Вестник МГТУ, 2022, Т. 25, № 1.

Амосов П. В. и др. Численное моделирование загрязнения атмосферы в подходах случайного выбора. Введение Моделирование процессов пыления является относительно новым направлением научных исследований ( Амосов и др., 2014; 2017; 2020; 2021; Amosov et al., 2020). Это направление в настоящее время весьма актуально, востребовано во многих регионах мира и в рамках программ ООН активно развивается для прогноза пыльных бурь (программа ВМО "Sand and Dust Storm Warning Advisory and Assessment System", SDS-WAS) (Sand and D u s t., 2015; Global Assessment..., 2016). В коллективной монографии 2020 г. "Training Materials and Best Practices for Chemical Weather/Air Quality Forecasting" вопросам пыльных бурь посвящена отдельная глава1. Анализ загрязнения атмосферы при пылении хвостохранилища АНОФ-2 (Мурманская область, г. Апатиты), в летнее время при сильном северо-западном ветре эпизодически доставляющего определенные неприятности жителям города, проводится с привлечением CFD-моделирования. По данным Мурманского УГМС, на стационарных постах контроля атмосферного воздуха в г. Апатиты за весенне-осенние периоды 2016-2018 гг. фиксировалось соответственно 14, 10 и 13 случаев загрязнения воздуха пылью выше уровня ПДК. В исследованиях, выполненных сотрудниками ФИЦ КНЦ РАН на основе анализа опыта и подходов формализованного описания процессов пыления (Marticorena et al., 1995; Shao et al., 1993; Shannon, 2009; Ginoux et al., 2001; 2004; Westphal et al., 1988; Gilette et al., 1988; Zender et al., 2003; Семенов, 2011; Johnson, 2006), рассмотрены многие проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды при пылении хвостохранилища АНОФ-2, в частности: 1) показано влияние высоты пылящей поверхности хвостохранилища (подход сплошности площади пыления) на уровень загрязнения приземного слоя атмосферы пылью вниз по ветровому потоку при вариации скорости ветра (Амосов и др., 2014); 2) продемонстрирован эффект местоположения одинаковых по площади пылящих участков поверхности хвостохранилища (подход дискретности пылящих участков) при штормовом ветровом потоке на загрязнение атмосферы г. Апатиты (Амосов и др., 2017); 3) разработан и реализован методический подход к оценке уровня загрязнения атмосферы г. Апатиты при пылении хвостохранилища АНОФ-2 и планированию природоохранных мероприятий по закреплению хвостов и снижению пыления с учетом поинтервального подхода к размеру пыли при моделировании конвективно-диффузионного переноса загрязнений (Маслобоев и др., 2016; Амосов и др., 2018). При данном подходе учитывалось влияние двух определяющих уровень загрязнения атмосферы параметров: площади пыления и скорости ветра (Amosov et al., 2020). Настоящее исследование, выполненное на базе метода численного моделирования, является завершением изысканий авторов по оценке загрязнения атмосферы с учетом дискретного расположения пылящих участков хвостохранилища АНОФ-2 (рис. 1); при этом приняты во внимание как вариация скорости ветрового потока, так и изменение площади пыления с учетом случайного выбора пылящих участков. В отличие от работы (Амосов и др., 2021), в которой в указанных выше условиях изучался конвективно-диффузионный перенос пыли размером 35 мкм (подход срединного диаметра), в данном исследовании анализировалось загрязнение атмосферы при подходе поинтервального распределения пыли размером до 70 мкм с шагом 10 мкм (Amosov et al., 2020) и использовался тот же случайный выбор наборов пылящих участков по поверхности пляжа (Амосов и др., 2021). Постановка задачи Цель исследования - на примере хвостохранилища АНОФ-2 оценить уровни загрязнения атмосферы города в зависимости от скорости набегающего ветрового потока, площади пыления при случайном выборе наборов дискретно расположенных пылящих участков (рис. 1). Новым моментом по сравнению с предыдущими исследованиями является элемент случайности при выборе дискретных пылящих участков по поверхности пляжа в сочетании с подходом поинтервального распределения пыли по размеру. В качестве базовой используется разработанная авторами компьютерная модель, представленная в работах (Амосов и др., 2014; 2017; 2020; 2021; Amosov et al., 2020; Маслобоев и др., 2014). Файл исходных данных, необходимых для создания геометрии моделируемой области в среде Comsol2, подготовлен на базе карт Google Earth района "хвостохранилище АНОФ-2 - г. Апатиты" (15 000 х 7 000 м, шаг сетки 500-700 м). В качестве реперной высотной отметки принимается поверхность озера Имандра (126 м, основание модели). Помимо самого объекта пыления и г. Апатиты в модели учтены предгорья Хибин 1Training Materials and Best Practices for Chemical Weather/Air Quality Forecasting. ETR-26. 2020. 576 р. 2Интегрированная среда численного моделирования COMSOL. URL: https://www.comsol.ru/ (дата обращения 12.01.2014). 62