مدل سازی آلودگی هوا
آلودگی هوا چیست
تعریف آلودگی هوا طبق اعلام سازمان بهداشت جهانی عبارت است از آلودگی محیط داخلی یا خارجی توسط هر عامل شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیکی که ویژگی های طبیعی جو را تغییر می دهد.
وسایل احتراق خانگی، وسایل نقلیه موتوری، تاسیسات صنعتی و آتش سوزی جنگل ها منابع رایج آلودگی هوا هستند. آلاینده های مهم بهداشت عمومی شامل ذرات معلق، مونوکسید کربن، ازن، دی اکسید نیتروژن و دی اکسید گوگرد است. آلودگی هوای بیرون و داخل خانه باعث بیماری های تنفسی و سایر بیماریها میشود و از منابع مهم مرگ و میر محسوب می شود.
آلودگی هوا را می توان به عنوان تغییری در کیفیت هوا تعریف کرد که می تواند با اندازه گیری آلاینده های شیمیایی، بیولوژیکی یا فیزیکی موجود در هوا مشخص شود. بنابراین، آلودگی هوا به معنای وجود نامطلوب ناخالصی ها یا افزایش غیرعادی نسبت برخی از اجزای جو است. می توان آن را در 2 بخش طبقه بندی کرد: آلودگی هوا مرئی و نامرئی.
محلی: این مربوط به کیفیت هوای محیط در شعاع چند کیلومتری است.
منطقه ای: آلودگی مانند باران اسیدی، واکنش های فتوشیمیایی و کاهش کیفیت آب در فواصل چند کیلومتری تا هزار کیلومتری.
جهانی: تخریب لایه اوزون و گرم شدن زمین ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای، عمدتاً دی اکسید کربن (CO2).
مدل سازی آلودگی هوا چیست
مدلسازی آلودگی هوا فرآیندی است که برای شبیه سازی و پیش بینی انتشار و پراکندگی آلاینده های هوا در محیط های مختلف استفاده می گردد. این مدل ها به درک بهتر چگونگی انتشار آلاینده ها، شناسایی منابع آلودگی و ارزیابی تأثیرات آن ها بر سلامت انسان و محیط زیست کمک می نماید. مدل سازی آلودگی هوا معمولاً با استفاده از داده های هواشناسی، اطلاعات مربوط به منابع و نوع و نحوه انتشار آلاینده ها و معادلات ریاضی و فیزیکی انجام می شود.
انواع نرم افزارهای مدل سازی آلودگی هوا
نرم افزارهای مدلسازی آلودگی هوا ابزارهایی هستند که برای شبیه سازی و پیش بینی انتشار و پراکندگی آلاینده ها در هوا استفاده می گردند. این نرم افزارها به محققان، مهندسان و سیاستگذاران کمک می کنند تا منابع آلودگی را شناسایی کرده، اثرات آنها را ارزیابی نمایند و در نتیجه راه حل های کاهش آلودگی هوا را طراحی نمایند.
برخی از انواع نرم افزارهای مدل سازی آلودگی هوا عبارتند از:
۱. نرم افزارهای مبتنی بر جریان هوا (Dispersion Models)
– AERMOD: یکی از پرکاربردترین مدل ها برای شبیه سازی پراکندگی آلاینده ها در مقیاس محلی و منطقهای.
– CALPUFF: یک مدل پیچیدهتر که برای مناطق با توپوگرافی پیچیده و شرایط جوی متغیر مناسب است.
– ISCST3: یک مدل قدیمی تر که هنوز در برخی پروژهها استفاده می شود.
۲. نرم افزارهای مبتنی بر شیمی جو (Chemical Transport Models)
– CAMx: برای مدل سازی شیمی جو و پراکندگی آلاینده ها در مقیاسهای بزرگ.
– CMAQ (Community Multiscale Air Quality): یک مدل جامع که شیمی جو، پراکندگی و اثرات متقابل آلاینده ها را بررسی میکند.
– WRF-Chem: ترکیبی از مدل پیش بینی آب و هوا و شیمی جو برای شبیه سازی آلودگی هوا.
۳. نرم افزارهای مبتنی بر انتشار (Emission Models)
– MOVES (Motor Vehicle Emission Simulator): برای تخمین انتشار آلاینده ها از وسایل نقلیه.
– EMEP/EEA: یک مدل اروپایی برای تخمین انتشار آلاینده ها از منابع مختلف.
4. نرم افزارهای مبتنی بر GIS (سیستم اطلاعات جغرافیایی)
– ArcGIS با افزونه های آلودگی هوا: برای تجزیه و تحلیل مکانی داده های آلودگی هوا.
– QGIS با پلاگین های مرتبط: یک ابزار متن باز برای تحلیل مکانی آلودگی هوا.
۵. نرم افزارهای مبتنی بر پیش بینی کیفیت هوا
– HYSPLIT: برای ردیابی مسیر ذرات و پیش بینی پراکندگی آلاینده ها.
– FLEXPART: یک مدل پیشرفته برای شبیه سازی انتقال و پراکندگی آلاینده ها.
۶. نرم افزارهای متن باز و رایگان
– OpenAir: یک بسته نرم افزاری در R برای تحلیل داده های کیفیت هوا.
– Python با کتابخانه هایی مانند Pandas, Matplotlib و Cartopy: برای تحلیل و مدل سازی داده های آلودگی هوا.
۷. نرم افزارهای تخصصی برای صنایع خاص
– SCREEN3: برای ارزیابی سریع تأثیرات آلودگی هوا از منابع نقطهای.
– ADMS (Atmospheric Dispersion Modelling System): برای مدل سازی پراکندگی آلاینده ها در محیط های شهری و صنعتی.
انتخاب نرم افزار مناسب به هدف مطالعه، مقیاس منطقه ای، نوع آلاینده ها و منابع داده ها و نوع صنعت بستگی دارد. این ابزارها به طور گسترده ای در تحقیقات علمی، برنامهریزی شهری و کلان و مدیریت کیفیت هوا استفاده می شوند.
نمونه خروجی مدل سازی آلودگی هوا AERMOD
اهداف مدل سازی آلودگی هوا
- پیش بینی کیفیت هوا: پیش بینی غلظت آلاینده ها در آینده برای هشدار به مردم و تصمیمگیری های مدیریتی.
- شناسایی منابع آلودگی: تعیین سهم منابع مختلف (مانند صنایع، خودروها، منابع طبیعی) در آلودگی هوا.
- ارزیابی اثرات سلامت: بررسی تأثیر آلاینده ها بر سلامت انسان و محیط زیست.
- برنامهریزی و سیاستگذاری: کمک به تدوین سیاستها و قوانین برای کاهش آلودگی هوا.
- شبیه سازی سناریوها: ارزیابی تأثیر اقدامات کاهش آلودگی (مانند محدودیت ترافیک یا تغییر فناوری های صنعتی).
کاربردهای مدل سازی آلودگی هوا
– مدیریت بحران: پیش بینی و مدیریت رویداد های شدید آلودگی هوا.
– طراحی شهرها: برنامهریزی برای کاهش آلودگی در مناطق شهری.
– ارزیابی پروژههای صنعتی: بررسی تأثیرات محیطزیستی پروژههای جدید و یا احداث شده.
– تحقیقات علمی: مطالعه تأثیرات تغییرات آبوهوایی و آلاینده ها بر جو.
صنایع اولویت دار برای انجام مدل سازی آلودگی هوا
صنایع اولویت دار برای انجام مدل سازی آلودگی هوا معمولاً آن دسته از صنایعی هستند که به دلیل ماهیت فعالیت شان، انتشار آلاینده های هوا در آنها قابل توجه است و در نتیجه تأثیر زیادی بر کیفیت هوا و سلامت عمومی دارند. این صنایع معمولاً تحت نظارت دقیق regulatory agencies قرار می گیرند و ملزم به انجام ارزیابی های محیط زیستی، از جمله مدل سازی آلودگی هوا، هستند. برخی از این صنایع عبارتند از:
۱. صنایع انرژی و نیروگاه ها
– نیروگاه های تولید برق با سوخت فسیلی (زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی)
– پالایشگاه های نفت و گاز
– صنایع مرتبط با استخراج و فرآوری سوخت های فسیلی
۲. صنایع شیمیایی و پتروشیمی
– تولید مواد شیمیایی پایه مانند آمونیاک، اسید سولفوریک و اتیلن
– تولید کودهای شیمیایی
– تولید پلاستیک و پلیمرها
۳. صنایع فولاد و فلزات
– ذوب آهن و فولاد
– تولید آلومینیوم و سایر فلزات غیرآهنی
– صنایع ریختهگری و متالورژی
۴. صنایع سیمان و مصالح ساختمانی
– تولید سیمان، آهک و گچ
– کارخانههای تولید آجر و سرامیک
۵. صنایع حمل و نقل
– فرودگاهها و بنادر
– پایانه های حمل و نقل جاده ای و ریلی
– صنایع خودروسازی
6. صنایع معدنی
– استخراج و فرآوری مواد معدنی (مانند زغال سنگ، مس، طلا و…)
– کارخانه های تولید شن و ماسه
۷. صنایع غذایی و کشاورزی
– کارخانه های تولید خوراک دام و کودهای شیمیایی
– صنایع فرآوری مواد غذایی (در مواردی که انتشار بو یا گازهای آلاینده وجود دارد)
۸. صنایع زباله و پسماند
– مراکز دفن زباله
– کارخانه های زبالهسوز
– مراکز بازیافت مواد
۹. صنایع تولیدی و کارخانه ها
– کارخانه های تولید رنگ، لاک و رزین
– صنایع چوب و کاغذ
– صنایع نساجی و دباغی
این صنایع به دلیل سهم بالای آن ها در انتشار آلاینده های هوا، نیازمند انجام مدل سازی دقیق و مستمر می باشند تا از تأثیرات منفی آنها بر محیط زیست و سلامت جامعه کاسته شود.
شرکت کیمیا زیست در تهیه و تدوین مدل سازی آلودگی هوا فعال بوده و دارای تجربه موفق در مدلی سازی آلودگی هوا با انواع نرم افزارهای موجود در بازار برای صنایع مختلف نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد و… می باشد.
