第五章大气污染与扩散.docx

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1、第五章大气污染集中第一节大气结构与气象.有效地防止大气污染的途径，除了采纳除尘及废气净扮装置 等各种工程技术手段外，还需充分采用大气的湍流混合作用对污染物 的集中稀释力量，即大气的自净力量。污染物从污染源排放到大气中 的集中过程及其危害程度，主要打算于气象因素，此外还与污染物的 特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。下面简要介绍大 气结构以及气象条件的一些基本概念。一、大气的结构气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外 层的界限难以确定。通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98. 2%集中在距离地球外表30km以下。超过120

2、0 km的范,由于空气极其淡薄，一般视为宇宙空间。自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。其中，纯洁干空气中的氧气、氮气和氧气三种主要成分的总和占空气 体积的99. 97%,它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变,为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的 含量比海上多，臭氧主要集中在5560km高空，水蒸气含量在4% 以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组 分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等临 时性的灾难排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化 物、碳氧化物为大气的不定的组分。考察一团在大气中做垂

3、直运动的干空气，假如干空气在运动中与四周空气不发生热量交换，那么称为绝热过程。当干气团垂直运动 在递减层结时，气团的温度变化与气压变化相反。假设气团的压力沿高 度发生显著变化，那么气温变化引起的气团内能变化与气压变化导致的 气团做功相当，此时可忽视气团与四周大气的热交换，视为绝热过程。 干气团绝热提升时，因四周气压减小而膨胀，消耗大局部内能对四周 大气做膨胀功，那么气团温度显著降低。干气团绝热下降时，因四周气 压增大被压缩，外界的压缩功大局部转化为气团的内能增量，气团温 度明显提升。干气团在绝热垂直运动过程中，升降单位距离(通常取100m)的温度变化值称为干空气温度的绝热垂直递减率，简称干绝热

4、直减率gd,即:(54)干气团在垂直升降过程中听从热力学第肯定律，即:(5 5)气团可视为抱负气体，并设气团的压力与四周大气的气压随时保 持平衡，在绝热过程中有dq=0,那么式(5-5)可改写为：dq = cydT + vdp = 0(5 6)气团的物理状态可用抱负气体状态方程来描述，即：pv = RT(5-7)pdv + vdp = RdT(5 8)由式(4-6),及式(4-8)可得：地二04.(5-9)式中.Cp一干空气比定压热容，cP=cv+R=1004 J/(kg K) o将式(5-1)带入式(5-9),并近似地视气团的密度r与 比体积v互为倒数，得：dT w= 1/100 dZ cp

5、(5-10)上式可见，在干绝热过程中，气团每提升或下降100 ID,温度约降低或提升1K,即gd为固定值，而气温直减率g那么随时间和空 间变化，这是两个不同的概念。四、大气的稳定度.大气稳定度大气稳定度是指大气中的某一气团在垂直方向上的稳定程度。一 团空气受到某种外力作用而产生提升或者下降运动，当运动到某一位 置时消退外力，此后气团的运动可能消失三种状况：气团仍旧连续 加速向前运动，这时的大气称为不稳定大气；气团不加速也不减速 而作匀速运动，或趋向停留在外力去除时所处的位置，这时的大气称 为中性大气；气团渐渐减速并有返回原先高度的趋势，这时的大气 称为稳定大气。设某一气团在外力作用下提升了一段

6、距离dz,在新位置的状 态参数为6、口及它四周大气的状态参数为p、r及T。消退外 力后，单位体积气团受到重力ng和浮升力rg的共同作用，产生垂 直方向的升力(rri) g,其加速度为:(5 ._P-PiPi11)假定移动过程中气团的压力与四周大气的气压随时保持平衡，即 Pi=P,那么由状态方程可得nTi=rT,代入上式那么得(5-12)(5-12)上式可见，在新位置上，T,那么a0,即气团的温度大于四周 大气温度时，气团仍旧加速，说明大气是不稳定的；假设RVT,那么a 0的区域，当ggd时，a0,气团加速，大气为不稳定；当8=8l1时，a=0,大气为中性；当gVgd时，aVO,气团减速，大气为

7、弱稳定，而消失等温层结与逆温层结时，即gWO,那么大气处于强稳定状态，图56为大气稳定度分析图。分析可见，干绝热直减率gd=lK/100m可作为大气稳定性的判据，可用当地实际气层的g与其比拟，以此推断大气的稳定 度。大气稳定度对污染物在大气中的集中有很大影响。大气越不 稳定，污染物的集中速率就越快；反之，那么越慢。1 .大气稳定度的分类大气稳定度与天气现象、时空尺度及地理条件亲密相关，其级别 的精确划分特别困难。目前国内外对大气稳定度的分类方法已多达10余种，应用较广泛的有帕斯奎尔(Pasquill)法和特纳 尔(Tsner)法。帕斯奎尔法用地面风速(距离地面高度10m)、白天的 太阳辐射状况

8、(分为强、中、弱、阴天等)或夜间云量的大小将稳定 度分为AF六个级别，如表5 1所示。表5 1大气稳定度等级地面风速（距地面 10m 处）/m *s-1白天太阳辐射阴天的 白天或 夜间有云的夜间强中弱薄云遮天或低云25/10云量W4/106DDDDDD帕斯奎尔法虽然可以采用常规气象资料确定大气稳定度等级，简洁易行，应用便利，但这种方法没有准确地描述太阳的辐射强度，云量确实定也不精确 充。,较为粗略，为此特纳尔作了改进与补特纳尔方法首先依据某地、某时及太阳倾角的太阳高度即 和云量（全天空为10分制），确定太阳辐射等级，再由太阳的辐射等 级和距地面高度10m的平均风速确定大气稳定度的级别。我们我国

9、采 纳特纳尔方法，太阳高度角即可按下式计算：=arc sin sin 0sin 5 + cos9 cos 3 cos+ 2 - 300)(5-14)式中. j、1一分别为当地地理纬度、经度，（ ）;t一观测时的北京时间，h；d太阳倾角（赤纬），（ ）,其概略值查阅表52。月份123456789101112上-56172222177一5旬22151522中1-210192321143-8旬21121823下9213232319111旬19122123概略值表5-2太阳倾角(赤纬) d/ ( ).我们我国提出的太阳辐射等级见表53,表中总云量和低云 量由地方气象观测资料确定。大气稳定度等级见表54

10、,表中地面 平均风速指离地面10m高度处lOmin的平均风速。表5-3太阳辐射等级(中国)总云量/低 云量夜间太阳高度角0J ( ).叫15。15 %W3535 %W65。65W4/W4-21+ 1+2+357/W410+ 1+2+328/W4100+1+125/5 70000+128/2800000表54大气稳定度等级地面平均风速/m s-1太阳辐射等级+3+2+ 10-1-2W1.9AABBDEF22. 9ABBCDEF3 4. 9BBCCDDE5 5. 9CCDDDDD26CDDDDD其次节大气污染物的集中一、湍流与湍流集中理论图57烟团在大气中的扩散()无瀚流；b)小超济中的斓团1(。

11、)W1涡尺，接近的朋；(d)火)玳中的烟困1 .湍流低层大气中的风向是不断地变化，上下左右消 失摇摆；同时，风速也是时强时弱，形成快速的 阵风起伏。风的这种强度与方向随时间不规章的 变化形成的空气运动称为大气湍流。湍流运动是 由很多结构紧密的流体微团一一湍涡组成，其特 征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍旧遵循 肯定的规律。大气湍流的流淌特征尺度一般取离地面的高度，比流体 在管道内流淌时要大得多，湍涡的大小及其进展基本不受空间的限 制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而到达湍流状 态。所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气 流受下垫面影响，湍流运

12、动更为猛烈。大气湍流造成流场各局部猛烈 混合，能使局部的污染气体或微粒快速集中。烟团在大气的湍流混合 作用下，由湍涡不断把烟气推向四周空气中，同时又将四周的空气卷 入烟团，从而形成烟气的快速集中稀释过程。烟气在大气中的集中特征取决于是否存在湍流以及湍涡的尺度 (直径)，如图57所示。图57 (a)为无湍流时，烟团仅仅依靠分子集中使烟团长大，烟团的集中速率特别缓慢，其集中速率比湍流 集中小56个数量级；图57 (b)为烟团在远小于其尺度的湍涡 中集中，由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，渐渐与周边空气混合而缓 慢膨胀，浓度渐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图57 (c)为烟团在与其尺度接近的湍涡中集

13、中，在湍涡的切入卷出作用下烟团 被快速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而集中较快，烟流呈 小摆幅曲线向下风运动；图5 7 (d)为烟团在远大于其尺度的湍涡 中集中，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团 在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。实际上烟云的集中过程通常不是仅由上述单一状况所完成，由于大气中同时并存的湍涡具 有各种不同的尺度。依据湍流的形成与进展趋势，大气湍流可分为机械湍流和热力湍流两种形式。机械湍流是因地面的摩擦力使风在垂直方向产生速 度梯度，或者由于地面障碍物（如山丘、树木与建筑物等）导致风向与 风速的突然转变而造成的。热力湍流主要是由于地表受热不匀称，或

14、 因大气温度层结不稳定，在垂直方向产生温度梯度而造成的。一般近 地面的大气湍流总是机械湍流和热力湍流的共同作用，其进展、结构 特征及强弱打算于风速的大小、地面障碍物形成的粗糙度和低层大气 的温度层结状况。2 .湍流集中与正态分布的基本理论气体污染物进入大气后,气体污染物进入大气后,随大气整体飘移，同时由于湍流混合，使污染物从高浓度区向低浓度区集中稀释，其集中程度取决于大 气湍流的强度。大气污染的形成及其危害程度在于有害物质的浓度及 其持续时间，大气集中理论就是用数理方法来模拟各种大气污染源在 肯定条件下的集中稀释过程，用数学模型计算和预报大气污染物浓度 的时空变化规律。争论物质在大气湍流场中的

15、集中理论主要有三种：梯度输送理论、 相像理论和统计理论。针对不同的原理和争论对象，形成了不同形式 的大气集中数学模型。由于数学模型建立时作了一些假设，以及考虑 气象条件和地形地貌对污染物在大气中集中的影响而引入的阅历系 数，目前的各种数学模式都有较大的局限性，应用较多的是采纳湍流 统计理论体系的高斯集中模式。图5-8所示为采纳统计学方法争论污染物在湍流大气中的集中 模型。假定从原点释放出一个粒子在稳定匀称的湍流大气中飘移集 中，平均风向与x轴同向。湍流统计理论认为，由于存在湍流脉动作 用，粒子在各方向（如图中y方向）的脉动速度随时间而变化，因而 粒子的运动轨迹也随之变化。假设平均时间间隔足够长

16、，那么速度脉动值 的代数和为零。假如从原点释放出很多粒子，经过一段时间T之后,yy图58湍流扩散模型/0)=-00 x 0)(5这些粒子的浓度趋于一个稳定的统计分布。湍流集 中理论(K理论)和统计理论的分析均说明，粒子 浓度沿y轴符合正态分布。正态分布的密度函数f(y)的一般形式为:15)式中。为标准偏差，是曲线任一侧拐点位置的尺度；U为任何实数。图5-8中的f (y)曲线即为u =0时的高斯分布密度曲线。它有两共性质，一是曲线关于y=u的轴对称；二是当y=u时，有最大值 八)=1/厉仃，即：这些粒子在y=u轴上的浓度最高。假如口值固 定而转变。值，曲线外形将变尖或变得平缓；假如。值固定而转变

17、口 值，f(y)的图形沿Oy轴平移。不管曲线外形如何变化，曲线下的面 积恒等于1。分析可见，标准偏差。的变化影响集中过程中污染物浓 度的分布，增加。值将使浓度分布函数趋于平缓并伸展扩大，这意味 提高了污染物在y方向的集中速度。高斯在大量的实测资料基础上，应用湍流统计理论得出了污染物 在大气中的高斯集中模式。虽然污染物浓度在实际大气集中中不能严 格符合正态分布的前提条件，但大量小尺度集中试验证明，正态分布 是一种可以接受的近似。二、高斯集中模式(-)连续点源的集中连续点源一般指排放大量污染物的烟囱、放散管、通风口等。排 放口安置在地面的称为地面点源，处于高空位置的称为高架点源。1.大空间点源集中

18、图59高斯扩散模式示意图图59高斯扩散模式示意图高斯集中公式的建立有如下假设：风的平均流场稳定，风速匀称，风向平直；污染物的浓度在y、z轴方向符合 正态分布；污染物在输送集中中质量守恒；污染源的源强匀称、 连续。图5-9所示为点源的高斯集中模式示意图。有效源位于坐标原点 。处，平均风向与x轴平行，并与x轴正向同向。假设点源在没有任 何障碍物的自由空间集中，不考虑下垫面的存在。大气中的集中是具 有y与z两个坐标方向的二维正态分布，当两坐标方向的随机变量独 立时，分布密度为每个坐标方向的一维正态分布密度函数的乘积。由 正态分布的假设条件，参照正态分布函数的基本形式式(5-15), 取口=0,那么在

19、点源下风向任一点的浓度分布函数为：C(x,y,z) = A(x) exp(516)式中C一空间点(x, y, z)的污染物的浓度，mg/m3；.A (x)一待定函数；。八。八。2一分别为水平、垂直方向的标准差，即y、x方向的集中参数.mo由守恒和连续假设条件和，在任一垂直于x轴的烟流截面上有:+CDf +co f +CD= uCdydz-CDJ J )0(5-17)式中 q一源强，即单位时间内排放的污染物，Ug/s；u平均风速，m/so.将式(5-16)代入式(5-17),由风速稳定假设条件，A 与y、Z无关，考虑到=辰和，积分可得待定函 数 A (x)：100180 200 220 240

20、260 290 300 aa（K）图5T大气层的重自结构分布卜匚IhA 二- - I A L6O 90807060504030201001OOI罂 Gd 宜 X 国 t aGaoa(y12 5 oooooooo o大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的密度、温度及其组成的分布状况。依据大气温度在垂直方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对流层、平流层、中间层和暖层，如图51所示。1.对流层对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大气质量的75%和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。受太阳辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流运动和垂直方向混合比拟猛烈，主要的天气现象云雨风雪等都发生在这一层,有可能形

21、成污染物易于集中 的气象条件，也可能生成对环境产生有危害的逆温气象条件。因此, 该层对大气污染物的集中、输送和转化影响最大。大气对流层的厚度不恒定，随地球纬度增高而降低，且与季节的 变化有关，赤道四周约为15km,中纬度地区约为1012 km,两极地 区约为8km；同一地区，夏季比冬季厚。一般状况下，对流层中的气温沿垂直高度自下而上递减，约每提升100m平均降低0. 65o从地面对上至1-1.5 km高度范围内的对流层称为大气边界层， 该层空气流淌受地表影响最大。由于气流受地面阻滞和摩擦作用的的 影响，风速随高度的增加而增大，因此又称为摩擦层。地外表冷热的 变化使气温在昼夜之间有明显的差异，可

22、相差十几乃至几十度。由于从地面到100m左右的近地层在垂直方向上热量和动量的交换甚微,所以上下气温之差可达12C。大气边界层对人类生产和生活的影 响最大，污染物的迁移集中和稀释转化也主要在这一层进行。边界层以上的气流受地面摩擦作用的影响越来越小，可以忽视不 计，因此称为自由大气。2.平流层平流层是指从对流层顶到离地高度约55 km范围的大气层，该 层和对流层包含了大气质量的99. 9 %。平流层内空气淡薄，比拟干 燥，几乎没有水汽和尘埃。平流层的温度分布是：从对流层顶到离地 约22km的高度范围为同温层，气温几乎不随高度变化，约为一559。A(x)=2抽4% (5-18)将式(5-18)代入式

23、(5-16),得大空间连续点源的高斯集中 模式C(几y,z) = exp9 + 勺I,)2侬%7 P 2H引 (5-19)式中，集中系数。y、。2与大气稳定度和水平距离X有关,如海中心续并随X的增大而增加。当y=0, z=0时，A (x) =C (x,0,0),即A (x)为X轴上的浓度，也是垂直于X轴截面上污染物的最大浓度点Cmax。当Xf8,。丫及。8,那么 C-0,说明污染物以在大气中得以完全集中。像源图510地面全反射的高架 连续点源扩散2.高架点源集中在点源的实际集中中，污染物可能受到地面障碍物的阻挡，因此应考虑地面对集中的影响。处理的方法是，或者假定污 染物在集中过程中的质量不变，

24、到达地面时不发生沉降或化学反响而 全部反射；或者污染物在没有反射而被全部汲取，实际状况应在这两 者之间。.(1)高架点源集中模式。点源在地面上的投影点。作为坐标原点,有效源位于Z轴上某点，z=Ho高架有效源的高度由两局部组成, 即11=11+小1其中h为排放口的有效高度，Ah是热烟流的浮升力 和烟气以肯定速度竖直离开排放口的冲力使烟流抬升的一个附加高 度，如图5 10所示。当污染物到达地面后被全部反射时，可以依据全反射原理， 用“像源法”来求解空间某点k的浓度。图510中k点的浓度明显 比大空间点源集中公式(5-19)计算值大，它是位于(0, 0, H)的实源在k点集中的浓度和反射回来的浓度的

25、叠加。反射浓度可视为由一 与实源对称的位于(0, 0, H)的像源(假想源)集中到k点的浓度。由图可见，k点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为(z-H),那么 实源在k点集中的浓度为式(5-19)的坐标沿z轴向下平移距离H：exp(5-20)k点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标为(z+H),那么像源在k点集中的浓度为式(5-19)的坐标沿z轴向上平移距离H：exp2仙4(5-21)由此，实源Cs与像源Q之和即为k点的实际污染物浓度：+ exp exp 表exp假设污染物到达地面后被完全汲取，那么Cx=0,污染物浓度C(x, y, z, H) =Cs,即式(5-20)。(2)地面全部反射时的

26、地面浓度。实际中，高架点源集中 问题中最关怀的是地面浓度的分布状况，尤其是地面最大浓度值和它 离源头的距离。在式(5-22)中，令z=0,可得高架点源的地面浓 度公式：C(xfy,0,H) = -expl.2m/s。高斯集中模式适应大气湍流的性质，物理概念明确，估算污 染浓度的结果基本上能与试验资料相吻合，且只需采用常规气象资料 即可进行简洁的数学运算，因此使用最为普遍。(二)连续线源的集中当污染物沿一水平方向连续排放时，可将其视为一线源，如 汽车行驶在平坦开阔的大路上。线源在横风向排放的污染物浓度相 等，这样，可将点源集中的高斯模式对变量y积分，即可获得线源的高斯集中模式。但由于线源排放路径

27、相对固定，具有方向性，假设取平 均风向为X轴,那么线源与平均风向未必同向。所以线源的状况较简单, 应考虑线源与风向夹角以及线源的长度等问题。假如风向和线源的夹角B 45 ,无限长连续线源下风向地 面浓度分布为：C(xQH) =石q sin 图512虚拟点源模型(5-30)(5-29)当BV45。时，以上模式不能应用。假如风向和线源的夹角垂直，即8=90。，可得:expAexpA对于有限长的线源，线源末端引起的“边缘效应” 将对污染物的浓度分布有很大影响。随着污染物接受点 距线源的距离增加，“边源效应”将在横风向距离的更远处起作用。因此在估算有限长污染源形成的浓度分布时，“边源效 应“不能忽视。

28、对于横风向的有限长线源，应以污染物接受点的平均 风向为X轴。假设线源的范围是从十到y2,且y】Vy2,那么有限长线源地 面浓度分布为：(5-31)式中，si=yi/o y, s2=y2/o y,积分值可从正态概率表中查出。（三）连续面源的集中当众多的污染源在一地区内排放时，如城市中家庭炉灶的排放，可将它们作为面源来处理。由于这些污染源排放量很小但数量很 大，假设依点源来处理，将是特别繁杂的计算工作。常用的面源集中模式为虚拟点源法，即将城市按污染源的分布和 凹凸不同划分为假设干个正方形，每一正方形视为一个面源单元，边长 一般在0.510km之间选取。这种方法假设：有一距离为X。的虚 拟点源位于面

29、源单元形心的上风处，如图5-12所示，它在面源单元 中心线处产生的烟流宽度为2%=4.3。必 等于面源单元宽度B； 面源单元向下风向集中的浓度可用虚拟点源在下风向造成的同样的 浓度所代替。依据污染物在面源范围内的分布状况，可分为以下两种 虚拟点源集中模式：第一种集中模式假定污染物排放量集中在各面源单元的形心 上。由假设可得：4 34.3(5-32)由确定的大气稳定度级别和上式求出的，应用P-G曲线图(见 下节)可查取Xoo再由(Xo + x)分布查出%和。那么面源下风向任一 处的地面浓度由下式确定：C =exp33)上式即为点源集中的高斯模式(5-24),式中H取面源的平均高度,假如排放源相对

30、较高，而且高度相差较大，也可假定z方向上有 一虚拟点源，由源的最初垂直分布的标准差确定京，再由笃求出，, 由七十，求出明,由(x()+x)求出。y,最终代入式(533)求出地 面浓度。其次种集中模式假定污染物浓度匀称分布在面源的y方向, 且集中后的污染物全都匀称分布在长为(x+x) /8的弧上，如图 5-12所示。因此，采用式(5-32)求%后，由稳定度级别应用P一G曲线图查出Xo,再由(Xo + x)查出。z,那么面源下风向任一点的地 面浓度由下式确定：c=-34)(5三、集中参数及烟流抬提升度确实定高斯集中公式的应用效果依靠于公式中的各个参数的精确 程度，尤其是集中参数%、2及烟流抬提升度

31、力的估算。其中， 平均风速u取多年观测的常规气象数据；源强q可以计算或测定，而 %、外及力与气象条件和地面状况亲密相关。1 .集中参数。八%的估算集中参数%、%是表示集中范围及速率大小的特征量，也即正 态分布函数的标准差。为了能较符合实际地确定这些集中参数，很多 争论工作致力于把浓度场和气象条件结合起来，提出了各种符合试验 条件的集中参数估量方法。其中应用较多的由是帕斯奎尔(PasquiH) 和吉福特(Gifford)提出的集中参数估算方法，也称为P-G集中曲 线，如图5 13和图5 14所示。由图可见，只要采用当地常规气象 观测资料，由表51查取帕斯奎尔大气稳定度等级，即可确定集中 参数。集

32、中参数。具有如下规律：。随着离源距离增加而增大； 不稳定大气状态时的。值大于稳定大气状态，因此大气湍流运动愈 强，。值愈大；以上两种条件相同时，粗糙地面上的。值大于平坦 地面。由于采用常规气象资料便能确定帕斯奎尔大气稳定度，因此PG 集中曲线简便有用。但是，P-G集中曲线是采用观测资料统计结合 理论分析得到的，其应用具有肯定的阅历性和局限性。%是采用风 向脉动资料和有限的集中观测资料作出的推想估量，2是在近距离 应用了地面源在中性层结时的竖直集中理论结果，也参照一些集中试验资料后的推算，而稳定和强不稳定两种状况的数据纯系推想结果。 一般，PG集中曲线较适用于近地源的小尺度集中和开阔平坦的地 形

33、。实践说明，%的近似估量与实际状况比拟符合，但要对地面粗 糙度和取样时间进行修正；2的估量值与温度层结的关系很大，适 用于近地源的1km以内的集中。因此，大气集中参数的精确 定量描述仍是深化争论的课题。估算地面最大浓度值Cax及其离源的距离时，可先按式(5 25)计算出。Z,并图5-14查取对应的X值，此值即为当时大气稳定 度下的Xmaxo然后从图5-13查取与Xmax对应的%值，代如式(5-26) 即可求出Cmax值。用该方法计算，在E、F级稳定度下误差较大，在D、 C级时误差较小。H越高，误差越小。0gLi3 P-G扩散曲段1101 2 3 5 101 2 3 5 10* 2 3 5 10

34、, 下风向距禽/图514 P-G扩散曲线我们我国GB3840-91制定地方大气污染物排放标准的技术方法采纳如下阅历公式确定集中参数。八图515烟流抬升过程35)图515烟流抬升过程35)(5一式中，匕、*、匕及。2称为集中系数。这些系数由试验确定，在 一个相当长的x距离内为常数，可从GB384091的表中查取。2 .烟流抬提升度/力的计算烟流抬提升度是确定高架源的位置，精确 推断大 气污染集中及估量地面污染浓度的重要参数之一。从烟囱里排出的烟 气，通常会连续提升。提升的缘由一是热力抬升，即当烟气温度高于 四周空气温度时，密度比拟小，浮升力的作用而使其提升；二是动力 抬升，即离开烟囱的烟气本身具

35、有的动量，促使烟气连续向上运动。在大气湍流和风的作用下，漂移一段距离后渐渐变为水平运动，因此 有效源的高度高于烟囱实际高度。热烟流从烟囱中喷出直至变平是一个连续的渐渐缓变过程一般可分为四个阶段，如图5-15所示。首先是烟气依靠本身的初始动量 垂直向上喷射的喷出阶段，该阶段的距离约为几至十几倍烟囱的直 径;其次是由于烟气和四周空气之间温差而产生的密度差所形成的浮 力而使烟流提升的浮升阶段，提升烟流与水平气流之间的速度差异而 产生的小尺度湍涡使得两者混合后的温差不断减小，烟流提升趋势不 断减缓，渐渐趋于水平方向；然后是在烟体不断膨胀过程中使得大气 湍流作用明显加强，烟体结构瓦解，渐渐失去抬升作用的

36、瓦解阶段; 最终是在环境湍流作用下，烟流连续集中膨胀并随风飘移的变平阶 段。从烟流抬升及集中进展的过程可以看出，明显，浮升力和初 始动量是影响烟流抬升的主要因素，但使烟流抬升的进展又受到气象 条件和地外形况的制约。主要表现为：浮升力取决于烟流与环境空 气的密度差，即与两者的温差有关；而烟流初始动量取决于烟囱出口 的烟流速度，即与烟囱出口的内径有关。一般来讲，增大烟流与四周 空气的温差以及提高烟流速度，抬提升度增加。但假如烟流的初始速度过大，促进烟流与空气的混合，反而会削减浮力抬提升度，一般该 速度大于出口处四周风速的两倍为宜。大气的湍流强度愈大，烟与 四周空气混合就愈快，烟流的温度和初始动量降

37、低得也愈快，那么烟流 抬提升度愈低。大气的湍流强度取决于温度层结，而温度层结的影响 不是单一的，如不稳定温度层结由于湍流交换活跃能抑制烟流的抬 升，但也能促进热力抬升，这取决于大气不稳定程度；平均风速越 大，湍流越强，抬提升度越低；地面粗糙度大，使近地层大气湍流 增加，不利于烟流抬升。由于烟流抬升受诸多因素的相互影响，因此烟流抬提升度Ah的计算尚无统一的抱负的结果。在30多种计算公式中，应用较广适用于中性大气状况的霍兰德（Holland）公式如下:1.5 + 2,75-D_ l,sv+o.oia(536)式中Vs烟流出口速度，m/s；D烟囱出口内径，m； u烟囱出口的环境平均风速，m/s；Ts

38、烟气出口温度，K；Ta环境平均气温度，K；Qh烟囱的热排放率，kWo上式计算结果对很强的热源（如大型火电站）比拟适中甚至偏 高，而对中小型热源QV6080 MW）的估量偏低。当大气处于不稳 定或稳定状态时，可在上式计算的基础上分别增加或削减10% 20%。依据GB / T384091制定地方大气污染物排放标准的技术方 法和GB1322396火电厂大气污染物排放标准，依据烟气的热 释放率6、烟囱出口烟气温度与环境温度的温差（TsTa）及地面状 况，我们我国分别采纳以下抬升计算式。从22km连续向上进入臭氧带，在这里太阳的紫外辐射被汲取，转化 为热能，导致气温随高度增加而提升，到达层顶时气温提升到

39、一3X： 左右。平流层内气温下低上高的分布规律，使得该层空气的竖直对流 混合微弱，大气基本处于平流运动。因此，该层大气的透亮 度较好，气流稳定，很少消失云雨及风暴等天气现象。平流层中的臭氧层是80100km处的氧分子在太阳紫外辐射作用 下光解为氧原子，再与其它氧分子化合成臭氧而形成的，其化合作用 主要在3060km处。从对流层顶向上，臭氧浓度渐渐增大，在22 25km处达最大值，往后渐渐减小，到平流层顶臭氧含量极其微小。 由于40km以上，在光化作用下，由氧化合为臭氧和由臭氧光解成氧 的过程几乎保持平衡状态。在某种环流作用下，臭氧被送到很少光解 的高度以下积聚，集中在1535km高度之间。通常

40、将2225km处称 为臭氧层。3.中间层中间层是指从平流层顶到高度80km左右范围内的大气层，其空 气质量仅占大气质量的10一二该层内温度随高度的增加而下降，层顶 的温度可降到一93七左右。因此，空气的对流运动猛烈，垂直方向混 合明显。4.暖层暖层为中层顶延长到800km高空的大气层，该层的空气质量 只有大气质量的10一5。暖层在猛烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下, 其气温随高度提升而快速增高，暖层顶部温度可高达500-2000K, 且昼夜温度变化很大。暖层的空气处于高度电离状态，因此存在着大 量的离子和电子，故又称为电离层。二、气象要素气象条件是影响大气中污染物集中的主要因素。历史上发生过的

41、重大空气污染危害大事，都是在不利于污染物集中的气象条件下发生(1)当 Qh22100kW 并且(TsTj 235 K 时：我葭m(5-37)=-看) kW(5-38)式中 n。、n、山一地表状况系数，可从GB / T384091查取；.V。一标准状态下的烟气排放量，m3/s；Cp一标准状态下的烟气平均定压比热，Cp= 1.38kJ/(m3*K)；Ta一取当地最近5年平均气温值，K；烟囱出口的环境平均风速u按下式计算：u = Uq(z /zq)s(5-39)u。一烟囱所在地近5年平均风速，m/s,测量值；zo, z一分别为相同基准高度时气象台(站)测风仪位置及 烟囱出口高度，ID；m一风廓线嘉指数，在中性层结条件下，且地形开阔平坦 只有少量地表掩盖物时，n=l/7,其他条件时可从GB/T3840 91查取。(2)当 QH2100kW 或(Ts-Ta) 35 K 时：的=21.池