一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法

技术领域

本发明涉及空间内温室气体排放源位置的检测技术领域，尤其是涉及一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法。

背景技术

温室气体的监测是环境保护和气候变化研究的重要方面。温室气体包括二氧化碳(CO

为了实时监测和评估温室气体的排放情况，发展了多种检测方法和技术。其中一种常用的方法是使用传感器进行温室气体的定量测量。传感器可以根据温室气体的特性，例如吸收特定波长的光线或产生特定的化学反应来检测温室气体的浓度。这些传感器可以安装在固定位置或移动平台上，以实时监测环境中的温室气体浓度变化。在实际生产运行中，因安装位置、周边环境、天气变化以及气体泄漏位置随机性等因素的干扰，检测装置或多或少会受到一定的影响和限制，如开路式激光气体探测器受气体云走向影响严重，气体云必须经过激光路径内才能触发探测器装置；超声气体探测器受周边设备的噪音、放空、气动执行机构开关阀排气以及调节阀节流等工况的影响易产生误报；云台式激光探测器的激光光束无法穿透遮挡物，当区域内工艺管道设备布置数量较多时，只有扫描路径在靠近泄漏源上方1～2米时，才能进行的报警，极易产生漏报。如何在区域内复杂的环境中快速、准确地找出气体排放源位置，并在该区域空间中进行定位的问题成为工程应用技术的难点。

高斯扩散模型自20世纪50年代提出后，一直在空气污染扩散研究及大气环境质量预测领域得到广泛应用，我国及美国、欧盟将其列为环境影响评价中大气环境预测的基本模型。我国《环境影响评价技术导则-大气环境》(HJ2.2-2008)和美国EPA推荐的AERMOD模型等都采用了高斯模型，用统计方法计算求解气体扩散源的扩散浓度分布。高斯模型有基于瞬态泄漏扩散的高斯烟团模型和基于不间断泄漏扩散的高斯烟羽模型，如果已知温室气体的排放点源强度和位置，在恒定气相条件下，排放点源下风方向任一点的温室气体浓度，即可用高斯模型进行模拟计算，但在无法确定排放点源位置和点源强度的情况下，则需要一种反演方法，依据测量数据，反演计算出排放点源的空间位置及排放源强度。根据高斯模型原理，可通过测得排放点源下风方向空间点对应浓度分布和该点的位置，以及测量时的风速风向数据，采用本发明的反演算法，计算出温室气体排放点源的位置和排放量，从而解决在区域内，快速、准确地对温室气体排放点进行空间定位的问题。高斯模型由于其实验数据来源多元，模型简单，广泛应用于污染物扩散的浓度分布预测领域，但在应用中，国内外学者发现该模型有一定的误差，大量学者对基本模型进行了多项的分析和修正，如风速修正、重力修正、扩散系数算法修正等，在反演源位置和源强度的反演算法中，由于实际工程条件的不确定性，本算法例中仍采用基本高斯模型进行反演，其反演方法仍适用于其它高斯修正模型。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法。

本发明的方案为：

一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法，包括以下步骤：

S1：在温室气体排放区域内布置监测设备并进行调试修正；

所述监测设备包括风速风向仪和气体浓度检测仪；

S2：获取温室气体排放区域气象数据，确定排放的温室气体的扩散方向和区域；

所述气象数据包括风速风向和大气稳定度

S3：在排放区域下风方向建立两个相距n米且垂直于风向的空间平面网格；

S4：使用气体浓度检测仪测量出两个空间平面网格上排放的温室气体最大浓度点的浓度值及该点的空间位置；

S5：将测得两个点的最大浓度值代入公式，计算并确定排放点位置及排放量。

具体地，所述步骤S1具体为：在温室气体排放区域布置风速风向仪、气体浓度检测仪、供电装置和数据传输装置，通过数据传输装置将风速风向仪获取的数据上传至监测计算机，判断接收的数据是否正常，并进行设备调试。

具体地，所述步骤S2具体为：根据风速风向仪采集的气象数据，确定温室气体的扩散方向和区域，根据区域天气情况、云层高度及天空云量，确定大气稳定度。

具体地，所述步骤S3具体为：在排放区域的下风方向，建立两个垂直于下风向的空间平面网格，两个平面网格相互平行且相距n米，平面网格用于确定所处位置温室气体最大浓度点的空间坐标。

具体地，所述步骤S4具体为：使用气体浓度检测仪对两个平面网格的所有点位进行全面检测，采集排放温室气体浓度的数据进行对比分析，确定两个空间平面网格上排放温室气体最大浓度点的浓度值及该点的空间位置。

具体地，所述的气体浓度检测仪的精度包括0.1ppm或1ppm，量程包括0～100ppm或0～1000ppm以上。

具体地，所述步骤S5包括以下子步骤：

S51,计算排放点位置，计算式为：

其中，

S52，计算排放量，计算式为；

其中，Q为温室气体排放总量，ρ为环境温度压力下温室气体密度，u为该区域风速。

一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法。

一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法。

本发明的有益效果：

本发明针对温室气体排放点在区域内空间位置及排放量的反演计算方法，反演计算方法为检测排放区域内下风方向两个相距n米且垂直于风向的空间平面网格上温室气体最大浓度点的浓度值和空间位置的数据，依据空气动力学原理反演计算空间内温室气体的排放点位置以及排放量，为区域内温室气体排放点位置及点源强度的检测与处置提供技术支持。

本发明仅采用气体浓度检测仪检测区域内下风方向两个温室气体的最大浓度点的浓度值及该点的空间位置即可反演计算排放点的位置以及排放量，简单可靠，受区域周边环境影响较小，对排放气体的种类没有特定限制，计算方法原理新颖，响应迅速，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本发明可实施范围的限定。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的方案为：

一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法，包括以下步骤：

S1：在温室气体排放区域内布置监测设备并进行调试修正；

所述监测设备包括风速风向仪和气体浓度检测仪；

S2：获取温室气体排放区域气象数据，确定排放的温室气体的扩散方向和区域；

所述气象数据包括风速风向和大气稳定度

S3：在排放区域下风方向建立两个相距n米且垂直于风向的空间平面网格；

S4：使用气体浓度检测仪测量出两个空间平面网格上排放的温室气体最大浓度点的浓度值及该点的空间位置；

S5：将测得两个点的最大浓度值代入公式，计算并确定排放点位置及排放量。

具体地，所述步骤S1具体为：在温室气体排放区域布置风速风向仪、气体浓度检测仪、供电装置和数据传输装置，通过数据传输装置将风速风向仪获取的数据上传至监测计算机，判断接收的数据是否正常，并进行设备调试。

具体地，所述步骤S2具体为：根据风速风向仪采集的气象数据，确定温室气体的扩散方向和区域，根据区域天气情况、云层高度及天空云量，确定大气稳定度。

具体地，所述步骤S3具体为：在排放区域的下风方向，建立两个垂直于下风向的空间平面网格，两个平面网格相互平行且相距n米，平面网格用于确定所处位置温室气体最大浓度点的空间坐标。

具体地，所述步骤S4具体为：使用气体浓度检测仪对两个平面网格的所有点位进行全面检测，采集排放温室气体浓度的数据进行对比分析，确定两个空间平面网格上排放温室气体最大浓度点的浓度值及该点的空间位置。

具体地，所述的气体浓度检测仪的精度包括0.1ppm或1ppm，量程包括0～100ppm或0～1000ppm以上。

具体地，所述步骤S5包括以下子步骤：

S51,计算排放点位置，计算式为：

其中，

S52，计算排放量，计算式为；

其中，Q为温室气体排放总量，ρ为环境温度压力下温室气体密度，u为该区域风速。

若温室气体排放源位置及高度已知，只需测出一个网格面的最高浓度值及其位置，采用步骤S52的公式，可进行温室气体排放量的计算；若温室气体排放源位置及高度未知，则本方法可进行温室气体排放源位置及排放量的计算。

一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法。

一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的一种温室气体排放源位置及排放量的反演方法。

实施例1

本发明的原理为：在区域内如果发生温室气体排放，排放点附近区域的气体的成分(浓度)发生明显变化，受区域内自然风和空气流场的变化，尤其在排放点下风方向空间中的气体成分(浓度)变化十分显著，可以通过检测出垂直于下风方向两个相距n米空间平面网格上最大浓度点的浓度值和该点的空间位置，反演计算出排放点的位置及排放量。所采用的监测设备包括风速风向仪、气体浓度检测仪、供电装置、数据传输装置和计算机。

在本实施例当中，将风速风向仪(以某工厂CO

下面以某工厂CO

假设某工厂进行CO

根据假设条件可知，两空间平面网格上最大浓度点在x轴向上相距50米，其相对空间位置关系为：x

x

由此可得：

联立两式可得：

解此方程可得：

x

则x

将x

计算可得：Q＝1.988kg/s。

具体的，参见图1，一种确定区域级温室气体排放源位置及排放量的反演方法，包括如下步骤：

S1：在温室气体排放区域内布置风速风向仪、气体浓度检测仪等监测设备并进行调试修正；

S2：获取温室气体排放区域风速风向以及大气稳定度等数据，确定排放的温室气体的扩散方向和区域；

S3：在排放区域下风方向建立两个相距n米且垂直于风向的空间平面网格；

S4：使用气体浓度检测仪测量出两个空间平面网格上排放的温室气体最大浓度点的浓度值及该点的空间位置；

S5：将测得两个点的最大浓度值代入公式，计算并确定排放点位置及排放量。

在本实施例当中，步骤S1具体为：在温室气体排放区域布置风速风向仪、气体浓度检测仪、供电装置和数据传输装置，通过数据传输装置将风速风向仪获取的数据上传至监测计算机，判断接收的数据是否正常，并进行设备调试。

在本实施例当中，步骤S3具体为：在排放区域的下风方向，建立两个垂直于下风向的空间平面网格，两个平面网格相互平行且相距n米，平面网格用于确定所处位置温室气体最大浓度点的空间坐标。

在本实施例当中，步骤S5的计算方法为：

联立两式可得：

解此方程可得：

x

则x

即可确定泄漏点位置在工厂中心正东方向91米处。

将x

计算可得：Q＝1.988kg/s。

式中，

上述假设条件是工程中温室气体排放的常见工况条件，对于其他区域内温室气体的排放同样存在相似的工况条件，故该方法同样适用区域内的其他温室气体排放的检测反演计算。需要说明的是，本发明使用气体浓度检测传感器的检测，通过测得两个点的最大浓度值，反演计算并确定温室气体排放点位置及排放量，因被检测的温室气体种类不同，则上述装置应选择不同精度和量程的气体浓度检测仪。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。