Evaluating Dispersion of Residential CO and NOx Emissions with the Help of Different Models in Körfez District, Kocaeli Province

Abstract

This study was conducted to investigate the dispersion of spatial source CO and NOx emissions with the help of different models in Korfez District, Kocaeli Province. Emissions from residential areas were chosen as the spatial source in the region and residents were divided into four different sections. The residential area is 5.31 km2 and natural gas, fuel-oil, wood, and coal are used as heating fuels in this district. With the help of the obtained data, emission rates were calculated using the mass-based emission factors of U.S. Environmental Protection Agency. These ratios were divided into residential areas and data were obtained in g/s.m2 and these data were entered to AERMOD, ISCST-3 and CALPUFF VIEW programs for the purpose of modelling. As a result of the modelling study, daily and annual dispersion maps were obtained. When the maps were examined, with AERMOD, the daily maximum concentrations of CO and NO were estimated to be 651,27 μg/m3, 18,29 μg/m3 while the annual concentrations were found as 128,47 μg/m3 and 2,90 μg/m3, respectively. The obtained daily maximum CO and NOx values with the help of ISCST-3 program were as 290,29 μg/m3 and 11,77 μg/m3 and the maximum annual values were as 86,48 μg/m3 and 1,95 μg/m3, respectively. The values of CO and NOx emissions obtained with the help of CALPUFF modelling program were as 692,67 µg/m3 and 15,64 µg/m3 , respectively, on daily basis and as 124,08 µg/m3 and 4,53 µg/m3 respectively, on annual basis. While there seemed to be a similarity in all three programs for CO when considering dispersion directions on the distribution maps, it was pointed out that the concentrations dispersed in the direction of east and west of Korfez district on AERMOD and CALPUFF maps as this dispersion was towards to the west of the county on ISCST-3 map. On NOx distribution maps, the residential areas of Korfez district were observed as the locations of density for NOx. The concentration propagation directions were same for all three programs particularly for annual dispersions maps and the concentration levels at receiver points in these directions were also determined as equal.

Keywords

• Spatial Source,AERMOD,ISCST-3,CALPUFF,Körfez District

Kocaeli İli Körfez İlçesi Konut Kaynaklı CO ve NOx Emisyon Dağılımlarının Farklı Modeller Yardımıyla Değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışma, Kocaeli İli Körfez İlçesi’nde bulunan alansal kaynaklı CO ve NO_x emisyonlarının dağılımlarının farklı modeller yardımıyla incelenmesi amacıyla yapılmıştır. Bölgede alansal kaynak olarak, konutlardan kaynaklanan emisyonlar ele alınmış ve konutlar 4 farklı alana bölünmüştür. İlçede konutların kapladığı alan 5,31 km² olarak bulunmuş ve bölgede konutlarda ısınma amacıyla kullanılan yakıtların doğalgaz, fuel-oil, odun ve kömür olduğu belirlenmiştir. Elde edilen verilerden A.B.D. Çevre Koruma Birliği (EPA)’nın kütle temelli emisyon faktörleri kullanılarak emisyon oranları hesaplanmıştır. Bu oranlar konut alanlarına bölünerek g/s.m² cinsinden veriler elde edilmiş ve modelleme amacıyla AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarına girilmiştir. Yapılan modelleme çalışması sonucunda, günlük ve yıllık dağılım haritaları elde edilmiştir. Haritalar incelendiğinde AERMOD ile hesaplanan günlük en yüksek CO ve NO_x konsantrasyonları sırasıyla 651,27 µg/m³, 18,29 µg/m³, yıllık konsantrasyonlar ise 128,47 µg/m³ ve 2,90 µg/m³ olarak bulunmuştur. ISCST-3 programı ile elde edilen günlük en yüksek CO ve NO_x değerleri sırasıyla 290,29 µg/m³ ve 11,77 µg/m³, yıllık en yüksek değerler ise 86,48 µg/m³ ve 1,95 µg/m³ olarak hesaplanmıştır. CALPUFF VIEW modelleme programı ile elde edilen CO ve NO_x sonuçları ise günlük sırasıyla 692,67 µg/m³ ve 15,64 µg/m³, yıllık olarak da 124,08 µg/m³ ve 4,53 µg/m³ şeklinde hesaplanmıştır. Dağılım haritalarında dağılım yönleri dikkate alındığında, CO için her üç programda benzerlik görülmekle birlikte, AERMOD ve CALPUFF haritalarında konsantrasyonun Körfez İlçesi'nin doğusu ve batısı yönünde dağıldığı, ISCST-3 haritasında ise bu dağılımın sadece ilçenin batı yönüne doğru olduğu dikkati çekmiştir. NO_x dağılım haritalarında yoğun olan bölgenin Körfez İlçesi yerleşim merkezlerinin bulunduğu noktalar olduğu gözlenmiştir. Her üç programda konsantrasyon yayılım yönleri özellikle yıllık dağılım haritalarında aynı olup, bu yönlerde bulunan alıcı noktalarındaki konsantrasyon seviyelerinin de eşit olduğu belirlenmiştir.

Keywords

• Alansal Kaynak,AERMOD,ISCST-3,CALPUFF,Körfez İlçesi

References

1. Abdul-Wahab S., Sappurd A., Al-Damkhi A., (2011), Application of California Puff (CALPUFF) model: a case study for Oman, Clean Techn Environ Policy.
2. Botlaguduru V.S.V., (2009), Comparison of AERMOD and ISCST3 Models for Particulate Emissions from Ground Level Sources, Master of Science, Texas A&M University, Texas USA.
3. Demirarslan K.O., (2012), Kocaeli İli Körfez İlçesi’nde Hava Kirletici Kaynaklarının ve Hava Kalitesi Seviyesinin Belirlenmesi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Kocaeli.
4. Demirarslan K.O., (2015), Hava Kalitesi ve Değerlendirmesinde Modelleme Yaklaşımı, VII. Uluslararası Katılımlı Atmosfer Bilimleri Sempozyumu, 28-30 Nisan, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
5. Dölek E., (2007), Comparison of ISCST3 and AERMOD Air Dispersion Models: Case Study of Cayirhan Hermal Power Plant, Yüksek Lisans Tezi, ODTÜ, Yüksek Lisans Tezi, Ankara.
6. Elbir T., (2003), Comparison of model predictions with the data of an urban air quality monitoring network in Izmir, Atmospheric Environment, 37(15), 2149-2157.
7. EPA, (2012), United States Environmental Protection Agency (EPA) Technology Transfer Network Support Center for Regulatory Atmospheric Modeling, http://www.epa.gov/ttn/scram/dispersion_prefrec.htm, [Erişim 21 Temmuz 2012].
8. EPA, (2013), Dispersion Modeling, United States Environmental Protection Agency (EPA) Air Quality Management Online Portal http://www.epa.gov/oaqps001/aqmportal/management/modeling/dispersion.htm, [Erişim 1 Haziran 2013].

9. Korsakissok I., Mallet V., (2009) “Comparative Study of Gaussian Dispersion Formulae Within The Polyphemus Platform: Evaluation with Prairie Grass and Kincaid Experiments”, American Meteorological Society, 48, 2459–2473.
10. Laffoon C., Rinaudo J., Soule R., Bowie T., Meyers C., Madura R. L., Pakunpanya S. P., (2011), Developing State-Wide Modeling Guidance for the Use of AERMOD – A Workgroup’s Experience, http://files.abstractsonline.com, [Erişim 7 Nisan 2011].
11. Masuraha A., (2006). Evaluation of the AERMOD Model and Examination of Required Length of Meteorological Data for Computing Concentrations in Urban Areas, Master of Science in Civil Engineering, The University of Toledo, Spain.
12. Orloff G.K., Kaplan B., Kowalski P., (2006), Hydrogen Cyanide in Ambient Air Near a Gold Heap Leach Field: Measured vs. Modeled Concenrations, Atmospheric Environment, 40, 3022-3029.
13. Perry S.G., Cimorelli A.J., Paine R.J., Brode R.W., Weil J.C., Venkatram A.,Wilson R.B., Lee R.F., Peters W.D., (2005) AERMOD: A Dispersion Model for Industrial Source Applications.Part II: Model Performance against 17 Field Study, Databases Journal of Applied Meteorology, 44, 694-708.
14. Schroeder A.J., (2004), Comparison of Two Dispersion Models: A Bulk Petroleum Storage Terminal Case Study, Air & Waste Management Assoc.’s 97th Annual Conference and Exhibition, Indianapolis, USA, June 22–25.
15. Scire S.J., Strimaitis D.G., Yamartino R.J., (2000), A User’s Guide for The Calpuff Dispersion Model, 3th ed., Earth Tech Inc., Concord.
16. URL-1, (2009), www.scorecard.org, [Erişim 13 Mart 2009].
17. URL-2, (2013), http://scorecard.goodguide.com/env-releases/def/air_source.html, [Erişim 1 Haziran 2013].
18. URL-3, (2013), http://maps.google.com, [Erişim 6 Eylül 2013].
19. URL-4, (2010), http://www.weblakes.com/products/calpuff, [Erişim 30 Ocak 2010].
20. URL-5, (2012), ISCST-3 Tech Guide, http://www.weblakes.com, [Erişim 23 Şubat 2012].
21. URL-6, (2012), http://www.portmetrovancouver.com, [Erişim 21 Temmuz 2012].
22. Wolterbeek B., (2002), Biomonitoring of trace element air pollution: principles, possibilities and perspectives, Environmental Pollution, 120, 11–21.
23. Yılmaz N., Güven H., Şenkaya M., Şafak H., Artut S., Uzunkaya D., Pekeroğlu Ş., (2008), Kocaeli Valiliği İl Çevre ve Orman Müdürlüğü Kocaeli İl Çevre Durum Raporu, http://cdr.cevre.gov.tr/icd_raporlari/kocaeliicd2008.pdf, [Erişim 21 Temmuz 2012].