大气污染扩散ppt课件

1、 大气污染分散及浓度估算方式第一节 大气污染分散过程 边境层大气是由大小不同的湍涡构成的，每个湍涡都有一定的运动速度和方向。一个大湍涡包含着很多较小的湍涡，而较小的湍涡又包含着很多更小的湍涡。这样湍涡套着湍涡构成了大气的湍流运动。 大气中几乎时时处处存在着各种尺度的湍流运动。在近地面气流直接受下垫面的影响，湍流运动尤为猛烈，因此呵斥气体各部分之间的剧烈混合。此时只需在流场中存在或出现某种属性如动量风速、热量温度、水汽湿度等的不均匀，就会因气体的湍流混合和交换作用将这种属性从它的高值区向低值区传输进展再分配。这种湍流混合和交换的结果呵斥污染物质从高浓度区向低浓度区保送，使它们逐渐被分散、稀释，我

2、们称这样的过程为大气污染分散过程。下面图41表示一个烟团在大小不同的湍涡中的分散情况。一个烟团在大小不同的湍涡中的分散情况。a表示烟团处于比它尺度小的湍涡之中，烟团一方面随风向下风方向飘动，同时由于湍涡的搅拌边缘不断与周围空气混合，缓慢的膨胀，同时烟团浓度不断地降低。b表示一个比烟团大的湍涡对分散的作用，这时烟团主要被湍涡运动所挟带，本身增长不大。 c表示尺度与烟团大小相仿的湍流作用。这时，烟团被湍涡拉开撕裂而变形。这是一种比较快的分散过程。 从运用角度研讨大气污染分散，就是找出不同气候条件下，污染物在大气中的搬运规律，以求最大限制地减低空气污染的程度。利用这些规律可以处理下述一些问题： 根据

3、当地气候条件，对工艺设备的设计和规划提出合理建议，预防能够呵斥的污染； 根据大气质量规范和当地大气的分散才干，提出排放规范排放量和排放高度； 进展污染气候条件的预告污染潜势预告，防止能够发生的严重污染事件。 第二节 延续点源高斯分散方式 空气污染的构成和危害程度是以空气污染物的作用于受污染体的浓度和时间决议的。因此，虽然详细的空气污染问题多种多样，各不一样，但都必需处理一个根本问题，就是要正确推断各种条件下污染浓度的分布及其随时间的变化。 高斯分散方式一个延续点源小尺度10km分散方式高斯分散方式。 高斯分散方式是在假设污染物的浓度为正态分布的前提下导出的。经过大量的小尺度分散实验，特别是在平

4、原和比较平坦地域的实验阐明，污染物质在大气中的分散，其浓度分布根本接近正态分布。 由湍流分散梯度保送实际建立起来的分散方程，在分散系数为常数假定下，也可得到污染物浓度为正态分布方式的解。 由湍流研讨的统计实际出发，在平稳和均匀湍流的假定下，也可以证明分散粒子位移的概念服从正态分布。、无界条件下的高斯方式假设排放源处于一个无界的、流场均匀的空间。这时我们以源为坐标原点，取x轴指向平均风速方向，以垂直于地面的方向为垂直向即z轴，那么y向称为横向。图42是延续高架点源无界a与有界b坐标表示图。 在烟流横向和垂直向浓度为正态分布条件下，其空间分布可写成：式中C(x，y，z)表示在空间某点x，y，z某一

5、时段的平均浓度，Ax表示烟流中心轴线浓度。当yZO时，那么有下式： Cx，0，0= Ax 式中y和z分别表示此段时间内横向和垂直向浓度分布的规范差，即这两个方向的分散参数。分散参数是估算污染浓度最重要的参数之一。、无界条件下的高斯方式根据质量守恒原理，在恣意一个与x轴垂直的烟流截面上取一个小面元dydz，单位时间经过小面元的污染物质为CUdydz，根据延续性原理，单位时间经过整个截面的污染物应该等于源的排放量，即源强Q：将4.1式代入4.2式并进展积分有：其中U是常数，AAx与y、Z无关，最后可得到：把43代回到41那么可得到无界空间延续高架点源的高斯分散公式：二、有界条件下的高斯方式设源高为

6、H，以源所在地面的投影作为坐标原点，x轴仍指向平均风速方向如图42b图所示。这时空间某一点Px，y，z的浓度可看成是两部分浓度的叠加：一部分相当于无界时P点具有的浓度，另一部分是由于地面反射作用添加的浓度。这相当于不存在地面时位置在0，0，H的实源在P点呵斥的浓度以及因地面反射呵斥的相当于位置在0，0，H的“虚源在P点呵斥的浓度之和，如图43所示。实源的奉献是：实源的奉献是： 虚源的奉献是： 所以Px，y，z点的浓度为：式中Cx，y，Z，H为有效源高H的源在点Px，y，z处呵斥的浓度mgm3，Q为源强mgs，U为源高处平均风速ms， y ，z分别为横向、垂直向分散参数m。 公式45是估算高架点

7、源浓度分布常用的根本方式。需求阐明的是方式中的H是指有效源高，有关有效源高的问题将在下面进展专门讨论。式中平均风速是指烟云分散范围内的平均风速，通常可简单地取排放面高度处的风速。三、几个常用的大气分散方式1高架延续点源：a地面浓度Cx、y、o、H： b地面轴线浓度Cx、o、o、H： (c地面最大浓度及出现位置： 假设z/y的值不随下风向间隔x变化，可以推得高架源地面最大浓度为： 而且最大值出如今满足以下关系的间隔上： 当分散参数表示成幂函数方式时 那么地面最大浓度出现间隔为： 2地面延续点源 a地面浓度Cx,y,0，0： b地面轴线浓度Cx,0,0，0： 高斯方式是运用得比较广泛的大气分散方式

8、。它适用的条件有以下几方面： 下垫面开阔、平坦、性质均匀。 分散物质在分散过程中不发生衰减，分散物质与空气没有相对运动，地面对污染物起全反射作用。 平均流场平直、稳定，平均风向和风速无显著的时间变化，平均风速通常要大于12米秒。 分散过程是在同一种温度层结的气层中进展的。 主要适用于小尺度分散过程，以不超越1020公里为宜。 但目前高斯方式的运用已实践上超出了上述范围。在某些特殊条件下，开展了一些变型方式。 第三节 分散参数的估计上述高斯分散中，欲计算出大气污染物浓度及其分布，那么必需知道源强Q、平均风速U，有效源高H和大气分散参数y和z。其中Q和U往往是经过丈量或由工程设计给出，于是问题归结

9、于如何给出有效源高和大气分散参数。下面我们首先讨论分散参数的估算方法。 分散参数y、z是下风向间隔x，大气稳定度、地面粗糙度等的函数。目前广泛运用确实定分散参数的方法是根据大量分散实验总结出来的阅历方法和阅历公式。 、PG分散曲线法 帕斯奎尔FPasquill在大量观测和研讨的根底上，选择地面风速、云高、云量和太阳辐射情况，把大气的分散稀释才干分为六个等级: A一极不稳定、B一不稳定、C一弱不稳定、D一中性、E一弱稳定、F一稳定。给出不同稳定度级别下的分散参数y、z随间隔x变化的曲线。见图44分散曲线。根据常规气候观测的地面风速、云量、云高及太阳辐射情况，利用表41帕斯奎尔稳定度级别划分表来确

10、定大气分散稳定度级别后，再利用图44分散曲线求出不同间隔上的y、z值，或见附表一帕斯圭尔曲线的y和z吨值。二、PG分散曲线的开展1特纳尔稳定度分类法D.B.Turner在PG分散曲线法中，大气层结稳定度的划分虽然简单，但比较粗糙，例如辐射强弱缺乏客观规范，客观性较强是用白天、夜间划分辐射，美国著名气候学家Turner于1964年提出根据太阳高度角和云高、云量确定辐射等级，然后参照地面风速划分隐定度的方法。其过程如下： 首先计算太阳高度角h0 h0arcsinsinsin+coscoscos15t+300 式中为当地的地理纬度；为太阳倾角也称赤纬，可查附表二得到； t为观测时的地方时。为当地经度

11、。 太阳高度角确定后，参照云量、云高利用下面表42确定太阳辐射等级。 根据太阳辐射等级和风速，利用下面表43确 定大气层结稳定度级别。 GB384083法 我国国家规范代号GB384083中，为了便于计算机计算，分散参数曲线用幂函数方式表示为：式中1、2，r1、r2是大气层结稳定度函数。对应于30分钟采样时间的1、2，r1、r2值可查附表三a、附表三b。 此规范中对大气分散稳定度级别的划分采用特纳尔法Turner，同时还思索下垫面情况对分散的影响，作了如下规定：平原地域的乡村及城市远郊区：A、B、C级稳定度直接由附表二a附表二b分散参数幂函数值查算。D、E、F级稳定度那么需求向不稳定方向提半级

12、后查算。 工业区的城区：A、B级不提，C级提到B级，D、E、F向不稳定方向提一级半，再按附表二a、b查算。 非工业区的城区：A、B级不提，C级提到BC级，D、E、F向不稳定方向提一级后查算。 丘陵山区的乡村或城市：其分散参数的选取方法同城市工业区。练习题1、求以下污染气体的浓度单位换算关系mg/m3ppm)在规范形状下：CO、O3、NO2、NO。2 大气中CO2的通量浓度为340ppm,问1Nm3空气中含CO2多少克？2、成人每次吸入的空气质量平均为500cm3,j假假设每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200g/m3，试计算每小时堆积于肺胞中的颗粒屋质量。知该颗粒物在肺胞中的 沉降系数为

13、0.12。4、据估计某平原城市远郊区熄灭的渣滓以每秒3克的速度向周围排放氢氧化物为主的的污染物。当时气候情况为：风速7m/s，夜间、阴天。请问此渣滓堆正下风向3km处的污染物浓度是多少？此间隔上偏离X轴线200m处浓度是多少？5、据估计某工/S业城市有 一石油精炼厂，其平均有效源高60m烟囱高30m排放SO2 80g/s.。当时气候情况为：风速6m/S,冬季、阴天、清晨八点。请问间隔此精炼厂下风向500 m处地面浓度是多少？第四节 延续线源、面源分散方式 、延续线源分散方式 处置汽车尾气分散问题，可以把一条忙碌的交通线看成是延续线源，按照高斯分散方式体系，其浓度场是组成线源的一切点源浓度奉献之

14、和，等于点源浓度公式沿着线源长度上的积分。对直线型的点源，可直接求出积分，得到计算线源浓度场的解析式；当线源外形很不规那么时，只能用数值求和的方法处理。 风向与线源垂直取x轴与风向平行，线源作为地面源的y轴上，坐标源点经过线源的中心，源长为2y。源强Q1，在线源上取dy0，那么dy在下风向浓度分布dc可用延续点源的高斯方式估算： 此线源呵斥的下风向浓度分布是一切点源浓度奉献之和，等于上式在线源长度上的积分：二风向与线源平行 仍取x轴与平均风向平行，这时，线源作为地面源的x轴上，设线源源长2x0，坐标原点与线源中心一致，线源源强为QL，在线源上取dx0，dx在下风向的浓度分布为：那么该线源在下风

15、向的浓度分布为 当X0时 离源间隔可见其浓度分布与顺风向位置无关。 三风向与线源成恣意交角 当风向与线源成恣意交角90，可用简单的内插方法估算。 CC垂直Sin2C平行cos2 416 这里引见的线源方式属于高斯分散方式体系，运用条件与高斯烟流方式一样。城市街道两侧高大建筑物会产生动力效应，上述线源方式不能用来计算街面和街道两侧浓度分布，必需开展适当的子方式来模拟城市街道和建筑物对分散的影响。另外，在公路附近，排放的污染物的初始分布尺度对污染浓度有很大影响，必需给分散参数加上适当的初始量以免对近间隔估计过高。二、延续面源分散方式 城市中还有低矮的大气排放源以及千家万户生活中的熄灭排放源，这些源

16、的特点是分布广而数量多，单个源源强不大，排放高度不高。在研讨城市大气污染问题时，常把它们归纳为面源来处置。一“箱方式 这是流行的一种气箱方式。其出发点是把污染物迁移变化的空间看成是一个或一些“气箱，研讨的是箱内平均浓度随时间的变化，而不是讨论箱内污染物浓度分布和变化的细节。 箱方式有单箱方式和多箱方式之分。这里，我们根据箱方式的根本出发点，作最简单的思索，把整个城市作为一个气箱，讨论箱内平均浓度的变化。根据质量守恒定律，单位时间内箱内污染物变化的量应等于单位时间内污染物排放量与单位时间内平流输出量之差。设城市顺风边长x，迎风边宽Y，混合层厚H，面源源强Q，混合层内平均风速，那么平衡方程为：当t

17、时，其平衡浓度可称为通风系数，它表示混合层内空气保送速率。 城市内汽车尾气分散也可以用简单箱方式处置，假设汽车排气均匀分布在街道“峡谷中，尼科尔森Nicholson，s，1975采用以下方式研讨过芝加哥法兰克福等城市的汽车排气中CO在街道中的分布： 1当风与街道平行时： 2当风与街道垂直时： 式中 C高度h以下整个街道中污染物浓度； QA源强，取决于汽车密度和速度； L有效街道长度； 平均风速； W屋顶部上举速度，它是屋顶上程度风速的函数。 箱方式虽然简单粗糙，作为污染浓度的概量估算，有其简单易行的优点；但假定整个气箱内浓度均匀分布的不合理性，往往使得地面浓度估计过低。二简化为点源或线源方式 1简化为点源 假设面源单元与正上风向某一虚点源呵斥的污染形状等效，此等效点源的烟云分散至面源单元时，在面源的中心处的宽度云宽2y等于面源的宽度L，在面源中处的厚度半云高Z0等于面源的平均高度H设等效点源至面源中心间隔上的分散参数