Оценивание характеристик подъёма дымовых выбросов от труб промышленных предприятий с использованием спутниковой информации

Дымовые шлейфы из труб промышленных предприятий могут распространятся на значительные расстояния от источников выбросов примесей, к которым, в первую очередь, относятся теплоэнергетические объекты, потребляющие большие объёмы органического топлива. Перегрев и скорость выхода дымовых газов из устьев труб являются основными характеристиками, требующими оптимизации, поскольку они, наряду с метеорологическими условиями, формируют траектории движения дымовых шлейфов для обеспечения допустимых уровней приземных концентраций вредных примесей (Зройчиков и др., 2020).
В ряде исследований (Амикишиева и др., 2023; Балтер и др., 2014; Грибков и др., 2024) проводилось совместное применение математических моделей и спутниковой информации для целей численного восстановления параметров распространения дымовых шлейфов в атмосфере. Высота подъёма дымовых факелов из высотных труб промышленных предприятий осуществляется под действием динамического импульса и эффектов плавучести шлейфа, обусловленных перегревом исходящих газо-аэрозольных смесей. Решение уравнений гидротермодинамики является эффективным способом определения параметров динамического и теплового подъёма дымовых смесей из труб ТЭЦ.
К действенным способам исследования распространения дымовых выбросов относится теория размерности и подобия (Иванов и др., 2014; Амикишиева и др., 2023). При введении масштаба длины – параметра, связанного с величиной потока плавучести и скоростью ветра, устанавливается зависимость высоты подъёма дымового шлейфа с его горизонтальным смещением в поле ветра. Эта зависимость формулируется как «закон 2/3» и используется для оценки характеристик подъёма шлейфов, определения оптимальных параметров выбросов при эксплуатации дымовых труб (Мирсалихов и др., 2021). Спутниковые снимки шлейфов и их отображения в виде теней на земной поверхности создают возможности для построения моделей численного анализа активной стадии подъёма и переноса дымовых смесей в поле ветра. Дополнительная высота подъёма шлейфов от труб ТЭЦ определяется при рассмотрении пассивной стадии переноса. С использованием соотношений, полученных методами теории размерностей и подобия и результатов аэрологического зондирования разработаны модели численного построения траекторий шлейфов, оценки скоростей выхода из труб дымовых смесей.
Апробация предложенных методов была проведена на примере дымовых шлейфов от высотных труб крупных теплоэнергетических объектов: Барнаульской ТЭЦ-3, Ново-Иркутской ТЭЦ, Гусиноозёрской ГРЭС. Привлекались зимние спутниковые снимки, которые обеспечивают высокую контрастность теней шлейфов на заснеженной поверхности земли. Температурно-ветровой режим в слое распространения дымовых смесей определялся по измерениям на аэрологических станциях, находящихся наиболее близко от ТЭЦ. Для анализируемых ситуаций получены конкретные диапазоны расстояний от труб, для которых на активной стадии промежуточного подъёма шлейфов показана адекватность описания исследуемых процессов в рамках закона «двух третей». Базируясь на построенных траекториях шлейфов и данных аэрологических наблюдений проведены оценки начальных скоростей истечения из труб дымовых смесей. Получено удовлетворительное согласие этих оценок с их нормативными параметрами.
Исследования выполнены в рамках государственного задания ИВМиМГ СО РАН FWNM-2025-0003.