VDI 3945 Blatt 3-2000 Environmental meteorology - Atmospheric dispersion models - Particle model.pdf

1、September 2000ICS 07.060;13.040.01 September 2000VDI-RICHTLINIENZubeziehendurch/AvailablefromBeuthVerlagGmbH,10772BerlinAlleRechtevorbehalten/AllrightsreservedcVereinDeutscherIngenieure,Dusseldorf2000FruhereAusgabe:11.99Entwurf,deutschFormeredition:11/99draft,inGermanonlyVervielfaltigungauchfurinner

2、betrieblicheZweckenichtgestattet/ReproductionevenforinternalusenotpermittedVEREINDEUTSCHERINGENIEUREUmweltmeteorologieAtmospharische AusbreitungsmodellePartikelmodellEnvironmental meteorologyAtmospheric dispersion modelsParticle modelVDI 3945Blatt 3/Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVD

3、I/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1bKommission Reinhaltung der Luft (KRdL) im VDI und DIN NormenausschussArbeitsgruppe PartikelmodellAusschu Atmospharische GrenzschichtmodelleDerEntwurfdieserRichtliniewurdemitAnkundigungimBundes-anzeiger einem oentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die d

4、eutsche Version dieser Richtlinie istverbindlich.The draft of this guideline has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthori

5、tative.Inhalt Seite Contents PageVorbemerkung. 2Zielsetzung und Anwendungsbereich . 3BegrieundDenitionen . 4ListederFormelzeichen 91 Einleitung . 112 Modellbeschreibung 142.1 Konzept 142.2 Transport. 152.3 DepositionundUmwandlungen . 182.4 BerechnungderKonzentration 193 Eingabedaten . 213.1 Rechengi

6、tter . 213.2 MeteorologischeDaten 223.3 Stodaten. 233.4 Queldaten 243.5 Auswertegitter 254 Ergebnisse . 264.1 KonzentrationundDosis. 274.2 Deposition 284.3 Ursachen-undWirkungsanalysen 294.4 MittlereGeruchsstoausbreitung. 304.5 Strahlenexposition (-Submersion) 305 Genauigkeit 326 Konformitat zur Ric

7、htlinie . 35Anhang A DerMarkow-Proze 36Anhang B StatistischeSignikanz 38B1 FesterStichprobenumfang 41B2 VariablerStichprobenumfang. 42Anhang C Fahnenuberhohung 44Anhang D Verikationstests . 46D1 Homogenitatstest. 46D2 Deposition 49D3 Taylor-Theorem 53D4 Berljand-Losung . 53D5 Abgasfahnenuberhohung.

8、55D6 DreidimensionalesWindfeld . 57Schrifttum. 60Preliminarynote 2Scopeandobjective 3Termsanddenitions. 4Nomenclature . 91 Introduction 112 Model description . 142.1 Concept 142.2 Transport. 152.3 Deposition and transformation processes . 182.4 Calculationofconcentration. 193 Input data . 213.1 Comp

9、utationalgrid 213.2 Meteorologicaldata 223.3 Physicalandchemicaldata 233.4 Sourcedata 243.5 Samplinggrid. 254 Model outputs . 264.1 Concentrationanddose . 274.2 Deposition 284.3 Source-receptoranalyses. 294.4 Meanodourdispersion 304.5 Radiation exposure (-radiation). 305 Accuracy 326 Conformance wit

10、h guideline 35AnnexA TheMarkovprocess. 36AnnexB Statisticalsignicance 38B1 Fixedsamplesize. 41B2 Variablesamplesize . 42AnnexC Plumerise 44AnnexD Vericationtests 46D1 Homogeneitytest. 46D2 Deposition 49D3 Taylortheorem 53D4 Berlyandequation 53D5 Plumerise 55D6 Three-dimensionalwindeld. 57Bibliograph

11、y 60B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI 3945 Blatt 3/Part 3 All rights reserved c Verein Deutscher Ingenieure, Dusseldorf2000VorbemerkungIn der Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL)imVDI und DIN Normenausschu erarbeiten Fach-leute aus Wissenschaft, Industrie u

12、nd Verwaltungin freiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtlinienund DIN-Normen zum Umweltschutz. Diese be-schreiben den Stand der Technik bzw. Stand der Wis-senschaft in der Bundesrepublik Deutschland unddienen als Entscheidungshilfen bei der Erarbeitungund Anwendung von Rechtsvorschriften. Die Ar-b

13、eitsergebnisse der KRdL konnen ferner als gemein-samer deutscher Standpunkt in die europaische tech-nische Regelsetzung bei CEN (Europaisches Komiteefur Normung)und in die internationale technischeRegelsetzung bei ISO (Internationale Organisationfur Normung)einieen.Preliminary noteThe Commission on

14、Air Pollution Prevention(KRdL)of the VDI and DIN Standards Commit-tee, which includes experts from science, industryand administration, acting independently, establishVDI guidelines and DIN standards in the eld of en-vironmental protection. These describe the state ofthe art in science and technolog

15、y in the Federal Re-public of Germany and serve as a decision-making aidin the preparatory stages of legislation and the appli-cation of legal regulations and ordinances. KRdLsworking results are also considered as the commonGerman point of view in the establishment of tech-nical rules at the Europe

16、an level by CEN (the Eu-ropean Committee for Standardization)and at theinternational level by ISO (the International Organi-zation for Standardization).Folgende Themenschwerpunkte werden in vier Fach-bereichen behandelt:The following topics are dealt with in four subdivi-sions:Fachbereich I”Umweltsc

17、hutztechnik“Produktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahrenund Einrichtungen zur Emissionsminderung; ganz-heitliche Betrachtung von Emissionsminderungs-manahmen unter Berucksichtigung von Luft, Was-ser und Boden; Emissionswerte fur Staube und Gase;anlagenbezogene metechnische Anleitungen; Hand-habun

18、g brennbarer Staube; Minderung der Exposi-tion gegenuber luftfremden Stoen am Arbeitsplatz;UmweltschutzkostenrechnungSubdivision I “Environmental Protection Tech-niques”Integrated pollution prevention and control for in-stallations; procedures and installations for emis-sion control; overall conside

19、ration of measuresfor emission control with consideration given tothe air, water and soil; emission limits fordusts and gases; plant-related measurement instruc-tions; safe processing of combustible dusts; reductionof exposure to air pollutants in the workplace atmo-sphere; environmental industrial

20、cost accountingFachbereich II”Umweltmeteorologie“Ausbreitung von Luftverunreinigungen in der At-mosphare; storfallbedingte Freisetzungen; mikro-und mesoskalige Windfeldmodelle; Wechselwirkungzwischen Atmosphare und Oberachen; meteorologi-sche Messungen; angewandte Klimatologie; Lufthy-gienekarten; h

21、uman-biometeorologische Bewertungvon Klima und Lufthygiene;Ubertragung meteoro-logischer DatenSubdivisionII“EnvironmentalMeteorology”Dispersion of pollutants in the atmosphere; emis-sions from accidental releases; micro- and meso-scalewind eld models; interaction between the atmo-sphere and surfaces

22、 meteorological measurements;applied climatology; air pollution maps; human-biometeorological evaluation of climate and air qual-ity; transfer of meteorological dataFachbereichIII”Umweltqualitat“Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch,Tier, Panze, Boden, Werkstoe und Atmospha-re; wirkungsbezoge

23、ne Me- und Erhebungsverfahren;Erfassung und Wirkung mikrobieller Luftverunreini-gungen; Olfaktometrie; UmweltsimulationSubdivisionIII“EnvironmentalQuality”Eect of air pollutants on man, animals, vegetation,soil, materials and the atmosphere; methods for themeasurement and evaluation of eects; determ

24、ina-tion of microbial air pollutants and their eects; ol-factometry; environmental simulationFachbereich IV”Umweltmetechnik“Emissions- und Immissionsmetechnik fur anorgani-sche und organische Gase sowie fur Partikel; optischeFernmeverfahren; Messen von Innenraumluftver-unreinigungen; Messen von Bode

25、nluftverunreini-gungen; Verfahren zur Herstellung von Referenz-materialien; Prufplane fur Megerate; Validierungs-Subdivision IV“EnvironmentalMeasurementTech-niques”Techniques for emission and ambient air measure-ments of inorganic and organic gases as well asparticulate matter; optical open-path mea

26、sure-ment methods; measurement of indoor air pollu-tants; measurement of ground-level air pollutants;B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten c Verein Deutscher Ingenieure, Dusseldorf2000 VDI 3945 Blatt 3/Part 3 3 verfahren; Meplanung; Auswerteverfa

27、hren; Qua-litatssicherungprocedures for establishing reference materials; testprocedures for measurement devices; validation pro-cedures; measurement plans; evaluation methods;quality assuranceDie Richtlinien und Normen werden zunachst alsEntwurf veroentlicht. Durch Ankundigung imBundesanzeiger und

28、in der Fachpresse erhalten al-le interessierten Kreise die Moglichkeit, sich an ei-nem oentlichen Einspruchsverfahren zu beteiligen.Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, da un-terschiedliche Meinungen vor Veroentlichung derendgultigen Fassung berucksichtigt werden konnen.The guidelines and sta

29、ndards are initially publishedas drafts. These are announced in the Bunde-sanzeiger (Federal Gazette)and in professional pub-lications in order to give all interested parties the op-portunity to participate in an ocial objection proce-dure. This procedure ensures that diering opinionscan be consider

30、ed before the nal version is pub-lished.Die Richtlinien und Normen sind in sechs Bandendes VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung der Luft zu-sammengefat.The guidelines and standards are published in thesix-volume VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pol-lution Prevention)Manual.Zielsetzung und Anwendungsberei

31、chDiese Richtlinie beschreibt ein numerisches Modell,mit dem man die Ausbreitung von Spurenstoen inder Atmosphare simulieren und ihre Konzentratio-nen berechnen kann.1)Fur die Anwendung benotigtman das mittlere Windfeld, Turbulenzgroen, Emis-sionsdaten und gegebenenfalls weitere, anwendungs-spezisch

32、e Eingabedaten. Fur die Gewinnung die-ser Eingabedaten sind in der Regel vorgeschalte-te Modelle notwendig, die nicht Gegenstand dieserRichtlinie sind. Ebenso werden fur die Berechnungvon Wirkungen, wie z.B. Geruchswahrnehmungenoder radioaktive Belastungen, nachgeschaltete Mo-delle benotigt.Scope an

33、d objectiveThis guideline describes a numerical model for sim-ulating the dispersion and calculating the concen-trations of trace species in the atmosphere.1)Datarequired for the model include the mean wind eld,turbulence parameters, emission data and, depend-ing on the specic case, further applicat

34、ion-specicinput data. These input data normally have to be ob-tained from pre-processors which are not the subjectof this guideline. In the same way, post-processormodels are required for calculating eects such asodour perception, for instance, or radioactive radia-tion doses.Die Spurenstoe konnen a

35、ls Gas oder als Aerosolvorliegen. Simuliert werden die Trajektorien einergroen Anzahl von Gas- bzw. Aerosolpartikel, die un-abhangig voneinander mit der turbulenten Stromungverlagert werden. Die Ausbreitung kann in freiemGelande, im Bereich von topographischen Struktu-ren oder von Hindernissen, wie

36、Gebauden, Industrie-anlagen, Wallen, Brucken, Baumen und Waldernerfolgen, wobei die Einusse der Hindernisse aufWind- und Turbulenzfeld durch das Vorschaltmo-dell richtig beschrieben werden mussen. Chemi-sche Umwandlungen, Sedimentation, Ablagerung amBoden und an der Vegetation, Aufwirbelung vomBoden

37、 Auswaschen durch den Niederschlag, Filte-rung durch porose Hindernisse und Auftriebseektekonnen berucksichtigt werden.The trace species may be present in gaseous oraerosol form. The model simulates the trajectoriesof a large number of gaseous and/or aerosol par-ticles which are transported indepen

38、dently of eachother by the turbulent ow. Terrain regimes likeopen terrain, topographical structures or obstaclessuch as buildings, industrial plants, embankments,bridges, trees and forests can be accounted for in thedispersion calculation, provided that the impacts ofsuch obstacles on the wind and t

39、urbulence elds arecorrectly described by the pre-processor. Chemicaltransformation processes, sedimentation, depositionon the ground and the vegetation, resuspension intothe atmosphere, washout by precipitation, lteringthrough porous obstacles and buoyancy eects canbe accommodated.1) Ein Computerpro

40、gramm zu diesem Modell, mit dem auchdie im Anhang D aufgefuhrten Beispiele gerechnet sind, istimInternetunterhttp:/www.vdi.de/partikelmodell kostenloserhaltlich.1) A computer program for this model, which hasalso been used to compute the examples given in An-nex D, is available free of charge on the

41、 Internet athttp:/www.vdi.de/partikelmodell.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI 3945 Blatt 3/Part 3 All rights reserved c Verein Deutscher Ingenieure, Dusseldorf2000Die raumliche Struktur und das Zeitverhalten derQuelle(n)k onnen beliebig sein. Die Gebietsgroer

42、eicht von einigen Dekametern (Gebaudekomplexe)bis zu mehreren hundert Kilometern (Landschaften)mit einer Auosung zwischen einem Meter und eini-gen Kilometern. Die Zeitskala fur typische Anwen-dungen reicht von ca. 10 Minuten bis zu einigen Ta-gen, es konnen aber auch klimatologische Fragestel-lungen

43、 uber entsprechend langere Zeitraume behan-delt werden.The spatial structure and the temporal behaviourof the source(s)can be selected at discretion. Themodel region investigated may reach from severaltens of metres (building complexes)to several hun-dred kilometres (regions)with resolutions between

44、one metre and several kilometres. The time scalefor typical applications ranges from about 10 min-utes to several days, the treatment of climatologicalproblems over longer time spans also being possible.Das Rechenergebnis ist das dreidimensionale Kon-zentrationsfeld und die zweidimensionale Verteilu

45、ngder Deposition, gegebenenfalls mit ihren zeitlichenVeranderungen. Man kann es im Zusammenhangmit aktuellen, diagnostischen oder planerischen Fra-gestellungen verwenden. Typische Einsatzgebietesind:The model outputs are the three-dimensional con-centration eld and the two-dimensional distributionof

46、 the deposition, if applicable together with theirrespective temporal variation. The model lends itselfto the solution of current, diagnostic or planningproblems. Typical applications include: Ausbreitungsrechnung fur genehmigungsbedurf-tige Anlagen in strukturiertem Gelande, im Be-reich von Hindern

47、issen und bei windschwachenWetterlagen Dispersion calculations within the scope of permit-ting applications for industrial plants in complexterrain, in the area of obstacles and during mete-orological conditions with low wind speed Berechnung der Gebiete mit Grenzwertuber-schreitungen fur die Sicher

48、heitsanalyse bei chemi-schen und kerntechnischen Anlagen Prediction of regions where the limit values willbe exceeded within the scope of safety analysesfor chemical and nuclear plants Vorhersage der belasteten Gebiete bei einemStorfall mit Freisetzung von schadlichen Gasenoder Aerosolen fur Feuerwe

49、hr und Katastrophen-schutz Prediction of aected areas in the case of accidentsinvolving the release of hazardous gases or aerosolsfor re services and emergency response Grundlage fur die Berechnung von Geruchsbela-stigungen Basis for the estimation of odour nuisance Bestimmung der Ausbreitung aus diusen Quel-len wie Klaranlagen, Deponien, Altlasten, Kom-postieranlagen, Massentierhaltungen und chemi