GASTAR：稠密气体扩散模拟高级软件


模型选项

        GASTAR能够模拟瞬时(烟团)，连续(烟羽)，随时间变化(暂时性)或者喷射污染源，包括恒温、热力学，或气溶胶态排

放。此模型包括以下选项：  
 
1. 初始空气卷吸

        仅用于瞬时和持续排放。由于一些释放的特性，特别是瞬时性爆炸，源项需要与空气进行初始混合。在实际事故发生

时，一开始不可能知道确切的空气卷吸量，因此需要用户在一开始就给出空气卷吸的质量(通量)。模型假设该过程发生温度为

空气温度，并且结合卷吸质量(通量)和排放物的温度重新计算出烟团的总体温度和密度。

2. 液体倾泻计算

        加压液体倾泻排放进入大气的过程需要对倾泻物的组分进行计算，例如计算排放物转化为气体物质的比例，残留的物质

被假定为悬浮气溶胶。不考虑雨沉降物。

3. 危险污染物组分说明

        这个参数给出了排放污染物中危险污染物的组分数。在一般应用中这个参数代表全部排放污染物。

        通过改变这个参数你可以模拟掺杂了少量污染物(比如H2S)的高浓度气体(比如CO2)的扩散过程。在这种情况下，烟团的

运动状态决定于高浓度气体组分(CO2)，但更关注的则是排放物中污染物的浓度水平。因此该污染物浓度将在模型的输出结果

中直接给出。

4. 初始动量混合(烟团释放)

        默认条件下认为动量一开始就是充分混合的。此选项用于确定烟团动量混合的初始条件。
      
        瞬时释放通常是都由一些灾难性事故如储罐破裂或爆炸造成。在这些情况下，烟团内部要素都是充分混合的。然而有些

情况下，这个假设是不成立的，比如在托尼岛（Thorney Island）所进行的高浓度瓦斯瞬时排放实验就不是这样。这个实验

中，污染物团产生在一个巨大的帐篷状建筑物中，然后掉落到地面上释放出烟团。释放出来的物质非常像一个巨大的静止烟

团，如同风力驱动的平流般缓慢地加速。这种情况下，假设初始要素非充分混合更加恰当，由此造成的影响为污染物团水平

对流速度由零开始并且逐渐增大。当选择了要素初始充分混合选项后，此衰减参数将会被忽略，而污染物团水平对流速度在

模拟过程的初始值不为零。

5. 自动烟羽宽度计算(烟羽释放)

        对于连续释放过程，如果希望GASTAR模型确定连续释放模拟过程的初始条件，可以选择内部计算初始烟羽宽度选项，

此操作必须提供污染源的释放速率和物理宽度。有效宽度(比如实际烟羽)、高度和密度由污染源质量通量、温度和主导气象条

件计算而来。此选项得出实际物理烟羽高宽比。

6. 液体池抬升模型(时变释放)

        液体池抬升模型基于物质从液池中蒸发的过程，为建立时变源项提供了一套简单的方法。这个模型利用用户提供的蒸发

率来计算液池上部相应的云团变化过程，而此云团变化可以作为GASTAR模型内部的一个源项。

7. 方位角和仰角(喷射释放) 

        方位角：表示喷射在水平面上相对于释放源的方向。通过与测量风向相同的方法来测定这个参数值，以北为起始点，沿

顺时针方向用度数表示，代表喷射来自的方向。

        仰角：表示喷射方向相对于释放源的仰角。其值以水平面为起始点，若喷射指向源上方时，其值为正数。

        这两个参数能够表示相对于风向的任何喷射方向，并且也能够表示出地面以上的喷射高度，它们使得GASTAR模型比其

它同类模型要灵活的多。

8. 障碍物的影响(建筑物，栅栏和墙壁)

        比空气致密的污染物团可能会受到其自身和固体(或多孔)障碍物间的相互作用影响，例如建筑物、罐、管系或者污染物释

放体本身等。

        我们的解决方案是通过考虑一小部分相关或者经常发生的状况来设法为以上状况建立模型。我们根据整体模型的特点，

寻找能够反映障碍物对水平对流(速度和方向)、扩散稀释、以及时变排放或者瞬时排放时障碍物附近液体滞留等因素的影响的

方法。

        此模拟算法无意描述障碍物附近复杂的气流运动，而倾向于量化污染物团与障碍物相互作用后污染物团性质的净变化，

进一步调整相对于障碍物位置的云团属性变量。这个算法可以用来估算云团在靠近障碍物正面或者离开障碍物背面时的浓

度，而在估算紧邻障碍物的浓度时需要更加注意。

        特别值得注意的是用以估算多孔介质对污染物浓度影响的孔隙率参数，例如工业场地的管架。

9. 坡度的影响

        下垫面高度变化将会影响高浓度气体在浮力驱动下的运动过程。地形变化，无论是一般的斜坡、孤立的小山丘或者更加

复杂地形，都会改变污染物团或烟羽的形状和方向。地形可以加强烟羽稀释并且能够使烟羽转向绕开高地地区。换言之，高

浓度烟羽会被引导到谷底或者低地以防止其受到周围气流的稀释作用影响。在地球物理学的文献中有大量关于如何处理地形

与浮力扰流之间相互作用的论述，但却很少有人利用这些信息来源。

        除了地形起伏非常大的情况，地形因素与排放规模相比影响较小，大多采用与建筑物相同的处理方式，不会出现明显的

气流分流。

        当地形要素与排放规模相比要更大时，地形仅仅表现为当地的坡度。奇怪的是，在稳定条件下发生在斜坡上的高浓度流

体释放，下坡流速与坡度不呈现很强的相关关系。陡峭的坡度导致携卷吸作用和稀释效应增强，卷吸流体则对下坡流有很大

的阻力作用。

        当风向为上坡向时，污染物团扩大，空气的稀释作用加强。当风向为下坡向时，云团缩小而稀释作用减弱。风力和浮力

导致的运动沿着坡向的矢量加和引起烟羽横向上的扩散变化。携带效应受到速度切变的影响，会被上坡向风加强，被下坡向

风减弱。稳定条件下，要使下坡向的云团或者烟羽流动反转所需要的空气流速与坡度之间的关系不显著，通常为下坡向流速

的两倍。在出现侧风的情况下，稀释作用的影响不大。

10. 地面粗糙度变化的影响

        如果你选择了坡度选项并且不使用“气象”界面的数据，将需要输入各坡段的气象数据，这些数据将会在表摘要中显示

出来。这个特性可用来考察不同的地面粗糙度的影响，而不需要改变实际地面坡度。这也使得用户可以在模拟过程中考虑土

地利用类型的变化。