram, H,
- a konvektív skálázási sebesség, w*.
Az AERMET a konvektív és a mechanikus keveredett rétegmagasságok becsléseit is megadja, zic és
zim.
Ugyan az AERMOD képes meteorológiai profilokat becsülni olyan adatokkal, amelyek egy mérési
magasságból származnak, annyi adatot fog felhasználni, amennyit a felhasználó biztosítani tud a
határréteg függőleges szerkezetének meghatározásához. A PBL paramétereken kívül az AERMET
minden szél, hőmérséklet és turbulencia mérést az AERMOD igényeinek megfelelő formában átad.
A légköri határréteg növekedését és szerkezetét hő- és lendületáramok vezérlik, amelyek viszont a
felületi hatásoktól függenek. Ennek a rétegnek a mélységét és a szennyező anyagok diszperzióját
helyi szinten befolyásolják a felületi jellemzők, például az alatta levő felület durvasága, a
visszaverődés (albedó) és a felület nedvességtartalma. Az ISC3-tól eltérően, amelyben minden helyet
nyílt terepnek feltételeztek, az AERMET által kiszámított PBL-állapot az alatta lévő felület
jellemzőinek függvénye. Ezért a meteorológiai profilok és a környezeti koncentrációk változnak a
helytől függően (miközben minden más állandó).
|. oldal 7
A modellrendszer felhasználójának először meteorológiai adatsorokat kell megadnia az AERMET
preprocesszor számára.
Az AERMET három típusú adatot dolgoz fel:
- a meteorológiai szolgálatok által a felszíni szinoptikus meteorológiai mérőállomásokon mért
és a felhasználó által a számítási területre reprezentatívnak tekintett adatok,
- magas légköri mérésekből kapott (lehetőség szerint reggeli felszállásokból nyert) szél,
hőmérséklet, harmatpont adatok, és
- lehetséges a helyben végzett szél, hőmérséklet, turbulencia, légköri nyomás és sugárzási
mérések adatainak a bevitele is.
A program elvégzi az adatok kiválogatását, a minőségellenőrzést, majd a megfigyelési adatok 24 órás
periódusba való rendezése után egy köztes fájlt hoz létre, amelyből majd egyesített adatfájlt készít.
Ezután előállítja a határréteg paramétereket.
Az AERMET-ben meghatározásra került egy minimális adatszükséglet is, ami feltétlenül szükséges
az AERMOD futtatásához. Ilyenkor az egyéb, méréssel nem megadott paramétereket a program
képes más mennyiségekből származtatni.
A minimális adatszükséglet:
- szélsebesség (u),
- szélirány (D),
- felhőborítottság (n),
- léghőmérséklet (T) és a
- reggeli rádiószonda feláramlási adatok.
Ezen adatok egy része felhasználásra kerül az AERMOD egyéb moduljaiban is, így például a
felhőborítottságra szükség van a száraz ülepedés meghatározásához is. Ha a felhőborítottság hiányzik,
akkor a gradiens Richardson-számot használják fel a felhővel való borítottság meghatározására.
2.3.2. AERMAP
Az AERSURFACE modul a felszíni karakterisztikákat határozza meg az AERMET számára. Ez igen
fontos lépés ahhoz, hogy a valóságot jobban közelítő felszíni jellemzőket - mint az albedó, a Bowen-
arány és a felszíni érdességi magasság – is figyelembe vegyünk.
- Az albedó (a)a felszín által visszavert globálsugárzás és a felszínre beérkező globálsugárzás
hányadosa. Értéke 0 és 1 között változik. Az egyes felszín-típusok jellemző albedó értékekkel
rendelkeznek.
- A Bowen-arány (β) a szenzibilis hőáram (H) és a latens hőáram (LE) hányadosa. A nappali
Bowen-arány a felszíni nedvesség mérőszáma, az albedó pedig más paraméterekkel együtt a
konvektív planetáris határréteg magasságának a meghatározására szolgál.
|. oldal 8
- A felszín érdességi magassága (z0) az a felszín feletti magasság, ahol a transzmissziós
számítások során használt modellbeli szélsebesség-profil a felszíni súrlódás miatt nullává
válik.
A számítási módszer érzékeny ezen felszíni paraméterek változására, ezért a felhasználóknak a valós
környezethez legjobban illeszkedő paraméter értékeket kell kiválasztaniuk a modell futtatásakor.
Az AERMAP az adott területre jellemző felszíni skálamagasságot számítja ki az egyes receptor
pontokra a rácspontokban megadott felszíni adatokból. Ezen adatokat jelenleg kötött adatfájlban, a
Digitális Magassági Térkép (Digital Elevation Map, DEM) által meghatározott formátumban kell
megadni az AERMAP számára.
Az AERMIC terepi előfeldolgozó, az AERMAP a terepadatokat rácsrendszerben használja a
reprezentatív terep-befolyási magasság (hc) kiszámításához, amelyet terepmagassági skálának is
neveznek.
A c terep h magassági skáláját, melyet az egyes receptor helyekre egyedileg határoz meg, használja
a hc osztó áramlásmagasság kiszámítására. Az AERMAP-hez szükséges rácsadatokat a Digitális
Elevation Mapping (DEM) adatok közül választja ki. Az AERMAP-et receptorrácsok létrehozására
is használja.
Az AERMAP minden egyes receptorra vonatkozóan a következő információkat továbbítja az
AERMOD-nak:
- a receptor helyét (xr, yr),
- átlag tengerszint feletti magasságát (zr) és
- a receptor-specifikus terepi magassági skálát (hc).
A CTDMPLUS (Perry, 1992), az EPA szabályozási modellje bonyolult terepen az osztó áramvonalas
koncepciót használja, amelyet egyedi idealizált terepi jellemzőkkel ír le.
A füstfáklya anyagának idealizált domborzattal való kölcsönhatását (azaz a tömeges megoszlást az
osztó áramlási magasság, Hc felett és alatt) közvetlenül figyelembe veszi a koncentráció
kiszámításánál a dombon lévő bármelyik receptor esetén. Mivel különösen nehéz a valós komplex
terepet, mint idealizált terepjellemzők összességét ábrázolni, és az egyes receptorokat egyedi
dombokhoz kapcsolni, az AERMAP (az AERMOD terepi előfeldolgozója) a receptor
„szemszögéből” kiindulva működik, mintavételezéssel objektíven felméri a tájat az egyes receptorok
körül, és így meghatározza az adott receptorhoz tartozó reprezentatív „dombmagasságot”.
A AERMAP-et úgy tervezték, hogy biztosítsa a Hc kiszámításához szükséges terepi információkat
(az osztó áramlási magasságot). Az AERMAP módszer meghatároz egy „magassági skálát” (hc),
amely azt a terepet reprezentálja, amely a receptor közelében dominánsnak mondható az áramlás
szempontjából (reprezentatív dombmagasság).
|. oldal 9
A hc úgy tekinthető, mint a receptort körülvevő terep magassága, amely stabil körülmények között a
legjobban befolyásolja az áramlást. Ez a magasság, hc, nem feltétlenül a legnagyobb magasság a
modellezési tartományban, és nem feltétlenül minden egyes terepi jellemző tényleges csúcsa.
A magassági skála használata Hc kiszámításához ésszerű és objektívebb módszert kínál az f súlyozó
tényező kiszámításához.
A terepi magassági skálát (hc) az egyes receptor helyekre (xr, yr) a következő eljárással kell
meghatározni:
1. egyenlet:
ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒{𝑥𝑥𝑡𝑡, 𝑦𝑦𝑡𝑡} = 𝑧𝑧𝑡𝑡𝑓𝑓𝑡𝑡{𝑥𝑥𝑟𝑟𝑡𝑡⁄𝑟𝑟0}
2. egyenlet:
𝑥𝑥𝑟𝑟𝑡𝑡 = [(𝑥𝑥𝑟𝑟 − 𝑥𝑥𝑡𝑡)2 + (𝑦𝑦𝑟𝑟 − 𝑦𝑦𝑡𝑡)2]1/2
3. egyenlet:
𝑓𝑓𝑡𝑡{𝑥𝑥𝑟𝑟𝑡𝑡⁄𝑟𝑟0} = (𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒(−𝑥𝑥𝑟𝑟𝑡𝑡 𝑟𝑟
⁄ 0) – a terep súly funkció
ahol
𝑟𝑟0 - terep súlyozó faktor; 𝑟𝑟0 ≂ 10∆ℎ𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑥𝑥𝑟𝑟𝑡𝑡 - vízszintes távolság a receptor és a terep között
ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒{𝑥𝑥𝑡𝑡, 𝑦𝑦𝑡𝑡} - súlyozott effektív magasságú felület
∆ℎ𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 - minimum és maximum terepmagasság közötti különbség a teljes modellezési területen
Egy adott receptor esetén hc meghatározásakor a felhasználó által definiált modellezési tartományon
belüli összes terepi magasságot és ezen emelkedéseknek receptortól való távolságát vesszük
figyelembe. Ezért minden receptornak egyedi magassági skálája van.
Egy területet és egy receptort (xr, yr, zr), amelyhez egy kapcsolódó terepi magassági skála szükséges.
Az objektív sablonban lévő feltételezés az, hogy
1) a környező terep hatása a receptor közelében lévő áramlásra a távolság növekedésével
csökken és
2) a hatás a terep magasságának növekedésével növekszik.
A környező terep „effektív magassága”, heff, a tényleges magasságának és a receptortól való
távolságának függvénye.
Egy adott receptor esetében a heff-et kiszámítja a modellezési tartomány összes terepi pontjára, ezáltal
létrehozva egy effektív magasságú felületet. Ezért nagyon fontos, hogy a terepi információk már
digitalizáltak vagy rácsos formában legyenek. Az egyes receptorok magassági skáláját ezután
összekapcsolja a maximális effektív értékkel.
A következő példát mutat arra, hogyan lehet meghatározni ezt az effektív magasságú felületet egy
adott receptor esetén.
|. oldal 10
Az egyszerűség kedvéért ez az ábra csak egy irányt mutat a vizsgált tartományon belül.
A tényleges tartomány hc kiszámításához ezt az eljárást minden irányban végre kell hajtani a receptor
esetén.
Miután az effektív magasságú felületet az (1) egyenlet meghatározta, egy adott receptor magassági
skáláját a legnagyobb effektív magasságú terepi pont (a receptorra legnagyobb hatással lévő
domborzat) definiálja. Vagyis hc a terep effektív magassága a maximális heff-fel rendelkező helyen.
A hc-t a két különféle esetben 1) egyetlen dombra és 2) enyhén lejtős terepre másképp kell
kiszámítani.
Ezek az esetek szemléltetik, hogy ez az eljárás olyan magassági skálát állít elő, amely összhangban
van a kritikus osztó áramlásmagassággal. Egyetlen dombnál hc a domb magassága, és pontosan erre
is számítottunk. Egy enyhe lejtőn azt várnánk, hogy hc közel van a receptor magasságához, és a
modellben enyhe lejtőnél a magassági skála lényegében megegyezik a receptor magasságával.
A magassági skálát az (1) egyenlet megoldásával lehet kiszámítani a maximális heff-hez kapcsolódó
terepi ponton, oly módon, hogy:
4. egyenlet:
ℎ
ℎ
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥
𝑐𝑐{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟} =
𝑓𝑓𝑡𝑡{𝑥𝑥𝑟𝑟𝑡𝑡⁄𝑟𝑟0}
ahol ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒|𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥 - maximális heff a modellezett területen
ℎ𝑐𝑐 - receptor-specifikus magassági skála
Tényleges terep
Receptor
Tereppont
Effektív terep
Vizsgált tartomány
2. ábra A hc meghatározása egy adott receptorhoz (xr, yr, zr).
|. oldal 11
2.3.3. AMS/EPA szabályozó modell (AERMOD) működése
Az AERMOD egyensúlyi állapotú füstfáklya modell.
Úgy tervezték, hogy alkalmazható legyen forráskibocsátásokra és olyan meteorológiai
körülményekre, amelyek feltételezhetően egyenletesek az egyes modellezési időszakokban (általában
egy óra vagy kevesebb).
Az AERMOD-ot úgy tervezték, hogy a szennyezőanyagok hatásainak számítását mind sík, mind
összetett terepen egyazon modellezési keretrendszerben tudja kezelni. Valójában az AERMOD-nál
nincs szükség a terep típusának (sík, egyszerű vagy komplex) a kémény magasságához viszonyított
meghatározására, mivel a különböző magasságban lévő receptorokat ugyanazzal az általános
módszerrel kezeli.
Az AERMOD koncentráció egyenletek meghatározásával egyidejűleg a terep kezelését is definiálni
kell.
Az AERMOD egy egyszerű megközelítéssel beépíti az áramlás és a diszperzió jelenlegi koncepcióit
komplex terepre. Stabil áramlások esetén általában kétrétegű szerkezet alakul ki, amelyben az alsó
réteg vízszintes marad, míg a felső réteg hajlamos a terep fölé emelkedni. Ezt a kétrétegű koncepciót
először Sheppard (1956) vetette fel, és laboratóriumi kísérletekkel bizonyították, Snyder et al. (1985).
Ezeket a rétegeket a Hc-vel jelölt osztó áramlás választja el. Semleges és instabil körülmények között
az alsó réteg eltűnik, és a teljes áramlás (a füstfáklyával) hajlamos felfelé és a terep fölé emelkedni.
A Hc alatti áramlásban a füstfáklya vízszintes marad; lehetséges, hogy a domb körül halad el, vagy
neki is ütközhet. A füstfáklya Hc feletti része a domb fölött halad. Ehhez társul az a tendencia, hogy
a füstfáklya a terep felszíne felé nyomódik le, melynek következtében az áramlás felgyorsul, és a
függőleges turbulencia erősödik.
Az AERMOD modellfejlesztési céljai között szerepel olyan módszerek kialakítása, amelyek az
alapvető fizikai törvényszerűségeket rögzítik, megbízható koncentrációbecsléseket szolgáltatnak és
ésszerű modellbemeneteket igényelnek, miközben a lehető legegyszerűbbek maradnak. Ezért az
AERMIC az AERMOD terepkialakítását használja, amely figyelembe veszi az áramlás függőleges
torzító hatásait a füstfáklyában. Az AERMOD nem veszi figyelembe a füstfáklya áramláscsatornáját
oldalról érő hatásokat.
Az AERMOD a következőképpen kezeli a kétrétegű koncepciót:
- feltételezi, hogy a dombon a koncentráció értéke a két lehetséges szélső állapothoz társított
értékek között helyezkedik el. Ezen állapotok egyike a vízszintes hullám, amely nagyon stabil
körülmények között fordul elő, amikor az áramlás a domb megkerülésére kényszerül.
- A másik szélső állapot az, amikor a füstfáklya függőlegesen követi a terepet (terepet követő
állapot) úgy, hogy a középvonal magassága a terep fölött megegyezik a kezdeti füstfáklya
magassággal.
|. oldal 12
Az AERMOD a két szélső becslés súlyozott összegeként kiszámítja a koncentrációt egy receptoron,
melynek helyzete: (xr, yr, zr).
Valós füstfáklya
Receptor
Vízszintes
füstfáklya
Visszaverő felület
Receptor
állapot
Terepet követő
Receptor
füstfáklya
Visszaverő felület
állapot
3. ábra AERMOD 2 állapottal történő megközelítés
Az AERMOD által becsült teljes koncentráció a két lehetséges szélső állapot súlyozott összege.
A két állapot relatív súlya az alábbiaktól függ:
1) légköri stabilitás foka;
2) szélsebesség;
3) füstfáklya magassága a terephez viszonyítva.
Stabil körülmények között a vízszintes füstfáklya a domináns, és nagyobb súlyt kap, míg semleges
és instabil körülmények között a terep fölött áthaladó füstfáklya kap nagyobb súlyozást.
Domborzat jelenlétében az AERMOD által becsült koncentrációt a következő egyenlet adja
5. egyenlet
𝐶𝐶𝑇𝑇{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} = 𝑓𝑓 ∙ 𝐶𝐶𝑐𝑐.𝑠𝑠{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} + (1 − 𝑓𝑓) ∙ 𝐶𝐶𝑐𝑐.𝑠𝑠�𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑝𝑝�
ahol
𝐶𝐶𝑇𝑇{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} – teljes koncentráció
𝐶𝐶𝑐𝑐.𝑠𝑠{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} - koncentráció a vízszintes füstfáklya állapotból
𝐶𝐶𝑐𝑐.𝑠𝑠�𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟𝑝𝑝� - koncentráció a terepet követő füstfáklya állapotból
f - füstfáklya állapot súlyozó függvény
|. oldal 13
𝑧𝑧𝑝𝑝 - receptor magassága (zászlórúd magasság)
A koncentráció indexei (c, s) az (5) egyenletben a konvektív (c) és stabil (s) körülmények közötti
teljes koncentrációra vonatkoznak. Fontos megjegyezni, hogy koncentrációszámításkor minden
magasságot (z) az alap referencia magasságához kell viszonyítani.
A súlyozó tényező meghatározása a Hc osztó áramlásmagasság fogalmára támaszkodik.
Az AERMAP hc értékének felhasználásával a Hc receptor-specifikus magassági skála
(„dombmagasság”) ugyanazokkal az algoritmusokkal számítható, amelyeket a CTDMPLUS-ban
használnak (Perry, 1992).
6. egyenlet:
ℎ𝑐𝑐
1 2
⁄ ∙ 𝑢𝑢{𝐻𝐻𝑐𝑐} = � 𝑁𝑁2(ℎ𝑐𝑐 − 𝑧𝑧)𝑑𝑑𝑧𝑧
𝐻𝐻𝑐𝑐
ahol
N - Brunt-Vaisala frekvencia
Ez a frekvencia egy brit és egy finn tudós nevét viseli, akik egymástól függetlenül tették használatossá
e mennyiséget a rétegzettség jellemzésére
Először a ϕp értéket, a Hc alatti tömeg hányadát kell definiálni a következőképpen:
7. egyenlet
∫𝐻𝐻𝑐𝑐 𝐶𝐶
𝜙𝜙
𝑇𝑇{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟}𝑑𝑑𝑧𝑧
0
𝑝𝑝 =
∫∞ 𝐶𝐶𝑇𝑇{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟}𝑑𝑑𝑧𝑧
0
ahol 𝐶𝐶𝑇𝑇{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} a koncentráció, ha nincsen domb. Ezután az f súlyozó tényezőt, amely a füstfáklya
anyagának azon hányadát (ϕp) jelenti, amely a Hc osztó áramlás magassága alatt van, a következő
egyenlet adja meg:
8. egyenlet:
𝑓𝑓 = 0,5 (1 + 𝜙𝜙𝑝𝑝)
Ezen definíció szerint, amikor a füstfáklya teljesen a kritikus elválasztó áramvonal alatt van, akkor
𝜙𝜙𝑝𝑝 = 1,0 és f = 1, és a terepi koncentrációt csak a lapos füstfáklya befolyásolja. Másrészt, ha a
füstfáklya teljes mértékben a kritikus osztó áramvonal magassága felett helyezkedik el, akkor 𝜙𝜙𝑝𝑝 =
0 és f = 0,5. Ez azt jelenti, hogy soha nem engedjük, hogy a füstfáklya teljes mértékben a terepet
követő állapotba kerüljön. Vagyis még akkor is, amikor a füstfáklya a terepnek ütközik és felfelé
emelkedik, hajlamos arra, hogy kis része oldalsó irányba szóródjon szét. Így tisztán semleges vagy
instabil körülmények között a füstfáklya állapota a vízszintes és a terepet követő állapot között félúton
található.
|. oldal 14
Az (5) egyenlet jobb oldalának első kifejezése a vízszintes füstfáklya állapot hozzájárulását jelenti.
A második kifejezés a terepet követő állapot hozzájárulása, amelyben a koncentrációt a receptor
zászlórúd magasságán számolják, zp = zr - zt, ahol zr a receptor magassága (a kéményalap magassága
felett) és zt a terepmagasság (átlag tengerszint felett), így zp a terep feletti magasság. Ha zt = 0,0,
akkor a terepet követő állapot a dombon lévő receptort talaj szintű receptornak tekinti. Noha a
gyakorlatban valószínűleg nem fordul elő teljesen csak a terepet követő állapot, még nagyon instabil
körülmények között sem, a hozzá tartozó koncentráció értéke meghatározza az egyik lehetséges
határértéket. Amint azt a (8) egyenlet mutatja, nem engedjük, hogy a tényleges füstfáklya teljes
mértékben elérje ezt az állapotot.
Sík terepen (azaz zt = 0) a koncentrációegyenlet (5) redukálódik a vízszintes füstfáklya állapotra.
A 4. ábra szemlélteti a súlyozási tényező összetételét és annak kapcsolatát a koncentráció becslésével,
a két korlátozó füstfáklya állapot súlyozott összegeként.
Osztó
Tömeg Hc felett
áramvonal
Receptor
Tömeg Hc alatt
Súlyozási tényező
Vízszintes füstfáklya
Terepet
követő
füstfáklya
4. ábra Terep kezelése az AERMOD-ban. A súlyozási tényező összetétele a teljes
koncentrációszámításhoz
Az (5) egyenlet minden koncentráció kifejezésének általános alakja mind CBL, mind SBL esetén a
következőképpen adható meg:
9. egyenlet
𝐶𝐶{𝑥𝑥, 𝑦𝑦, 𝑧𝑧} = (𝑄𝑄 𝑢𝑢
⁄ )𝑒𝑒𝑦𝑦{𝑦𝑦; 𝑧𝑧}𝑒𝑒𝑧𝑧{𝑧𝑧; 𝑥𝑥}
ahol
Q a forráskibocsátási arány,
|. oldal 15
u a tényleges szélsebesség és
py és pz valószínűségi sűrűségfüggvények, amelyek az oldal irányú és függőleges
koncentrációeloszlásokat írják le.
Az AERMOD hagyományos Gauss sűrűségfüggvényt feltételez az SBL-ben mind oldal irányban,
mind függőlegesen, valamint a CBL-ben csak oldal irányban. A füstfáklya anyagának függőleges
eloszlása a CBL-ben tükrözi a függőleges sebességeloszlás kifejezetten nem Gauss jellegét a
konvektív módon keveredett rétegekben.
A CBL-ben a koncentráció eloszlásának speciális formáját a (13) egyenlet írja le, amely a Cc{x, y, z}
jelölést használja. Hasonlóképpen, az SBL-ben a koncentráció a (24) egyenletbeli formát veszi fel,
és a Cs {x, y, z} jelölést használja.
Az AERMOD a légköri stabilitástól és a határréteg feletti elhelyezkedéstől függően öt különféle
füstfáklya típust szimulációját tudja elvégezni:
1) közvetlen,
2) közvetett,
3) behatolt,
4) injektált és
5) stabil.
Stabil körülmények között a füstfáklyákat a már ismert vízszintes és függőleges Gauss-
függvényekkel modellezzük. Konvektív körülmények között (L <0) a vízszintes eloszlás továbbra is
Gauss típusú; a függőleges koncentrációeloszlás három füstfáklyatípus kombinációjából
származtatható:
1) a keveredett rétegben található közvetlen füstfáklya anyag, amely kezdetben nem lép
kölcsönhatásba a keveredett réteggel;
2) a keveredett rétegben lévő közvetett füstfáklya anyag, amely felfelé emelkedik és hajlamos
kezdetben a keveredett réteg tetején lebegni; és
3) a behatolt füstfáklya anyag, amely a kevert rétegben szabadul fel, de felhajtóerő miatt
behatol a felső stabil rétegbe.
Konvektív feltételek esetén az AERMOD az injektált forrásnak nevezett különleges esetet is kezeli,
ahol a kémény teteje (vagy a kibocsátási magasság) nagyobb, mint a keveredési magasság. Az
injektált forrásokat stabil füstfáklyával modellezik, azonban a turbulencia és a keveredési rétegben
levő szelek hatását figyelembe veszi az inhomogenitási számításokban, ahogy a füstfáklya anyag
áthalad a keveredési rétegen, hogy elérje a receptorokat.
|. oldal 16
A CBL (konvektív határréteg) függőleges eloszlásának megadásához az AERMOD szakít a
hagyományos Gauss-modell gyakorlatával. Mivel a leszálló áramlás inkább elterjedt a CBL-ben, mint
a felfelé áramlás, a megfigyelt függőleges koncentrációeloszlás nem Gauss-féle.
A planetáris határréteg a troposzféra alsó része, ahol a felszín által meghatározott kényszerek
(mechanikus és termikus) hatnak jellemzően órás időskálán. A PHR kialakulásában és fejlődésében
a kétféle mechanizmus által kialakított légköri turbulencia játszik szerepet (mechanikai és termikus).
Az elmúlt évtizedekben folyamatosan fejlődött a határréteg szerkezetéről alkotott elképzelésünk.
Sutton1953-ban a PHR-t két különálló tartományra osztotta.
Az alsó, felszíni rétegben nagyjából állandó nyírófeszültség van, a szélprofil a felszíni súrlódás és a
hőmérséklet vertikális gradiense által meghatározott. A fölötte levő rétegben a szelet a Föld forgása
is befolyásolja. Ez a szélfordulási, vagy Ekman-réteg.
5. ábra A PHR napi menete szárazföldek felett, Stull(1988)
A felszínközeli réteg (SL–surface layer angolul) felett nappal a szenzibilis hőáram pozitívvá válása
után indul meg a konvektív határrétegfejlődése (CBL–convective boundary layerangolul), éjszaka
stabil éjszakai határréteg (SBL–stable boundary layer angolul) hozzávetőlegesen 200-500 m
magasságig és felette az átmeneti (RL–residual layer angolul, vagy maradék, tárolási) réteg van. Az
Ekman-réteget, különösen a légszennyezés meteorológiában gyakran nevezik keveredési rétegnek is.
A felszínközeli réteg (belső határréteg, vagy Prandtl-réteg) a PHR alsó 5–10%-a. Az a réteg, ahol a
turbulens fluxusok (hő, nedvesség, momentum) függőleges irányban legfeljebb 10%
változékonyságot mutatnak (Stull, 1988). A turbulens kicserélődési folyamatokat a Monin-Obukhov-
féle hasonlósági elmélet írja le.
A CBL felső rétege a beszívási zóna, vagy bekeveredési réteg, ami a szabad légkör és a CBL közötti
keveredés színtere. Természetesen a CBL fejlődésének kezdeti szakaszában a maradvány réteg
|. oldal 17
levegője kerül a növekvő konvektív határrétegbe. Nyári napokon, tiszta időjárási helyzetben a
légbeszívási zónafelső határa akár 3000 m körül is lehet.
Szennyezőanyagok a határrétegben.
Elsősorban a turbulencia, a rétegződés labilis/stabilis volta, az inverzió jelenléte azok a határrétegbeli
tulajdonságok, amik döntően befolyásolják a szennyezőanyagok eloszlást.
Labilis rétegződés feletti záró inverzió esetén (éjjel, városi környezetben) a füst csak lefelé képes
terjedni, míg, ha az inverzió alapja kellőképp leereszkedik, csökken a szennyezőanyag talajközeli
koncentrációja.
A határrétegben az állapothatározók átlagos értékeinek napszak szerinti változása.
Már naplemente előtt kialakul a talajmenti kisugárzási inverzió, melynek vastagsága napfelkeltéig nő
(a hosszúhullámú kisugárzás, így a felhőzet függvényében). Vastagsága kora este már 50–100 m. E
réteg erősen stabilis, bármilyen légmozgás lefele irányuló hőszállítást eredményez. Napfelkelte után
fejlődni kezd a keveredési réteg, fokozatosan megszűnik az inverzió.
Reggel a felszíni evapotranszspiráció beindulása miatt a páratartalom hirtelen megnő az alsóbb
rétegekben. Kora délután a legerősebb az evapotranszspiráció, ám a magasabb rétegekből leszállítódó
szárazabb levegő, illetve az intenzív turbulens kicserélődés miatt a vízgőz-koncentráció kissé
csökken. (A keveredési réteg tetején viszont a nedvesség erősen csökken, mivel a szabad légkörből
száraz levegő keveredik be.) Késő délután ismét megnövekszik a páratartalom, ahogy hűlnek és
stabilizálódnak az alsóbb légrétegek.
A 6. ábra egy konvektív határrétegben lévő pillanatnyi füstfáklyát és annak megfelelő együttes
átlagolt füstfáklyát szemlélteti. Az AERMOD-ban a báziskoncentráció becslése egyórás átlagot
szemléltet.
|. oldal 18
Pillanatnyi füstfáklya
Együttes - átlagolt füstfáklya
6. ábra Pillanatnyi és annak megfelelő együttes átlagolt füstfáklya a CBL-ben
Mivel a pillanatnyi füstfáklya nagyobb százalékát lefelé szálló áramlás teszi ki, az együttes átlag
általában lefelé szálló tendenciát mutat. Mivel a lefelé áramlás jellemzőbb, a lefelé áramlás
átlagsebessége ennek megfelelően gyengébb, mint az átlagos felfelé irányuló sebesség, hogy a tömeg
megmaradjon.
Feltételezzük, hogy a pillanatnyi füstfáklya Gauss-féle koncentráció-eloszlású a véletlenszerűen
változó középvonala körül. Az átlagot vagy az átlagos koncentrációt az összes véletlenszerű
középvonal-elmozdulás okozta koncentrációk összegzésével lehet meghatározni.
Ez az átlagoló eljárás egy aszimmetrikus eloszlást eredményez, amelyet az AERMOD bi-Gauss
sűrűségfüggvényként ábrázol (egy a felfelé szálló, egy a lefelé szálló áramláshoz).
A 7. ábra a felfelé és lefelé áramló füstfáklya szuperpozícióját mutatja.
|. oldal 19
Felfelé szálló füstfáklya
Lefelé
szálló
füstfáklya
7. ábra Az AERMOD sűrűségfüggvényt alkalmazó megközelítése a füstfáklya eloszlás CBL-ben
történő modellezéséhez
Az AERMOD az aszimmetrikus eloszlást két Gauss-eloszlás, a felfelé és a lefelé szálló eloszlás
szuperpozíciójával közelíti.
A konvektív határréteg (CBL) diszperziós algoritmusai Gifford (1959) kanyargó füstfáklya
koncepcióján alapulnak, amelyben egy kis „pillanatnyi” füstfáklya vándorol a turbulens áramlásban
lévő nagy örvények miatt. A specifikus modellforma egy valószínűségi sűrűségfüggvény
megközelítés, amelyben a középvonal-elmozdulás eloszlását pw-ből és pv-ből számolják, a CBL-beli
véletlenszerű függőleges (w) és az oldalsó (v) sebességek sűrűségfüggvényei segítségével. Ezt a
megközelítést Misra (1982), Venkatram (1983) és Weil et al. (1988) is ismertetik. A füstfáklya
középvonalának teljes függőleges zc elmozdulása a véletlenszerű és a füstfáklya emelkedése miatti
elmozdulásoknak a szuperpozíciója Weil et al. (1986, 1997) szerint. Így az AERMOD megközelítése
kiterjeszti Gifford modelljét a füstfáklya emelkedésére is. Ezenkívül magában foglalja a zc
aszimmetrikus eloszlását is, mivel a CBL-ben a pw ismert módon aszimmetrikus; azonban az
oldalirányú füstfáklya-elmozdulást Gauss-típusúnak feltételezi.
A füstfáklya középvonalának zc magasságát a sűrűségfüggvény (azaz pw) adja meg, amint azt Weil
(1988) is leírja, és zc a füstfáklya emelkedésének (∆h) és a véletlenszerű konvektív sebesség miatti
(w) elmozdulásának szuperpozíciójaként jellemezhető:
10. egyenlet
𝑤𝑤𝑥𝑥
𝑧𝑧𝑐𝑐 = ℎ𝑠𝑠 + ∆ℎ +
𝑢𝑢
|. oldal 20
ahol
hs a kémény magassága (a kémény hegyéről történő leáramlással korrigálva),
u az átlagos szélsebesség (függőleges átlag a konvektív határréteg felett)
x a szélirányú távolság.
A ∆h értéke magában foglalja a forrás lendületét és a felhajtóerő hatásait, amelyeket az (58) egyenlet
ír majd le (lásd Briggs, 1984).
Többen megállapították, hogy a CBL-ben pw-t jól közelíti két Gauss-eloszlás szuperpozíciója (például
Baerentsen és Berkowicz, 1984; Weil, 1988), úgy mint:
11. egyenlet
𝜆𝜆
(𝑤𝑤 − 𝑤𝑤
����)2
𝜆𝜆
(𝑤𝑤 − 𝑤𝑤
����)2
𝑒𝑒
1
2
2
2
𝑤𝑤 =
𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 �
𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 �
�2𝜋𝜋𝜎𝜎
2
� +
2
�
1
2𝜎𝜎1
�2𝜋𝜋𝜎𝜎2
2𝜎𝜎2
ahol
1 és 2 a két eloszlás súlyozási együtthatói (1 = felfelé, 2 = lefelé).
A wi és σi (i = 1,2) az átlagos függőleges sebesség és a szórás az adott eloszlás esetén, feltételezve,
hogy arányos w-vel. A függőleges sebesség aszimmetriáját Weil (1990, 1997) adta meg.
Az itt alkalmazott sűrűségfüggvény megközelítés szerint (Weil et al., 1997) három primer forrás
létezik, amelyek hatással vannak a modellezett koncentrációmezőre:
1) „közvetlen” vagy a valós forrás: a kéménynél,
2) „közvetett” forrás, amelyet a modell a CBL felett helyez el, és amely biztosítja a lebegő füstfáklya
lassú, lefelé történő diszperzióját, amely lebeg a zi közelében, de alatta marad,
3) „behatolt forrás”, amely tartalmazza a füstfáklya anyagának azon részét, amely behatolt a stabil
rétegbe zi felett.
A közvetlen forrás leírja a füstfáklya anyagának azon diszperzióját, amely közvetlenül a forrásból
érkezik a leszálló áramlás révén a talajhoz. A közvetett forrás a felfelé áramló füstfáklya inverzióval
való első kölcsönhatásának kezelésére szolgál, azaz olyan füstfáklya szakaszok esetében, amelyek
kezdetben felfelé, a CBL tetejére emelkednek és leszálló áramlatok révén visszatérnek a talajhoz.
Képzeletbeli forrásokat adunk hozzá, hogy kezelni lehessen a füstfáklya későbbi kölcsönhatásait a
talajjal és az inverziót, valamint, hogy megfeleljen a nulla fluxus feltételeknek z = 0 és z = zi esetén.
Ez a forrás ugyanolyan szerepet játszik, mint a standard Gauss-modellben az első forrás, amely a zi
felett van, de különbözik a füstfáklya lebegésének kezelésében.
A közvetett forrás esetében módosított reflexiós megközelítést alkalmaznak, amelyben a függőleges
sebesség z = zi-nél tükröződik, de egy „közvetett” forrás által generált emelkedést, hi, is magában
foglal, hogy késleltesse a füstfáklya anyagának lefelé történő eloszlását a CBL felső részéből indulva.
Ennek célja a „lebegő” viselkedés utánozása.
A behatolt forrást azért kell figyelembe venni, hogy lehetővé tegye, hogy az anyag kezdetben
áthatoljon a megemelkedett inverzión, de később visszatérhessen a CBL-be a tömeg turbulens
keveredése által.
|. oldal 21
A 8. ábra szemlélteti ezt a három füstfáklya megközelítést; és ez az AERMOD konvektív modelljének
alapvető jellemzője.
Közve-
tett
forrás
Beha
-toló
forrás
Közvetlen
forrás
Késleltett vissza-
verődés felhajtóerő Visszaverődés, ha
miatt
nincs felhajtóerő
8. ábra Az AERMOD három füstfáklya kezelési módja a CBL-ben
A CBL-beli vízszintes füstfáklya állapot teljes koncentrációja a következőképpen írható le:
12. egyenlet
𝐶𝐶𝑐𝑐{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} = 𝐶𝐶𝑑𝑑{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} + 𝐶𝐶𝑟𝑟{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} + 𝐶𝐶𝑝𝑝{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟}
ahol:
Cc {xr, yr, zr} - teljes koncentráció CBL-ben
Cd {xr, yr, zr} - közvetlen forrás koncentrációhoz történő hozzájárulása
Cr {xr, yr, zr} - közvetett forrás koncentrációhoz történő hozzájárulása
Cp {xr, yr, zr} - behatolt forrás koncentrációhoz történő hozzájárulása
A terepre reagáló állapot teljes koncentrációjának leírásakor a (12) egyenletben σzr helyébe σzp lép.
Behatolás figyelembevételekor a füstfáklya tömegének azon részét, amely a CBL-ben marad (fp), a
következőképpen kell kiszámítani:
13. egyenlet
𝑓𝑓𝑝𝑝 = 0 ℎ𝑚𝑚 ∆ℎℎ < 0,5∆ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒
𝑓𝑓𝑝𝑝 = 1 ℎ𝑚𝑚 ∆ℎℎ > 1,5∆ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒
|. oldal 22
∆ℎ
𝑓𝑓
ℎ
𝑝𝑝 = ∆ℎ − 0.5 ℎ𝑚𝑚 0,5∆ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒 < ∆ℎℎ < 1,5∆ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒
𝑒𝑒𝑒𝑒
ahol ∆hh = zi - hs és ∆heq az egyensúlyi füstfáklya-emelkedés stabil környezetben (Berkowicz et al.,
1986), melyet az alábbiak szerint kell kiszámítani:
14. egyenlet
∆ℎ
⁄
𝑒𝑒𝑒𝑒 = (2,63𝑃𝑃𝑠𝑠 + (2 3
⁄ )3)1 3∆ℎℎ
ahol
𝐹𝐹
𝑃𝑃
𝑏𝑏
𝑠𝑠 =
𝑢𝑢 2 3
𝑝𝑝𝑁𝑁ℎ ∆ℎℎ
1⁄2
𝑔𝑔 𝜕𝜕𝜃𝜃
𝑁𝑁ℎ = �
�
𝜃𝜃{𝑧𝑧1} 𝜕𝜕𝑧𝑧�𝑧𝑧>𝑧𝑧𝑖𝑖
𝐹𝐹
2 ∆𝑇𝑇𝑠𝑠
𝑏𝑏 = 𝑔𝑔𝑤𝑤𝑠𝑠𝑟𝑟𝑠𝑠
𝑇𝑇𝑠𝑠
𝐹𝐹𝑏𝑏 - füstfáklya felhajtóerő fluxus
𝑤𝑤𝑠𝑠 – kéményből kilépő gáz sebessége
𝑟𝑟𝑠𝑠 – kémény sugara
𝑢𝑢𝑝𝑝 - szélsebesség a füstfáklya emelkedése (CBL esetén 𝑢𝑢𝑝𝑝 = 𝑢𝑢{ℎ𝑠𝑠})
𝜕𝜕𝜕𝜕� - potenciális hőmérsékletgradiens 𝑧𝑧
𝜕𝜕𝑧𝑧 𝑧𝑧>𝑧𝑧
𝑖𝑖 felett, 𝑧𝑧𝑖𝑖-től 𝑧𝑧𝑖𝑖+500 m-ig
𝑖𝑖
Közvetlen forrás hozzájárulása a CBL-beli koncentrációszámításokhoz
Weil et al. (1997) szerint a vízszintes állapothoz tartozó közvetlen füstfáklya koncentrációeloszlás az
alábbi módon adható meg:
15. egyenlet
𝑄𝑄𝑓𝑓
−𝑦𝑦2
2
∞ 𝜆𝜆
(𝑧𝑧 − 𝛹𝛹
(𝑧𝑧 + 𝛹𝛹
𝐶𝐶
𝑝𝑝
𝑟𝑟
𝑗𝑗
𝑑𝑑𝑗𝑗 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖)2
𝑑𝑑𝑗𝑗 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖)2
𝑑𝑑{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} =
�
2𝜋𝜋𝑢𝑢𝜎𝜎 ∙ 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 � 2� ∙ � �
exp �−
2
� + exp �−
2
��
𝑦𝑦
2𝜎𝜎𝑦𝑦
𝜎𝜎𝑧𝑧𝑗𝑗
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑗𝑗
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑗𝑗
𝑗𝑗=1 𝑚𝑚=0
ahol
Ѱ𝑑𝑑𝑗𝑗 - közvetlen forrás magassága
𝑄𝑄 - forrás kibocsátási sebesség
𝑧𝑧
𝑧𝑧 = �
𝑟𝑟 𝑣𝑣í𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑧𝑒𝑒𝑧𝑧 𝑓𝑓ü𝑧𝑧𝑧𝑧𝑓𝑓á𝑘𝑘𝑘𝑘𝑦𝑦𝑚𝑚 á𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚𝑒𝑒𝑙𝑙𝑧𝑧 𝑒𝑒𝑧𝑧𝑒𝑒𝑧𝑧é𝑧𝑧
𝑧𝑧𝑝𝑝 𝑧𝑧𝑒𝑒𝑟𝑟𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑧𝑧 𝑘𝑘ö𝑣𝑣𝑒𝑒𝑧𝑧ő 𝑓𝑓ü𝑧𝑧𝑧𝑧𝑓𝑓á𝑘𝑘𝑘𝑘𝑦𝑦𝑚𝑚 á𝑘𝑘𝑘𝑘𝑚𝑚𝑒𝑒𝑙𝑙𝑧𝑧 𝑒𝑒𝑧𝑧𝑒𝑒𝑧𝑧é𝑧𝑧 �
|. oldal 23
Itt Ѱdj és zj a tényleges forrásmagasság és a függőleges diszperziós paraméter, a két eloszlásban külön-
külön a (11) egyenlet szerint. A teljes turbulenciából származó diszperziós paraméterek (y, zl és z2) a
következő egyenletekkel számíthatók: (31) és (43) - (46). Az 1 és 2 alsó index a felfelé és lefelé
áramló füstfáklyákra utal.
16. egyenlet
𝑤𝑤
𝑚𝑚
𝜆𝜆
2
2
1 =
𝑤𝑤
=
2 − 𝑤𝑤1
𝑚𝑚2 − 𝑚𝑚1
𝑤𝑤
𝑚𝑚
𝜆𝜆
1
1
2 =
𝑤𝑤
=
2 − 𝑤𝑤1
𝑚𝑚2 − 𝑚𝑚1
ahol az a1 és a2 a (18) egyenlettel adható meg.
A (15) egyenletnél egy „képzeletbeli” füstfáklyát használunk a fluxusmentes állapot elérésre, azaz a
képzeletbeli füstfáklya egy forrásból zr = -hs értéknél, ami azt eredményezi, hogy az exponenciális
kifejezések zr-t és Ѱdj-t tartalmaznak a (15) egyenlet jobb oldalán. A képzeletbeli füstfáklya zr = -hs
esetén pozitív anyagáramot eredményez zr = zi értéknél. A fluxusmentes feltétel kielégítésére egy
képzeletbeli forrást zr = 2 zi + hs értékkel kell bevezetni, amely a képzeletbeli források sorozatát
eredményezi zr = 2 zi - hs, 4zi + hs, -4zi - hs stb.
A közvetlen füstfáklya magasságát a következő kifejezés adja meg
17. egyenlet
𝛹𝛹𝑑𝑑𝑗𝑗 = ℎ𝑒𝑒𝑑𝑑 + 𝑤𝑤𝑗𝑗𝑚𝑚 j=1;2
𝑢𝑢
ahol
𝑤𝑤𝑗𝑗 = 𝑚𝑚𝑗𝑗𝑤𝑤 és ℎ𝑒𝑒𝑑𝑑 = ℎ𝑠𝑠 + ∆ℎ𝑑𝑑 - füstfáklya magassága lebegés (felhajtóerő) miatt
∆ℎ𝑑𝑑 - füstfákyla emelkedés közvetlen forrás esetén
A (17) második kifejezése a konvekció miatt bekövetkező füstfáklya emelkedés. h az (58) egyenlettel
számítható
18. egyenlet
𝜎𝜎𝑤𝑤𝑇𝑇 𝛼𝛼𝛼𝛼 1
4 1⁄2
𝑚𝑚1 =
�
�
𝑤𝑤 � 2 + 2 𝛼𝛼2𝛼𝛼2 + 𝛽𝛽
�
Ahol 𝜎𝜎𝑤𝑤𝑇𝑇 az effektív vertikális turbulenciakomponens. A (18) egyenletbeli paraméterek a
következőképpen adhatók meg:
19. egyenlet
1 + 𝑅𝑅2
∝=
1 + 3𝑅𝑅2
𝛽𝛽 = 1 + 𝑅𝑅2
𝑤𝑤3/𝑤𝑤3
𝛼𝛼 =
(𝜎𝜎𝑤𝑤𝑇𝑇/𝑤𝑤)3
|. oldal 24
ahol S – aszimmetria tényező
𝑤𝑤3
𝑤𝑤3
𝐻𝐻𝑝𝑝{𝑥𝑥}
𝑤𝑤3 = 0,125; 𝐻𝐻𝑝𝑝{𝑥𝑥} > 0,1𝑧𝑧; 𝑤𝑤3 = 1,25 𝑧𝑧 ; 𝐻𝐻𝑝𝑝{𝑥𝑥} ≤ 0,1𝑧𝑧
𝑖𝑖
R feltételezett értéke 2,0 (Weil és et al., 1997)
Közvetett forrás hozzájárulása a CBL-beli koncentrációszámításokhoz
A vízszintes állapotú közvetett forrás koncentrációszámításra gyakorolt hatása a következő:
20. egyenlet
𝑄𝑄𝑓𝑓
−𝑦𝑦2
2
∞ 𝜆𝜆
(𝑧𝑧
(𝑧𝑧
𝐶𝐶
𝑝𝑝
𝑗𝑗
𝑟𝑟 − 𝛹𝛹𝑟𝑟𝑗𝑗 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖)2
𝑟𝑟 + 𝛹𝛹𝑟𝑟𝑗𝑗 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖)2
𝑦𝑦{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} =
�
2𝜋𝜋𝑢𝑢𝜎𝜎 ∙ 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 �
2 � ∙ � �
exp �−
2
� + exp �−
2
��
𝑦𝑦
2𝜎𝜎𝑦𝑦
𝜎𝜎𝑧𝑧𝑗𝑗
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑗𝑗
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑗𝑗
𝑗𝑗=1 𝑚𝑚=1
ahol
𝛹𝛹𝑟𝑟𝑗𝑗 - közvetett forrású füstfáklya teljes magassága
Az 𝛹𝛹𝑟𝑟𝑗𝑗 közvetett forrás magasságát a (21) egyenlet segítségével lehet kiszámítani.
A terepet követő állapot teljes koncentrációját a (20) egyenlet adja meg, ahol σzr helyett σzp-t kell
használni.
A teljes turbulenciából (környezeti, felhajtó erő és épület által okozott) származó diszperziós
paraméterek (y, σz1 és σz2) a következő egyenletekkel számíthatók: (31) és (43) - (46).
A közvetett füstfáklya magasságát a következő kifejezés adja meg:
21. egyenlet
𝑤𝑤
𝛹𝛹
𝑗𝑗𝑥𝑥
𝑟𝑟𝑗𝑗 =
ℎ𝑠𝑠 + ∆
ℎ𝑟𝑟 +
𝑢𝑢
ahol
𝑤𝑤𝑗𝑗 = 𝑚𝑚𝑗𝑗; ∆ℎ𝑟𝑟 = ∆ℎ𝑑𝑑 − ∆ℎ𝑖𝑖 füstfáklya magassága lebegés (felhajtóerő) miatt és ∆ℎ𝑖𝑖- füstfáklya
emelkedés közvetett forrás esetén
A h a (60) egyenletből számítható. A (17) egyenletbeli aj értékek a (18) egyenletből számíthatók.
Behatolt forrás hozzájárulása a CBL-beli koncentrációszámításokhoz
A behatolt forrás koncepciója egyszerű Gauss típusú (mind vízszintes, mind függőleges füstfáklya
eloszlásokhoz). A vízszintes füstfáklya állapot hozzájárulását a következő egyenlet adja meg:
22. egyenlet
𝑄𝑄(1 − 𝑓𝑓
−𝑦𝑦2
∞
(𝑧𝑧
(𝑧𝑧
𝐶𝐶
𝑝𝑝)
𝑟𝑟
𝑟𝑟 − ℎ𝑒𝑒𝑝𝑝 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒)2
𝑟𝑟 + ℎ𝑒𝑒𝑝𝑝 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒)2
𝑦𝑦{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} =
2𝜋𝜋𝑢𝑢𝜎𝜎
∙ 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 � 2 � ∙ � �exp �−
2
� + exp �−
2
��
𝑦𝑦𝑝𝑝𝜎𝜎𝑧𝑧𝑝𝑝
2𝜎𝜎𝑦𝑦𝑝𝑝
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑝𝑝
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑝𝑝
𝑗𝑗→∞
ahol
Cp {xr, yr, zr} = behatolt forrás koncentrációhoz történő hozzájárulása
|. oldal 25
hep= behatolt forrás magassága
zreff=visszaverő felület magassága a stabil rétegben
A terepet követő állapot teljes koncentrációját a (22) egyenlet adja meg, ahol σzr helyett σzp-t kell
használni.
A teljes turbulenciából (környezeti, felhajtó erő és épület által okozott) származó diszperziós
paraméterek (σyp és σzp) a (32) egyenlettel számíthatók.
AERMOD-ban számított koncentrációk az SBL-ben
Az AERMOD koncentráció számításhoz használt kifejezése hasonló az ICS3 által használthoz, stabil
feltételek esetén (L > 0).
23. egyenlet
𝑄𝑄(1 − 𝑓𝑓
∞
(𝑧𝑧
(𝑧𝑧
𝐶𝐶
𝑝𝑝)
𝑟𝑟 − ℎ𝑒𝑒𝑠𝑠 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒)2
𝑟𝑟 + ℎ𝑒𝑒𝑠𝑠 − 2𝑚𝑚𝑧𝑧𝑖𝑖𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒)2
𝑦𝑦{𝑥𝑥𝑟𝑟, 𝑦𝑦𝑟𝑟, 𝑧𝑧𝑟𝑟} =
∙ 𝐹𝐹
�2𝜋𝜋𝑢𝑢𝜎𝜎
𝑦𝑦 ∙ � �exp �−
2
� + exp �−
2
��
𝑧𝑧𝑠𝑠
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑠𝑠
2𝜎𝜎𝑧𝑧𝑠𝑠
𝑗𝑗→∞
ahol
Cs {xr, yr, zr} = stabil forrás koncentrációhoz történő hozzájárulása
hes= stabil forrás magassága
Fy= oldal irányú eloszlás függvény (kanyargással)
Stabil körülmények esetén ugyan nincs a CBL-hez hasonló határ a mechanikusan keveredett réteggel,
az AERMOD mégis megakadályozza a füstfáklya anyagának nem valósághű elterjedését a keveredett
réteg magassága fölötti régióba, ahol a turbulencia szintje várhatóan túl kicsi ahhoz, hogy támogassa
ilyen fajta füstfáklya keveredést. Ha a végső effektív füstfáklya magasság jóval zim alatt van, akkor
feltételezzük, hogy a füstfáklya nem keveredik függőlegesen zim felett, és a füstfáklya visszaverődik
a keveredett rétegbe. Amikor a stabilizált füstfáklya széle eléri a zim szintjét, akkor a magasságot,
amelyen feltételezhetően a függőleges keveredés megszűnik, hagyjuk emelkedni, miközben a
szóródó füstfáklya rész a füstfáklya felső széléhez közeli szinten marad. Ilyen módon megengedett a
füstfáklya visszaverődés, összhangban a függőleges turbulencia hiányával odafent, de nincs erős
koncentráció-kettőző hatás, olyan, ami feltételezett kemény felületről történő visszaverődésnél fordul
elő. Ezzel a kvázi-fedél megközelítéssel az AERMOD lehetővé teszi, hogy a füstfáklya lefelé
szóródjon, de ahol a fenti turbulencia alacsony, a függőleges füstfáklya növekedését egy visszaverő
felület korlátozza, amelyet a (24) egyenlet határoz meg. A lefelé történő szóródás w értékkel úgy
határozható meg, hogy w-t a receptorról a tényleges füstfáklyára fajlagosítják. Ez azt jelenti, hogy ha
az effektív füstfáklya-magasság meghaladja a keveredett réteg magasságát, a zim értéket, akkor a w
átlag kiszámítása olyan területeket is érint, amelyekben w alacsony. Ez azt eredményezi, hogy az
effektív magasság növekedésével mind az átlagos w, mind pedig a lefelé történő füstfáklya terjedés
csökken.
|. oldal 26
Amikor a füstfáklya felhajtóereje az emelkedő füstfáklyát a viszonylag nem turbulens rétegbe viszi
zim fölé, a visszaverő felületet továbbra is 2,15 zs-re helyezzük az effektív füstfáklya-magasság fölött,
mert a füstfáklya lebegés jelensége miatt is szóródik a füstfáklya, illetve a lefelé történő keveredés
továbbra is fontos. Ezért feltételezzük, hogy az SBL-ben a füstfáklya anyag egy megemelt felületről
verődik vissza, amelyet a következőképpen lehet definiálni:
24. egyenlet
𝑧𝑧𝑖𝑖𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀[(ℎ𝑒𝑒𝑠𝑠 + 2,15𝜎𝜎𝑧𝑧𝑠𝑠{ℎ𝑒𝑒𝑠𝑠})]; 𝑧𝑧𝑖𝑖𝑚𝑚
ahol σzs definiálása a (33) egyenletben wm és u érték hs-nél történő meghatározásával történik; nem
effektív paraméterként. Fontos megjegyezni, hogy zieff függ a szélirányú távolságától, mivel σzs
távolságfüggő. Valójában, mint azt a (24) egyenlet sugallja, ez az effektív visszaverő felület csak a
felfelé irányuló eloszlás szélső végét hajlítja vissza. A behatolt és injektált források esetében a zieff a
(24) egyenlettel számítható, ahol σzs és a hes helyébe a σp és hep lép.
Az AERMOD magában foglalja azt a hatást, amelyet az alacsony frekvenciájú, nem diffundáló
örvények (azaz a kanyargás) gyakorolnak a füstfáklya-koncentrációra. A kanyargás hatásait csak az
SBL-ben vesszük figyelembe, mivel nem várható, hogy jelentős hatása lenne a CBL-re.
A kanyargás (vagy a modellezési periódus alatt a szélirány eltolódása miatt bekövetkező lassú
füstfáklya oldalirányú tolódás) csökkenti annak valószínűségét, hogy a forrásoktól távol, hosszú
utazási idő után koherens füstfáklyát lehessen észlelni. Ezt a hatást a füstfáklya-koncentrációra
legjobban részecsketerjedési modellel lehet szemléltetni, mivel ezek a modellek úgy becsülik meg a
koncentrációt egy receptoron, hogy megszámolják, hogy hányszor látható az adott részecske a
receptor térfogatában. Egyszerű egyensúlyi állapotú modellként azonban az AERMOD nem képes
ilyen információkat előállítani. Az AERMOD a kanyarodást a vízszintes eloszlási függvény két
határa: a koherens és a véletlenszerű füstfáklya határa közti interpolációval számolja. A koherens
füstfáklya esetében a vízszintes eloszlási függvénynek szokásos Gauss-alakja van:
25. egyenlet
1
−𝑦𝑦 2
𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦 =
𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 �
�
�2𝜋𝜋𝜎𝜎𝑦𝑦
2𝜎𝜎𝑦𝑦
ahol
𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦 - vízszintes eloszlásfüggvény koherens füstfáklya esetén
Ha feltételezzük, hogy a füstfáklya eloszlása teljesen véletlenszerű, akkor a füstfáklya anyagának
egyenletes eloszlása van. Ezért a véletlenszerű füstfáklya határértékhez a vízszintes eloszlásfüggvény
a következőképpen írható fel:
26. egyenlet
|. oldal 27
1
𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦 =
2𝜋𝜋𝑥𝑥𝑟𝑟
ahol
𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦 - vízszintes eloszlásfüggvény véletlenszerű füstfáklya esetén
Annak biztosítása érdekében, hogy az xr0-t (egy olyan határ, ahol a véletlenszerű vagy a kanyargó
komponensnek minimális súlyozásúnak kell lennie) az FyR ne közelíthesse meg, nem engedhető meg,
hogy FyR nagyobb legyen, mint FyC.
27. egyenlet
1
𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦 = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑁𝑁 �2𝜋𝜋𝑥𝑥 �; 𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦
𝑟𝑟
A két határ a (25) és (27) egyenletben történő meghatározása után interpolálhatunk közöttük,
feltételezve, hogy a teljes vízszintes „energia” eloszlik a szél átlagos és turbulens összetevője között.
Figyelembe véve, hogy a forráshoz közel vagyunk, tekinthetjük úgy, hogy a vízszintes szél
átlagösszetevőből, valamint véletlenszerű u és v összetevőből áll. Ezután a teljes vízszintes szél
„energiát” így lehet megadni:
28. egyenlet
𝜎𝜎
2
ℎ = 2𝜎𝜎𝑣𝑣 + 𝑢𝑢2
ha feltételezzük, hogy u = v. A véletlenszerű energiakomponens kezdetben 2σ 2v, de a forrástól nagy
távolságra már más értéket vesz fel, amikortól a h forrásnál az átlagos szélre vonatkozó információ
irreleváns lesz a füstfáklya helyzetének előrejelzésekor. A vízszintes szélenergia véletlenszerű
komponensének alakulása a következő egyenlet segítségével írható le:
29. egyenlet
−𝑥𝑥
𝜎𝜎2
2
𝑟𝑟
2
𝑟𝑟 = 2𝜎𝜎𝑣𝑣 + 𝑢𝑢2 �1 − 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 �
𝑢𝑢𝑇𝑇 �� ; 𝑢𝑢 = �𝑢𝑢2 − 2𝜎𝜎𝑣𝑣
𝑟𝑟
ahol
𝜎𝜎2𝑟𝑟 - véletlenszerű energia
𝑢𝑢 – átlagos szél
T – 24 óra
Tr egy olyan időskála, amelynél az átlagos szélinformáció a forrásnál már nem korrelál a füstfáklya
anyagának helyzetével a szélirányú receptorain. A szélstatisztikák autokorrelációját magában foglaló
elemzések, például Brett és Tuller (1991), valamint a fizikai intuíció azt sugallják, hogy egy teljes
napi ciklus (Tr =24 óra) periódusa után a füstfáklya transzportjának véletlenszerű, r állapota valósul
meg. A (29) egyenletben láthatjuk, hogy kis utazási idők esetén σ 2
2
r = 2σv , nagy utazási időnél
(távolságnál) pedig σ 2
2
r = 2σv + 𝑢𝑢�2 , amely a közeg teljes vízszintes kinetikus energiája. A rendszerben
található véletlenszerű energia arányában (𝜎𝜎2 2
𝑟𝑟 /𝜎𝜎ℎ ) hatékonyan súlyozható a koherens és a
véletlenszerű vízszintes eloszlási függvények relatív hozzájárulása egy összetett eloszlási függvény
kialakításához, az alábbiak szerint:
|. oldal 28
30. egyenlet
𝜎𝜎2
𝜎𝜎2
𝐹𝐹
𝑟𝑟
𝑟𝑟
𝑦𝑦 = 𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦 �1 − − 𝜎𝜎2� + 𝐹𝐹𝑦𝑦𝑦𝑦 � 2�
ℎ
𝜎𝜎ℎ
A terepet követő állapot teljes koncentrációja a (23) egyenlet szerinti, melyben zr helyébe zp lép.
Diszperziós együtthatók becslése
Mind az oldalirányú, mind a függőleges koncentráció eloszlásának (σy, illetve σz) szórása a
következők együttes hatásaiból származik: a környezeti turbulencia a); a füstfáklya felhajtóereje által
indukált turbulencia (b); és az épület által keltett hullámok hatása (c).
A környezeti turbulencia által kiváltott diszperziónál (σya, σza) ismert, hogy a magasság függvényében
jelentősen változik, értéke a földfelszín közelében a legnagyobb. A jelenlegi modellektől eltérően az
AERMOD-ot úgy tervezték, hogy figyelembe vegye ezt a magasságtól függő ingadozást.
Az AERMOD korábbi verzióiban az σys és σza esetén megpróbálták figyelembe venni a függőleges
homogenitás kezelésével a turbulencia függőleges ingadozását. Azonban a Prairie Grass adatokkal
történt összehasonlítások azt mutatták, hogy ez a megközelítés nem megfelelő. Ezért σza jelenlegi
kifejezése a felületi szóródás közvetlen kezelésének és Taylor (1921) alapján a felfelé történő
diszperzió hagyományosabb megközelítésének kombinációja. Ezzel jó eredmények érhetők el SBL
összehasonlításokhoz. A CBL eredményei azonban azt mutatták, hogy a felület közelében az
oldalirányú diszperzió kezelése problémás volt. Ezt teljes (CBL és SBL) Prairie Grass adatkészlettel
korrigálták, empirikus összefüggést használva a felszín közelében. Ez a fejezet ismerteti azokat az
σya és σza egyenleteket, amelyek ezen empirikus elemzés alapján írhatók fel.
A CBL-ben, bár a közvetlen (direkt, D) és a közvetett (indirekt, I) források környezet által keltett
szóródását másképp kezelik, mint behatolt (P) források esetében, a környezeti turbulencia, a
felhajtóerő és az épületek miatti hatások kombinálásának általános megközelítése azonos. A
közvetlen és közvetett források esetében az összes diszperziós együtthatót (σy vagy σz) a következő
általános σyz kifejezés alapján számítják ki (Pasquill és Smith, 1983):
31. egyenlet
𝜎𝜎2
2
2
2
𝑦𝑦,𝑧𝑧 = 𝜎𝜎𝑦𝑦𝑚𝑚,𝑧𝑧𝑚𝑚𝑗𝑗 + 𝜎𝜎𝑏𝑏 + 𝜎𝜎𝑦𝑦,𝑑𝑑,𝑧𝑧𝑑𝑑
ahol
σyz ≡ teljes diszperzió – közvetlen és közvetett (D, I)
σya, zaj ≡ környezeti turbulencia által keltett diszperzió – közvetlen és közvetett (D, I)
σb ≡ felhajtóerő által keltett diszperzió – közvetlen és közvetett (D, I)
σyd, zd ≡ lefelé áramlás által keltett diszperzió – csak közvetlen forrás
Behatolt forrás esetén a teljes diszperzió a következőképpen számítható:
32. egyenlet
𝜎𝜎2
2
2
𝑦𝑦𝑝𝑝,𝑧𝑧𝑝𝑝 = 𝜎𝜎𝑦𝑦𝑚𝑚𝑧𝑧,𝑧𝑧𝑚𝑚𝑝𝑝 + 𝜎𝜎𝑏𝑏𝑝𝑝
|. oldal 29
ahol
σyp, zp ≡ teljes diszperzió – behatolt forrás (P)
σyap, zap ≡ környezeti turbulencia által keltett diszperzió – behatolt forrás (P)
σbp ≡ felhajtóerő által keltett diszperzió – behatolt forrás (P)
Az épület által keltett hatások kis mértékben befolyásolják az eredményt.
Injektált forrás esetén a (33) egyenlet adja meg a teljes diszperziót az SBL-ben:
33. egyenlet
𝜎𝜎2
2
2
2
𝑦𝑦𝑠𝑠,𝑧𝑧𝑠𝑠 = 𝜎𝜎𝑦𝑦𝑚𝑚𝑠𝑠,𝑧𝑧𝑚𝑚𝑠𝑠 + 𝜎𝜎𝑏𝑏𝑠𝑠 + 𝜎𝜎𝑦𝑦,𝑑𝑑,𝑧𝑧𝑑𝑑
ahol
σys,zs ≡ teljes diszperzió – stabil forrás (S)
σyas, zas ≡ környezeti turbulencia által keltett diszperzió (SBL)
σbs ≡ felhajtóerő által keltett diszperzió – stabil forrás (S)
σyd, zd ≡ lefelé áramlás által keltett diszperzió – stabil forrás (S)
Környezeti turbulencia a diszperzió számításához
Környezeti turbulencia által okozott oldalirányú diszperzió
Közvetlen és közvetett források esetében a CBL-ben az oldalirányú diszperzió környezeti összetevője
a következőképpen határozható meg:
34. egyenlet
𝜎𝜎𝑦𝑦𝑇𝑇𝑥𝑥
𝜎𝜎𝑦𝑦𝑇𝑇𝑥𝑥
𝑧𝑧
𝜎𝜎
𝑖𝑖
𝑦𝑦𝑚𝑚 =
𝑢𝑢(1 + 𝛼𝛼𝑀𝑀)𝑝𝑝 ; 𝑀𝑀 = 𝑢𝑢𝑧𝑧 ; 𝛼𝛼 =
𝑖𝑖
ℎ𝑒𝑒𝑑𝑑
x ≡ szélirányú távolság, m
hed≡ közvetlen forrású füstfáklya magasság
A közvetlen forrású füstfáklya magasság, hed az (58) egyenlet segítségével számítható ki.
A (88) egyenlet, ha a = 78 és p = 0,3, követi az oldalirányú eloszlás elemzését, amelyet a Prairie Grass
kísérletben mértek (Barad, 1985). A kibocsátási magasság ingadozásának figyelembevételéhez a
Prairie Grass-nél alapján beállítható, hogy:
35. egyenlet
𝑧𝑧
𝛼𝛼 = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 �78 � 𝑝𝑝𝑝𝑝�
ℎ ; 0,7�
𝑠𝑠
hs értékét a (89) egyenletben a zPG minimális értéke adja meg.
Az SBL-beli források esetén az oldalirányú diszperzió környezeti komponensét a következőképp kell
meghatározni:
|. oldal 30
36. egyenlet
𝜎𝜎 𝑥𝑥
𝑦𝑦𝑇𝑇 𝑢𝑢
𝜎𝜎𝑦𝑦𝑚𝑚𝑠𝑠 =
0,3
�1 +
𝑥𝑥
2𝑢𝑢𝑇𝑇1𝑦𝑦𝑠𝑠{ℎ𝑒𝑒𝑠𝑠}�
A (36) egyenletbeli Lagrange-féle idő skála a talajszinten mért koncentrációk Prairie Grass (Barad,
1958) kísérletekben végzett elemzéséből vezethető le (lásd a (34) és (35) egyenletet), melyet
extrapoláltak magasabban elhelyezkedő forrásokra és/vagy füstfáklya magasságokra.
Ez az elemzés TLys - t eredményezett:
37. egyenlet
𝑧𝑧
𝑇𝑇
𝑖𝑖𝑚𝑚𝑧𝑧𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐿𝐿𝑦𝑦𝑠𝑠 =
; 𝑧𝑧𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀[𝑧𝑧; 𝑧𝑧𝑃𝑃𝑃𝑃]
𝑧𝑧𝑃𝑃𝑃𝑃 �156𝜎𝜎𝑦𝑦𝑚𝑚�
TLys ≡ oldalirányú Lagrange-féle időskála (SBL)
zPG = 0,46 m (PG kibocsátási magasság)
z, zPG ≡ szennyezőanyag-kibocsátási magasságok
A fentiekben zmax bevezetését a Prairie Grass forrásmagasságát (zPG) meghaladó füstfáklya
magasságok indokolják (figyelembe véve, hogy TLys növekszik a kibocsátási magassággal).
A (37) egyenlet behelyettesítése a (36) egyenletbe megadja az SBL-beli oldalirányú diszperzió olyan
alakját, amely hasonló a CBL-belihez (34).
A behatolt forrás oldalirányú diszperziójának (yap) környezeti összetevője, amely kibocsátása zi alatt
történt, de behatolt feljebbre, a (36) egyenlettel számolható oly módon, hogy hes helyére hep-t (behatolt
forrás magassága) kell behelyettesíteni. Injektált forrásnál, azaz zi feletti kibocsátásnál azonban nincs
szükség behelyettesítésre, mivel ezeket a forrásokat stabil forrásként modellezzük.
Környezeti turbulencia által okozott függőleges diszperzió
Az SBL-ben lévő források és az injektált források esetében a függőleges diszperzió környezeti része
felső és felszíni részből áll. A kifejezések közötti zökkenőmentes átmenet létrehozásához az alábbi
interpolációs képletet kell alkalmazni:
38. egyenlet
ℎ
ℎ
𝜎𝜎
𝑒𝑒𝑠𝑠
𝑒𝑒𝑠𝑠
𝑧𝑧𝑚𝑚𝑠𝑠 = �1 −
�
�
𝑧𝑧 𝜎𝜎𝑧𝑧𝑠𝑠𝑠𝑠 + �
𝜎𝜎𝑧𝑧𝑒𝑒𝑠𝑠
𝑖𝑖
𝑧𝑧𝑖𝑖
ahol
hes ≡ stabil forrás füstfáklya föld feletti magassága - hes= hs+∆hs
|. oldal 31
σzss ≡ σzas felszíni része
σzes ≡ σzas felső része
hes a (68) egyenlet segítségével számítható.
A stabil forrás függőleges diszperziójának felső része az AERMOD-ban az ismert egyenlet formáját
követi:
39. egyenlet
𝜎𝜎𝑤𝑤𝑇𝑇𝑧𝑧
𝑥𝑥
𝜎𝜎𝑧𝑧𝑒𝑒𝑠𝑠 =
1/2 ; 𝑧𝑧 = 𝑢𝑢
�1 + 𝑧𝑧
2𝑇𝑇 �
1𝑧𝑧𝑠𝑠
A függőleges Lagrange-féle időskála (TLz) a (39) egyenletben Venkatram et al. (1982)-tól származik.
Az l hosszúságskála interpolációval adható meg az ln semleges és az ls stabil hosszúságskála között:
40. egyenlet
1
1
1
𝜎𝜎𝑢𝑢𝑇𝑇
𝑘𝑘 = 𝑘𝑘 + ; 𝑘𝑘𝑛𝑛 = 0,36ℎ𝑒𝑒𝑠𝑠 ; 𝑘𝑘𝑠𝑠 = 0,27
𝑛𝑛
𝑘𝑘𝑠𝑠
𝑁𝑁
Nagyon stabil körülmények között vagy nagy magasságokban az összetett l hosszúságskála az ls stabil
értékhez tart. Ha a körülmények közel semlegesek, N nagyon kicsi, és l ln-hez tart.
A (40) egyenlet (39) egyenletbe történő behelyettesítése a következő kifejezést eredményezi, amelyet
az AERMOD stabil forrás esetén függőleges diszperzió felső részének számításához használ.
Most a stabil forrás függőleges diszperziójának felszíni részét adjuk meg (Venkatram, 1992 alapján).
SBL esetén
41. egyenlet
𝑢𝑢, 𝑥𝑥
𝑥𝑥 −1/3
𝜎𝜎𝑧𝑧𝑠𝑠𝑠𝑠 = �2
𝜋𝜋 𝑢𝑢 �1 + 0,7 𝐿𝐿�
CBL-ben a függőleges diszperzió környezeti része, közvetlen és közvetett források esetén, szintén
egy felső és egy felszíni részből áll. A behatolt forrásnál feltételezzük, hogy az alatta levő felület nem
befolyásolja, mivel ezt a forrást zi feletti helyzete feltételezhetően elválasztja a talaj felületétől. A
függőleges diszperzió összes környezeti eleme közvetlen forrás esetére:
42. egyenlet és 43. egyenlet
|. oldal 32
𝜎𝜎𝑤𝑤𝑇𝑇𝑧𝑧
𝜎𝜎
2
2
2
𝑧𝑧𝑒𝑒𝑠𝑠 =
1/2 ; 𝜎𝜎𝑧𝑧𝑚𝑚𝑗𝑗 = 𝜎𝜎𝑧𝑧𝑒𝑒𝑗𝑗 + 𝜎𝜎𝑧𝑧𝑠𝑠
1 + 2𝜎𝜎𝑤𝑤𝑇𝑇 � 1
0,36ℎ +
𝑁𝑁
�
𝑒𝑒𝑠𝑠
0,27𝜎𝜎𝑤𝑤𝑇𝑇
ahol
σzaj ≡ környezeti függőleges diszperzió a felfelé és lefelé szálló füstfáklyák (j=1,2) és közvetett és
közvetlen források esetén
σzej ≡ σzaj felszíni része
σzs ≡ σzaj felső része
A közvetett és közvetlen források függőleges diszperziójának felső részét a következő egyenlet adja
meg:
44. egyenlet
𝑤𝑤
𝐻𝐻
𝜎𝜎
∗𝑥𝑥
𝑝𝑝
𝑧𝑧𝑒𝑒𝑗𝑗 = 𝛼𝛼𝑏𝑏 �𝑏𝑏𝑗𝑗
�
𝑢𝑢 � ; 𝛼𝛼𝑏𝑏 = 0,6 + 0,4 �0,1𝑧𝑧 𝐻𝐻𝑝𝑝 < 0,1𝑧𝑧𝑖𝑖; 𝛼𝛼𝑏𝑏 = 1,0 𝐻𝐻𝑝𝑝 ≥ 0,1𝑧𝑧𝑖𝑖
𝑖𝑖
A (44) egyenletben szereplő bj-ket a feltételezett kettős Gauss-sűrűségfüggvény (lásd Weil et al.,
1997) adja meg:
45. egyenlet
𝑏𝑏1 = 𝑅𝑅𝑚𝑚1
𝑏𝑏2 = −𝑅𝑅𝑚𝑚2
és R = 2, aj-t pedig a (18) egyenlet adja meg.
Az αb kifejezés jobb oldalán levő első konstansnak (0,6) az a szerepe, hogy fenntartsa az állandóságot
a semleges határérték σz alakjában a CBL és az SBL felszíni forrásánál. Ebben a határértékben, σzs a
CBL-ben (46) nulla, és SBL esetében TS ~ 0,8u * x / u.
Ezen felszínközeli, semlegesközeli folytonossági hiány elkerülése érdekében a σz a (44) egyenletben
nem nulla, még akkor sem, ha HP = 0. Azaz αb (HP = 0) a (43) és (44) egyenletet is figyelembe véve,
illetve a w semleges határértékét tekintve (= 1,3 u*) a CBL-ben a z = 0,8u * x / u felületet eredményezi
(összhangban a semleges határértékkel).
A közvetlen és közvetett források (CBL) esetében a függőleges diszperzió felszíni részét a
következőképp kell kiszámítani:
46. egyenlet
𝐻𝐻
𝑢𝑢 2 𝑥𝑥2 𝐻𝐻
𝐻𝐻
𝜎𝜎
𝑝𝑝
∗
𝑝𝑝{𝑥𝑥}
𝑝𝑝
𝑧𝑧𝑠𝑠 = 𝑏𝑏𝑐𝑐 �1 − 10 �
�
𝑧𝑧 � �
< 0,1; 𝜎𝜎𝑧𝑧𝑠𝑠 = 0,0;
≥ 0,1
𝑖𝑖
𝑢𝑢 � |𝐿𝐿| ; 𝑧𝑧𝑖𝑖
𝑧𝑧𝑖𝑖
|. oldal 33
ahol bc= 0,5.
A (46) egyenlet parametrizálása Venkatram (1992) σz eredményeire épül, az instabil felületi réteg z
forrása miatt. A paraméterezés célja: 1) igazodni Venkatram eredményeihez a felszíni kibocsátás
határához (azaz HP = 0) 2) jó egyezést biztosítani a Prairie Grass kísérletből modellezett és megfigyelt
koncentrációk között, és 3) csökkenteni a forrásmagasságot a felületi rétegben (HP <0,1 zi), és végül
eltüntetni, ha HP > 0,1 zi. A bc állandót értékét úgy választották meg, hogy teljesüljön a fenti második
követelmény.
Mint fentebb jeleztük, a behatolt forrás függőleges szórását a talaj felülete nem befolyásolja. Ezért a
behatolt forrás függőleges eloszlását úgy számolják, mint egy stabil forrás felső részét ((42) egyenlet),
ahol N = 0, és nincsen a felületi komponensnek hatása. A Brunt-Vaisala frekvencia, H, a nulla
semleges határértéket veszi fel, mivel a behatolt füstfáklya a behatolás előtt átmegy a jól keveredett
rétegen, majd vissza ezen a rétegen keresztül, szétszóródva a keveredett rétegben lévő receptorokba.
Mint mindig, az injektált forrás bármilyen forrásként modellezhető egy stabil rétegben.
σ és σyz felhajtóerővel indukált diszperzió (BID) komponense Weil alapján a CBL-beli közvetlen és közvetett források esetén a következőképpen számítható
a felhajtóerővel indukált diszperzió (BID):
47. egyenlet
0,4∆ℎ
𝜎𝜎
𝑑𝑑
𝑏𝑏 =
√2
ahol ∆hd ≡ közvetlen forrás füstfáklya emelkedés
A közvetlen forrás füstfáklya emelkedése a (62) egyenletből számítható.
Behatolt forrás esetén a felhajtóerővel indukált diszperzió (BID) a következőképpen számítható:
48. egyenlet
0,4(1 − 𝑓𝑓
𝜎𝜎
𝑝𝑝)∆ℎ𝑑𝑑
𝑏𝑏 =
√2
ahol ∆hp ≡ behatolt forrás füstfáklya emelkedés = hep - hs
hep ≡ behatolt forrás magassága a kéményalaphoz képest
hs ≡ kémény magassága a kémény hegyéről történő leáramlással korrigálva
hep a (65) egyenletből számítható.
Stabil forrás esetén a felhajtóerővel indukált diszperzió (BID) a következőképpen számítható:
49. egyenlet
|. oldal 34
0,4∆ℎ
𝜎𝜎
𝑠𝑠
𝑏𝑏 =
√2
ahol ∆hs ≡ stabil forrás füstfáklya emelkedés
A közvetlen forrás füstfáklya emelkedése ∆hs a (62) egyenletből számítható.
A leáramlás miatti diszperziós együtthatók Az ISC3-ban az épületek leáramlásának elsődleges hatásai a füstfáklyát növelik (σy és σz) mind a
Huber-Snyder (H-S) (Huber és Snyder, 1976 és 1982), mind a Schulman-Scire (S-S) (Schulman és
Scire, 1980) algoritmusok esetén, és a füstfáklya emelkedését az S-S algoritmus írja le. Ezek a hatások
az AERMOD-ban is megjelennek, néhány változtatással az alábbiakban ismertetett alapvető
különbség miatt.
Az AERMOD-ban, mint az ISC3-ban, az dönti el, hogy a füstfáklyát befolyásolja-e a leáramlás, hogy
összehasonlítják a füstfáklya magasságot a lendület növekedése miatt 2 épület magasságban
szélirányban, a jó műszaki gyakorlatban (GEP) (Szövetségi Szabályzat, 1995) szereplő
épületmagassággal. Az irány-specifikus épületméreteket az ISC3 és az AERMOD is ugyanúgy
használják. Legalább 1,5 Lb kéménymagasság esetén (ahol Lb a kisebb épületmagasság és -szélesség
a figyelembe vett konkrét irányban), a leáramlás hatásainak figyelembevételekor a H-S algoritmust
kell alkalmazni. 1,5 Lb -nél kisebb kéménymagasságok esetén az S-S algoritmust kell használni.
Az ISC3 és az AERMOD sem végez koncentrációszámítást a forrástól 3 Lb-nél közelebb található
receptorok esetén. Ezt az úgynevezett üregterületet veszi figyelembe a SCREEN3 modell
(Környezetvédelmi Ügynökség, 1995). A szélirányban 3 Lb és 10 Lb közötti távolságú receptorok
esetében az ISC3 és az AERMOD ugyanazt az épület által kiváltott σy és σz értéket számolja ki, és
ezeket összehasonlítja azokkal az σy és σz értékekkel, melyeket kizárólag a környezeti turbulencia
eredményezett (és ezek nem azonosak a két modellben, ezért eltérésekhez vezetnek a becslésekben).
A koncentrációszámításhoz a σy és σz két értékkészlete közül a nagyobbikat kell kiválasztani. Az
AERMOD egyik bonyolítása az, hogy konvektív körülmények között feltételezi, hogy csak a
közvetlen füstfáklyára van hatással a leáramlás. Feltételezi, hogy a közvetett és behatolt füstfáklyák
elkerülik a leáramlás hatásait. Az AERMOD-ban közvetlen füstfáklya esetén a füstfáklya y és z
átlagértékét az épület leáramlás által kiváltott y és z értékével hasonlítja össze.
A szélirányban 10 Lb-nél távolabbi receptorok esetén az AERMOD-ban az épületek hatásai miatt
bekövetkező σy és σz változás (ha pozitív) „megfagy” a 10 Lb-nél elért értéken, és hozzáadódnak a
turbulencia, a füstfáklya felhajtóerő miatti stb. hatások, kvadratúrában (a teljes szórás a környezeti
turbulencia, a felhajtóerő és a leáramlás miatti többlet négyzeteinek összege, lásd a (31) egyenletet).
Az ISC3-ban ennek kezelése abban különbözik, hogy az épület által kiváltott σy és σz értéknövekedés
10 Lb-nél a virtuális forrás helyének meghatározására szolgál, mintha a környezeti turbulencia volna
az egyetlen tényező a füstfáklya növekedésében 10 Lb távolságig. Az AERMOD-ban a környezeti
turbulencia számításának bonyolult jellege miatt a virtuális forrással történő kezelés nem lehetséges.
Az S-S algoritmusban mindkét modellnél a felhajtóerő miatti füstfáklya emelkedés hatása
csökkentett, mivel a környezeti levegő épületek által indukált turbulenciája fokozottan behatol a
felhajtóerő által érintett füstfáklyába. Konvektív körülmények esetén az AERMOD-ban ez a feltétel
|. oldal 35
csak a közvetlen füstfáklyát érinti. A következő fejezetek összefoglalják az AERMOD oldalirányú és
függőleges diszperziós együtthatóinak mind az oldalsó, mind a függőleges diszperziós együtthatókra
vonatkozó speciális javításait, melyekkel figyelembe veszi az épületek leáramlási hatásait.
A leáramlás alkalmazhatóságának meghatározására szolgáló lendületegyenletek a füstfáklya
emelkedésére vonatkozóan
Az épület leáramlása miatti fokozott diszperzió úgy határozható meg, hogy összehasonlítják a
füstfáklya magasságát a lendületnövekedés után (Hem) az épület magasságával. Az AERMOD által
alkalmazott lendület miatti füstfáklya emelkedésre vonatkozó egyenletek a következők:
Konvektív feltételek esetén:
50. egyenlet
3𝐹𝐹
1/3
𝐻𝐻
𝑚𝑚𝑥𝑥
𝑒𝑒𝑚𝑚 = ℎ𝑠𝑠 + �
𝛽𝛽2 2�
𝑖𝑖 𝑢𝑢𝑝𝑝
Stabil feltételek esetén:
51. egyenlet
sin �𝑥𝑥𝑁𝑁 𝑢𝑢
� �
𝐻𝐻
𝑝𝑝
𝑒𝑒𝑚𝑚 = ℎ𝑠𝑠 + �3𝐹𝐹𝑚𝑚
�
𝛽𝛽2𝑖𝑖𝑢𝑢𝑠𝑠𝑁𝑁
Az oldalirányú diszperziós együttható javítása a leáramlás figyelembevétele érdekében
A vízszintes füstfáklya terjedés fokozódását (σy) akkor kell feltételezni, ha a konvektív közvetlen
füstfáklya-magasság hed = 1,2 hb, vagy ha a stabil füstfáklya-magasság hes = 1,2 hb, ahol hb az épület
magassága.
Szélirányú távolság 3 és 10 épületmagasság között
x szélirányú távolságokhoz, ha 3Lb < x < 10Lb,
52. egyenlet
𝜎𝜎𝑦𝑦𝑡𝑡 = 0,35𝑀𝑀𝑀𝑀𝑁𝑁{𝐿𝐿𝑏𝑏, 5ℎ𝑏𝑏} + 0,67(𝑥𝑥 − 3𝐿𝐿𝑏𝑏)
Konvektív esetekben σya = σyl és σyd nem használt (lásd a (31) egyenletet). Vegye figyelembe, hogy
csak a közvetlen füstfáklyát lehet így beállítani az épület miatti leáramláshoz. A közvetett és a
behatolt füstfáklya nem változik. Az injektált füstfáklyát ugyanolyan módon kezeli, mint a stabil
füstfáklyát az épület miatti leáramlás kiszámításához. Hasonlóképpen, stabil esetekben σys = σyl és
σyd nem használt (lásd a (33) egyenletet).
Szélirányú távolság nagyobb, mint 10 épületmagasság
x > 10Lb szélirányú távolságoknál feltételezzük, hogy az σyl állandó, értéke megegyezik x = 10Lb
esetén számolt értékével. Majd konvektív körülmények között σyd a (33) egyenletből így számítható:
|. oldal 36
53. egyenlet
𝜎𝜎
2
𝑦𝑦𝑑𝑑 = �𝜎𝜎𝑦𝑦𝑦𝑦{10𝐿𝐿𝑏𝑏} − 𝜎𝜎𝑦𝑦𝑚𝑚
ahol σya a (33) egyenletből számítható. Stabil esetekben σyd a (34) egyenlet alapján számítható:
54. egyenlet
𝜎𝜎
2
𝑦𝑦𝑑𝑑 = �𝜎𝜎𝑦𝑦𝑦𝑦{10𝐿𝐿𝑏𝑏} − 𝜎𝜎𝑦𝑦𝑚𝑚𝑠𝑠
ahol σyas a (36) egyenletből számítható.
A függőleges diszperziós együttható javítása a leáramlás figyelembevétele érdekében
A függőleges füstfáklya terjedés (σz) fokozódását feltételezzük, ha a He füstfáklya magasság, mely a
fizikai kéménymagasság és a lendület miatti füstfáklya emelkedés összege, kisebb vagy egyenlő: hb
+ 1,5 Lb-vel.
Szélirányú távolság 3 és 10 épületmagasság között
x szélirányú távolságok esetén, ha 3Lb < x < 10Lb, a környezeti turbulencia és az épület miatti
leáramlás kombinált hatásaiból származó függőleges terjedést az ISC3 adja meg:
55. egyenlet
𝜎𝜎𝑧𝑧𝑦𝑦 = 𝑀𝑀�0,7𝐿𝐿𝑏𝑏 + 0,67(𝑥𝑥 − 3𝐿𝐿𝑏𝑏)�
A tartományra, amelyre a Huber-Snyder algoritmusokat alkalmazzák (Huber és Snyder, 1982), azaz
(hb + 0,5Lb) < H < (hb + 1,5Lb), az A együttható értéke egyenlő 1-gyel az (55) egyenletben. Az effektív
füstfáklya magasságoknál, amelyek kisebbek, mint hb + 0,5Lb, a Schulmann-Scrie (Schulmann és
Scrie, 1980) algoritmusokat kell alkalmazni, és az (55) egyenletbeli A együttható a következőképpen
adódik:
56. egyenlet
𝑀𝑀 = 1,0; 𝐻𝐻𝑒𝑒 ≤ ℎ𝑏𝑏
ℎ
𝑀𝑀 = 𝑏𝑏 − 𝐻𝐻𝑒𝑒
2𝐿𝐿
+ 1; 𝐻𝐻𝑒𝑒 ≤ ℎ𝑏𝑏
𝑏𝑏
𝑀𝑀 = 0; 𝐻𝐻𝑒𝑒 > ℎ𝑏𝑏 + 2𝐿𝐿𝑏𝑏
Ezután konvektív körülmények között a (32) egyenletben a σzaj -t egyenlőnek kell tekinteni σzl -lel
(55). Hasonlóképpen, stabil körülmények között a (34) egyenletben a σzas -t egyenlőnek kell tekinteni
σzl -lel (55).
Szélirányú távolság nagyobb, mint 10 épületmagasság
Minden 10Lb-nél nagyobb szélirányú távolságnál először a 10Lb szélirányú távolságnál kell σzl -t
kiszámítani. Ezután konvektív körülmények között a (32) egyenlet a következő alakot veszi fel:
57. egyenlet
|. oldal 37
𝜎𝜎
2
𝑧𝑧𝑑𝑑 = �𝜎𝜎𝑧𝑧𝑦𝑦{10𝐿𝐿𝑏𝑏} − 𝜎𝜎𝑧𝑧𝑚𝑚𝑗𝑗
Stabil körülmények között a σzd -t a (33) egyenletből kel számtani.
Füstfáklya emelkedés számítások az AERMOD-ban
A legtöbb diszperziós modell rendelkezik saját, a füstfáklya kezdeti emelkedését leíró számítási
szubrutinnal, amely a kezdetben felfelé kilövellt füst széllel történő horizontális elmozdulását
jellemzi. Az AERMOD ezen modulja a PRIME (Plume Rise Model Enhancements) nevet kapta, és
Briggs (1975, 1984) módszerén alapszik. A PRIME algoritmus a füstfáklya emelkedését szimulálja
különböző légköri viszonyok között és meghatározza a fáklya föld felé történő lemosódásának a
mértékét.
A PRIME modul az épületek által keltett turbulencia számos további hatásának a figyelembevételét
is lehetővé teszi (az épület sodorvonalában felerősödő diszperzió, a felerősödő turbulencia és a fáklya
főáramlási vonalának eltérése miatti kisebb mértékű fáklyaemelkedés), valamint kisebb-nagyobb
távolságokra képes nyomon követni a fáklya sodorvonalakat is.
A PRIME a füstfáklya emelkedést a tömeg, az energia és az impulzus megmaradási törvényéből
numerikusan számítja ki. A modell alap jellemzője a vertikális szélnyírás hatásának figyelembe
vétele, ami az alacsony kéményekből történő füst feláramláskor fontos lehet. Az épületek
szélárnyékában tapasztalható szélsebesség csökkenés megnövelheti a füstfáklya feláramlását, amely
csak az alacsonyabb források esetén lehet jelentős – PRIME modell ezt a hatást is számszerűsíti.
Az AERMOD képes az ún. „plume lofting” figyelembevételére is. Ez a jelenség, akkor következik
be, ha füst tömegének egy része inverziós réteg fölé kerül, s emiatt hosszabb ideig fent marad, hiszen
az inverzió megakadályozza lekeveredését. A modellrendszer képes követni annak a füstfáklyának a
helyzetét is, amely bekerült az emelt szintű stabil rétegbe és később onnan visszatér a határrétegbe.
A szimuláció során lehetőség nyílik a fáklya meanderezése következtében fellépő oldalirányú
diszperzió növekedés figyelembevételére is mind a konvektív, mind a stabil határrétegben.
Az AERMOD továbbá viszonylag egyszerű közelítés alkalmazásával képes az áramlás és a diszperzió
összetett felszín feletti szimulálására is, amikor a füstfáklya vagy érinti, vagy követi a domborzatot.
Az AERMOD modell-rendszer eredménye (outputja) különböző átlagolási időre (órás, 8 órás, 24
órás, éves) számított szennyezőanyag koncentrációk lehetnek a források környezetében az általunk
megadott receptor pontokban.
Lehetőség van a maximális koncentrációk meghatározására is.
|. oldal 38
Közvetlen forrás esetén ∆hd (Briggs, 1984) alapján a következőképpen számítható:
58. egyenlet
3𝐹𝐹
3 𝐹𝐹
1/3
∆ℎ
𝑚𝑚𝑥𝑥
𝑏𝑏𝑥𝑥2
𝑑𝑑 = �
𝛽𝛽2 2 +
2
3 �
1 𝑢𝑢𝑝𝑝
2𝛽𝛽1 𝑢𝑢𝑝𝑝
ahol up ≡ füstfáklya emelkedéshez használt szélsebesség
β1 ≡ bevonási paraméter (β1 ≡ 0,6)
és
59. egyenlet
𝑇𝑇
𝐹𝐹
2 2
2 ∆𝑇𝑇
𝑚𝑚 =
𝑇𝑇 𝑤𝑤𝑠𝑠 𝑟𝑟𝑠𝑠 ; 𝐹𝐹𝑏𝑏 = 𝑔𝑔𝑤𝑤𝑠𝑠𝑟𝑟𝑠𝑠
𝑠𝑠
𝑇𝑇𝑠𝑠
ahol rs ≡ kémény hegyéről történő leáramlással korrigált kéménysugár és ∆𝑇𝑇𝑠𝑠 = (𝑇𝑇𝑠𝑠 − 𝑇𝑇)
CBL-ben uP értéke u{hs}, míg SBL-ben az uP kezdetben u{hs}-nek van beállítva, de végső értékét
iterációval határozzák meg.
A közvetett forrás, amelybe beletartozik a fluxusmentes állapot z = zi-nél történő kezelése is, egy
módosított visszaverődéses megközelítést alkalmaz, amelyben a visszavert függőleges sebességet
úgy állítják be, hogy a füstfáklya emelkedés hozzáadódik, azért, hogy a füstfáklya lebegve maradjon
(Weil et al., 1997), a következő módon:
60. egyenlet
2𝐹𝐹
1/2 𝑥𝑥
∆ℎ
𝑏𝑏𝑧𝑧𝑖𝑖
𝑖𝑖 = �
𝛼𝛼𝑢𝑢
�
𝑝𝑝𝑟𝑟𝑦𝑦𝑟𝑟𝑧𝑧
𝑢𝑢𝑝𝑝
ahol
𝑚𝑚 3/2 𝑤𝑤2𝑥𝑥2
𝑟𝑟
2
𝑒𝑒𝜆𝜆𝑦𝑦
∗
𝑦𝑦𝑟𝑟𝑧𝑧 = 𝑟𝑟ℎ +
4
𝑢𝑢2𝑝𝑝
𝑟𝑟ℎ = 𝛽𝛽2(𝑧𝑧𝑖𝑖 − ℎ𝑠𝑠)
𝛼𝛼 = 1,4; 𝛽𝛽2 = 0,4; 𝜆𝜆𝑦𝑦 = 2,3; 𝑚𝑚𝑒𝑒 = 0,1
ryrz ≡ ellipszisnek feltételezett füstfáklya keresztmetszet oldalirányú és függőleges méretei
ae = mértékegység nélküli bevonási paraméter
A behatolt forrás által elért magasságot, a zi érték felett, az egyensúlyi füstfáklya rétegzett
környezetben történő emelkedéseként kezeli, amelyet a forrás felhajtóerő-fluxusa, a zi feletti stabil
rétegződés és az átlagos szélsebesség határoz meg. Weil et al. (1997) szerint feltételezhető, hogy az
I füstfáklya h magassága a füstfáklya anyagának középpontja az inverzió felett, és hep = hs + heq
|. oldal 39
értékkel vesszük az fP = 0 vagyis a teljes behatolást. A részleges behatoláshoz (fP > 0) a hep értékét a
felső füstfáklya szélek magasságának átlagaként tekintik, hs + 1,5 heq és zi, vagy
61. egyenlet
ℎ
ℎ
𝑠𝑠 + 𝑧𝑧𝑖𝑖
𝑒𝑒𝑝𝑝 =
2
+ 0,75∆ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒
ahol ∆heq-t a (14) egyenlet definiálja.
Füstfáklya emelkedés az SBL-ben
A füstfáklya emelkedését az SBL-ben Weil (1990) alapján számítja az AERMOD, amelyet egy
iteratív megközelítéssel módosít, amely hasonló a Perry et al. (1989) által ismertetetthez. Amikor egy
füstfáklya egy olyan atmoszférában emelkedik, ahol pozitív a potenciális hőmérsékleti gradiens,
akkor a felhajtóerő csökken, mivel a környezeti potenciális hőmérséklet nő, amikor a füstfáklya
emelkedik; így csökken a felhajtóerő a füstfáklya környezetében. Ennek figyelembevételéhez
módosítani kell a füstfáklya emelkedésére vonatkozó egyenleteket. Ez a módosítás (részletekért lásd
Weil (1988)) a következő, AERMOD által használt füstfáklya emelkedést leíró egyenletet
eredményezi:
62. egyenlet
𝐹𝐹
1/3 𝑁𝑁′𝐹𝐹
𝑁𝑁′𝑥𝑥
𝑁𝑁′𝑥𝑥 1/3
∆ℎ
𝑏𝑏
𝑚𝑚
𝑠𝑠 = 2,66 �
𝑁𝑁2𝑢𝑢 �
�
sin �
� + 1 − cos �
��
𝑝𝑝
𝐹𝐹𝑏𝑏
𝑢𝑢𝑝𝑝
𝑢𝑢𝑝𝑝
ahol
𝑁𝑁′ = 0,7𝑁𝑁
A sebességet, uP-t és az N-et kezdetben a kémény magasságán értékeli. Miután ezekből a kémény
felső értékekből kiszámította a füstfáklya emelkedését, a füstfáklya emelkedésének becsléseit iteratív
módon úgy végzi, hogy a kémény felső uP és N értékét átlagolja ezzel:
∆ℎ
𝑧𝑧 = ℎ
𝑠𝑠
𝑠𝑠 +
2
A (62) egyenlet csak akkor alkalmazandó, amíg a füstfáklya emelkedik.
A stabil füstfáklya maximális végső emelkedése ∆hs{xf} a következő redukált alakban írható fel:
63. egyenlet
𝐹𝐹
1/3
∆ℎ
𝑏𝑏
𝑠𝑠�𝑥𝑥𝑒𝑒� = 2,66 �
𝑢𝑢𝑝𝑝𝑁𝑁2�
Mint a (62) egyenletben, az uP-t és az N-et a (63) egyenletben kezdetben a kémény magasságában és
P-n, majd iteratívan számítja.
Amikor a légkör közel van a semlegeshez, a Brunt Vaisala frekvencia, N, nullához közeli és a (62)
egyenlet irreálisan nagy füstfáklya emelkedést eredményez. Ilyen körülmények között feltételezi,
|. oldal 40
hogy a füstfáklya emelkedését korlátozza a légköri turbulencia. Ez akkor fordul elő, amikor semleges
körülmények között a füstfáklya emelkedése összehasonlítható w-vel. Ilyen körülmények között
(semleges határ) a füstfáklya emelkedése így számítható:
64. egyenlet
∆ℎ
3/5
𝑛𝑛 = 1,2𝐿𝐿𝑛𝑛 (ℎ𝑠𝑠 + 1,2𝐿𝐿𝑛𝑛)2/5
ahol
∆hn ≡ semleges füstfáklya emelkedés
Ln ≡ semleges hosszskála
Ln a következőképpen számítható:
65. egyenlet
𝐹𝐹
𝐿𝐿
𝑏𝑏
𝑛𝑛 =
𝑢𝑢𝑝𝑝𝑢𝑢∗
Ezenkívül, ha a szél sebessége nullához közeli (nyugodt körülmények között) irreálisan nagy
füstfáklya emelkedést eredményez a (62) egyenlet. Nyugodt, stabil légköri körülmények között a
füstfáklya emelkedés így számítható:
66. egyenlet
4𝐹𝐹1/4
∆ℎ
𝑏𝑏
𝑠𝑠𝑐𝑐 =
𝑁𝑁3/4
ahol
∆hsc ≡ füstfáklya emelkedés nyugodt, stabil körülmények közt
A fenti határértékek mindegyikének alkalmazásával a végleges füstfáklya emelkedés stabil
körülmények között:
67. egyenlet
∆ℎ𝑠𝑠 = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑁𝑁�∆ℎ𝑠𝑠; ∆ℎ𝑠𝑠�𝑥𝑥𝑒𝑒�; ∆ℎ𝑛𝑛; ∆ℎ𝑠𝑠𝑐𝑐�
azaz a legkisebb érték a (62), (63), (64) vagy (66) egyenletbeliek közül; lásd például Hanna és Paine
(1989). Ezen túlmenően az AERMOD megakadályozza, hogy a stabil füstfáklya emelkedés
meghaladja a semleges vagy konvektív körülmények között várható emelkedést (vagyis a (∆hs) a (67)
egyenletben nem haladja meg az (58) egyenletből számított (∆hs) emelkedést.
Megjegyzés: olyan helyzetekben, amikor Fb = 0, stabil körülmények között nem számítanak
emelkedést. Ezért az SBL távolságtól függő emelkedést a következő kifejezés adja:
68. egyenlet
ℎ𝑒𝑒𝑠𝑠 = ℎ𝑠𝑠 + ∆ℎ𝑠𝑠
|. oldal 41
2.4. AERMOD View licensz
AERMOD View
Teljes körű levegő diszperziós modell (AERMOD) - egy következő generációs légköri diszperzió
modell
AERMET meteorológiai adatfeldolgozás
A szerzői jog által védett szoftverek illegális használata és másolása törvénybe ütköző cselekedet, ennek megfelelően ellenkezik az Enviro-Expert Kft.
politikájával, és adott esetben büntetőjogi felelősségre vonással jár.
Az alkalmazott szoftver tekintetében az alábbi licensszel rendelkezünk.
AERMOD View licensz adatai:
Contact Name:
Sándor Barna
E-mail:
[email protected]
Address:
Hadházi út 7. I./5.
City:
Debrecen
Postal Code:
4028
Country:
Hungary
Serial #:
AER0009279
Maintenance Expiration Date:
21-Mar-2020
Források:
André et al. (2013) Alkalmazott számszerű előrejelzés numerikus időjárási és csatolt modellek
a gyakorlatban
Légköri szennyezőanyag terjedést leíró modellek (ELTE)
https://dnr.wi.gov/topic/AirPermits/Modeling.html
Leelőssy, Ádám, et al. "Légköri diszperzió modellezése különböző skálákon." (2016): 100-
105.
Hall, D. J., et al. A Review of Dispersion Model Inter-comparison Studies Using ISC, R91,
AERMOD and ADMS. Environment Agency, 2000.
U.S. Environmental Protection Agency User's Guide for the AERMOD Meteorological
Preprocessor (AERMET) (2019)
https://www.weblakes.com/products/aermod/resources/lakes_aermod_view_release_notes.p
df
DályaZsuzsanna: A 2013-as szegedi PHR mérési expedíció adatfeldolgozása ELTE
Szakdolgozat (2015.)
|. oldal 42
3. A modellezési alapadatok forrása
A felszíni meteorológiai mezők órás bontásban, míg a magaslégköri mezők napi bontásban állnak
rendelkezésre, ez a Lakes Environmental Software (Kanada) adatbázisából kerül megvásárlásra.
Lakes Environmental Software
170 Columbia St. W, Suite 1
Waterloo, Ontario
N2L 3L3 Canada
Tel: +1 (519) 746-5995
Fax: +1 (519) 746-0793
A vizsgált területet 3 db 100 km x 100 km-es részre osztottuk fel. Ezen részterületeknek a
meteorológiai adatait
Met Data Information
=====================
Pécs környezetének meteorológiai adatforrásai
Nagyatád
környezetének meteorológiai
- Order #: MET2015809
adatforrásai
- Contact: Sandor Barna
- Order #: MET2015822
- E-mail:
[email protected]
- Contact: Sandor Barna
- Company: EnviroExpert Ltd
- E-mail:
[email protected]
- Met Type: AERMET-Ready MM5
- Company: Enviro Expert Kft
- Period: Jan 01, 2008 - Dec 31, 2018 [11
- Met Type: AERMET-Ready MM5
Year(s)]
- Period: Jan 01, 2008 - Dec 31, 2018 [11
- Latitude: 46.07085 N
Year(s)]
- Longitude: 18.230678 E
- Latitude: 46.299444 N
- Time Zone: UTC + 1
- Longitude: 17.441556 E
- Closest City: Pecs
- Time Zone: UTC + 1
- Country: Hungary
- Closest City: Nagyatád
- Country: Hungary
Tamási környezetének meteorológiai adatforrásai
- Order #: MET2015823
- Contact: Sandor Barna
- E-mail:
[email protected] - Company: Enviro Expert Kft
- Met Type: AERMET-Ready MM5
- Period: Jan 01, 2008 - Dec 31, 2018 [11 Year(s)]
- Latitude: 46.559583 N
|. oldal 43
- Longitude: 18.116922 E
- Time Zone: UTC + 1
- Closest City: Tamasi
- Country: Hungary
9. ábra A modell érvényességi területei (50 km sugarú területek)
|. oldal 44
A csatolt dokumentumokban láthatók az AERMET programmal feldolgozott meteorológiai adatok,
valamint a WRPLOT View program segítségével létrehozott évenkénti szélrózsák és frekvencia
analízisek.
AERMET segítségével előállított adatok, melyekkel a terjedési modellhez szükséges meteorológiai
mezőt tulajdonságokkal, adatokkal tudtuk feltölteni:
- szélmező tulajdonságai
- szélirányok, szélsebességek és szélgyakoriságok
- szélrózsa
10. ábra Minta szélrózsa (Pécs – 2018)
|. oldal 45
- csapadék intenzitás
- egyéb a terjedésszámításhoz felhasznált adatok:
o Sensible Heat Flux (W/m^2) - felületi hőáram
o Surface Friction Velocity (m/s) - konvektív sebességskála
o Convective Velocity Scale (m/s) - konvektív sebességskála
o Vertical Potential Temperature Gradient above PBL – potenciális hőmérsékleti
gradiens a planetáris határréteg felett
o Height of Convectively- Generated Boundary Layer – PBL (m) - planetáris határréteg
magassága
o Height of Mechanically- Generated Boundary Layer – SBL (m) - stabil határréteg
magassága
o Monin-Obukhov Length m - Monin-Obukhov hossz (Monin-Obukhov hossz az a
magasság, amelynél mechanikai és felhajtó erők által keltett turbulencia azonos értékű
lesz.)
o Surface Roughness Length (m) - érdesség
o Bowen Ratio - Bowen-arány
o Albedo
o Wind Speed -Ws (m/s) - szélsebesség
o Wind Direction- Wd (degrees) - szélirány
o Reference Height for Ws and Wd (m) – referencia magasság a szélsebességhez
o Temperature - temp (K) - léghőmérséklet
o Reference Height for temp (m) - referencia magasság a hőmérséklet méréshez
o Precipitation Code
o Precipitation Rate (mm/hr) – csapadék intenzitás
o Relative Humidity (%) - páratartalom
o Surface Pressure mb - légnyomás
Year Month Day Julian Day Hour Sensible Heat Surface Friction
Convective
Vertical Potential Temperature Height of Convectively- Generated Height of Mechanically- Generated Monin-Obukhov Surface Roughness Bowen
Wind Direction - Reference Height Temperatu Reference Height Precipitat Precipitation Relative
Surface Cloud Cover
Flux W/m^2
Velocity m/s Velocity Scale m/s
Gradient above PBL
Boundary Layer - PBL m
Boundary Layer - SBL m
Length m
Length m
Ratio Albedo Wind Speed
- Ws m/s
Wd degrees for Ws and Wd m re - temp K
for temp m
ion Code Rate mm/hr Humidity % Pressure mb
tenths
Data Flag
2008
1
1
1
1
-7,6
0,114
-9
-9
-999
92
17,2
1
1,5
1
1,5
1
14
266
2
0
0
94
997
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
2
-999
-9
-9
-9
-999
-999
-99999
0,9167
1,5
1
0
0
14
266
2
0
0
94
997
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
3
-7,6
0,114
-9
-9
-999
92
17,2
1
1,5
1
1,5
14
14
266,1
2
0
0
94
997
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
4
-7,6
0,114
-9
-9
-999
92
17,2
1
1,5
1
1,5
23
14
266,1
2
0
0
94
997
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
5
-7,6
0,114
-9
-9
-999
92
17,2
1
1,5
1
1,5
33
14
266,1
2
0
0
94
996
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
6
-14,9
0,159
-9
-9
-999
152
24,1
1
1,5
1
2,1
32
14
266,1
2
0
0
94
996
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
7
-14,9
0,159
-9
-9
-999
152
24,1
1
1,5
1
2,1
45
14
266,1
2
0
0
94
996
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
8
-14,9
0,159
-9
-9
-999
152
24,1
1
1,5
1
2,1
43
14
266,1
2
0
0
93
996
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
9
-19,5
0,345
-9
-9
-999
487
186,9
1
1,5
0,61
2,6
37
14
266,2
2
0
0
91
996
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
10
15,2
0,411
0,369
0,008
117
632
-405,8
1
1,5
0,48
2,6
51
14
266,9
2
0
0
88
996
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
11
38,8
0,361
0,592
0,009
190
522
-107,1
1
1,5
0,44
2,1
54
14
267,8
2
0
0
85
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
12
50,2
0,368
0,726
0,009
270
535
-87,8
1
1,5
0,42
2,1
36
14
268,5
2
0
0
82
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
13
48,1
0,366
0,766
0,009
332
532
-90,8
1
1,5
0,42
2,1
33
14
268,9
2
0
0
80
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
14
32,6
0,356
0,696
0,009
368
510
-122,9
1
1,5
0,45
2,1
19
14
268,9
2
0
0
82
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
15
5,8
0,329
0,394
0,009
374
453
-545,7
1
1,5
0,51
2,1
22
14
268,8
2
0
0
87
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
16
-15,4
0,188
-9
-9
-999
209
38,5
1
1,5
0,68
2,1
24
14
268,4
2
0
0
93
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
17
-15,2
0,159
-9
-9
-999
153
23,6
1
1,5
1
2,1
21
14
268,1
2
0
0
95
995
4
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
18
-30
0,279
-9
-9
-999
353
64
1
1,5
1
2,6
27
14
267,8
2
0
0
96
995
4
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
19
-40,2
0,392
-9
-9
-999
588
132,6
1
1,5
1
3,1
34
14
267,2
2
0
0
98
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
20
-40,2
0,391
-9
-9
-999
588
132,2
1
1,5
1
3,1
27
14
266,6
2
0
0
99
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
21
-49,6
0,482
-9
-9
-999
802
200,1
1
1,5
1
3,6
30
14
266,2
2
0
0
99
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
22
-49,6
0,482
-9
-9
-999
802
199,8
1
1,5
1
3,6
32
14
265,9
2
0
0
99
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
23
-49,6
0,482
-9
-9
-999
803
200,1
1
1,5
1
3,6
30
14
266,2
2
0
0
96
995
5
NAD-SFC NoSubs
2008
1
1
1
24
-49,5
0,482
-9
-9
-999
803
200,4
1
1,5
1
3,6
20
14
266,6
2
0
0
94
995
5
NAD-SFC NoSubs
11. ábra Minta 1 napos óránkénti adattáblára
A fenti adatokat 1 órás bontásban 10 évre készítettük el.
Az adatokról 3 db 1664 oldalas táblázat készült, melyet pdf. formában csatolunk.
|. oldal 46
4. Emisszió mérése
A térfogatáram és véggáz sebesség meghatározása akkreditált méréssel
A mérést végezte:
Környezettechnológia Kft.
Székhely: 1151 Bp. Szántóföld u. 2/a.
A NAH által NAH-1-1171/2018 számon akkreditált vizsgálólaboratórium.
Legfontosabb mérési alapadatok:
Pontforrás magassága
[m]
1,11
Mintavételi szelvény átmérője (kör) [m]
0,175
Mérési sz. keresztmetszete
[m2] 0,0241
Hidraulikai átmérő
[m]
0,175
Eredmények:
Véggáz átlagos sebessége
[m/s]
< 1,6
Véggáz száraz, normál térfogatáram (L/D < 10) [m3/h]
< 77
Hordozógáz hőmérséklet
[°C]
176,3
Az akkreditált mérési jegyzőkönyvet mellékleten csatoljuk.
A tömegáram meghatározása elméleti számítással
Oldat összetétele:
- 98,7% m/m aceton;
- 1 % m/m ezüst-jodid;
- 0,3 % m/m nátrium-jodid.
Az aceton (oldat) sűrűsége 0,79 kg/dm3, működés alatti oldat-felhasználás 1,2 dm3/óra, azaz 0,948
kg/óra.
Feltételezzük, hogy a berendezés működése alatt az ezüst-jodid és a nátrium-jodid is változatlan
formában és mennyiségben távozik a berendezésből, így a jodid emisszió:
𝐸𝐸𝐴𝐴𝑝𝑝𝐴𝐴 = 0,948 ∙ 1% ≅ 0,0095 𝑘𝑘𝑔𝑔/ℎ
𝐸𝐸𝑁𝑁𝑚𝑚𝐴𝐴 = 0,948 ∙ 0,3% ≅ 0,0028 𝑘𝑘𝑔𝑔/ℎ
|. oldal 47
A berendezésből távozó véggáz száraz, normál állapotú térfogatárama < 77 Nm3/óra, ezért a véggáz
jodid koncentrációja:
𝐸𝐸
0,0095
𝑚𝑚𝑔𝑔
𝑐𝑐
𝑀𝑀𝑔𝑔𝑀𝑀
𝑀𝑀𝑔𝑔𝑀𝑀 =
𝑉𝑉̇ = < 77 ∙ 106 > 123 𝑁𝑁𝑚𝑚3
𝐸𝐸
0,0028
𝑚𝑚𝑔𝑔
𝑐𝑐
𝑁𝑁𝑚𝑚𝑀𝑀
𝑁𝑁𝑚𝑚𝑀𝑀 =
𝑉𝑉̇ = < 77 ∙ 106 > 36 𝑁𝑁𝑚𝑚3
5. Modellfuttatások eredményei
5.1. Pontforrások helye
A talajgenerátorok elhelyezkedése és működési gyakorlata szerint 4 zónát különítettünk el a vizsgálati
területen, ebből kifolyólag 4 terjedési modell készült.
Felosztás:
- Dél-Keleti zóna
- Dél-Nyugati zóna
- Észak-Keleti zóna
- Észak-Nyugati zóna
12. ábra Talajgenerátorok átnézetes elhelyezkedése
A zónák átnézetes ábrái a következő ábrákon láthatók.
|. oldal 48
13. ábra Dél-Keleti zóna
14. ábra Dél-Nyugati zóna
|. oldal 49
15. ábra Észak-Keleti zóna
16. ábra Észak-Nyugati zóna
|. oldal 50
5.2. Adatok előkészítése – üzemidők transzformálása
Az AERMOD szoftver a szennyező anyagok terjedési modelljeinek elkészítéséhez sok input adatot
igényel, ami kibocsátás térbeli és időbeli megvalósulására vonatkozik. A térbeli adatokat pontos
koordinátákkal kell megadni, hisz a rendszer internet kapcsolat esetén a domborzati adatokat neten
rendelkezésre álló adatbázisokból nyeri. A kibocsátási helyszínek pontos elhelyezkedésének
rögzítése ezért elengedhetetlenül fontos. Legalább ilyen jelentőséggel bír a kibocsátás időbeliségére
vonatkozó információk szoftverben történő előzetes rögzítése is.
Jelen projekt esetében a megrendelő által rendelkezésre bocsátott adatokat alkalmatlanok voltak a
szoftverben inputként történő alkalmazásra.
Az adatok rögzítése előtt tehát jelentős előkészítő munkát kellett végezni, annak érdekében, hogy a
bevitelre alkalmas adatsorok rendelkezésre álljanak. A források helyszíne település, utca házszám
szintjén álltak rendelkezésre. Ezen információk alapján a helyszíneket be kellett azonosítani és
előállítani a források koordinátáit WGS84 vetületi rendszerben. Ezeket a koordinátákat a rendszer be
tudja azonosítani, így biztosított a további használatuk.
Az források működési adatai - a tíz éves időintervallumon belül - konkrét dátumra óra tól-ig
formátumban álltak rendelkezésre. A szoftver a kibocsátás időbeliségét ebben a formában nem tudja
kezelni, ezért a rendelkezésre álló adatokból egy adekvát adatsort kellett készíteni. A tíz éves
időintervallumon belül - minden forrás esetébe – minden órához hozzá kellett rendelni a kibocsátott
szennyezőanyag mennyiségét. Amennyiben számszerűsíteni akarjuk ezt az előkészítő munkát, úgy
pontosan 12.439.200 db adatot (142*10*365*24) kellett egy táblázatban megadni.
A szoftver számára a nulla is érték, tehát azokhoz az órákhoz amikor nem működött az adott forrás
ezt az értéket be kellett rögzíteni.
Az adatokat megfelelő formátumban és részletességgel tartalmazó táblázatból az információkat már
közvetlenül lehet beolvasni a modell elkészítéséhez.
A pontforrások adatai:
- X koordináta [m]
- Y koordináta [m]
- Kéménymagasság [m].
- Kémény átmérő[m]
- Füstgáz mért sebessége [m/s]
- Füstgáz hőmérséklete [K]
- Tömegáram [g/s]
Források száma zónánként:
- Dél-Keleti zóna:
35
- Dél-Nyugati zóna:
39
- Észak-Keleti zóna:
40
- Észak-Nyugati zóna:
27
|. oldal 51
A források adatait mellékleten csatoljuk.
Receptorháló adatai: 3 x 3 km.
Receptorok száma zónánként:
- Dél-Keleti zóna:
936
- Dél-Nyugati zóna:
1116
- Észak-Keleti zóna:
1089
- Észak-Nyugati zóna:
651
5.3. Eredmények
A legkonzervatívabb eredményt, a legnagyobb modellezett koncentrációt (azaz az 1. legmagasabb)
jelenítettük meg a megadott 1 órás átlagolási időszak alatt. Ez az opció előnyös esetünkben a nagyon
alacsony koncentrációjú kibocsátás miatt. A módszerrel elkerülhető a többszörös futtatás ugyanazon
szennyező anyag és átlagolási időszak alatt.
A modell 1 órás koncentrációkat modellez, és az output fájlok az 1 órás maximális koncentráció
adatait tartalmazzák.
A következő ábrákon láthatók a modell eredményei, melyet SURFER 10.3 program segítségével
ábrázoltunk.
A számításokat a korábban bemutatott módszertan alapján végeztük.
Az ábrákon a 10 éves modellfuttatási időszakban kialakuló legnagyobb AgI koncentráció került
feltüntetésre.
|. oldal 52
STCK21
STCK25
STCK32 STCK34 STCK14
STCK33
STCK11
STCK35
STCK22
STCK13
STCK30
STCK8
STCK7
STCK12
STCK17
STCK23
STCK29
STCK10
STCK18
STCK1
STCK16
STCK15
STCK4 STCK3
STCK9
STCK27
STCK2
STCK20
STCK5
STCK6
STCK31
STCK26
STCK19
STCK24
STCK28
17. ábra DK-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
STCK21
STCK25
STCK32 STCK34 STCK14
STCK33
STCK11
STCK35
STCK22
STCK13
STCK30
STCK8
STCK7
STCK12
STCK17
STCK23
STCK29
STCK10
STCK18
STCK1
STCK16
STCK15
STCK4 STCK3
STCK9
STCK27
STCK2
STCK20
STCK5
STCK6
STCK31
STCK26
STCK19
STCK24
STCK28
18. ábra DK-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – ÁTLAGOS érték a 11 éves periódusra
vonatkoztatva (µg/m3)
|. oldal 53
STCK33
STCK20
STCK25
STCK22
STCK40
STCK27
STCK32
STCK26
STCK31
STCK19
STCK39
STCK38
STCK18STCK28
STCK36
STCK37
STCK29
STCK5
STCK17
STCK35
STCK21
STCK23
STCK34
STCK6
STCK15
STCK7
STCK16
STCK24
STCK30
STCK9
STCK10
STCK8
STCK12
STCK11 STCK4
STCK2
STCK3
STCK13
STCK1STCK14
19. ábra ÉK-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
STCK33
STCK20
STCK25
STCK22
STCK40
STCK27
STCK32
STCK26
STCK31
STCK19
STCK39
STCK38
STCK18STCK28
STCK36
STCK37
STCK29
STCK5
STCK17
STCK35
STCK21
STCK23
STCK34
STCK6
STCK15
STCK7
STCK16
STCK24
STCK30
STCK9
STCK10
STCK8
STCK12
STCK11 STCK4
STCK2
STCK3
STCK13
STCK1STCK14
20. ábra ÉK-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – ÁTLAGOS érték a 11 éves periódusra
vonatkoztatva (µg/m3)
|. oldal 54
STCK11
STCK12 STCK30
STCK35
STCK34
STCK19STCK25
STCK24 STCK8
STCK7
STCK15
STCK17
STCK38 STCK39
STCK20
STCK32
STCK36
STCK9
STCK37
STCK16
STCK33
STCK21
STCK31
STCK14
STCK27
STCK13
STCK10
STCK23
STCK29
STCK28
STCK18
STCK22
STCK2
STCK26
STCK6
STCK5
STCK3
STCK4
STCK1
21. ábra DNY-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
STCK11
STCK12 STCK30
STCK35
STCK34
STCK19STCK25
STCK24 STCK8
STCK7
STCK15
STCK17
STCK38 STCK39
STCK20
STCK32
STCK36
STCK9
STCK37
STCK16
STCK33
STCK21
STCK31
STCK14
STCK27
STCK13
STCK10
STCK23
STCK29
STCK28
STCK18
STCK22
STCK2
STCK26
STCK6
STCK5
STCK3
STCK4
STCK1
22. ábra DNY-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – ÁTLAGOS érték a 11 éves periódusra
vonatkoztatva (µg/m3)
|. oldal 55
STCK24
STCK21
STCK22
STCK5
STCK20
STCK13
STCK23
STCK14
STCK3
STCK6
STCK18
STCK8
STCK19
STCK11
STCK2
STCK25
STCK7
STCK17
STCK9
STCK15
STCK16
STCK12
STCK1
STCK26
STCK10
STCK27
STCK4
23. ábra ÉNY-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
STCK24
STCK21
STCK22
STCK5
STCK20
STCK13
STCK23
STCK14
STCK3
STCK6
STCK18
STCK8
STCK19
STCK11
STCK2
STCK25
STCK7
STCK17
STCK9
STCK15
STCK16
STCK12
STCK1
STCK26
STCK10
STCK27
STCK4
24. ábra ÉNY-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – ÁTLAGOS érték a 11 éves periódusra
vonatkoztatva (µg/m3)
|. oldal 56
25. ábra DK-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
|. oldal 57
26. ábra ÉK-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
|. oldal 58
27. ábra DNY-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
|. oldal 59
28. ábra ÉNY-i zóna felszín közeli AgI koncentrációja – a legmagasabb 1 órás értékek (µg/m3)
|. oldal 60
A modell log fájljaiból kinyerhető valamennyi receptor pontban kialakuló koncentráció értéke és a
füstfáklya emelkedési magassága.
Tekintve, hogy a 10 éves periódusra ~365 millió számítást végzett el a szoftver, az eredmények
megjelenítése nem lehetséges, de mintaként egy nap adatait mellékleten csatolunk.
Példa füstcsóva tömegközéppontjára:
1. kémény (DK)
Nap: 2012. 06. 11. 13. óra
behatolt forrás által elért magasság (m) direkt forrás magasság (m)
1. receptorpont
2309
1154,5
A log fájlok elemzéséből kiderül, hogy a füstfáklyában az AgI általában 2300-2800 méter magasságig
jut el.
1 nap 1 üzemeltetési órájára vonatkozó számítási eredményeket valamennyi receptorpontra
vonatkoztatva legeneráltattuk a programmal, melyből készített pdf. állományt mellékleten csatolunk.
A modellezési időszakban kialakuló legmagasabb 1 órás koncentráció zónánként az alábbi
intervallumokban mozog:
- Dél-Keleti zóna:
0,00039-0,255484 µg/m3
- Dél-Nyugati zóna:
0,000374-0,121084 µg/m3
- Észak-Keleti zóna:
0,000177-0,284866 µg/m3
- Észak-Nyugati zóna:
0,000249-1,217783 µg/m3
A legmagasabb értékek az ÉNY-i zónában alakultak ki.
A következő táblázatokban a különböző zónákban várható legmagasabb értékek láthatók különböző
átlagolási értékek mellett. (pl. 10. legmagasabb érték azt jelenti, hogy az adott receptor pontban a
modellezett időszakban előforduló összes számított érték 10 legmagasabb értékének átlaga)
Mellékleten csatoljuk a receptoronként számított legmagasabb értékeket tartalmazó táblázatokat.
A táblázatban láthatók, az egyes receptorpontok koordinátái (UTM), az effektív magassági értékei,
az átlagolás gyakorisága (1 órás) az számított értékek átlagolási értékei, valamint a kialakuló
legmagasabb érték időpontja a modellezési időszakon belül.
|. oldal 61
Valamennyi receptor
Receptorpont adatai
figyelembevételével kialakuló
Átlagolási szint
legmagasabb koncentráció
xr
yr
zelev
µg/m3-ben
1. legmagasabb érték
0,00025
274762,64 5093259,86 132,00
yei
2. legmagasabb érték
0,00012
286762,64 5096259,86 194,00
én
m
3. legmagasabb érték
0,00004
265762,64 5099259,86 109,00
ed
4. legmagasabb érték
0,00002
295762,64 5090259,86 122,80
i er
ítás
5. legmagasabb érték
0,00002
307762,64 5075259,86 91,60
zám
6. legmagasabb érték
0,00001
319762,64 5096259,86 89,80
na s
7. legmagasabb érték
0,00001
316762,64 5114259,86 163,20
8. legmagasabb érték
0,00001
313762,64 5087259,86 104,20
-i zó
DK
9. legmagasabb érték
0,00001
256762,64 5084259,86 100,70
10. legmagasabb érték
0,00001
268762,64 5111259,86 161,70
1. legmagasabb érték
0,00007
299054,47 5154944,34 118,50
yei
2. legmagasabb érték
0,00005
332054,47 5154944,34 98,80
én
m
3. legmagasabb érték
0,00002
323054,47 5133944,34 95,50
ed
4. legmagasabb érték
0,00002
284054,47 5151944,34 157,00
i er
ítás
5. legmagasabb érték
0,00002
326054,47 5145944,34 98,20
m
zá
6. legmagasabb érték
0,00002
344054,47 5172944,34 92,70
na s
7. legmagasabb érték
0,00002
329054,47 5175944,34 149,50
8. legmagasabb érték
0,00002
326054,47 5127944,34 83,50
-i zó
ÉK
9. legmagasabb érték
0,00002
311054,47 5169944,34 140,70
10. legmagasabb érték
0,00001
332054,47 5139944,34 84,80
yei
1. legmagasabb érték
0,00084
258684,61 5190167,51 130,10
én
2. legmagasabb érték
0,00003
237684,61 5172167,51 122,00
m
ed
3. legmagasabb érték
0,00002
237684,61 5160167,51 154,30
i er
4. legmagasabb érték
0,00002
273684,61 5178167,51 184,50
ítás
5. legmagasabb érték
0,00002
252684,61 5169167,51 226,30
szám
6. legmagasabb érték
0,00002
222684,61 5178167,51 111,90
na
7. legmagasabb érték
0,00001
228684,61 5166167,51 127,20
-i zó
8. legmagasabb érték
0,00001
213684,61 5172167,51 117,80
9. legmagasabb érték
0,00001
213684,61 5175167,51 104,80
ÉNY 10. legmagasabb érték
0,00001
252684,61 5181167,51 129,90
|. oldal 62
Valamennyi receptor
Receptorpont adatai
figyelembevételével kialakuló
Átlagolási szint
legmagasabb koncentráció
xr
yr
zelev
µg/m3-ben
1. legmagasabb érték
0,00002
241216,57 5121930,89 145,30
yei
én
2. legmagasabb érték
0,00002
226216,57 5136930,89 148,30
m
ed
3. legmagasabb érték
0,00002
247216,57 5136930,89 198,00
i er
4. legmagasabb érték
0,00001
235216,57 5112930,89 149,80
ítás
5. legmagasabb érték
0,00001
220216,57 5124930,89 122,90
zám
6. legmagasabb érték
0,00001
214216,57 5145930,89 164,70
na s
7. legmagasabb érték
0,00001
244216,57 5082930,89 100,00
-i zó
8. legmagasabb érték
0,00001
256216,57 5142930,89 157,50
9. legmagasabb érték
0,00001
241216,57 5091930,89 103,30
DNY 10. legmagasabb érték
0,00001
205216,57 5127930,89 147,00
5.4. Összegzés, következtetések
A modellfutattások eredményeinek feldolgozása alapján megállapítható, hogy a zivatarok idején
kialakuló feláramlási zónákban kialakuló csatornákon az ezüst-jodid kristályok a korábbi
tanulmányokat igazolva 2000-3000 m magasságig jutnak fel az alsó-légkörben.
Az AERMOD modellel az ezüst-jodid részecskék szállítása során fellépő kikerülési mechanizmusok,
így a száraz és a nedves ülepedés számítására is megtörtént.
Az elmúlt 11 év működési adatai alapján létrehozott adatbázis alapján kialakítottunk a vizsgálat
területen belül 4 db modellezési zónát, melyekben összesen 141 db talajgenerátort, mint pontforrást
definiáltunk.
Az akkreditált méréssel megállapított emissziós értékek (térfogatáram, véggáz sebessége,
tömegáram) alapján a 3x3 km-es receptorhálóval létrehozott modelleket futtatva meghatároztuk a
pontforrások környezetében kialakuló legmagasabb felszín közeli ezüst-jodid koncentrációkat. A
modellezés eredményeit térképeken ábrázoltuk, megy térképek képezik a talajvizsgálatok helyének
kijelölésének alapját. A talajmintavételi pontok az egyes zónákban kialakuló szennyező anyag
gócokban kerültek kijelölésre.
A számítási eredmények bizonyították, hogy a maximális ezüst-jodid koncentráció a talajfelszínen 1-
20-250 pg/m3 koncentrációban jelentkezik, amely elhanyagolható érték.
|. oldal 63
6. A talaj fogalma, főbb tulajdonságai, a hazai osztályozás, talajszennyezés, talajvédelem
6.1. A talaj
Első lépésben fontos meghatároznunk mi is a
talaj?
Amióta az ember állattenyésztéssel vagy földműveléssel foglalkozik, tisztelettel övezi fel a
talajt, a termőföldet. A
talaj mint ősi finnugor eredetű szó területet, telket jelentett, vagyis a
termőterület kiterjedését jellemezte. Ahogy a földdel foglalkozó tudományok szintje fejlődött, úgy
alakult és bővült a szó értelme, a termőföldnek már nemcsak területére, hanem minőségére is
kiterjedt.
A
talaj a Föld legkülső szilárd burka, amely a növények termőhelyéül szolgál. Alapvető
tulajdonsága a termékenysége, vagyis az, hogy kellő időben és a szükséges mennyiségben képes
ellátni a rajta élő növényzetet vízzel és tápanyagokkal, és így lehetővé teszi az elsődleges biomassza
megtermelését.
A
talaj egyben a természeti környezet része, mely biztosítja az anyagok biológiai körforgását.
Mint a környezet része fogadja a földfelszínre érkező energia- és anyagáramlásokat; részben tárolja,
részben átalakítja azokat. A termőföld természeti erőforrás, amely az élővilággal szoros kapcsolatban
és kölcsönhatásban megújul, ha az anyagok körforgása zavartalan. Ha azonban az anyagforgalomban
fennakadás van, vagy a talaj megsemmisül, mint erőforrás nem újítható meg.
A Föld felszínén a
pedoszféra – a talajképződés által vezényelt földkéreg – szoros
kapcsolatban van a litoszférával, a bioszférával és az atmoszférával.
Mint termelőeszköz a
talaj termékenységével a növénytermesztés alapjául szolgál és tárgya
mindazon tevékenységeknek, amelyek a nagyobb és biztosabb termések elérését célozzák. Ezek a
beavatkozások, mint a talajművelés, a trágyázás, a vegyszeres gyomirtás, az öntözés, a talajjavítás,
mind a talaj tevőleges közreműködésével érik el hatásukat. Közben a talaj maga is változik és e
változások lehetnek időlegesek vagy tartósak, illetve kedvezők vagy kedvezőtlenek. Mind a kedvező,
mind a kedvezőtlen hatások befolyással vannak nemcsak a talajra, hanem a természeti, valamint művi
környezet egyéb elemeire is, ezért a talajra való ráhatások értékelésénél nem elegendő csupán a
termőföld változásait nyomon követni, hanem a teljes természeti környezetben bekövetkező
változásokat is értékelni kell.
A talajok hosszú évezredek alatt
talajképző tényezők hatására alakultak ki.
Dokucsajev munkássága óta öt
talajképző tényezőt különböztetünk meg: a
földtani, az
éghajlati, a
domborzati, a
biológiai tényezőt, valamint a
talajok korát.
Ezek a tényezők együttesen alakítják a talajt, egymást nem helyettesíthetik, egyesek közülük
csak időlegesen és helyileg kerülhetnek uralomra. Az ember lakta területeken ezekhez még hozzájárul
az emberi tevékenység, mint a talajképződést módosító tényező. A Föld felszínén kialakult földrajzi
övezeteken belül az egyes tényezők más- más jelleggel lépnek fel, ezért a kialakult talajok egymástól
különböznek, de abban közösek, hogy állandó fejlődésben vannak, alakulnak, változnak.
A talajfejlődés iránya nem előre megszabott, a talajképző tényezők alakulásának, valamint a
talaj önfejlődésének hatására módosul.
|. oldal 64
6.2. A talajok kémhatása
A talaj kémhatása tulajdonképpen a talaj folyékony fázisának kémhatása. Ennek értékét
azonban egyrészt igen körülményes lenne megállapítani, másrészt a folyékony fázis kémhatása térben
és időben változik, a talaj nedvességi állapotától, a növényzet életfolyamatai során keletkezett
anyagoktól és egyebektől függően. Ezért konvecionálisan a légszáraz talajból 2,5-szeres mennyiségű
desztillált vízzel vagy KCl-oldattal készített (1:2,5 arányú) szuszpenzió kémhatását mérjük, s az így
kapott értékekből tájékozódunk a talaj pH-járól. Ugyanazon talajnál a KCl-os szuszpenzió kémhatása
savanyúbb lesz, mint a desztillált vizes szuszpenzióé. Különösen nagy különbség adódik a két érték
között erősen savanyú talajoknál. Ezért a pH-értékek közlésekor mindig meg kell adni, hogy az a
pH(H2O)-t vagy a pH(KCl)-t jelenti-e.
A talajsavanyúság formái
A talaj összes savanyúsága az aktív és a potenciális (rejtett) savanyúságból áll. A kolloidok
felületéhez kötött potenciális savanyúság egy-egy talajnál 10 000-szerese vagy 50 000–100 000-
szerese is lehet az aktív savanyúságnak.
Aktív savanyúság
A vizes szuszpenzióban mért pH-érték alapján kimutatható savanyúság, amely csupán a
talajoldat lehetséges H+-koncentrációját fejezi ki, de nem mutatja a talajkolloidok protonleadó
képességét.
Potenciális savanyúság
Savanyú talajban a H+-ionok s az ásványokból kioldódó Al3+-ionok többsége a kolloidokhoz
kapcsolódva található. A körülmények változásával azonban ezek megjelenhetnek a talajoldatban,
növelve annak savanyúságát. Ezért a savanyúságnak ezt a formáját rejtett (potenciális)
savanyúságnak nevezzük.
A talajok lúgossága
A talajok erősen lúgos kémhatása (pH > 8,5) még a savanyúságnál is kedvezőtlenebb lehet.
Az ilyen talajokban a kicserélhető nátrium mennyisége jelentős, s esetleg még szóda is jelen van. A
talaj szerkezete, vízgazdálkodása, tápanyag-gazdálkodása rendkívül rossz.
A talaj a belekerülő anyagokat bizonyos mértékig lekötni és/vagy átalakítani, így hatásukat
közömbösíteni, ill. tompítani képes pufferrendszer. Pufferoló hatásának két legfontosabb területe a
sav/bázis pufferképesség, valamint a tápelem és toxikuselem-megkötő képesség.
A talaj sav/bázis pufferképessége
Környezetvédelmi pufferkapacitás. A talaj savas hatásokkal szembeni ellenálló képességét
kifejező empirikus összefüggés (Hargitai, Stefanovits). A talajban lévő karbonátok szerepét, a
humusztartalmat és a humusz minőségét, valamint az agyagtartalom és az agyagásvány-összetétel
|. oldal 65
hatását veszi figyelembe:
Tápelem- és toxikuselem-lekötő képesség
A talaj tápelem-pufferoló képessége gátolja a kimosódást, szabályozza a tápanyagok oldatbeli
koncentrációját. Biztosítja ezáltal, hogy a tápelem mennyiségének jelentős növelése (műtrágyázás)
vagy elvonása (növény általi felvétel, kimosódás) következtében a talajoldatban az adott elem
koncentrációja káros mértékben ne változzon.
A tápelemek és a toxikus nehézfémek oldatbeli koncentrációjának szabályozásában kémiai és
fizikai–kémiai folyamatok (adszorpció–deszorpció, kicsapódás–oldódás) játszanak döntő szerepet.
(A szerves szennyező anyagok esetében ezeken kívül a biológiai lebontás és a biokémiai átalakulás
hatása is jelentős).
A talajnak a különböző anyagokat (ionokat, molekulákat) megkötő képességéről
legegyszerűbben az adszorpciós izotermák alapján lehet tájékozódni. Ezek segítségével becsülhető
az adott kísérleti körülmények között mutatkozó maximális lekötődés (adszorpció és kicsapódás)
valamint a vizsgált anyag oldatbeli koncentrációja különböző terhelések esetén.
6.3. A talajok fizikai tulajdonságai
A fizikai tulajdonságok nagymértékben befolyásolják a talajban lejátszódó kémiai és biológiai
folyamatokat (az adszorpciós jelenségeket, az oxidáció–redukció feltételeit, az anyagtranszport
lehetőségeit, a biológiai aktivitást, a tápanyagforgalmat) s ezeken keresztül a talaj termékenységét. A
legfontosabb talajfizikai jellemzők:
. a szemcseösszetétel (textúra),
. a talajszerkezete (a szerkezeti formák, a szerkezet minősége),
. a talaj térfogattömege és tömörsége s (a fentiekkel összefüggően),
. a pórustér nagysága, a pórusok méret szerinti eloszlása,
. a vízgazdálkodási jellemzők (a vízáteresztő képesség, a vízkapacitás, a holtvíz és a hasznosítható
víz mennyisége),
. a levegőzöttség és a hőgazdálkodás.
6.4. Hazánk talajai
Magyarország talajtakarója igen tarka, sokrétű, ami a talajok gazdasági értékében is érvényre
jut. Ezért különösen fontos, hogy a mezőgazdaság fejlesztésének lehetőségét vizsgálva, lehetőleg
pontos, a tudomány mai álláspontjának megfelelő és a gyakorlati igényeket a lehető legjobban
kielégítő ismereteket szerezzük a talajról, mint a mezőgazdasági termelés eszközéről. A talajok
megismerésének, tulajdonságaik sokoldalú feltárásának előfeltétele a rendszerezésük, mert a
helyesen megválasztott talajosztályozási rendszer megkönnyíti a sokféle talaj áttekintését,
összehasonlítását és egyben megkülönböztetését.
A természettudományos rendszerzésnek, amely mind az elméleti, mind a gyakorlati igényeket
a legjobban elégíti ki, magából a talajból kell kiindulnia, és a talaj egészét kell tekintetbe vennie. Nem
korlátozódhat tehát valamely kiragadott, esetleg pillanatnyilag fontosnak tűnő talajtulajdonságra. A
|. oldal 66
természettudományi alapokon nyugvó talajosztályozási rendszert genetikai és talajföldrajzi
osztályozási rendszernek nevezzük.
Azért genetikai, mert a talajokat fejlődésükben vizsgálja, és a fejlődés egyes szakaszai a
típusok alkotják az osztályozás egységeit. Azért talajföldrajzi, mert a földrajzi törvényszerűségeket
szem előtt tartva egyesíti a típusokat a főtípusokban.
Hangsúlyoznunk kell, hogy a talaj minden tulajdonsága a talajfejlődés eredménye, legyen az
fizikai, kémiai vagy biológiai jellegű, ezért mindezek összessége jellemzi és határozza meg a talaj
típusát, valamint alacsonyabb osztályozási egységeit.
A genetikai talajosztályozás keretén belül különböző szinteket választunk el, amelyek alapján
a talajokat főtípusokba, típusokba, altípusokba, változatokba, helyi változatokba és talajcsoportokba
rendszerezzük. Munkánk célkitűzése és részletessége szabja meg, hogy milyen szintet választunk,
vagyis az osztályozásban milyen részletességet követelünk meg.
6.5. Talajszennyezés és tisztítás
Napjainkban az emberi tevékenység hatalmas mennyiségű szennyezést zúdít a környezetre a
természeti erőforrások pazarlására ösztönző fogyasztói társadalom miatt. Mivel makroszkópos
szinten a talaj, a pedoszféra egy vékony, törékeny határréteg a litoszféra felszínén, így nemcsak a
közvetlenül talajra, hanem a levegőbe, vizekbe került szennyezések is a talajra kerülnek, amelyen
keresztül folytonos az anyagtranszport, a szennyezések elmozdulhatnak a lito-, a bio-, a hidro- és az
atmoszféra felé. A talaj öntisztulási mechanizmusa nem tud megbirkózni az óriási szennyezés
terheléssel.
A talajszennyezés antropogén forrásai:
• Ipar: pl. szállóporok (cementgyártás), füstgázok, olajok (kőolajkitermelés és feldolgozás),
nehézfém-ionok (galvanizálás), felületaktívanyagok/tenzidek (forgácsolás).
• Közlekedés, szállítás: pl. utak sózása, kipufogógázok (nitrogén-oxidok (NOX), korom,
stb.), olaj-kiömlések (vezetékek, tartálykocsik).
• Mezőgazdaság: pl. műtrágyázás, növényvédelem (fertőtlenítők, peszticidek),
állattenyésztés (hígtrágyák, antibiotikumok, szteroidok).
• Kommunális – emberi élet melléktermékei, pl. háztartási szemét, szennyvíz (olajok,
zsírok, detergensek anionos tenzid és foszfát komponensei). A szennyezőanyagok
összetétele mindig kérdéses. Megítélésüknél különböző szempontokat kell figyelembe
venni:
- hova pl. levegőbe, vízbe, szárazföldre, történik a kibocsátás,
- milyen halmazállapotú (gáz, folyadék, szilárd) a szennyezés,
- milyen kockázatot, problémát jelentenek,
- mennyire veszélyesek (éghető, robbanékony, korrozív, reaktív, toxikus, stb.).
Szennyezés-talaj kölcsönhatás
A szennyezések transzportját a talajt felépítő komponensek (talaj alkotók) és a szennyezések
közötti kémiai, fizikai és biológiai reakciók (folyamatok) határozzák meg, amelyeket általában, mint
szennyezés-talaj kölcsönhatás („catch-all” term) azonosítják. Nehéz azonosítani vagy kategorizálni a
|. oldal 67
folyamatok teljes körének hozzájárulását, amelyek a szennyezések és a talajalkotók között
lejátszódnak a szennyezések transzportja során.
A talajszennyezők fajtái és az általuk okozott károsodások
A szennyezők csoportosítása. Dózis és toxicitás
A potenciális talajszennyező forrásokban lévő szennyező anyagok veszélyesség és toxicitás
szempontjából az alábbiak szerint csoportosíthatók:
(1) szervetlen mikro- és makroszennyezők: toxikus nehézfémek és sóik, műtrágyák;
(2) szerves mikro- és makroszennyezők: peszticidek és egyéb mezőgazdasági szennyezők,
szerves oldószerek, PAH-ok, PCB vegyületek és származékaik, ásványolaj termékek.
A környezetet károsító mikroszennyezők olyan természetes, vagy antropogén (emberi
tevékenység okozta) hatásokra képződő vegyületek, amelyek kis koncentrációban is toxikusak. A
makroszennyezők olyan anyagok, amelyek a környezetben helyenként vagy időlegesen a normál
értéknél sokkal nagyobb mennyiségben vannak jelen, és a környezet állapotát kedvezőtlenül
befolyásolják. A makroszennyezők olyan források jelenlétét feltételezik, amelyekből szennyező
anyagok juthatnak a víztartó rétegekbe. Ilyenek a környezetüktől nem megfelelően izolált
kommunális vagy ipari hulladéktemetők, állattartó telepek, intenzív mezőgazdasági művelésbe fogott
területek, szennyvíztározó medencék, zagyterek, szénhidrogén tároló és fejtő telepek, és az
üzemanyagtöltő/tároló állomások.
Fontos hangsúlyozni, hogy a szennyezőanyagok sorsa alapvetően másként alakul a talajban,
mint a másik két környezeti elemben. Míg a levegőbe és a vizekbe jutó szennyezések gyorsan
felhígulnak és szétterjednek, addig a talajban csak lassan, vagy egyáltalán nem mozognak, gyakran
nagymértékben és tartósan felhalmozódnak. A környezetre gyakorolt károsító hatásuk
A talajt potenciálisan szennyező anyagok általános áttekintése
Szerves anyagok, oldószerek
A szerves anyagok több-kevesebb mértékben oldódnak vízben. Abban az esetben, ha lassan,
de viszonylag jól oldódnak, mikroorganizmusok segítségével lebonthatók. Ezek a biológiai
szervezetekben normál állapotban is előforduló kis szénatom-számú alkoholok, ketonok, aldehidek,
savak és aminosavak.
A vízben nagyon kis mértékben oldódó szerves anyagok a talajba szivárogva jelentősen
megváltoztathatják a víz áramlásának mértékét, illetve a talajban külön fázisban, önállóan is
mozoghatnak.
Ha a szerves szennyezők külön fázist alkotnak, vagyis nem elegyednek, akkor lebomlásuk
nagyon hosszú időt vesz igénybe a mikroorganizmusok számára hozzáférhető felület korlátozottsága
miatt, ugyanis a bomlás csak a cseppek felületén játszódik le. Amennyiben a keletkezett metabolitok
legtöbbször a kiindulási anyaghoz hasonlóan hidrofóbok, a bomlási folyamat hatékonysága
drasztikusan lecsökkenhet. Nem ritka az sem, amikor a bomlástermékek toxikusabbak az eredeti
vegyületnél.
A vízzel nem elegyedő szerves szennyezők sajnos nem kezelhetők homogén csoportként
talajkémiai szempontból. További óvatosságra int az, hogy ebben az óriási mennyiségű
|. oldal 68
molekulafajtát tartalmazó vegyületcsoportban olyan különösen toxikus anyagok is találhatók mint az
aromás, policiklikus/polikondenzált, illetve halogénezett szénhidrogének.
A pH és a szennyezés viszonya
Az élővizek védelme érdekében nagyon fontos a tisztított szennyvíz pH értéke, mivel a vízben
található élőlények viszonylag szűk pH tartományban képesek csak élni és szaporodni. Mivel a tiszta
víz puffer-kapacitása kicsi, már viszonylag kis mennyiségű savas vagy lúgos anyag is meglehetősen
nagy pH változást okozhat. Megjegyzendő, hogy a vizek pH értéke bizonyos mértékig pontatlanul
fejezi ki a sav/lúg terhelést, ugyanis a többféle sót, savat és/vagy lúgot tartalmazó, tehát nagy puffer-
kapacitású szennyvíz már a pH=7-től kismértékben eltérő pH érték mellett is nagy változást okozhat
a befogadó pH-jára. Ugyanakkor egy nagyon tiszta, kis koncentrációban savat/lúgot tartalmazó víz a
semlegestől nagyon eltérő pH értékeket mutathat, de nem terheli a befogadót. Vagyis olyan furcsa
eset állhat elő, hogy egy nagyon tiszta vizet kibocsátó a hatályos rendelet szerint nagy szennyező is
lehet. Például a nagyon tiszta desztillált víz pH-ja a levegőből való szén-dioxid beoldódása
következtében 4.5-5 közötti pH-jú, és ez az érték a 3/1984 OVH rendelete értelmében már
büntetendő! Ezért a kifolyó vizek pH értéke mindig csak tájékoztató jellegű lehet, adott időközönként
a szennyező anyag koncentrációját a szabványokban előírt módon pontosan meg kell határozni.
A semlegestől kismértékben eltérő pH-jú, talajba szivárgó vizek nem okoznak nagy problémát
a talaj nagy pufferkapacitása miatt. Egy meszes talaj a savterhelést szinte azonnal és teljes mértékben
közömbösíti, a lúgterhelést a nagy kation kicserélő kapacitás miatt közömbösíti a talaj. Ugyanakkor
NaOH terhelés esetében a Na+ kation nem kötődik meg kellő mértékben lúgosodásra egyébként is
hajlamos talajokon (pl. szikes talajok), a savterhelést pedig a savanyodásra hajlamos, főleg kis
adszorpciós képességű mészmentes homoktalajok nem tudják közömbösíteni.
Összes só
Az édesvízi élőlények, a talajban lakó organizmusok és növények nagy részét a kiszáradás
veszélye fenyegeti, ha túl magas sótartalmú vízzel érintkeznek. A talaj nagymértékű adszorpciós,
elsősorban kation-adszorpciós képessége miatt a sóterhelést jelentős mértékben képes csökkenteni.
A talajban található sokféle szervetlen vegyület az oldott, vagy a szemcsék felületén megkötött
ionokkal, továbbá a csapadékvízzel és az elfolyó vizekkel bemosódó sók ionjaival csapadékot
képezhet, melynek következtében jelentősen csökkenhet a sóhatás. Ebből következően a
vezetőképesség mérésén alapuló összes sótartalom értékek nehezen értelmezhetők, hiszen ilyenkor
csak a talajoldatban lévő sók mennyiségére vonatkozóan kapunk információt. Ezért az összes
sótartalmat összetevőnként célszerű megvizsgálni, figyelembe véve hatásaikat (pl. Na tartalom hatása
a szikesedésre) is.
Nátrium
A nátrium szennyezés környezet terhelése lényegesen nagyobb a talajban, mint élővizekben.
A Na nem kötődik meg a talajszemcsék felületén és nem képez oldhatatlan sókat, vagyis csapadék
formájában nem válik ki. Ebből következően a talajban a vízáramlás sebességével mozog,
közvetlenül a talajvíz irányába. Viszonylag már alacsony koncentrációban is erősen duzzadt
állapotban tartja a duzzadó agyagásványokat, ezért a talaj vízvezető és vízáteresztő képessége, és
ezzel párhuzamosan a levegőzöttsége nagyon lecsökken. Kiszáradáskor pedig a talaj erősen
megrepedezik a nagymértékű zsugorodás hatására. Ezek a hatások összegződnek és szikesedési
folyamat indul el. A szikesedés legveszélyesebb környezeti hatása az, hogy a talajrepedésekben olyan
|. oldal 69
csatorna hálózatok alakulhatnak ki, amelyekben a szennyeződés akadálytalanul áramlik és gyorsan
elérheti a talajvizet vagy az ivóvíz bázisokat!
Összes lebegő anyag
Az élővizek szennyezés terhelése tekintetében a lebegő anyag tartalom igen lényeges
szempont, mivel a napfényt nem engedi a víz mélyebb rétegeibe jutni. A kiváló szűrőhatás miatt a
talajba szivárgó tisztított szennyvízből a talaj teljes mértékben megszűri a lebegő anyagokat, és
minőségüktől, szennyezettségüktől függően szennyeződik el. Ha a lebegő anyag nem tartalmaz
szennyezőket, a talaj még hosszú távon sem fog károsodni.
Kátrány
A kátrányok olyan nagy molekulájú szerves vegyületek, melyek nagy szénhidrogéntartalmuk
mellett jelentős mennyiségű heteroatomot és/vagy aromás csoportot tartalmaznak, ezért toxikusak
és/vagy rákkeltő hatásúak. Környezetterhelésük jellege a szerves anyagokhoz és oldószerekhez
hasonló. Általában hidrofób tulajdonságúak, így a talajba kerülve csak nagyon lassan bomlanak le, a
talaj öntisztulási ideje hosszú. Nagy molekulatömegük miatt gőztenziójuk igen kicsi, tehát a
kipárolgás elhanyagolható. Nagy viszkozitásuk és vízben való oldhatatlanságuk miatt nem mozognak
a talajban, így a talajvizet nem veszélyeztetik.
Detergensek
Élővizekben a nagy koncentrációban jelen lévő detergensek a halak és más kopoltyúval
lélegző légzőszerveit és a mikroszervezetek sejtfalát károsíthatják. Környezeti szempontból fontos
kémiai tulajdonságuk, hogy a vízzel nem elegyedő szennyezéseket apró cseppekre bontva képesek
vizes fázisban mobilizálni. A talajban való viselkedésükről a talajtani szakirodalom viszonylag kevés
információt tartalmaz. Néhány kutatási eredmény utal arra, hogy a felületaktív anyagok
megváltoztatják a talajcsatornákban történő víz áramlását és a talajszemcsék felületén történő
adszorpciót.
A természetes eredetű detergensek könnyen lebomlanak a talajban. Ebből adódóan az általuk
oldott hidrofób anyagokat diszpergálva képesek transzportálni, majd lebomlásuk után külön fázisba
juttatni. A mesterséges, kevéssé lebomló detergensek is hasonlóan viselkednek, csak az alacsony
lebomlási sebesség miatt a teljes folyamat jóval lassabb.
A detergensek molekuláiban a szénhidrogén láncon kívül mindig van valamilyen heteroatom,
leggyakrabban O, S, P, N. A lebomlás után ezek a heteroatomok ásványi formában jelennek meg a
talajban, amit figyelembe kell venni.
Ammónia és ammónium-ion
Erősen lúgos (pH>8) talajokból az ammónia gáz formájában a légkörbe kerülhet és
levegőszennyezést okoz. Az erősen lúgos talajokat kivéve gyakorlatilag ammónium-ion formában
van jelen, vagyis nem illékony. A talajszemcsék az ammónium-iont megkötik, az agyagásványok
rétegei között pedig gyakorlatilag irreverzibilis módon fixálódik. A növények nagy mennyiségben
hasznosítják tápanyagként, a mikroorganizmusok aminosavak formájában beépítik szervezetükbe.
Az ammónia és ammónium-ion környezet terhelési szempontból lényeges kémiai
tulajdonsága, hogy levegőzött talajokban a nitrifikáló baktériumok nitrát-ionná alakítják.
Talajszennyezési szempontból kiemelendő, hogy az ammónia semleges vagy lúgos körülmények
között fémekkel komplexeket képezhet, így az eredetileg immobilis, csapadék formában lévő toxikus
|. oldal 70
nehézfémeket vízoldhatóvá teheti. A jelenség elsősorban elméleti felvetés, a talajban levő egyéb
komplexképző anyag mellett (pl. humátok) ez a hatás nem jelentős.
Nitrát
A nitrát a talajban gyakorlatilag kizárólag vízben oldott NO -3 képez csapadékot, és számottevő
mértékben nem adszorbeálódik a talajszemcsék felületén. Ebből következik, hogy gyakorlatilag a
talajvíz áramlás sebességével és annak irányában mozog. A talajban levő nitrát nem káros, mivel
mind a növények, mind a mikroorganizmusok számára alapvető tápanyag és azok igen nagy
mennyiségben veszik fel a talajból. Környezeti károkat elsősorban azzal okoz, hogy mobilitása
következtében könnyen a talajvízbe jut. Mivel az állati és emberi szervezetre, különös tekintettel a
csecsemőkre, egy kritikus koncentráció felett mérgező, a nitráttal való elszennyeződéstől az ivóvíz
bázisok fokozottan védendők.
A nitrát igen stabil ion. Kémiai úton csak erősen savanyú közegben bomlik,
mikroorganizmusok segítségével elemi nitrogénné vagy ammóniává alakulhat át. A talajban vagy
talajvízben való felhalmozódását kizárólag a növényi felvétel tudja megakadályozni (a
mikroszervezetek által felvett nitrát, a szervezetek pusztulása után visszaalakul).
Szulfidok
Az oldható szulfidok vízben és a talajban mérgező hatásúak, de hosszabb időn keresztül
levegővel érintkezve könnyen alakulnak szulfáttá, mely sokkal ártalmatlanabb. Ezért jól levegőzött
talajba kerülve csak lokálisan mérgezhetik a talajt. Ezért a szulfid szennyezés meghatározásához
mindenképpen figyelembe kell venni a talaj víz- és levegő tartalmát. Ha az oxidáció lehetősége adott,
vagyis ha hosszú időn keresztül nem telített vízzel a talaj, akkor a szulfid terhelés nem okozhat
komoly problémát. Az oxidációval keletkezett szulfát-ion az általános sóhatáson kívül más
károsodást nem okoz.
Klór
A szennyvizek fertőtlenítésére az elemi klórt elterjedten alkalmazzák, ugyanakkor az
élővizekben mérgező, erősen oxidáló hatása miatt nagy károkat okozhat. Talajba kerülve gyorsan
klorid-ionná alakul, miközben a talajban nagy mennyiségben található redukáló vegyületeket
oxidálja. A folyamatban a talaj humuszanyagai, egyéb szerves anyagok és redukált állapotban lévő
szervetlen ionok vesznek részt. Az igen gyors reakció és a talaj redox pufferhatása miatt számottevő
kárt nem okoz a talajba került elemi klór, illetve a belőle diszproporcióval keletkező hipoklorit-ion.
A végtermék klorid ion csak a sóhatás növekedése tekintetében számottevő. Szükséges azonban
megjegyezni, hogy néhány növényfaj a magas klorid-ion koncentrációt nehezen tűri, továbbá a magas
Cl- koncentráció elősegíti a szikesedést is.
Fluoridok
A fluor kisebb-nagyobb mennyiségben van jelen a talajban. Az oldható fluoridok nagy
koncentrációban való jelenléte az élőlényekre mérgező hatást fejt ki. A talajba jutó fluoridok
viszonylag gyorsan reagálnak a Ca2+ és foszfát-ionokkal, illetve az ezekből képződött hidroxil-
apatittal. A reakció végterméke a gyakorlatilag oldhatatlan fluor-apatit. Ezért a fluor normál
körülmények között veszélytelen anyag és nem kell tartani attól, hogy veszélyes módon
felhalmozódik a talajban, vagy bemosódik a talajvízbe.
|. oldal 71
Foszfor
A foszforterhelést elsősorban az élővizekben kifejtett eutrofizáló hatása miatt kell figyelembe
venni. A foszfor talajokban való jelenléte egyenesen előnyös.
Meszes talajokban a foszfát-ion foszforit vagy apatitok formájában, míg savanyú talajokon
vas- vagy aluminium-foszfát formájában csapódik ki, és igen erősen adszorbeálódik a talajszemcsék
felületén. Ebből következően gyakorlatilag az összes talajtípuson a foszfor nagy része oldhatatlan
formába kerül, csak nagyon kis koncentrációban van jelen a talajoldatban. Erős csapadékképzési
hajlamából és adszorpciós tulajdonságából adódóan a talajban való mozgása rendkívül erősen
korlátozott, de kivételt képezhetnek a nagyon kolloid szegény, mészmentes homoktalajok. A foszfor
vegyületek felhalmozódása a talajban gyakorlatilag nem jelent komoly veszélyt, mivel a talaj
egyébként is sok oldhatatlan foszfát-vegyületet tartalmaz. Mivel fontos növényi tápanyag, jelentős
mennyiséget von ki a növényzet is a talajból.
Cianidok
A cianidok igen erős mérgek, a vizekbe kerülve nagy károkat tudnak okozni a vízi
élővilágban. A talaj a cianidokat is kiválóan képes pufferolni, ugyanis a talajszemcsék felületén,
illetve csapadék formájában lévő nehézfém-ionok, elsősorban a vas, nagyon stabil komplex
vegyületek képződése közben kötik meg a cianidot. Kiemelendő, hogy az így kialakult komplexek
lényegesen kevésbé toxikusak mint a szabad cianid, ugyanakkor a nehézfém-ionok oldhatósága és
mozgékonysága jelentősen megnőhet. Mivel az elfolyó vizekre megengedett cianid határértékek
nagyon alacsonyak, ez a hatás csak havária esetén jelentős.
Vas
A vas a talajban igen nagy mennyiségben található. Oldhatósága a pH, a redox állapotok és a
komplexképző anyagok jelenlétének függvénye, de átlagos talajviszonyokat tekintve alacsony.
Élővizekben szintén alacsony a koncentrációja, de kellemetlen íze miatt ivóvízre nagyon alacsony
határértéket írnak elő.
A talajok tekintetében nem a bekerülő vas mennyiségét, hanem az oldhatóságát elősegítő
hatásokat kell figyelembe venni. A vas vegyértékváltó elem lévén ferro (Fe2+) és ferrivas (Fe3+)
formájában fordul elő. A Fe3+ változat az átlagos talajok pH értéknél sokkal kevésbé oldódik, mint a
Fe2+. A nagy koncentrációban oldható Fe2+ vegyületek toxikusak lehetnek a növényekre és a talaj
mikroorganizmusaira, továbbá bemosódhatnak a talajvízbe is. A Fe2+ ionokat nagy koncentrációban
tartalmazó talajvíz a felszínre kerülve az oxidáció miatt megbarnul, és vas(III)-vegyületek
csapódhatnak ki. Ha a vízáramlás nem vízzel telített pórustérben történik, az oldhatatlan Fe3+
vegyületek kialakulása miatt ez a jelenség nem jön létre.
A pH csökkenésével a vas mindkét formája oldhatóvá válik, azonban a Fe2+ már a magasabb
pH-értékeknél is oldódik, vagyis az immobilitás érdekében a talaj a savanyodását kell
megakadályozni. Megjegyzendő, hogy mind a ferro, mind a ferrivas erősen komplexképző
tulajdonsággal rendelkezik. Megfelelő ligandumokkal képzett komplexei jelentősen megnövelhetik
az oldhatóságát, következésképpen a talajban való mobilitását.
Összefoglalva megállapítható, hogy a talaj vas tartalma indifferens, de a vas oldhatóságát
befolyásoló egyéb tényezőket, mint a pH-t, a redox viszonyokat és a komplexképző tulajdonságokat
a talaj és talajvíz elszennyeződése szempontjából szükséges figyelembe venni.
|. oldal 72
Mangán
Általában a talaj mangán tartalma magas. Oldhatósága a pH, a redox állapotok és a
komplexképző anyagok függvénye, de átlagos talajviszonyokat figyelembe véve viszonylag kicsi.
Oldhatatlansága miatt az élővizekben alacsony a koncentrációja. A vashoz hasonlóan nem a mangán
talajban lévő abszolút mennyiségét kell figyelembe venni, hanem az oldatóságot elősegítő hatásokat.
A mangán Mn4+ savas, míg az Mn2+ lúgos közegben oldódik, ennek függvényében kell a
mozgékonyságot is értelmezni.
Réz
A réz Cu2+ ionok formájában fordul elő a vizekben, illetve a talajban. Nehézfém lévén az
élővizekben toxikus hatású. A talajban kis ionmérete és a talajok jelentős kation-megkötő képessége
miatt nagyrészt a szemcsék felületén adszorbeálva, illetve hidroxid, vagy bázikus karbonát
formájában csapadékként van jelen. Következésképpen nem túl savas pH értékek esetén
komplexképzők hiányában mozgékonysága és a talajvízbe való bemosódása elhanyagolható. Fontos
kiemelni, hogy természetes körülmények között végbemenő kémiai folyamat hiányában
felhalmozódhat a talajban. Mikro-tápelem ugyan, de a növények és a mikroorganizmusok nem veszik
fel nagy mennyiségben.
Cink
Kémiai tulajdonságai alapján, talaj és talajvíz szennyezés szempontjából a rézhez hasonlóan
kezelhető.
Ólom
Az ólom a vizekben, illetve a talajban Pb ionok formájában fordul elő. A rézhez és a cinkhez
hasonlóan a vizekben toxikus hatású. Szélsőségesen oxidáló körülmények között oldhatatlan Pb(IV)-
oxiddá, vagy vegyes oxidokká alakulhat. A talajban kis ionmérete és a talajok jelentős kation-
megkötő képessége miatt nagyrészt a szemcsék felületén adszorbeálva, illetve hidroxid, vagy bázikus
karbonát formájában, csapadék állapotban van jelen. Ebből következően mozgékonysága nem túl
savas pH értékeknél elhanyagolható, ezért a talajvízbe való bemosódásától normál körülmények
között nem kell tartani.
A rézhez hasonlóan felhalmozódhat a talajban, mivel nincs olyan természetes kémiai
folyamat, amely véglegesen eltávolítja a talaj-talajvíz rendszerből.
Króm
Cr3+ ionok formájában van jelen a vízben és a talajban, elsősorban a talajszemcsék felületén
adszorbeálva, illetve csapadék állapotban. Mozgékonysága csak savas pH értékeknél, komplexképző
anyagok jelenlétében számottevő, ezért a talajvízbe történő bemosódásától nem kell tartani.
Természetes úton nem távolítható el a talaj-talajvíz rendszerből.
Erősebben oxidáló közegben nagyon toxikus Cr6+ formában van jelen. A Cr3+ ionnal
ellentétben ez a forma csak kis mértékben adszorbeálódik a talajszemcséken, és kisebb a
csapadékképző hajlama is. Ebből következően mozgékonysága sokkal nagyobb, így fennállhat a
talajba való bemosódás veszélye. A kromát-ion savasabb közegben erősen oxidáló hatású, így képes
a talajban mindig megtalálható szerves anyagokat oxidálva a kevésbé toxikus hármas oxidációs
állapotú formává alakulni, mely toxicitás és környezet terhelési szempontból előnyösebb.
|. oldal 73
Arzén
Arzenát vagy arzenit formájában fordul elő a talajban. Tulajdonságai nagyon hasonlóak a
foszfátéihoz, de annál sokkal toxikusabb. Ebből következően kerülni kell az arzén vegyületek
felhalmozódását a talajban.
Kadmium
Kémiai és talajkémiai tulajdonságai a cinkkel mutatnak hasonlóságot, de toxicitása sokkal
nagyobb, továbbá a cinkkel ellentétben nem tekinthető mikroelemnek.
Higany
A higany elemi formában is előfordulhat a talajban. Néhány talajban lejátszódó kémiai reakció
végterméke is lehet elemi higany.
A higany elemi állapotban is igen toxikus, könnyen párolgó folyadék, gőzével a levegőt is
szennyezheti. Elemi állapotban kis viszkozitása és nagy sűrűsége miatt igen gyorsan képes lefelé
mozogni, ugyanakkor nagy felületi feszültsége és kis nedvesítő képessége miatt nem tud a nagyon
szűk pórusokba bejutni. A gőztérben diffúzióval történő mozgása azonban nem elhanyagolható. A
higany és a higany vegyületek szulfidokkal érintkezve oldhatatlan HgS csapadékot képeznek,
megkötődnek a fehérjék SH csoportjain is, melynek következtében mozgékonysága nagymértékben
lecsökken.
Nikkel
A nikkelnek elsősorban alacsony adszorpciós és csapadék képződési hajlama van, oldhatósága
és mozgékonysága jelentős.
Ezüst
Az ezüst elemi állapotban, vagy Ag+ -ion formájában jut az imissziós közegekbe. Az elemi
ezüst indifferens, míg ionos formája igen toxikus. A talajban csak kis mennyiségben fordul elő.
Vízben kis koncentrációban előforduló klorid ionokkal oldhatatlan csapadékot képez, így erős
komplexképzők hiányában, az extrém nagy koncentrációkat kivéve, már a vizekben sem jelent
toxikus hatást. A talajban erős adszorpciója miatt ez a folyamat még kedvezőbb.
A különösen veszélyes nehézfémek humán- és növényélettani hatásaiban, talajbeli
viselkedésében, valamint a növényekben való akkumuláció feltételeiben jelentős különbségek
vannak.
6.6. Talajvédelem
Talajvédelem tízparancsolata:
Ne foglalj el a természettől több és jobb földet, mint amennyi okvetlenül szükséges!
Ne engedd, hogy a víz elrabolja a termőföldet a gondjaidra bízott területről!
Ne hagyd, hogy a szél elhordja a földet!
Feleslegesen ne taposd, ne tömörítsd a talajt!
Csak annyi trágyát vigyél a talajba, amennyit az elvisel, és amennyit a növény kíván!
Csak jó vízzel öntözz és csak annyival, amennyivel kell!
|. oldal 74
Ne keverj a talajba el nem bomló anyagot, hacsak nem javítási céllal teszed!
Ne mérgezd a talaj élővilágát!
Őrizd meg a talaj termékenységét, és ha lehet, még növeld tovább!
Ne feledd, hogy a talajon nemcsak állsz, hanem élsz is!
Emberi tevékenység hatása a talajra
A talajt, mint környezeti elemet számtalan degradációs folyamat veszélyezteti úgy a
természet, mint az ember részéről. A termőtalajokat veszélyezteti többek között a mennyiségi
csökkenés (utak, autópályák, iparterületek, lakóépületek, bányászat stb.) ugyanúgy, mint a minőségi
leromlás (erózió, savanyodás, kémiai szennyezés, szerkezetromlás stb.). Az Európai Unió
talajvédelmi stratégiájában az alábbi nyolc degradációs folyamatot fogalmazza meg, mint a leginkább
veszélyeztető tényezőket:
• Erózió,
• Szervesanyag tartalom csökkenése,
• Szennyezés,
• Beépítés,
• Tömörödés,
• Biodiverzitás csökkenés,
• Szikesedés,
• Hidrogeológiai kockázat (árvizek, földcsuszamlások).
A talajt és rajta keresztül a környezeti elemeket érintő fenti folyamatok mind Európában, mind
pedig hazánkban igen jelentős területeket érintenek.
Magyarország területének 49,4%-a szántó (4,6 millió ha). A mezőgazdaságilag hasznosított
területeken az egyoldalú talajhasználat, a sokmenetes művelés, a talaj gyakori mozgatása
következtében felerősödnek a talajdegradációs folyamatok. Magyarországon valamilyen szintű
talajdegradáció a szántó területek 40%-án jelentkezik. A talaj kedvezőtlen nedvesség állapotban való
művelése pl. a talaj felrögösödését, kenését, gyúrását, szalonnás állapotúvá válását váltja ki. A
károsodott, elporosodott talajszerkezet nedvesség hatására elfolyósodik, majd kiszáradva
elcserepesedik. A szakszerűtlen művelés következményeként fellépő degradációs folyamatok közül
a legnagyobbakat a művelt rétegben megjelenő tömör záróréteg(ek), valamint az ezek következtében
visszaeső biológiai aktivitás okozza. Birkás M. becslése szerint Magyarországon 2000-ben a szántó
területek felén jelentkezett valamilyen fokú tömörödés.
Szikesedés
A szikes talajok kedvezőtlen tulajdonságait az okozza, hogy a nátrium-ionok a felső
szintekben nagymértékben felhalmozódnak. Az ilyen talajoknak nincsen megfelelő szerkezetük,
rossz a vízbefogadó képességük és a művelhetőségük is. A kémiai talajjavítás feladata a nátrium-
ionok lecserélése kalcium-ionokkal. A meszezéses szikjavítás előfeltétele, hogy a talaj felső
szintjében ne legyen vízben oldható nátriumsó, és ez még a talajvíz felemelkedésével se kerülhessen
oda. Ezt a talajjavítási módot csak akkor szabad alkalmazni, ha előzőleg a talajvíz szintjét a szükséges
mélységre leszállították.
|. oldal 75
Tessedik Sámuel szarvasi lelkész a kertjében tett megfigyelések alapján javasolta a
környéklakóinak, hogy a szikes talajok megjavítása végett kalcium-karbonátot tartalamzó altalajt –
sárgaföldet – terítsenek el a szikes talaj felszínén, majd munkálják azt abe a szántott rétegbe. Mivel
Tessedik gazdasági tanintézetet is vezetett, javaslatai széles körben elterjedtek, így hazánkban 1780
óta alkalmazzák a szikesek altalajterítéssel való javítását, a digózást.
Túlzott sótartalom
A sós talajban a felszín közelében nagy mennyiségű só (szóda, galubersó, konyhasó, keserűsó)
halmozódik fel, a pH 9-10 körül van, ezért csak gyér sótűrő növényzet telepszik meg. A sós talajok
egy részénél a szóda közömbösítése a fő feladat, erre jól használható a gipsz:
Na2CO3+CaSO4=Na2SO4+CaCO3. A folyamatban semleges kémhatású termékek keletkeznek, így
megszűnik a szódának a növényekre már kis mennyiségben is rendkívül káros hatása. A gipsz
kalciumionjai a szóda semlegesítése mellett részt vesznek az agyagos részben lévő nátriumionok
kicserélésében is. A vízben jól oldódó nátrium-szulfátot pedig a csapadék-víz előbb-utóbb kimossa a
talajszelvény felsőbb rétegeiből.
A gipsz talajjavításra való felhasználását Irinyi János, a gyufa feltalálója már 1839-ben
felismerte, de javaslatára nem figyeltek fel, ezért a gipszezés nemzetközi elterjesztése nem az ő
nevéhez fűződik.
A sós talajok nagy sótartalmát vízvezetéssel egybekötött talajátmosással is eltávolíthatják
olyan területeken, ahol ezt a talaj tulajdonságai és az átmosásra használt víz minősége lehetővé teszi.
Talajszennyezés
A nitrát szennyeződés veszélye kettős: egyfelől egyes tápláléknövények hajtásrészeiben
felhalmozódva a táplálékláncba kerülhet, másfelől a talajvízbe mosódhat, elszennyezve
ivóvízkészleteinket.
A vizek nitrát szennyezésének elkerülésére vezették be szakterületünkön az első EU-
szabályozást, amely a szennyezés mértékének drasztikus csökkentése érdekében korlátozza a szerves
trágyák és nitrogén-műtrágyák használatát.
A másik lehetséges talajszennyeződést a toxikus nehézfémek okozzák, amelyek növényre,
állatra, emberre egyaránt veszélyesek.
A harmadik talajszennyező anyagcsoportot a növényvédőszer-maradványok, különösen a
poliaromás szénhidrogének alkotják. A legújabb keletű szennyezőknek a kőolajszármazékok
tekinthetők.
Minden szennyeződésnél a megelőzésen van a hangsúly. A szennyezés létrejötte után már csak
nagyon költséges tisztítási módszerekkel szüntethetők meg a káros hatások.
7. Terepi mintavételek, vizsgálatok
A modellezés alapján a vizsgálat területen 50 pontot jelöltünk ki a talaj- és talajvízmintavételre.
A mintavétel során a megadott EOV koordinátán 90 cm mélységű talajszevényt fúrtunk, melynek a
0-30, 30-60, 60-90 cm-es rétegeiből talajmintát vettünk. 10 ponton a furatot tovább mélyítettük a
talajvíz szintjéig és mintáztuk a talajvizet is.
|. oldal 76
A mintavételi koordináták az alábbiak:
ID
EOV_X EOV Y
ID
EOV_X EOV Y
1
557828,1 164245,5
26
556913,6 93807,96
2
579163,8 166957,5
27
577174,8 105958,1
3
572742,3 153478,2
28
578824,9 91966,8
4
551509,3 143620,5
29
568743,6 86234,52
5
542723,3 139324,1
30
566829 74391,36
6
536995,7 145889,7
31
555247,2 73786,89
7
536772,1 135658,2
32
558421,3 59693,36
8
528140,1 138838,5
33
576830,5 53088,85
9
521105,3 151654,9
34
576240,2 68225,09
10
514049,9 144944,3
35
588052,7 71810,48
11
565154,4 112266,8
36
607961,4 53041,31
12
569123,8 103629,6
37
620751,3 72716,41
13
556512,2 118189,2
38
617301,7 89892,91
14
546008,5 112393,6
39
625711,4 111098,1
15
541426,2 95702,37
40
626100,4 122180,4
16
532495,7 101172,4
41
631755,5 132319,7
17
526642,8 111041,2
42
628952,5 152981,6
18
523555,5 119920,7
43
641540,3 160722,7
19
511072 128143,1
44
583079,7 145954,4
20
493805,5 100067,6
45
585827,2 138529
21
520103,3 100833,6
46
598090,4 131555,6
22
526856,8 90326,83
47
583040,7 128229,7
23
535925,6 87300,87
48
570917,5 122814,1
24
515296,1 79695,3
49
578514,2 115144,8
25
546193,1 57142,8
50
630430 94196,86
|. oldal 77
A helyszíni mintavétel során minden ponton fényképeket is készítettünk, melyek jól
alátámasztják mennyire változatosak hazánkban a talajok. Alább pár jellemző felvétel
|. oldal 78
|. oldal 79
8. A terepi és laboratóriumi vizsgálatok eredményei és következtetések
A megvett mintákat a HL-LAB Környezetvédelmi és Talajvizsgáló Laboratóriumba
szállítottuk vizsgálatra. A
talajmintákból – a generátorokból kibocsájtott anyagok tudatában – bővített
talajvizsgálatot, kicserélhető kationtartalmat és nehézfémtartalmat vizsgáltunk. A
talajvízminták
esetében általános vízkémiai vizsgálatok és nehézfémtartalom vizsgálatok történtek. Mindkét
környezeti elem tekintetében a nátrium és az ezüst volt az a két elem, amire a hangsúlyt fektettük.
A talajvizsgálati eredmények ezen 2 elemre vonatkozó összegzését és kiértékelését az
alábbiakban mutatjuk be.
Mérési eredmények (mg/kg szárazanyag)
Minta
Mintavétel
Nátrium
jele
mélysége
Ezüst (határérték:
(cm)
(ammónium-laktát
2 mg/kg)
oldható)
1a
0-30
<1
16
1b
30-60
<1
50
1c
60-90
<1
112
2a
0-30
<1
37
2b
30-60
<1
73
2c
60-90
<1
104
3a
0-30
<1
57
3b
30-60
<1
59
3c
60-90
<1
23
4a
0-30
<1
20
4b
30-60
<1
38
4c
60-90
<1
121
5a
0-30
<1
33
5b
30-60
<1
42
5c
60-90
<1
100
6a
0-30
<1
8
6b
30-60
<1
11
6c
60-90
<1
11
7a
0-30
<1
11
7b
30-60
<1
11
7c
60-90
<1
52
8a
0-30
<1
13
8b
30-60
<1
11
8c
60-90
<1
15
9a
0-30
<1
22
9b
30-60
<1
16
9c
60-90
<1
18
10a
0-30
<1
15
|. oldal 80
10b
30-60
<1
10
10c
60-90
<1
9
Natrium koncentráció
140
121
112
120
104
100
100
73
80
57 59
60
50
52
Koncentráció
37
38
42
33
40
23
22
16
20
16 18 15
20
8 11 11 11 11
13 11 15
10 9
0
1a 1b 1c 2a 2b 2c 3a 3b 3c 4a 4b 4c 5a 5b 5c 6a 6b 6c 7a 7b 7c 8a 8b 8c 9a 9b 9c 10a10b10c
Talajszelvény száma
Mérési eredmények (mg/kg szárazanyag)
Minta
Mintavétel
Nátrium
jele
mélysége
Ezüst (határérték:
(cm)
(ammónium-laktát
2 mg/kg)
oldható)
11a
0-30
<1
10
11b
30-60
<1
11
11c
60-90
<1
6
12a
0-30
<1
24
12b
30-60
<1
16
12c
60-90
<1
25
13a
0-30
<1
15
13b
30-60
<1
16
13c
60-90
<1
19
14a
0-30
<1
6
14b
30-60
<1
12
14c
60-90
<1
9
15a
0-30
<1
12
15b
30-60
<1
14
15c
60-90
<1
14
16a
0-30
<1
5
16b
30-60
<1
<5
16c
60-90
<1
5
17a
0-30
<1
15
|. oldal 81
17b
30-60
<1
20
17c
60-90
<1
106
18a
0-30
<1
74
18b
30-60
<1
62
18c
60-90
<1
103
19a
0-30
<1
9
19b
30-60
<1
7
19c
60-90
<1
9
20a
0-30
<1
15
20b
30-60
<1
11
20c
60-90
<1
10
Natrium koncentráció
120
106
103
100
74
80
62
60
Koncentráció 40
24
25
16
20
15 16 19
15
15
20 10 11
12
11
6
6
9 12 14 14
10
5
5
9 7 9
0
0
11a11b11c12a12b12c13a13b13c14a14b14c15a15b15c16a16b16c17a17b17c18a18b18c19a19b19c20a20b20c
Talajszelvény száma
Mérési eredmények (mg/kg szárazanyag)
Minta
Mintavétel
Nátrium
jele
mélysége
Ezüst (határérték:
(cm)
(ammónium-laktát
2 mg/kg)
oldható)
21a
0-30
<1
13
21b
30-60
<1
13
21c
60-90
<1
17
21d
90-150
<1
18
22a
0-30
<1
<5
22b
30-60
<1
<5
22c
60-90
<1
<5
23a
0-30
<1
6
23b
30-60
<1
6
23c
60-90
<1
8
|. oldal 82
24a
0-30
<1
10
24b
30-60
<1
15
24c
60-90
<1
13
25a
0-30
<1
32
25b
30-60
<1
47
25c
60-90
<1
53
26a
0-30
<1
21
26b
30-60
<1
15
26c
60-90
<1
19
27a
0-30
<1
14
27b
30-60
<1
18
27c
60-90
<1
25
28a
0-30
<1
28
28b
30-60
<1
27
28c
60-90
<1
24
29a
0-30
<1
47
29b
30-60
<1
43
29c
60-90
<1
37
30a
0-30
<1
13
30b
30-60
<1
12
30c
60-90
<1
32
Natrium koncentráció
60
53
47
47
50
43 37
40
32
32
25 28 27
30
24
21
17 18
19
15
15
18
20
14
13 13
13
13
Koncentráció
12
6 6 8 10
10
0 0 0
0
21a
21b
21c
21d
22a
22b
22c
23a
23b
23c
24a
24b
24c
25a
25b
25c
26a
26b
26c
27a
27b
27c
28a
28b
28c
29a
29b
29c
30a
30b
30c
Talajszelvény száma
|. oldal 83
Mérési eredmények (mg/kg szárazanyag)
Minta
Mintavétel
Nátrium
jele
mélysége
Ezüst (határérték:
(cm)
(ammónium-laktát
2 mg/kg)
oldható)
31a
0-30
<1
21
31b
30-60
<1
23
31c
60-90
<1
41
32a
0-30
<1
10
32b
30-60
<1
10
32c
60-90
<1
11
33a
0-30
<1
18
33b
30-60
<1
27
33c
60-90
<1
67
34a
0-30
<1
15
34b
30-60
<1
13
34c
60-90
<1
17
35a
0-30
<1
24
35b
30-60
<1
16
35c
60-90
<1
14
36a
0-30
<1
27
36b
30-60
<1
22
36c
60-90
<1
24
37a
0-30
<1
34
37b
30-60
<1
85
37c
60-90
<1
109
38a
0-30
<1
19
38b
30-60
<1
17
38c
60-90
<1
13
39a
0-30
<1
76
39b
30-60
<1
89
39c
60-90
<1
124
40a
0-30
<1
36
40b
30-60
<1
22
40c
60-90
<1
17
|. oldal 84
Natrium koncentráció
140
124
109
120
100
85
89
76
67
80
60
41
34
36
Koncentráció 40 21 23
27
27 22 24
19
22
10 10 11 18
15 13 17 24 16 14
17 13
17
20
0
31a31b31c32a32b32c33a33b33c34a34b34c35a35b35c36a36b36c37a37b37c38a38b38c39a39b39c40a40b40c
Talajszelvény száma
Mérési eredmények (mg/kg szárazanyag)
Minta
Mintavétel
Nátrium
jele
mélysége
Ezüst (határérték:
(cm)
(ammónium-laktát
2 mg/kg)
oldható)
41a
0-30
<1
56
41b
30-60
<1
59
41c
60-90
<1
89
42a
0-30
<1
17
42b
30-60
<1
17
42c
60-90
<1
15
43a
0-30
<1
20
43b
30-60
<1
18
43c
60-90
<1
37
44a
0-30
<1
21
44b
30-60
<1
27
44c
60-90
<1
74
45a
0-30
<1
93
45b
30-60
<1
106
45c
60-90
<1
158
46a
0-30
<1
45
46b
30-60
<1
41
46c
60-90
<1
67
47a
0-30
<1
59
47b
30-60
<1
73
47c
60-90
<1
112
48a
0-30
<1
16
48b
30-60
<1
37
48c
60-90
<1
99
|. oldal 85
49a
0-30
<1
56
49b
30-60
<1
76
49c
60-90
<1
87
50a
0-30
<1
56
50b
30-60
<1
95
50c
60-90
<1
96
Natrium koncentráció
180
158
160
140
120
106
112
99
89
93
87
95 96
100
74
76
67
73
80
56 59
59
56
56
Koncentráció 60
37
45 41
37
40
17 17 15 20 18
21 27
16
20
0
41a
41b
41c
42a
42b
42c
43a
43b
43c
44a
44b
44c
45a
45b
45c
46a
46b
46c
47a
47b
47c
48a
48b
48c
49a
49b
49c
50a
50b
50c
Talajszelvény száma
A talajvizsgálati eredményekből megállapítható, hogy a rendszer működése nem okozott a
talajok felső rétegében káros nátrium és ezüst felhalmozódást. A mélyebb rétegek esetleges magasabb
nátrium tartalma nincs összefüggésben a NEFELA működésével, annak okát máshol kell keresni
(talajgenetika, öntözés, magas talajvíz, stb.)
A talajvíz vizsgálati eredmények ezen 2 elemre vonatkozó összegzését és kiértékelését az
alábbi táblázat és grafikon mutatja be.
Minta
Mérési eredmények (mg/l)
jele
Ezüst
Nátrium
Határérték
0,01
200
1
<0,005
33,3
2
<0,005
34,1
3
<0,005
6,3
4
<0,005
52,1
5
határérték alatt
<0,005
21,6
6
<0,005
38,4
7
<0,005
17,3
8
<0,005
23,4
9
<0,005
57,0
10
<0,005
53,98
|. oldal 86
Natrium koncentráció
57
60
52,1
53,98
50
38,4
40
33,3
34,1
30
21,6
23,4
17,3
20
Koncentráció
6,3
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Talajvízminta száma
|. oldal 87
9. Mellékletek
1) Eredmények, receptor adatok (DK zóna)
2) Eredmények, receptor adatok (DNY zóna)
3) Eredmények, receptor adatok (ÉK zóna)
4) Eredmények, receptor adatok (ÉNY zóna)
5) Példa 1 nap 1 forrás modellezési eredményei (DK zóna)
6) Emisszió mérés jegyzőkönyve
7) Talaj- és talajvíz vizsgálati jegyzőkönyv (jkv sorszáma: 19-36865
|. oldal 88
Document Outline
