第四章_大气扩散浓度估算模式

1、1 湍流扩散的基本理论 2 高斯扩散模式 3 污染物浓度的估算 4 特殊气象条件下的扩散模式 5 城市及山区的扩散模式 6 烟囱高度设计 7 厂址选择 u一、湍流概念简介 大气的无规则运动称为大气湍流。大气的无规则运动称为大气湍流。 按照湍流形成的原因，可将湍流分为两种形式：按照湍流形成的原因，可将湍流分为两种形式： u热力湍流热力湍流：由垂直方向温度垂直分布不均匀引起：由垂直方向温度垂直分布不均匀引起 u机械湍流机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 u一、湍流概念简介 湍流与扩散的关系湍流与扩

2、散的关系 在主风方向上风的平流输送作用是主要的。在主风方向上风的平流输送作用是主要的。 风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度越快风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度越快 ，污染物的浓度就越低。风和湍流是决定污染物在，污染物的浓度就越低。风和湍流是决定污染物在 大气中扩散稀释的最直接最本质的因素。大气中扩散稀释的最直接最本质的因素。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 u1.梯度输送理论 u梯度输送理论是通过与菲克（梯度输送理论是通过与菲克（A. FickA. Fick）扩散理论的）扩散理论的 类比建立起来的。菲克认为分子扩散的规律与傅立叶提类比建立起来的。菲克认为分子扩散的

3、规律与傅立叶提 出的固体中的热传导的规律类似，皆可用相同的数学方出的固体中的热传导的规律类似，皆可用相同的数学方 程式描述。程式描述。 u湍流梯度输送理论进一步假定，由大气湍流引起的湍流梯度输送理论进一步假定，由大气湍流引起的 某物质的扩散，类似于分子扩散，并可用同样的分子扩某物质的扩散，类似于分子扩散，并可用同样的分子扩 散方程描述。然而由于边界条件往往很复杂，不能求出散方程描述。然而由于边界条件往往很复杂，不能求出 严格的分析解，严格的分析解，只能在特定的条件下求出近似解，再根只能在特定的条件下求出近似解，再根 据实际情况修正。据实际情况修正。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓

4、度估算模式 2.湍流统计理论： 泰勒泰勒(G(GI ITayler)Tayler)首先应用统计学方法研究湍流首先应用统计学方法研究湍流 扩散问题，并于扩散问题，并于19211921年提出了著名的泰勒公式。年提出了著名的泰勒公式。 从污染源释放出的粒子，在风沿着从污染源释放出的粒子，在风沿着x x方向吹的湍流大方向吹的湍流大 气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、稳定的。从气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、稳定的。从 原点释放出的一个粒子的位置用原点释放出的一个粒子的位置用y y表示，则表示，则y y随时间而变随时间而变 化，但其平均值为零。如果从原点放出很多粒子，则在化，但其平均值为零。如

5、果从原点放出很多粒子，则在x x 轴上粒子的浓度最高，浓度分布以轴上粒子的浓度最高，浓度分布以x x轴为对称轴，并符合轴为对称轴，并符合 正态分布。正态分布。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 图图4-1由湍流引起的扩散由湍流引起的扩散 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 萨顿（萨顿（O. G. Sutton)首先应用泰勒公式，提首先应用泰勒公式，提 出了解决污染物在大气中扩散的实用模式。高斯出了解决污染物在大气中扩散的实用模式。高斯 （Gaussian）在分析大量实测资料的基础上，应）在分析大量实测资料的基础上，应 用湍流统计理论得到了正态分布假设条

6、件下的扩用湍流统计理论得到了正态分布假设条件下的扩 散模式。散模式。 高斯模式是目前应用较广的模式。高斯模式是目前应用较广的模式。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 一、高斯模式的有关假定 1 1、坐标系、坐标系 原点为排放点或高架源排放点在地面的投影，原点为排放点或高架源排放点在地面的投影，x x 轴为平均风向，轴为平均风向，y y轴在水平面上垂直于轴在水平面上垂直于x x轴，正向在轴，正向在x x 轴的左侧，轴的左侧，z z轴垂直于水平面轴垂直于水平面oxyoxy，向上方向为正。在，向上方向为正。在 这种坐标系中，烟流中心线或与这种坐标系中，烟流中心线或与x x轴重合

7、，或在轴重合，或在xoyxoy面面 的投影为的投影为x x轴。轴。 第二节第二节 高斯扩散模式高斯扩散模式 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 u高斯扩散模式的坐标系 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 2 2、高斯模式的有关假定高斯模式的有关假定 u四点假设四点假设 ua a污染物浓度在污染物浓度在y y、z z 轴上分布为正态分布轴上分布为正态分布 ub b全部高度风速均匀稳定全部高度风速均匀稳定 uc c源强是连续均匀稳定的源强是连续均匀稳定的 ud d扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） 第四章第四章 大气扩散浓度

8、估算模式大气扩散浓度估算模式 二、无界空间连续点源扩散模式二、无界空间连续点源扩散模式 由正态分布的假设可得污染物平均浓度的分布函数：由正态分布的假设可得污染物平均浓度的分布函数： 22 bzay eexAzyx )(),( 由概率统计理论可得方差的表达式：由概率统计理论可得方差的表达式： , 0 0 2 2 dy dyy y 0 0 2 2 dz dzz z 由污染物的质量守恒可得：由污染物的质量守恒可得： dydzuQ （4-14-1） （4-24-2） （4-34-3） 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 上式中：上式中： 平均风速；平均风速； QQ源强是指污染物排放

9、速率。源强是指污染物排放速率。 y y侧向扩散参数，污染物在侧向扩散参数，污染物在 y y 方向分布的方向分布的标准偏标准偏 差，是距离差，是距离y y的函数，的函数，m m； z z竖向扩散参数，污染物在竖向扩散参数，污染物在 z z 方向分布的方向分布的标准偏标准偏 差，是距离差，是距离z z的函数，的函数，m m； 未知量未知量浓度浓度c c、待定函数待定函数A(x)A(x)、待定系数待定系数a a、b b； 式、组成一方程组，四个方程式有四式、组成一方程组，四个方程式有四 个未知数，故方程式可解。个未知数，故方程式可解。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 二、无界

10、空间连续点源扩散模式二、无界空间连续点源扩散模式 zy zy zy u Q zyx 2 2 2 2 222 exp),( 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 二、无界空间连续点源扩散模式二、无界空间连续点源扩散模式 实际的污染物排放源大多位于地面或接近地面实际的污染物排放源大多位于地面或接近地面 的大气边界层内。污染物在大气中的扩散过程必然的大气边界层内。污染物在大气中的扩散过程必然 会受到地面的影响，这种大气扩散称为有界大气扩会受到地面的影响，这种大气扩散称为有界大气扩 散。在建立有界大气扩散模式时，必须考虑地面的散。在建立有界大气扩散模式时，必须考虑地面的 影响。影响。

11、 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 15 高架连续点源的扩散问题，必须考虑地面对高架连续点源的扩散问题，必须考虑地面对 扩散的影响。根据扩散的影响。根据假设，可以认为地面像镜面一假设，可以认为地面像镜面一 样，对污染物可以起全反射作用样，对污染物可以起全反射作用。可以把。可以把P P点的污点的污 染物浓度看成是两部分贡献之和：一部分是不存染物浓度看成是两部分贡献之和：一部分是不存 在地面时在地面时P P点所具有的污染物浓度；另一部分是由点所具有的污染物浓度；另一部分是由 于地面反射作用所增加的污染物浓度。于地面反射作用所增加的污染物浓度。 zy zy Hzy u Q 2

12、22 1 222 2 )( exp zy zy Hzy u Q 2 22 2 222 2 )( exp n 实源的贡献实源的贡献 n 像源的贡献像源的贡献 n 实际浓度实际浓度 zzy zy HzHzy u Q zyx 2 2 2 22 2222 2 )( exp )( expexp),( 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 （1 1）地面浓度模式：取）地面浓度模式：取 z0 0代入上式，得代入上式，得 （2 2）地面轴线浓度模式：再取）地面轴线浓度模式：再取 y = 0 = 0代入上式代入上式 z zy H u Q x 2 2 00 2 exp),( zy zy Hy u

13、 Q yx 22 22 0 22 expexp),( 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 y z eHu Q 2 2 max （3 3）地面最大浓度模式：）地面最大浓度模式： 由此求得：由此求得： 假设假设y / /z 不随距离不随距离 x 变化。变化。 z 2 H xx max 0 00 z d Hxdc ),( 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 地面源高斯模式（令地面源高斯模式（令H H0 0）：）： zy zy zy u Q zyx 2 22 22 2 exp),( 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 对于排放源排放的小于对于

14、排放源排放的小于15m15m的颗粒物，可以的颗粒物，可以 不考虑颗粒物的沉降作用。对于粒径大于不考虑颗粒物的沉降作用。对于粒径大于15m15m的的 颗粒物，其重力沉降作用将使浓度分布有所改变，颗粒物，其重力沉降作用将使浓度分布有所改变， 应以倾斜烟流模式计算地面浓度。应以倾斜烟流模式计算地面浓度。 z i y zy ii i uxvHy u Q Hyx 2 2 2 2 222 1 0 )/( expexp )( ),( 五、颗粒物扩散模式五、颗粒物扩散模式 18 2 gd v p pi i 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 w 地面反射系数地面反射系数 第四章第四章 大气

15、扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 i12345 粒径范围粒径范围/m01415303147487576100 平均粒径平均粒径/ m722386085 反射系数反射系数1.00.80.50.30 具有一定速度的热烟气从烟囱出口排出后，可以上具有一定速度的热烟气从烟囱出口排出后，可以上 升至很高的高度，其值等于烟囱的几何高度与烟气抬升至很高的高度，其值等于烟囱的几何高度与烟气抬 升高度之和：升高度之和： He= Hs+H （1）影响烟气抬升高度的因素影响烟气抬升高度的因素： a：烟气本身的热力性质；：烟气本身的热力性质； b：烟气的动力性质；：烟气的动力性质； c ：气象条件；：气象条件；

16、d：近地层下垫面状况。：近地层下垫面状况。 Holland Holland公式公式：适用于：适用于中性大气条件中性大气条件（稳定时减（稳定时减 小小10102020，不稳时增加，不稳时增加10102020） Holland Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放公式比较保守，特别在烟囱高、热释放 率强的情况下，偏差更大。率强的情况下，偏差更大。 3 ssa H s 1 (1.52.7)(1.59.6 10) s v DTT HDv DQ Tuu 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 u2.Briggs2.Briggs公式：用因次分析方法导出。结果与实际公式：用因次分

17、析方法导出。结果与实际 值比较接近，适用与不稳定及中性大气条件值比较接近，适用与不稳定及中性大气条件 H 1 1/32/3 sH 1 1/32/3 sH 21000kW 10 =0.362 10 =1.55 当时 s Q xHHQxu xHHQHu H 1 1/31/3 H 3/52/5 Hs 6/5 3/53/5 Hs 21000kW 3 * =0.362 3 * =0.332 *=0.33 当时Q xxHQxu xxHQH xQHu 3.3.我国我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法制订地方大气污染物排放标准的技术方法 ”(GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式

18、中的公式 12 Hsa 1 nn 0Hs HaVas H H 121 sH 1 2100kW()35K =0.35 1700kW2100kW 1700 =() 400 2(1.50.01)0.04 = s QTT Hn QHu T QP QTTT T Q Q HHHH v DQ H u (1)当和时 (2)当时 H H sH 1 / 43 / 8 a H 8(1700) 1700kW35K 2(1.50.01) = 10m1.5m/s d =5.5(0.0098) d Q u QT v DQ H u T HQ z (3)当或时 (4)当高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于时 3.

19、3.我国我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法制订地方大气污染物排放标准的技术方法 ”(GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式 12 Hsa 1 nn 0Hs HaVas H H 121 sH 1 2100kW()35K =0.35 1700kW2100kW 1700 =() 400 2(1.50.01)0.04 = s QTT Hn QHu T QPQTTT T Q Q HHHH v DQ H u (1)当和时 (2)当时 H H sH 1/43/8 a H 8(1700) 1700kW35K 2(1.50.01) = 10m1.5m/s d =5.5(0

20、.0098) d Q u QT v DQ H u T HQ z (3)当或时 (4)当高处的年平均风速小于或等于时 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 例例4-14-1 某城市火电厂的烟囱高某城市火电厂的烟囱高100 m100 m，出口内，出口内 径径 5 m5 m。出口烟气流速。出口烟气流速 12.7 m/s12.7 m/s，温度，温度140 140 ， 流量流量 250 m250 m3 3/s/s。烟囱出口处的平均风速。烟囱出口处的平均风速 4 m/s4 m/s， 大气温度大气温度 20 20 ，当地气压，当地气压 978.4 hPa978.4 hPa。试确定烟。试确定

21、烟 气抬升高度及有效源高。气抬升高度及有效源高。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 29 应用大气扩散模式估算污染物浓度，在有效应用大气扩散模式估算污染物浓度，在有效 源高确定后，还必须确定扩散参数源高确定后，还必须确定扩散参数y、z z 。扩 。扩 散参数可以现场测定，也可以用风洞模拟实验确散参数可以现场测定，也可以用风洞模拟实验确 定，还可以根据实测和实验数据归纳整理出来的定，还可以根据实测和实验数据归纳整理出来的 经验公式或图表来估算。经验公式或图表来估算。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 1、P-G扩散曲线法 （1 1）P-GP-G扩散曲线

22、法的要点扩散曲线法的要点 帕斯奎尔（帕斯奎尔（PasquillPasquill）推荐了一种仅需常规）推荐了一种仅需常规 气象观测资料就可估算气象观测资料就可估算y y、z z 的方法。吉福德 的方法。吉福德 （GiffordGifford）进一步将其制作成应用更方便的图表，）进一步将其制作成应用更方便的图表， 因此该方法又称因此该方法又称P-GP-G曲线法。曲线法。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 31 1、P-G扩散曲线法 （1 1）P-GP-G扩散曲线法的要点扩散曲线法的要点 首先根据太阳辐射情况（首先根据太阳辐射情况（云量、云状和日照）云量、云状和日照） 以及距地

23、面以及距地面10 m 10 m 高处的风速将大气的稀释扩散能力高处的风速将大气的稀释扩散能力 划分为划分为A A、B B、C C、D D、E E、F F六个稳定度级别，然后根六个稳定度级别，然后根 据大量扩散实验的数据以及理论上的考虑，用曲线据大量扩散实验的数据以及理论上的考虑，用曲线 来表示每一个稳定度级别的来表示每一个稳定度级别的y y、z z 随下风距离 随下风距离x的的 变化，再利用扩散模式计算污染物浓度。变化，再利用扩散模式计算污染物浓度。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 33 利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定 和和 y z 利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定

24、和和 y z 35 例例4-24-2 某石油精炼厂自平均有效源某石油精炼厂自平均有效源 高高60 m 60 m 的烟囱排放的的烟囱排放的SOSO2 2量为量为 80 g/80 g/s s，有，有 效源高处的平均风速为效源高处的平均风速为 6 m/6 m/s s，试估算冬，试估算冬 季阴天正下风向距离烟囱季阴天正下风向距离烟囱500 m 500 m 处地面上处地面上 的的SOSO2 2浓度。浓度。 36 我国环境影响评价技术导则环境影响评价技术导则大气环境大气环境 （HJ/T 2.2-93HJ/T 2.2-93）中规定了大气污染物环境方法。）中规定了大气污染物环境方法。 （1 1）大气稳定度的分

25、级方法）大气稳定度的分级方法 大气扩散稳定度的确定采用修订的帕斯奎尔大气扩散稳定度的确定采用修订的帕斯奎尔 稳定度分级法。先按太阳高度角和云量确定太阳稳定度分级法。先按太阳高度角和云量确定太阳 辐射等级，再由辐射等级和地面风速确定稳定度辐射等级，再由辐射等级和地面风速确定稳定度 级别。级别。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 (1)大气稳定度的分类方法 300)-cos(15tcoscossinsinarcsin 0 h 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 h h0 0太阳高度角太阳高度角 当地的地理纬度当地的地理纬度 当地的地理经度当地的地理经度 太

26、阳倾角太阳倾角 t t进行观测时的北京时间进行观测时的北京时间 u稳定度分类方法 u改进的改进的P PT T法法 （2）扩散参数的选取 GB/T 13201-91GB/T 13201-91规定，取样时间在规定，取样时间在3030分钟，扩散参分钟，扩散参 数可按下列原则取用：数可按下列原则取用： 平原地区和城市远郊区，平原地区和城市远郊区，D D、E E、F F级向不稳定方级向不稳定方 向提半级。向提半级。 工业区和城市中心区，工业区和城市中心区，C C提至提至B B级，级，D D、E E、F F向不向不 稳定方向提一级。稳定方向提一级。 丘陵山区的农村或城市，同工业区。丘陵山区的农村或城市，同

27、工业区。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 （2）扩散参数的选取 uGB/T 13201-91GB/T 13201-91中规定，取样时间为中规定，取样时间为 0.50.5小时，扩小时，扩 散参数按以下幂函数表达式计算：散参数按以下幂函数表达式计算： 12 2 1 , aa yz xx 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 41 （3）污染物浓度与取样时间的关系 u当取样时间大于当取样时间大于 0.50.5小时，垂直方向的扩散小时，垂直方向的扩散 参数参数z z 不变，横向扩散参数按下式计算：不变，横向扩散参数按下式计算： q yy )( 1 2 12 第

28、四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 或或y 的回归指数的回归指数1不变，回归系数不变，回归系数1满足下式：满足下式： q )( 1 2 1121 uPG曲线的应用 u地面最大浓度估算地面最大浓度估算 H m ax | 2 c zxxz H z x m ax c x y x m ax C w由由和和 w由由曲曲 线线 （ 图图 4-5） 反反 查查 出出 w由由曲曲 线线 （ 图图 4 4- -4 4） 查查 w由由 式式 （ 4 4- -1 10 0） 求求 出出 y H m ax | 2 c zxxz H z x m ax c x y x m ax C w由由和和 w由由曲

29、曲 线线 （ 图图 4-5） 反反 查查 出出 w由由曲曲 线线 （ 图图 4 4- -4 4） 查查 w由由 式式 （ 4 4- -1 10 0） 求求 出出 y y z eHu Q 2 2 max(4-10)(4-10) 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 例例4-34-3 某城市火电厂的烟囱高某城市火电厂的烟囱高100 m100 m，出口内，出口内 径径 5 m5 m。出口烟气流速。出口烟气流速 12.7 m/s12.7 m/s， 温度温度 140 140 ， 流量流量 250 m250 m3 3/s/s。烟囱出口处的平均风速。烟囱出口处的平均风速 4 m/s4 m/

30、s，大，大 气温度气温度 20 20 ，当地气压，当地气压 978.4 hPa978.4 hPa。烟气排出的。烟气排出的 SOSO2 2 速率为 速率为 150 g/s150 g/s，时，试计算阴天的白天，时，试计算阴天的白天SOSO2 2 的的 最大地面浓度及其出现的距离。最大地面浓度及其出现的距离。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 例例4-4 4-4 某工厂位于城市远郊区，锅炉烟囱高度某工厂位于城市远郊区，锅炉烟囱高度 为为 85 m85 m，烟气流量为，烟气流量为 244800 m244800 m3 3/h/h， SOSO2 2 排放率为排放率为 50 g/s50

31、 g/s。烟囱出口高度处的平均风速。烟囱出口高度处的平均风速 4.0 m/s4.0 m/s，当地，当地 气压力为气压力为 813 hPa813 hPa，环境气温为，环境气温为 20 20 。试计算。试计算7 7月月1515 日晴天日晴天1212时的地面轴线浓度分布情况。计算范围从距时的地面轴线浓度分布情况。计算范围从距 离烟囱离烟囱 500 m 500 m 起，间隔起，间隔 500 m500 m，计算到下风向，计算到下风向4000 m 4000 m 止（当地纬度止（当地纬度= 24= 243030，经度，经度= 102= 1022020）。）。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估

32、算模式 一、封闭型扩散模式 有上部逆温的扩散也称有上部逆温的扩散也称“封闭型封闭型”扩散。扩散。 若将扩散到逆温层中的污染物忽略不计，把逆若将扩散到逆温层中的污染物忽略不计，把逆 温层底看成是和地面一样能起全反射作用的镜面。温层底看成是和地面一样能起全反射作用的镜面。 这样，污染物就在地面和逆温层底两个镜面的全反这样，污染物就在地面和逆温层底两个镜面的全反 射作用下进行扩散，其浓度分布可用像源法处理。射作用下进行扩散，其浓度分布可用像源法处理。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 一、封闭型扩散模式一、封闭型扩散模式 污染源在两镜面上形成的污染源在两镜面上形成的 像不止一个

33、，而是无穷多个像不止一个，而是无穷多个 像对。污染物的浓度可看成像对。污染物的浓度可看成 是实源和无穷多对像源贡献是实源和无穷多对像源贡献 之和。地面轴线上的污染物之和。地面轴线上的污染物 浓度可表示为：浓度可表示为： 2 2 2 2 2 00 zzy nDH u Q x )( exp),( （1）当）当x xD时：时： xD为烟流垂直扩散高度刚好到达逆温层底时的水为烟流垂直扩散高度刚好到达逆温层底时的水 平距离。在平距离。在 xxD时，烟流扩散尚未受到上部逆温层时，烟流扩散尚未受到上部逆温层 的影响，其浓度仍可按一般扩散模式估算。其中：的影响，其浓度仍可按一般扩散模式估算。其中： 152.

34、HD z 按上式求出按上式求出z 后，确定该值对应的下风距离后，确定该值对应的下风距离x， 此此 x 值即为值即为 xD D。最后计算出污染物浓度。最后计算出污染物浓度。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 （2）当）当x 2xD时：时： 当当 x 2 xD时，烟流经过两界面的多次反射，达到时，烟流经过两界面的多次反射，达到 某一距离某一距离 x 后，在垂直方向的浓度分布将渐趋均匀。后，在垂直方向的浓度分布将渐趋均匀。 一般认为，一般认为， x 2 xD 时，垂直方向污染物的浓度可达均时，垂直方向污染物的浓度可达均 匀，但匀，但 y 方向的浓度分布仍为正态分布，且仍符合扩方

35、向的浓度分布仍为正态分布，且仍符合扩 散的连续性条件，浓度计算式为：散的连续性条件，浓度计算式为： )exp(),( y y y Du Q yx 2 2 2 2 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 （3）当）当2 xD x xD时：时： 污染物浓度在的变化较为复杂。可取污染物浓度在的变化较为复杂。可取x =xD 和和 x = 2xD 两点浓度的内插值。两点浓度的内插值。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 例例4-54-5 某电厂烟囱有效高度为某电厂烟囱有效高度为150 m150 m， SOSO2 2 的排放量为的排放量为 151 g/s151 g/s。

36、在夏季晴朗的下午，地面风。在夏季晴朗的下午，地面风 速为速为 4 m/s4 m/s。由于上部锋面逆温将使垂直混合限制。由于上部锋面逆温将使垂直混合限制 在在1.5 km 1.5 km 以内。试估算正下风向以内。试估算正下风向 3 km 3 km 和和 11 km 11 km 处的处的SOSO2 2 浓度。浓度。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 当夜间发生辐射逆温，清晨太阳升起后，逆温从当夜间发生辐射逆温，清晨太阳升起后，逆温从 地面开始向上破坏。当逆温破坏到烟流下边缘以上高地面开始向上破坏。当逆温破坏到烟流下边缘以上高 度时，便发生了强烈的向下混合过程，使地面的污染度时

37、，便发生了强烈的向下混合过程，使地面的污染 物浓度增大。这个过程称为熏烟（或漫烟）过程。物浓度增大。这个过程称为熏烟（或漫烟）过程。 估算熏烟条件下污染物的地面浓度，需考虑烟流估算熏烟条件下污染物的地面浓度，需考虑烟流 与逆温层底的相对位置。与逆温层底的相对位置。 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 hf 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 假设烟流是排入稳定层内的假设烟流是排入稳定层内的 （1）当逆温层消失到高度当逆温层消失到高度 hf f 时， 时，在高度在高度 hf f 以下，以下， 浓度的垂直分布是均匀的，可按下式估算污染物浓度：浓度的垂直分布是

38、均匀的，可按下式估算污染物浓度： ) 2 (exp 2 d) 2 1 (exp 2 1 ), 0 ,( 2 2 2 yfyff p y hu ppQ Hx,y 8152 15152 H tgH y y yf . . 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 2 2 ( , ,0,)exp() 22 2 F yf fyf Qy x yH uh （2 2）逆温层消失到烟囱的有效高度处，即）逆温层消失到烟囱的有效高度处，即 hf = H 时时，可认为烟流的一半向下混合，另一半仍留在上面，可认为烟流的一半向下混合，另一半仍留在上面 的稳定大气中。污染物浓度可按下式进行估算：的稳定大气中。

39、污染物浓度可按下式进行估算： 2 2 ( , ,0,)exp() 22 F yf fyf Qy x yH uh （3 3）逆温层消失到烟流上边缘，即）逆温层消失到烟流上边缘，即 h hf f = = H H + 2 + 2z z 时，可以认为烟流全部向下混合，地面熏烟浓度将达时，可以认为烟流全部向下混合，地面熏烟浓度将达 到极大值：到极大值： （4 4） 逆温消失到逆温消失到 H + 2 + 2z 时，熏烟过程不复存在。时，熏烟过程不复存在。 例例4-64-6 某电厂烟囱有效高度为某电厂烟囱有效高度为150 m150 m， SOSO2 2 的排放量为的排放量为 151 g/s151 g/s。夜

40、间和上午地面风速为。夜间和上午地面风速为 4 4 m/sm/s，夜间云量，夜间云量 3/103/10。若清晨烟流全部发生熏烟现。若清晨烟流全部发生熏烟现 象，试确定下风向象，试确定下风向 16 km 16 km 处的地面轴线浓度。处的地面轴线浓度。 一一. . 城市大气扩散模式城市大气扩散模式 1. 1. 线源扩散模式线源扩散模式 在较长街道或公路上行驶的车辆密度，足以在道路在较长街道或公路上行驶的车辆密度，足以在道路 两侧形成连续稳定浓度场的线源，称为无限长线源。两侧形成连续稳定浓度场的线源，称为无限长线源。 在街道上行驶的车辆密度，只能在街道两侧形成在街道上行驶的车辆密度，只能在街道两侧形

41、成断断 续续稳定浓度场的线源，称为有限长线源。稳定浓度场的线源，称为有限长线源。 1. 1. 线源扩散模式线源扩散模式 22 2 ( , ,0,)exp()exp() 22 L zyyz QHy x yHdy u 2 2 2 ( ,0,0,)exp() 22sin L z z QH xH u （1 1）无限长线源扩散模式）无限长线源扩散模式 当风向与线源相垂直时当风向与线源相垂直时 当风向和线源不垂直时当风向和线源不垂直时 （交角（交角 45o） )(),( z 2 L HQ Hx 2 exp sin2 2 00 2 1. 1. 线源扩散模式线源扩散模式 （1 1）有限长线源扩散模式）有限长线

42、源扩散模式 在估算有限长线源造成的污染物浓度时，必须考在估算有限长线源造成的污染物浓度时，必须考 虑线源末端引起的虑线源末端引起的“边缘效应边缘效应” ” 。对于横风有限长线。对于横风有限长线 源，取通过所关心的接受点的平均风向为源，取通过所关心的接受点的平均风向为x轴。线源的轴。线源的 范围从范围从y1 1延伸到延伸到y2 2，且，且y1 1y2。有限长线源的扩散模式：。有限长线源的扩散模式： 2 1 22 21 ( ,0,0,)exp()exp() 2222 P L P z z QHP xHdP u 上式中上式中p p1 1= y= y1 1/y y， p p2 2 = y = y2 2/

43、y y。 数量众多、分布面广、排放高度低的污染源，数量众多、分布面广、排放高度低的污染源， 可以作为面源处理。可以作为面源处理。 Du Q x n 箱模式箱模式：假定污染物浓度在混合层内均匀分布：假定污染物浓度在混合层内均匀分布 2. 2. 面源扩散模式面源扩散模式 污染物浓度在混合层内是均匀的污染物浓度在混合层内是均匀的 污染物浓度在混合层内不均匀污染物浓度在混合层内不均匀 n 1iDu Q x i 2.2.面源扩散模式面源扩散模式 u 简化为点源的面源扩散模式简化为点源的面源扩散模式 将城市中众多的低矮污染源依一定方式划分为若将城市中众多的低矮污染源依一定方式划分为若 干小方格，每个方格内

44、的源强为小方格内所有源强的和干小方格，每个方格内的源强为小方格内所有源强的和 除以方格的面积。除以方格的面积。 2.2.面源扩散模式面源扩散模式 u 简化为点源的面源扩散模式简化为点源的面源扩散模式 假设面源单元与上风向某一虚拟点源造成的污染等效。假设面源单元与上风向某一虚拟点源造成的污染等效。 当虚拟点源的烟流扩散到面源单元中心时，其烟流的宽度等当虚拟点源的烟流扩散到面源单元中心时，其烟流的宽度等 于面源单元的宽度，其厚度等于面源单元的高度。相当于在于面源单元的宽度，其厚度等于面源单元的高度。相当于在 点源公式中增加了一个初始扩散参数。地面浓度计算公式：点源公式中增加了一个初始扩散参数。地面

45、浓度计算公式： 12 22 22 0000 00 0 1/ 1/ 0 00 12 1 ( , ,0,)exp 2 ()()()() , 4.32.15 (), () yyzzyyzz yz y z yz QyH x yH u WH xx u 窄烟流模式窄烟流模式 某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源 强，上风向两侧单元对其影响很小强，上风向两侧单元对其影响很小 某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强 决定决定 2. 2. 面源扩散模式面源扩散模式 u Q A 0 对风向稳定、研究尺度不大、地形相对较为

46、开对风向稳定、研究尺度不大、地形相对较为开 阔及起伏不很大的地区，相当多的实验数据基本上阔及起伏不很大的地区，相当多的实验数据基本上 还是遵循正态分布规律。在这样的地区，仍可使用还是遵循正态分布规律。在这样的地区，仍可使用 平原地区的高斯扩散模式。但扩散参数应取平原地区的高斯扩散模式。但扩散参数应取向不稳向不稳 定方向提级定方向提级后的扩散参数。后的扩散参数。 二二. . 山区扩散模式山区扩散模式 1. 1. 封闭山谷中的扩散模式封闭山谷中的扩散模式 在狭长山谷中，由于峡谷两壁的多次反射，可在狭长山谷中，由于峡谷两壁的多次反射，可 以认为在距离污染源一段距离后，污染物在横向近以认为在距离污染源

47、一段距离后，污染物在横向近 似为均匀分布，但在垂直方向上仍为正态分布。似为均匀分布，但在垂直方向上仍为正态分布。 二二. . 山区扩散模式山区扩散模式 1. 1. 封闭山谷中的扩散模式封闭山谷中的扩散模式 扩散模式：扩散模式： ) 2 ( 2 2 )( 2 2 z z z wu Q x,z 地面浓度模式：地面浓度模式： z wu Q x, 2 2 0)( 高架源模式高架源模式 2 )( exp 2 )( exp 2 2 ),( 2 2 2 2 zzz Hz Hz wu Q Hx,z 1. 1. 封闭山谷中的扩散模式封闭山谷中的扩散模式 在烟流开始扩散的一段距离内，污染物在横向的在烟流开始扩散的

48、一段距离内，污染物在横向的 扩散尚未达到均匀，这时应考虑横向扩散的影响。当扩散尚未达到均匀，这时应考虑横向扩散的影响。当 达到一定距离后，可以认为污染物在横向的扩散达到达到一定距离后，可以认为污染物在横向的扩散达到 了均匀分布。这个距离与谷宽了均匀分布。这个距离与谷宽 W W 有关，其关系为：有关，其关系为： 3 . 4 w y 根据大气稳定度和根据大气稳定度和y y 值，可确定相应的值，可确定相应的 x 值。值。 此距离可认为是扩散开始受峡谷两侧壁影响的距离。此距离可认为是扩散开始受峡谷两侧壁影响的距离。 2. NOAA 2. NOAA 和和 EPA EPA 模式模式 美国国家海洋和大气局（

49、美国国家海洋和大气局（NOAANOAA）分析了高架点源烟）分析了高架点源烟 流受到起伏地形的影响后，提出了以高斯模式为基础的流受到起伏地形的影响后，提出了以高斯模式为基础的 计算模式，仅对有效源高作了修正。计算模式，仅对有效源高作了修正。 美国国家环保局（美国国家环保局（EPAEPA）提出的模式，在稳定度分）提出的模式，在稳定度分 类、扩散参数选取和浓度计算公式方面与类、扩散参数选取和浓度计算公式方面与NOAANOAA相同，不相同，不 同之处是同之处是对所有稳定度级别都作了地形高度修正对所有稳定度级别都作了地形高度修正。 3. ERT 3. ERT 模式模式 环境技术研究有限公司（环境技术研究

50、有限公司（ERTERT）提出的模式，仍然）提出的模式，仍然 利用高斯模式，只对有效源高作了修正。利用高斯模式，只对有效源高作了修正。 69 一个区域的大气环境质量主要取决于该区域大气污染一个区域的大气环境质量主要取决于该区域大气污染 物的排放总量、污染源的分布和源高、大气扩散能力等。物的排放总量、污染源的分布和源高、大气扩散能力等。 大气环境容量是指某区域自然环境空气对某种大气污大气环境容量是指某区域自然环境空气对某种大气污 染物的容许承受量或负荷量，其主要取决于该区域面积及染物的容许承受量或负荷量，其主要取决于该区域面积及 其与风向垂直方向上的宽度、混合层高度、风速等。其与风向垂直方向上的宽

51、度、混合层高度、风速等。 制定地方大气污染物排放标准的技术方法制定地方大气污染物排放标准的技术方法中给出中给出 了区域污染物允许排放总量限值和点源允许排放总量限值了区域污染物允许排放总量限值和点源允许排放总量限值 的计算方法。的计算方法。 第六节第六节 区域大气环境质量模型区域大气环境质量模型 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 70 一、箱式大气环境质量模型一、箱式大气环境质量模型 在估算大气污染物的浓度时，把所研究的区域看在估算大气污染物的浓度时，把所研究的区域看 作是作是“箱子箱子”的底，箱子的高度就是该区域的混合层的底，箱子的高度就是该区域的混合层 高度，而污染物浓

52、度在箱子内处处相等。高度，而污染物浓度在箱子内处处相等。 箱式大气环境质量模型分为单箱模型和多箱模型箱式大气环境质量模型分为单箱模型和多箱模型 第六节第六节 区域大气环境质量模型区域大气环境质量模型 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 71 一、箱式大气环境质量模型一、箱式大气环境质量模型 单箱模型单箱模型 根据整个箱子大气污染物的输入和输出量，可以写出根据整个箱子大气污染物的输入和输出量，可以写出 大气污染物的质量守恒方程：大气污染物的质量守恒方程： lbhKlbQbhulbh dt d b )( 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 如果大气污染物的衰

53、减可以忽略，可以得到其解析解如果大气污染物的衰减可以忽略，可以得到其解析解 )( l t u b el hu Ql （4-664-66） 72 一、箱式大气环境质量模型一、箱式大气环境质量模型 单箱模型单箱模型 当时间当时间 t 很长时，箱体内的大气污染物浓度随时间的变很长时，箱体内的大气污染物浓度随时间的变 化趋于稳定，这时大气污染物的浓度称为平衡浓度：化趋于稳定，这时大气污染物的浓度称为平衡浓度： hu Ql bp 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 如果大气污染物的衰减不能忽略，可以得到：如果大气污染物的衰减不能忽略，可以得到： （4-684-68） )(exp /

54、/ tK l u Klu KhQ b b 1 （4-674-67） 73 二、多源大气环境质量模型二、多源大气环境质量模型 区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度与区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度与 各污染源对该点浓度的贡献值之和：各污染源对该点浓度的贡献值之和： ),(),( nnnb yyxxyx 0 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 F 叠加计算时应注意坐标变换叠加计算时应注意坐标变换 （4-704-70） 74 三、三、制定地方大气污染物排放标准的技术方法制定地方大气污染物排放标准的技术方法 中排放总量限值的计算方法中排放总量限值的计算方法 （1）总

55、量控制区内气态污染物排放总量的计算方法）总量控制区内气态污染物排放总量的计算方法 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 （4-714-71） n i akiak QQ 1 75 三、三、制定地方大气污染物排放标准的技术方法制定地方大气污染物排放标准的技术方法 中排放总量限值的计算方法中排放总量限值的计算方法 （2 2）总量控制区）总量控制区SOSO2 2排放标准制定方法排放标准制定方法 SOSO2 2排放率超过排放率超过14kg/h14kg/h时，排气筒高度必须大于时，排气筒高度必须大于30m30m。 SOSO2 2 年允许排放量按（年允许排放量按（4-714-71）（4-7

56、44-74）计算。）计算。 采暖期采暖期SOSO2 2排放总量限值和低架源排放总量限值和低架源SOSO2 2排放总量限值分别排放总量限值分别 按下式计算：按下式计算： aiswai Q M Q 12 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 （4-814-81） aiswai Q M Q 12 （4-824-82） 76 三、三、制定地方大气污染物排放标准的技术方制定地方大气污染物排放标准的技术方 法法中排放总量限值的计算方法中排放总量限值的计算方法 2 2、烟尘排放标准的制定方法、烟尘排放标准的制定方法 烟尘是指火电厂烟尘、锅炉烟尘和生产性粉尘烟尘是指火电厂烟尘、锅炉烟尘和生产

57、性粉尘 等。点源烟尘排放率计算式：等。点源烟尘排放率计算式： Qe=PeH210-6 （4-83） 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 烟囱不单是排气装置，也是控制空气污染、保烟囱不单是排气装置，也是控制空气污染、保 护环境的重要设备。烟囱高度、出口直径、烟流出护环境的重要设备。烟囱高度、出口直径、烟流出 口速度等工艺参数应满足减少对地面污染的需要。口速度等工艺参数应满足减少对地面污染的需要。 设计烟囱高度的基本原则是既要保证排放物造成的设计烟囱高度的基本原则是既要保证排放物造成的 地面最大浓度或地面绝对最大浓度不超过国家大气地面最大浓度或地面绝对最大浓度不超过国家大气 质

58、量标准，又应做到投资最省。质量标准，又应做到投资最省。 第七节第七节 烟囱高度的设计烟囱高度的设计 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 一、烟囱高度计算一、烟囱高度计算 烟囱高度的计算方法，目前应用最普遍的是按高烟囱高度的计算方法，目前应用最普遍的是按高 斯模式的简化公式。由于对地面浓度的要求不同，斯模式的简化公式。由于对地面浓度的要求不同，烟烟 囱高度的计算方法有四种：囱高度的计算方法有四种： 按地面最大浓度的计算方法；按地面最大浓度的计算方法； 按地面绝对最大浓度的计算方法。按地面绝对最大浓度的计算方法。 (3) (3) 按一定保证率的计算法；按一定保证率的计算法； (

59、4) (4) P P 值法。值法。 第六节第六节 烟囱高度的设计烟囱高度的设计 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 一、烟囱高度计算一、烟囱高度计算 1. 按地面最大浓度的计算方法按地面最大浓度的计算方法 按保证污染物的地面最大浓度不超过国家按保证污染物的地面最大浓度不超过国家环境环境 质量质量标准的浓度限值来确定烟囱高度。设标准的浓度限值来确定烟囱高度。设0 0 为国为国 家标准规定的浓度限值，家标准规定的浓度限值，b b 为环境本底浓度，按 为环境本底浓度，按 保证保证 max max + + b b 0 0 来计算烟囱高度，则有：来计算烟囱高度，则有： H ue Q

60、H y z b s )( 0 2 第四章第四章 大气扩散浓度估算模式大气扩散浓度估算模式 一、烟囱高度计算一、烟囱高度计算 2. 按地面绝对最大浓度的计算方法按地面绝对最大浓度的计算方法 由于水平风速会影响烟气抬升高度。因此，当地面风由于水平风速会影响烟气抬升高度。因此，当地面风 速发生改变时，会在某一风速下出现地面浓度的极大值速发生改变时，会在某一风速下出现地面浓度的极大值 ，称为地面绝对最大浓度，以，称为地面绝对最大浓度，以absm absm 表示。按保证 表示。按保证 absm absm + + b b 0 0 来计算烟囱高度，则有：来计算烟囱高度，则有： y z eB2 s H ) )