بررسی وضعیت انتشار مواد در هنگام وجود موانع ساختمانی

۵-۱-۱- روش‌های موجود برای اندازه‌گیری تغییرات غلظت برحسب زمان در این بخش اثرات تغییرات غلظت برحسب تابعی از زمان برای وقتی که دو نوع متفاوت از اندازه گیرنده‌های غلظت (آشکارساز¬ها)در مسیر عبور توده قرار گرفته‌اند، مورد ارزیابی قرار داده شده است. یکی از این اندازه گیرنده‌ها در خط مرکزی عبور توده و دیگری در یک موقعیت هندسی خاص قرار گرفته است. باید متذکر شد که فرمول‌های ارائه شده در این زمینه غالباً تجربی بوده و با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی حاصل شده‌اند.

 5-1-1-1- غلظت خط مرکزی توده در جهت باد (برحسب تابعی از زمان) غلظت گازهای سمّی در مسیر حرکت باد و درخلاف آن می‌تواند در مسیری ثابت به فاصله x از منبع آلودگی، بر حسب تابعی از زمان بدست آید. مدل‌های به کار رفته در این زمینه معمولاً برای فاصله زمانی ۲ دقیقه برای گازهای چگال و زمان ۱۰ تا ۲۰ دقیقه نیز برای گازهای خنثی کاربرد خواهند داشت. این زمان‌ها برای به دست آوردن منحنی‌های Pasquill-Gifford-Turner یعنی مورد استفاده‌اند.
در بررسی‌های انجام گرفته همان‌گونه که قبلاً ذکر گردید، غلظت آلاینده، تنها در مسیر جهت باد و یا خلاف آن به عقب مدّنظر است و در عرض و یا بالای مسیر کاربردی ندارد. بیشتر مدل‌ها از فرمول زیر برای به دست آوردن ضریب پخش عرضی استفاده می‌نمایند:

(۵-۱) . . .

هرگاه یک انتشار لحظه‌ای را داشته باشیم (یعنی وقتی Ta2 به سمت صفر میل کند)،
در این هنگام می‌توان از فرمول‌های زیر که توسط Slad در سال ۱۹۶۸ معرفی شده است برای حالت‌های متفاوت استفاده نمود:

 • برای حالت ناپایدار
• برای حالت خنثی
• برای حالت کاملا پایدار برای وضعیت‌های غیر فعال، با زمانی معادل Ta2 مساوی ۲۰ ثانیه، این پیش بینی معقول به نظر می‌رسد.

به هرحال این مقدار حداقل Ta2، وابسته به مقدار فاصله x دارد و علاوه برآن سه معادله ذکر شده در فوق دارای محدودیت بوده و خطایی در حدود ۵۰ درصد را شامل می‌شوند. برای تغییرات غلظت در توده فرمول زیر پیشنهاد شده است: (۵-۲) (۵-۳) در این معادلات به ترتیب داریم:
 P = تابع پخش تراکمی (از صفر تا یک) و P = تابع پخش احتمالی در زمان‌های متوسط کوتاه (تقریباً مساوی ۲۰ ثانیه یا کمتر از Ta)داده‌های موجود در اتمسفر نشان داده‌اند که:

در جدول (۵-۱) اختلاف مشاهده شده از شکل‌های قبل آورده شده است [۵]: . . .

شکل (۵-۱)- پخش غلظت‌های خط مرکزی . . .

 Ccl در یک فاصله xبرای مقادیر متوسط زمانی Ta. خط چین معرف متوسط در هرزمان و نقطه چین نشان دهنده ۹۹ % از هر نوع پخش بوده، همچنین نقطه وخط بیانگر حداکثر غلظت در زمان متوسط Ta خواهد بود در صورتی که زمان فرض شده ۶۰ دقیقه باشد. مقدار صفر بدست آمده برای غلظت به این دلیل است که آلاینده به گیرنده برخورد ننموده حال آن‌که وجود داشته است.
جدول (۵-۱)- تفاوت مشاهده شده در دو شکل (۵-۱) و (۵-۲) غلظت بدست آمده از خط مرکزی شکل (۵-۱) غلظت ثبت شده در گیرنده ثابت شکل (۵-۲) با افزایش Ta مقدار متوسط غلظت کاهش میابد غلظت هیچ گاه صفر نمی‌شود نسبتا کوچک است میانگین غلظت با Ta ثابت است غلظت در بسیاری مواقع صفر است نسبتا بزرگ است بیشتر مواقع اختلاف بین غلظت ماکزیمم و زمان متوسط در گیرنده‌های با موقعیت ثابت بدست می‌آید. درصد غلظت حداکثر برای هر زمان متوسط توسط فرمول زیر محاسبه می‌گردد:

 (5-7) (min60/Ta)-1= 100/ درصد . . .

شکل (۵-۲)- میزان غلظت ثبت شده برای متوسط زمانی متفاوت. . .

چین معرف متوسط در هرزمان و نقطه چین نشان دهنده ۹۹ % از هر نوع پخش بوده، همچنین نقطه وخط بیانگر حداکثر غلظت در زمان متوسط Ta خواهد بود در صورتی که زمان فرض شده ۶۰ دقیقه باشد. با توجه به این که اختلاف Cmax در خط مرکزی با Ta، بیشتر از مقدار اختلاف درصد C گیرنده با Ta خواهد بود، از نظر تئوری مقدار C بهتر از مقدار Cmax است. اما از نظر عملی معمولاً از Cmax استفاده می‌شود زیرا اختلاف کمتری با مقدار واقعی خود دارد. فرمول تابع پخش ترکمی توسط Hanna در سال ۱۹۸۴ ارائه شده است

(۵-۸) . . .
(۵-۹) . . .

در این معادله، I، تناوب یا فاصله و یا کسری از مقدار مشاهده غیر از صفر در کل اندازه‌های گرفته شده است (I=1، اگر توده همیشه با گیرنده اصابت نماید). معمولاً مقدار I بدست آمده در اتمسفر مساوی ۲/۰ بوده و بدین ترتیب خواهد بود. هرگاه اطلاعات کافی در دسترس نباشد مقدار ۲/۰ برای I می‌تواند برای زمان‌های متوسط خیلی کوچک مورد استفاده قرار گیرد:

(۵-۱۰) . . .

 اگر متوسط زمان به ۶۰ دقیقه افزایش یابد، در نتیجه معادله (۵-۴)می‌تواند در محاسبه استفاده شود و اگر دوباره فرض نماییم که مقدار مقیاس زمان انتگرال مساوی ۳۰۰ ثانیه بوده و نیز باشد، لذا I می‌تواند توسط عکس معادله (۵-۹) محاسبه گردد:

 (5-11) . . .

 مراحل انجام کار به شکل زیر خواهد بود:

 • مرحله اول: محاسبه *-*- . . .
• مرحله دوم: محاسبه *-*- . . .
• مرحله سوم: محاسبه*-*-  . . .

فرض نماییم که معلوم بوده و باشد. از این‌رو . توجه داشته باشید که این فرمول‌ها نباید برای Ta>3600s مورد استفاده واقع شود زیرا I حداکثر می‌تواند مقداری حدود ۱ را داشته باشد که در این حالت بیشتر شده و غیر ممکن است. اگر حداکثر مقدار I را ۱ در نظر بگیریم، لذا مقدار می‌باشد که در Ta>3600s صادق خواهد بود.

 5-1-2- اثرات ساختمان و موانع موجود در روی زمین انتشار UF6 ممکن است در نزدیکی و یا روی یک ساختمان رخ داده و نیز ممکن است تحت تاثیر موانع موجود در راه مسیر جریان انتشار قرار گرفته باشد. این موانع ممکن است الگوی جریان انتشار را تغییر داده و لایه مرزی را از مسیر خود منحرف سازند. در این حالت میزان رقیق سازی و انتشار و پخش UF6 دچار تغییر خواهد شد [۵]. بنابر دلایل زیر این موانع مدّ نظر قرار می¬گیرند:

• ممکن است ساختمان‌ها بلند بوده و فاصله بین آن‌ها کم باشد که در این صورت باعث محبوس شدن UF6 در بین دیوارها خواهد شد.
• انتشار UF6 ممکن است از مخازن و یا لوله‌ها و سایر تجهیزات موجود در داخل ساختمان رخ داده باشد و پس از ورود به هوای مجاور از میان دریچه‌ها و یا دودکش و سقف ساختمان به بیرون نشت کنند.
• انتشار از یک دودکش با ارتفاع کم می‌تواند UF6 را به سمت زمین و نزدیک ساختمان هدایت نماید و باعث افزایش غلظت درآن منطقه شود.

توجه به دلایل ذکر شده در فوق، کاملاً مشهود است که اثر ساختمان و یا سایر موانع موجود در مسیر انتشار می‌تواند تاثیر به سزایی در الگوی جریان داشته و غلظت را دستخوش تغییر نماید. در این قسمت به بررسی اثرات مختلف خواهیم پرداخت. پاسخ به سؤالات زیر به ما خواهد آموخت که برای حصول غلظت آلاینده در شرایط مختلف و فواصل مورد نظر از چه فرمول‌ها و قوانینی استفاده کنیم:

• موقعیت منبع انتشار آلاینده در کجاست؟ آیا این منبع در خلاف جهت باد به سمت ساختمان است یا خیر؟ آیا منبع بر روی ساختمان قرار گرفته است؟ آیا منبع در مسیر جریان باد به سمت ساختمان قرار دارد؟
 • موقعیت دستگاه آشکار کننده¬ی آلاینده کجاست؟ آیا بر روی سطح ساختمان قرار داده شده است؟ آیا در نزدیکی ساختمان و در پشت آن است؟ آیا در مسیر باد و در نزدیکی ساختمان قرار دارد؟
• تغییرات پیش‌بینی شده غلظت آلاینده به خاطر وجود موانع ساختمانی تا چه حدی در فرمول‌های به کار رفته ایجاد خطا می‌نماید؟
 • در چه سطحی از پیچیدگی ساختمان، فرمول‌ها نادرست بوده و شرایط و فرض‌های بکار رفته تا چه حدّ به واقعیت نزدیک است؟
 • آیا داده‌های کافی برای استفاده از فرمول‌های لازم وجود دارد؟ در این بخش برای بررسی بیشتر، سه نمونه از موقعیت‌های انتشار را به طور جداگانه مورد مطالعه قرار می‌دهیم. موقعیت‌های در نظر گرفته شده به قرار زیر خواهند بود:

 1. حبس و انتشار توده آلاینده در بین ساختمان‌ها و اثرات مربوطه.
 2. انتشار توده آلاینده در روی ساختمان و یا از طریق هواکش.
 3. انتشار آلاینده از یک دودکش و جریان یافتن آن به سمت پایین.

در هرکدام از موقعیت‌های نام برده شده در فوق، محل قرار گرفتن گیرنده و منبع انتشار به طور جداگانه در شکل‌های مربوطه آورده شده است. موقعیت دستگاه گیرنده از آن جهت اهمیت دارد که بدانیم آیا این دستگاه قادر خواهد بود تا همه انتشار آلاینده را ثبت نماید و یا این‌که از ثبت کل آن عاجز بوده است؟

۵-۱-۲-۱- حبس و انتشار توده آلاینده در بین ساختمان‌ها و اثرات مربوطه در این شیوه فرض شده است که آلاینده از یک منبع در بین ساختمان‌های بلند و با فاصله کم از یکدیگر انتشار یافته باشد. جهت وزش باد نیز در طول فاصله بین دو ساختمان بوده و در جهت عمود بر آن‌ها نیست. ارتفاع ساختمان در این شیوه باHB و فاصله بین دو ساختمان و یا دو دیواری که منبع انتشار آلاینده در بین آن قرار گرفته است با WC نشان داده شده است. در این حالت نتایج آزمایشگاهی به دست آمده توسط Konig در سال ۱۹۸۷ و نیز Marotzke در سال ۱۹۸۸ نشان داد اثر ساختمان تا حدی است که میزان غلظت ماکزیمم تا حدود ۳ برابر افزایش پیدا خواهد نمود [۵].
اگر منبع انتشار آلاینده در بین ساختمان‌ها و یا در جهت خلاف باد قرار بگیرد و باشد و نیز با در نظر گرفتن ۱ > H/HB، آن¬گاه حداکثر میزان معادل مقدار زیر خواهد بود:

 (5-12) . . .

در این باره باید عنوان نمود که مقدار برابر با پخش همگن عرضی سراسر توده بوده و فقط برای کناره‌ها به کار نمی‌رود.

(۵-۳)- انتشار آلاینده در فضای محبوس بین ساختمان‌ها . . .

 اگر مقدار نسبت ۱ < H/HB باشد، لذا تنها قسمت کوچکی از توده UF6 توسط فضای بین دیوارها محدود می‌شود و قسمت بالای آن در پراکندگی آزاد بوده و مانند حالتی است که موانع موجود نبوده‌اند. در این وضعیت فرمول ذیل مورد استفاده قرار خواهد گرفت:

(۵-۱۳) . . .

هرگاه که توده UF6 به بالای ساختمان رسید و یا هنگامی که از فضای محصور بین آنها عبور نمود، در این هنگام مربوط به فضای آزاد بدون وجود موانع محاسبه خواهد گردید.

 5-1-2-2- تعیین غلظت آلاینده روی ساختمان ناشی از انتشار از درون منافذ و دریچه‌ها اگر آلاینده به طور ناگهانی در یک ساختمان به محیط اطراف نشت کند، در نهایت از طریق دودکش‌ها و یا منافذ روی سقف به بیرون ساختمان انتشار می¬یابد. توده آلاینده که در داخل ساختمان نشت کرده، تا وقتی‌که بخواهد از ساختمان خارج گردد و وارد فضای آزاد شود، با توجه به طبیعت واکنش پذیر بودن و یا عدم واکنش پذیری آن، ممکن است بسیار رقیق شده و در طول مسیر خود با مواد مختلف واکنش دهد. ذرات بزرگتر رادیواکتیو نیز در بیشتر مواقع در فیلترهای موجود ته نشین شده و یا اصلاً به محیط بیرون ساختمان منتشر نمی¬شوند.
 بسیاری از مطالعات انجام گرفته در تونل باد در مورد غلظت بدون بعد، ناشی از پخش در موقعیت‌های مختلف روی ساختمان می‌باشند و حاصل این مطالعات فرمول ذیل خواهند بود:

(۵-۱۴) . . .

در این فرمول A بیانگر سطح ساختمانی است که انتشار در روی آن صورت می‌گیرد. منبع انتشار و گیرنده غلظت هر دو روی ساختمان و یا روی سطح هم‌جوار قرار گرفته‌اند. بیشینه¬ی غلظت‌ها روی ساختمان در فاصله r از منبع انتشار توسط فرمول‌های ذیل محاسبه خواهند شد:

 • در شرایطی که r/A1/2<1.73 بوده و منبع انتشار و گیرنده هر دو روی ساختمان و در فاصله بیش از دو سوم ساختمان قرار گرفته باشند:

(۵-۱۵) . . .

 • در شرایطی که r/A1/2<1.73 بوده و منبع انتشار و گیرنده هر دو روی ساختمان و در فاصله کمتر از یک سوم ساختمان قرار دارند:

(۵-۱۶) . . .

 در این معادلات، uH نشانگر سرعت باد در ارتفاع ساختمان و در جهت خلاف مسیر باد از ساختمان بوده و A نمایش دهنده سطح ساختمان است که حاصل ضرب HBWB می‌باشد. اگر فاصله r (کوتاهترین فاصله بین منبع انتشار و گیرنده غلظت)کاهش یابد، نباید انتظار داشت که غلظت هم چنان افزایش پیدا کند، زیرا حداکثر غلظت می‌تواند معادل منبع انتشار بوده و آن‌هم به شرطی که گیرنده همه برخورد مولکول‌ها را یادداشت نموده باشد:

 (5-17) . . .

 (Cmax=Q/volume flux from vent ) توجه داشته باشید که اگر یک جریان هوای مهم از دریچه خارج شود در نتیجه ممکن است توده را به بالا و یا به یک طرف منحرف نماید که در این صورت استفاده از فرمول‌های اخیر کمی محتاطانه خواهد بود.

 شکل (۵-۴)- شمایی از یک شیوه انتشار از طریق دریچه‌های روی ساختمان . . .

معادلات اخیر اغلب برای تخمین غلظت حداکثر توده در روی سطح ساختمان و هنگام انتشار به کار گرفته می‌شوند و در مورد تعیین غلظت در جهات عرضی، عمودی و در غیر از امتداد مسیر جریان کاربردی ندارند. همانند فرمول‌های قبل با در نظر گرفتن محدودیت r/A1/2<1.73، برای تعیین غلظت نزدیک ساختمان نیز فرمول زیر پیشنهاد شده است:

 (5-18) . . .

 5-1-2-3- تعیین غلظت آلاینده نزدیک ساختمان ناشی از انتشار یک منبع روی ساختمان برای این شیوه انتشار از آلاینده، فرض می‌شود که منبع آلودگی در روی یک ساختمان قرار داشته و می‌خواهیم غلظت آلاینده را در فاصله‌ای حدود ۲ تا ۵ برابر اندازه ساختمان محاسبه نماییم. در این حالت غلظت در جهت باد و در مسافت یاد شده به صورت یکنواخت در نظر گرفته می‌شود. Wilson و Britter در سال ۱۹۸۲ فرمول زیر را برای تعیین غلظت در این شرایط پیشنهاد نمودند:

 (5-19) . . .

 هنگامی که: سطح بکار رفته در معادله اخیر برای ساختمان‌هایی که به صورت یک مانع در برابر جریان باد قرار گرفته‌اند، مساوی حاصلضرب W در H و برای آن‌هایی که به طور عرضی در مسیر جریان قرار دارند: خواهد بود. در شکل (۵-۵) شمایی از این حالت به نمایش گذاشته شده است.

شکل (۵-۵)- نمایی از انتشار آلاینده روی ساختمان و موقعیت بوجود . . .

۵-۱-۲-۴– سایر اثرات ساختمان سه اثر نام برده شده در قسمت‌های قبل، دارای فرمول‌های تجربی ساده شده‌ای هستند که باید با احتیاط بکار برده شوند. سایر اثرات ساختمان همچون وجود نرده و دیگر موانع موجود در مسیر جریان باد و به طبع آن در مسیر جریان توده، که باعث ایجاد تلاطم و اغتشاش شده و در نتیجه رقیق سازی گاز را تحت تاثیر قرار می‌دهند، در این مبحث مورد بررسی قرار نگرفته‌اند. تاثیر ارتفاع ساختمان و دودکش هم یکی از اثراتی است که باید در مطالعات بعدی و توسط تونل باد در نظر گرفته شود.