基于arcgis的室外燃气扩散分析及模拟

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1、基于ArcGIS的室外燃气扩散分析及模拟摘要：论述了影响燃气扩散的主要因素和高斯烟羽模型的主要内容，结合高斯烟羽模型，设计了系统的各个功能模块，基于ArcGIS进行了燃气扩散模拟系统的开发。Abstract：ThispaperdiscussedthemainfactorsaffectinggasdiffusionandthemaincontentofGaussplumemodel.CombinedwiththeGaussplumemodel，functionmodulesofthesystemweredesignedandbasedonArcGIS，th

2、edevelopmentofgasdiffusionsimulationsystemwascarriedout.关键词：燃气扩散；高斯烟羽模型：燃气扩散模拟Keywords:gasdiffusion；theGaussianplumemodel；gasdiffusionsimulation中图分类号：TE88文献标识码：A文章编号：1006-4311(2016)21-0118-030引言城市室外燃气管道泄漏事故具有突发性，完全杜绝是不可能的，我们能做的就是通过燃气管网的信息化管理尽量减少人为事故的发生，以及通过燃气管网的智能关阀搜索和扩散分析提供智能的决策

3、，进行及时的处理和补救，维护人民生命财产安全，降低事故对社会造成的危害。目前，致力于燃气扩散分析的研究较多，张甫仁等人采用CFD软件对燃气的扩散程度进行模拟［1］;张增刚等人进行了室内燃气扩散的分析与模拟［2］;尹贻林等人从GIS方向对扩散分析进行了模拟［3］，但未进行后续的影响范围分析。本文基于ArcGIS软件，以昭通市为例构建了室外真实场景，采用高斯烟羽模型，对燃气的扩散进行计算和模拟，并运用ArcGIS的开发功能在地图上对不同泄漏浓度的范围进行了渲染模拟，结合ArcGIS的空间分析功能确定受影响区域，查询受影响的单位和个人，为事故处理提供决策支持。

4、燃气公司和政府部门可以根据燃气泄漏影响情况制定人员撤离方案，制定抢修方案，保证人民的生命财产安全。以此为依据，还可以为以后新建的燃气管道安全距离提供一定的理论依据。1燃气扩散模型的选择燃气的泄漏和扩散是一个复杂的过程，受到多方面的影响，通过目前的一些研究可以主要归纳为以下几方面的影响：风向、风速、气温、大气稳定度、湿度等气象因素，地形因素，排放源参数，泄漏气体密度，稀释和沉降作用的影响，分解、化合、地面吸收以及雨雪冲洗等作用的影响。正是由于影响因素众多，导致燃气的扩散情况多种多样，对其扩散模型的研究显得较为复杂。近年来，大气环境学家和气象学家研究和建立了

5、许多的大气扩散模型，形成多种多样可以处理不同条件下复杂大气扩散问题的扩散模型。然而没有哪个模型可以适用于各种条件的燃气扩散分析，因此，应用者需根据实际情况选用合适的扩散模型。本研宄通过对各个大气扩散模型的学习和对比，最终选择了最常用的高斯模型。高斯模型是通过对大量的实测资料进行分析，应用统计理论得到的一种建模方法。它适用于点源气体的扩散，是发展较早的气体扩散模型，早在五、六十年代就已经开始被应用于模拟气体扩散浓度分布。主要包括：适用于连续泄漏扩散的高斯烟羽模型和适用于瞬时泄漏扩散的高斯烟团模型。本研宄以连续泄漏扩散为研宄对象，因此选用高斯烟羽模型作为实现

6、燃气扩散分析的模型。2高斯烟羽模型[4][5]高斯烟羽扩散模型是以平流一一扩散微分方程为依据，在风速及湍流扩散系数为定值的条件下，其解为标准正态分布。所以通常将烟羽模型用来描述轻质气体突发性泄漏事故中污染物的浓度分布。高斯烟羽模型可以根据风速u的大小：u〉lm/s、ulm/s的情况下，以泄漏源为原点，风向方向为x轴的空间坐标系中一点(x，y，z)处的浓度为：因为本研究是针对地面泄漏源，因此有效源高H默认取值为0，风速由实际的测定值或气象部门给出的数值为准。在公式中需要确定的数值主要是气体泄漏流量Q，扩散参数oy，oz，下面具体给出其确定方法。2.1管道孔

7、口泄漏率燃气管道有一定的压力，当气体从有压力设备的裂口泄漏时，应采用气体流动标准方程计算，从而判断气体在泄漏时属于亚音速流动还是音速流动，前者称为次临界流，后者称为临界流。本课题是与昭通燃气公司合作，其气源是天然气，主要成分为甲烷，临界压力为1.837,绝热指数为1.307，通过气体流动标准方程计算可知属于音速流即临界流。因此选用公式(2)来计算其泄漏率。气体呈音速流动时，泄漏速度Q0为2.2扩散参数oy、oz的确定扩散参数oy、oz是大气稳定度、下风向距离、地面粗糙度等构成的函数，目前应用较广泛的估算法是P-G扩散曲线法，但此方法更适用于平坦地面，且在

8、大气稳定度分级上有一定局限性。Briggs于1973年根据公式渐近线的概念，用内