耦合GIS與CFD模型的城市街區環境毒氣擴散模擬研究

《耦合GIS與CFD模型的城市街區環境毒氣擴散模擬研究》是依託同濟大學，由鄭茂輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：耦合GIS與CFD模型的城市街區環境毒氣擴散模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄭茂輝
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

有毒有害物質的意外泄漏大多形成低而平的毒氣雲團，沿地面拓展延伸，對居民生命財產安全和城市生態環境構成嚴重威脅。本研究以城市街區環境下毒氣擴散過程的精細化建模、模擬為目標，綜合考慮城市建築物下墊面和風速、風向等氣象環境參數對擴散過程的影響，基於GIS建立城市下墊面幾何模型；研究具有下墊面邊界約束的三維空間離散方法，自動生成計算格線，構造三維數據場，支持毒氣擴散數值模擬；基於大渦模擬的相關理論和方法，研究建立一個適用於城市街區環境的CFD擴散模型；通過GIS和CFD模型的耦合，支持模擬過程中有關參數的自動提取和賦值，實現模擬結果（流場、濃度場）的動態可視化，為事故危害評估、應急指揮決策以及城市防災規劃等提供理論依據。

結題摘要

城市地區有毒有害氣體的遷移擴散是個三維、動態的複雜環境過程，本課題圍繞街區建築群環境中毒氣擴散過程的精細化建模、模擬開展理論和技術方法研究。著重分析了建築物擾動和非穩態氣象條件下近地面有毒有害氣體的擴散機理和過程；耦合GIS和計算流體力學模型（CFD Model），提出一個街區尺度毒氣擴散過程建模、模擬的技術框架模型；利用二維GIS數據、建築物高程信息和Google SketchUP軟體建立街區冠層三維模型，以之為壁面邊界，基於Delaunay格線實現近地面空間場的離散剖分，為擴散過程模擬提供必要的空間模型支撐；基於RANS方法建立擴散數學模型，實現模擬結果（流場、濃度場）的動態可視化，結合試驗區建築物和人口分布數據，估算周邊人員的毒氣暴露水平。研究成果及方法可為環境事故危害評估、應急指揮決策等提供理論依據。