การศึกษาการกระจายความเข้มข้นของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ในบริเวณภูมิประเทศแบบซับซ้อนโดยใช้เทคนิค CFD

Abstract

ในงานวิจัยนี้ได้นำแบบจำลองทางคณิตศาสตร์มาใช้ประเมินค่าการกระจายความเข้มข้นของก๊าชซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบริเวณภูมิประเทศแบบซับซ้อน ได้แก่ เทคนิค CFD (Computational Fluid Dynamics) และแบบจำลอง VALLEY โดยที่เทคนิค CFD ใช้หลักพื้นฐานกลศาสตร์การไหลของของไหล (Fundamental Fluid Dynamics) ซึ่งใช้ชุดสมการอนุรักษ์เบื้องต้น 3 สมการได้แก่ สมการความต่อเนื่อง (Continuity equation) สมการอนุรักษ์โมเมนตัม (Momentum equation) สมการอนุรักษ์พลังงาน (Equation of energy conservation) นอกจากยังรวมถึงแบบจำลองการไหลแบบปั่นป่วน (Turbulent flow model; k-ε) ใช้ในกรณีที่เป็นการไหลแบบปั่นป่วน เทคนิค CFD นี้ต้องกำหนดสภาวะเงื่อนไขเริ่มต้น (Initial condition) และสภาวะเงื่อนไขขอบเขต (Boundary' condition) ให้เหมาะสม นอกจากนี้งานวิจัยนี้ได้นำแบบจำลอง VALLEY มาประเมินความเข้มข้นของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ด้วย ซึ่งแบบจำลองนี้ใช้หลักการการแพร่กระจายของเกาส์เซียน (Gaussian dispersion) โดยมีการปรับปรุงให้สามารถใช้ได้กับภูมิประเทศแบบซับซ้อน ข้อมูลที่สำคัญของแบบจำลอง VALLEY นี้ คือข้อมูลทางด้านอุตุนิยมวิทยา และข้อมูลทางภูมิประเทศ การประเมินความเข้มข้นสูงสุดใน 24 ชั่วโมงของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบริเวณอำเภอแม่เมาะ เนื่องจากการระบายก๊าชซัลเฟอร์ไดออกไซด์จากปล่องโรงไฟ้ฟ้า โดยใช้เทคนิค CFD และ VALLEY Model มาเปรียบเทียบกัน ในช่วงเวลาต่างกัน 2 ฤดู ได้แก่ ฤดูหนาว ช่วงวันที่ 1-14 พฤศจิกายน 2540 และฤดูร้อน ช่วงวันที่ 1-14 มีนาคม 2541 ที่ตำแหน่งเปรียบเทียบ 5 ตำแหน่งที่แตกต่างกัน ผลการ เปรียบเทียบพบว่า ในฤดูหนาว จุดเปรียบเทียบที่ 1 ถึง 4 ความเข้มข้นสูงสุดในแต่ละวันของก๊าชซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่คำนวณจากแบบจำลอง VALLEY มีค่าในช่วง 1.14x10-1 ถึง 3.50x10-1 ส่วนในล้านส่วน มากกว่าความเข้มข้นที่คำนวณจากเทคนิค CFD ซึ่งมีค่าในช่วง 1x10-1 ถึง 3.04x10-1 ส่วนในล้านส่วนในฤดูร้อน จุดเปรียบเทียบที่ 1 ถึง 4 ความเข้มข้นสูงสุดใน 24 ชั่วโมง ที่คำนวณจาก VALLEY มีค่าในช่วง 2.61x10-1 ถึง 1.82x10-2 ส่วนในด้านส่วน มากกว่าความเข้มข้นสูงสุดใน 24 ชั่วโมง ที่ได้จาก CFD ซึ่งมีค่าในช่วง 1x10-1 ถึง 7.65x10-1 ส่วนในด้านส่วน และในจุดเปรียบเทียบที่ 5 ซึ่งอยู่ในแนวปล่อง ในฤดูหนาว ความเข้มข้นสูงสุดใน 24 ชั่วโมง ที่ได้จาก CFD มีค่าในช่วง 1.26x10-1 ถึง 2.71 ส่วนในล้านส่วน มากกว่าที่ได้จาก VALLEY ซึ่ง มีค่า 6.33x10-2 ส่วนในล้านส่วน และในฤดูร้อนความเข้มข้นสูงสุดใน 24 ชั่วโมงที่คำนวณจาก VALLEY มีค่า 8.37x10-2 PPM น้อยว่าความเข้มข้นสูงสุดใน 24 ชั่วโมง ที่คำนวณจาก CFD ซึ่งมีค่าในช่วง 1.18x10-1 ถึง 2.82x10-1 ส่วนในล้านส่วน เนื่องจากข้อจำกัดด้านข้อมูลที่ใช้ในการศึกษา ได้แก่ข้อมูลความเร็วและทิศทางลมที่ได้จากกรมอุตุนิยมวิทยา ซึ่งมีการบันทึกทุก ๆ 3 ชั่วโมง และค่าที่บันทึกส่วนใหญ่เป็นค่าในช่วงความเร็วสงบ ดังนั้นความเข้มข้นที่คำนวณอาจจะมีความคาคเคลื่อนจากความเป็นจริง นอกจากนี้ควรจะมีข้อมูลความเข้มข้นสูงสุดที่ได้จากการตรวจวัดจริง เพื่อยืนยันผลการคำนวณและสรุปได้ว่าวิธีการใดที่จะให้ผลการคำนวณที่ใกล้เคียงกับผลการตรวจวัดมากกว่ากัน