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DEM空间分辨率对毒气扩散模型模拟结果的影响分析 何浩鹏 DEM空间分辨率对毒气扩散模型模拟结果的影响分析lowbar;何浩鹏 第15卷第4期2021年8月 地球信息科学学报 JOURNAL OF GEO-INFORMATION SCIENCE V ol.15, No.4Aug., 2021 DEM 空间分辨率对毒气扩散模型模拟结果的 何浩鹏1，孙海燕2，王晓醉3 （1. 中国地震局地震研究所，武汉430071；2. 武汉大学测绘学院，武汉430079； 3. 武汉大学科学技术发展研究院，武汉430072) 摘要：突发性毒气泄漏事故的频繁发生对市民的安全造成了极大威胁，有必要对常见毒气泄漏事故发生后的成灾模型进行探讨，以便从理论上指导应急部门实施应急救援行动。本文在研究和分析典型毒气泄漏扩散模型的基础之上，引入地形因子对原有毒气泄漏扩散模型进行改进，使之适应三维地形下的危化品气体扩散模拟，并将模型与GIS 集成可视化，分析比较了模型修正前后气体扩散浓度的分布情况。在此基础上，进一步分析了DEM 空间分辨率对毒气扩散浓度的分布影响，发现DEM 空间分辨率对毒气浓度分布区域有一定影响, 并分析了其影响原因。结果表明，加入地形因子的高斯烟羽模型比之前没有考虑地形因子的高斯模型计算要更加精确，更贴近现实状况；同时，DEM 分辨率对改进后的高斯烟羽模型的模拟影响较大，选择适当分辨率的DEM 能帮助应急部门在短时间内模拟出真实可靠的浓度分布区域，对毒气泄漏事故的应急有一定的实际参考价值和指导意义。关键词：气体泄漏扩散模型；地形因子；DEM 分辨率；GIS DOI ：10.3724/SP.J.1047.2021.00527 随着化工业的快速发展，大量易燃易爆、有毒有害等危险性化学品陆续问世，化学品在生产、存储和运输等过程中，发生的泄漏造成的灾难性事故也越发频繁[1-3]。据统计，2021-2021年全国发生气体危险化学品事故23起，造成989人死亡[4]。2021年四川攀枝花发生氯气泄漏事故107人住院抢救[5]。1984年发生在印度博帕尔的毒气泄漏事故造成2500多人死亡，20余万人受到不同程度的毒害[6]。另一方面，破坏性地震中发生的次生毒气的泄漏与扩散对周围人们的生存也有极大的威胁[7-8]。因此，有必要对常见毒气泄漏事故发生后的成灾模型进行探讨，以便从理论上指导应急部门实施应急救援行动。现有的毒气扩散模型一般适用于模拟平原地区的毒气扩散情况，对于地形变化明显地区的毒气扩散模拟存在一定缺陷。此后不少学者将高斯烟羽模型引入地形分析的理论研究，却鲜有将改进后的模型应用于实际应急救援的例子，在DEM 分辨率对计算结果影响方面，则几乎没有人进行研 究。针对已有研究的薄弱方面，本文深入研究了DEM 分辨率对模拟毒气扩散浓度分布情况的影响。 2毒气泄漏扩散模型 2.1高斯烟羽模型 目前，发展比较成熟的危化品气体扩散模型主要有：高斯模型、BM 模型、FEM3模型，及Sutton 模型[9-13]。高斯模型包括高斯烟羽模型和高斯烟团模型[14]，可分别模拟中性气体的连续性泄漏和瞬时泄漏2种泄漏方式。由于高斯模型的计算量小、参数相对较少、计算结果与实验值也能较好吻合，本文选择高斯烟羽模型作为研究对象。 高斯烟羽模型适用于连续点源的泄漏扩散，而连续源平均烟流的浓度分布是符合正态分布的，因此，高斯烟羽模型通常是假定事故现场的下垫面是平坦、开阔、性质均匀的。我们将三维空间的坐标系确定为：取通过排放点源且垂直于地面的轴为Z 轴，Z 轴与地面的交点为原点，主风向为X 轴，Y 轴在水平面内垂直于X 轴，则上述假设条件下的高架 收稿日期：2021-12-21；修回日期：2021-03-31. 作者简介：何浩鹏（1987-）, 女, 湖北黄冈人, 硕士, 助理工程师, 研究方向为地理信息系统原理与应用。E-mail ：hphe_whu@126.com 528地球信息科学学报2021年 点源的连续排放，下风向任一点的高斯烟羽模型的污染物浓度C (x , y , z )为： (-y /2σ) [-(z -H ) /2σ]Q [-(z +H ) /2σ] C (x , y , z ) =e (e +e ) 证改进后模型的合理性。 以湖北省大冶市的DEM 数据和导航数据作为地图数据的来源，按照图1所示输入参数，模拟计算 假设事故点的毒气浓度扩散分布情况。 C (x , y , z )为下风向某点(x , y , z )处的空气其中， Q 为污染物单位时间排放中污染