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1、第四章第四章第四章第四章 大气污染物扩散模式大气污染物扩散模式大气污染物扩散模式大气污染物扩散模式1.湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论2.高斯扩散模式高斯扩散模式3.污染物浓度的估算方法污染物浓度的估算方法4.特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式5.城市及山区的扩散模式城市及山区的扩散模式6.烟囱高度设计烟囱高度设计掌握大气扩散的理论和扩散模式，学会估算污染掌握大气扩散的理论和扩散模式，学会估算污染物浓度、烟气抬升高度，确定烟囱高度和厂址物浓度、烟气抬升高度，确定烟囱高度和厂址 建议学时数：4学时第一节第一节第一节第一节 湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论湍
2、流扩散的基本理论扩散的要素扩散的要素n风风：平流输送为主，风大则湍流大平流输送为主，风大则湍流大n湍流：湍流扩散比分子扩散快湍流：湍流扩散比分子扩散快10105 510106 6倍倍湍流的基本概念湍流的基本概念n湍流湍流大气的无规则运动大气的无规则运动w风速的脉动风速的脉动w风向的摆动风向的摆动起因与两种形式起因与两种形式n热力：温度垂直分布不均（不稳定）大气稳定度热力：温度垂直分布不均（不稳定）大气稳定度n机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 4.4.湍流运动的判据湍流运动的判据雷诺数雷诺数雷诺还找到了由层流运动转换到湍流运动的判据雷诺还找到了由层
3、流运动转换到湍流运动的判据雷诺数（雷诺数（Re）临界雷诺数试验（圆管）表明：试验（圆管）表明：当当Re2000时的流体流动是时的流体流动是湍流湍流当当Re0.1m/s则则Re6000所以通常认为大气运动都是湍流运动所以通常认为大气运动都是湍流运动湍流扩散理论湍流扩散理论湍流扩散理论湍流扩散理论主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系1.1.梯度输送理论梯度输送理论类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比成正比2.2.湍流统计理论湍流统计理论泰勒泰勒图图4-1，正态分布，正态分布萨顿实用
4、模式萨顿实用模式高斯模式高斯模式 3.3.相似理论相似理论 二、湍流扩散理论简介二、湍流扩散理论简介二、湍流扩散理论简介二、湍流扩散理论简介主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系1.1.梯度输送理论梯度输送理论德国科学家菲克，在德国科学家菲克，在1855年发表了一篇题为年发表了一篇题为“论扩散论扩散”的的著名论文。在这篇论文中，他首先提出了梯度扩散理论。他著名论文。在这篇论文中，他首先提出了梯度扩散理论。他把这个理论表述为：把这个理论表述为：“假定食盐在其溶剂中的扩散定律与在假定食盐在其溶剂中的扩散定律与在导体中发生的热扩散相同，是十分
5、自然的。导体中发生的热扩散相同，是十分自然的。”通过泰勒（通过泰勒（G.I.Tayler）与菲克（）与菲克（A.Fick）扩散理论的类比）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出的固体建立起来的。菲克认为分子扩散的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程式描述。中的热传导的规律类似，皆可用相同的数学方程式描述。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散方程描述。扩散，类似于分子扩散，并可用同样的分子扩散方程描述。为了求得各种条件下某污染物的时、空分
6、布，必须对分子扩为了求得各种条件下某污染物的时、空分布，必须对分子扩散方程在进行扩散的大气湍流场的边界条件下求解。然而由散方程在进行扩散的大气湍流场的边界条件下求解。然而由于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能在特于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能在特定的条件下求出近似解，再根据实际情况修正。定的条件下求出近似解，再根据实际情况修正。二、湍流扩散理论简介二、湍流扩散理论简介二、湍流扩散理论简介二、湍流扩散理论简介2.湍流统计理论：湍流统计理论：泰勒泰勒(GITaYler)首先应用统计学方法研究湍流扩首先应用统计学方法研究湍流扩散问题，并于散问题，并于1921年提出了著名
7、的泰勒公式。湍流统年提出了著名的泰勒公式。湍流统计理论假定：流体中的微粒与连续流体一样，呈连续计理论假定：流体中的微粒与连续流体一样，呈连续运动，微粒在进行传输和扩散时，不发生化学和生物运动，微粒在进行传输和扩散时，不发生化学和生物学反应；微粒的大小和质量不计，并将微粒运动看作学反应；微粒的大小和质量不计，并将微粒运动看作是相对于一定空间发生的。是相对于一定空间发生的。图图4-1表示从污染源释放出的粒子，在风沿着表示从污染源释放出的粒子，在风沿着x方向吹方向吹的湍流大气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、的湍流大气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、稳定的。从原点释放出的一个粒子的位置用稳定的
8、。从原点释放出的一个粒子的位置用y表示，则表示，则y随时间而变化，但其平均值为零。如果从原点放出很随时间而变化，但其平均值为零。如果从原点放出很多粒子，则在多粒子，则在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轴轴为对称轴，并符合正态分布为对称轴，并符合正态分布。图4-1由湍流引起的扩散 3.3.相似理论相似理论相似理论相似理论湍流相似扩散理论，最早始于英国科学家里查森和泰湍流相似扩散理论，最早始于英国科学家里查森和泰勒。后来由于许多科学家的努力，特别是俄国科学家勒。后来由于许多科学家的努力，特别是俄国科学家的贡献，使湍流扩散相似理论得到很大发展。的贡献，使湍流扩散相似理
9、论得到很大发展。湍流扩散相似理论的基本观点是，湍流由许多大小不湍流扩散相似理论的基本观点是，湍流由许多大小不同的湍涡所构成，大湍涡失去稳定分裂成小湍涡，同同的湍涡所构成，大湍涡失去稳定分裂成小湍涡，同时发生了能量转移，这一过程一直进行到最小的湍涡时发生了能量转移，这一过程一直进行到最小的湍涡转化为热能为止。从这一基本观点出发，利用量纲分转化为热能为止。从这一基本观点出发，利用量纲分析的理论，建立起某种统计物理量的普适函数，再找析的理论，建立起某种统计物理量的普适函数，再找出普适函数的具体表达式，从而解决湍流扩散问题。出普适函数的具体表达式，从而解决湍流扩散问题。我们把这种理论称为相似扩散理论。
10、我们把这种理论称为相似扩散理论。利用这些理论进行研究时，常采用数值分析法、现场利用这些理论进行研究时，常采用数值分析法、现场研究法和实验室模拟研究法三种方法。理论和方法的研究法和实验室模拟研究法三种方法。理论和方法的运用不可分割，应该将它们很好地结合在一起，得出运用不可分割，应该将它们很好地结合在一起，得出与实际大气污染扩散相符合的计算模式。与实际大气污染扩散相符合的计算模式。大气湍流与污染物的扩散大气湍流与污染物的扩散大气湍流与污染物的扩散大气湍流与污染物的扩散图图a表示烟团在比它尺度小的湍涡作用下，一边随风迁表示烟团在比它尺度小的湍涡作用下，一边随风迁移，一边受到湍涡的搅扰，边缘不断与周围
11、空气混合，移，一边受到湍涡的搅扰，边缘不断与周围空气混合，体积缓慢地膨胀，烟团内部的浓度也不断地降低。体积缓慢地膨胀，烟团内部的浓度也不断地降低。图图8.3b表示烟团受到大尺度湍涡的作用。这时烟团主表示烟团受到大尺度湍涡的作用。这时烟团主要被湍涡所挟带，本身增长不大。要被湍涡所挟带，本身增长不大。图图8.3c表示烟团受到大小尺度相当的湍涡扯动变形，表示烟团受到大小尺度相当的湍涡扯动变形，这是一种最强的扩散过程。这是一种最强的扩散过程。在实际大气中同时存在着各种不同大小的湍涡，扩散在实际大气中同时存在着各种不同大小的湍涡，扩散过程是上述几种过程共同完成的。过程是上述几种过程共同完成的。4 4.研
12、究湍流的主要方法研究湍流的主要方法目前研究湍流的主要方法有两种：目前研究湍流的主要方法有两种：一种是半经验理论方法一种是半经验理论方法，它是通过解运动方程等来研，它是通过解运动方程等来研究边界层大气运动；究边界层大气运动；是模仿气体分子运动与气体宏观运动的理论处理方法，是模仿气体分子运动与气体宏观运动的理论处理方法，结合经验事实，采用适当的参数。结合经验事实，采用适当的参数。虽然这个理论本身还很粗糙，但能够解决一些实际问虽然这个理论本身还很粗糙，但能够解决一些实际问题题(如物体在流体中运行的阻力如物体在流体中运行的阻力)，所以许多应用科学，所以许多应用科学家和工程技术人员对此比较感兴趣家和工程
13、技术人员对此比较感兴趣另一种是湍流统计理论方法另一种是湍流统计理论方法，即物理上把湍流视为大，即物理上把湍流视为大大小小不同尺度湍涡的迭加，用数学来描述则是把湍大小小不同尺度湍涡的迭加，用数学来描述则是把湍流看成无穷多个频率各异的波迭加而成，采用数理统流看成无穷多个频率各异的波迭加而成，采用数理统计途径，来分析研究湍流内部结构。计途径，来分析研究湍流内部结构。将流体的不规则运动视为随机运动的集合，以数理统将流体的不规则运动视为随机运动的集合，以数理统计学的方法来研究湍流内部的结构，许多基础理论科计学的方法来研究湍流内部的结构，许多基础理论科学家就致力于这方面的研究。学家就致力于这方面的研究。第
14、二节第二节第二节第二节 高斯扩散模式高斯扩散模式高斯扩散模式高斯扩散模式高斯模式的有关假定高斯模式的有关假定n坐标系坐标系坐坐标标系系取取排排放放点点（无无界界源源、地地面面源源或或高高架架源源排排放放点点）在在地地面面的的投投影影点点为为原原点点，主主风风向向为为x轴轴，y轴轴在在水水平平面面内内垂垂直直于于x轴轴，正正方方向向在在x轴轴的的左左侧侧，z轴轴垂垂直直于于水水平平面面，向向上上为为正正，即即右右手手坐坐标标系系。食食指指x轴轴；中中指指y轴轴；拇拇指指z轴轴。此此坐坐标标系系中中，烟烟流流中中心心与与x轴轴重重合合或或烟烟流流在在oxy平平面面的的投投影影为为x轴。轴。右手坐标
15、，右手坐标，y为横风向，为横风向，z为垂直向为垂直向n四点假设四点假设wa污染物浓度在污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布风向上分布为正态分布wb全部高度风速均匀稳定全部高度风速均匀稳定wc源强是连续均匀稳定的源强是连续均匀稳定的wd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）高斯扩散模式高斯扩散模式高斯扩散模式高斯扩散模式高斯扩散模式的坐标系高斯扩散模式的坐标系无界空间无界空间无界空间无界空间连续点源扩散模式（坐标原点排放点）连续点源扩散模式（坐标原点排放点）连续点源扩散模式（坐标原点排放点）连续点源扩散模式（坐标原点排放点）由由正态分布假定正态分布假定a，得下风向
16、任一点的浓度分布得下风向任一点的浓度分布方差的表达式方差的表达式由假定由假定d源强积分式源强积分式 （单位时间物料守恒）（单位时间物料守恒）（46）（41）（42）（43）上式中：上式中：平均风速；Q源强是指污染物排放速率。与空气中污染物质的浓度成正比，它是研究空气污染问题的基础数据。通常：（）瞬时点源的源强以一次释放的总量表示；（）连续点源以单位时间的释放量表示；（）连续线源以单位时间单位长度的排放量表示；（）连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。y侧向扩散参数，污染物在y方向分布的标准偏差，是距离y的函数，m；z竖向扩散参数，污染物在z方向分布的标准偏差，是距离z的函数，m；未知量浓度c
17、、待定函数A(x)、待定系数a、b；式、组成一方程组，四个方程式有四个未知数，故方程式可解。高斯烟流的形态高斯烟流的形态高斯烟流的形态高斯烟流的形态（47）高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式（坐标原点在地面）（坐标原点在地面）（坐标原点在地面）（坐标原点在地面）镜像全反射镜像全反射-像源法像源法n实源：实源：n像源：像源：P点点污污染染物物浓浓度度重要重要重点重点重点重点高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式:几种特殊情况下的计算公式：几种特殊情况下的计算公式：几种特殊情况下的计算公式：几种特殊情况下的计算
18、公式：高斯烟流的浓度分布高斯烟流的浓度分布高斯烟流的浓度分布高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式 不随距离不随距离x变化变化颗粒物扩散模式颗粒物扩散模式颗粒物扩散模式颗粒物扩散模式粒径小于粒径小于15m的的颗粒物可按气体扩散计算颗粒物可按气体扩散计算大于大于15m的颗粒物：重力沉降作用，倾斜烟流模式的颗粒物：重力沉降作用，倾斜烟流模式地面反射系数地面反射系数第三节第三节第三节第三节 污染物浓度的估算污染物浓度的估算污染物浓度的估算
19、污染物浓度的估算q源强源强 计算或实测计算或实测 平均风速平均风速 多年的风速资料多年的风速资料H有效烟囱高度有效烟囱高度 、扩散参数扩散参数1.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算初始动量：初始动量：速度、内径速度、内径烟气温度烟气温度浮力浮力烟气抬升烟气抬升第三节第三节第三节第三节 污染物浓度的估算污染物浓度的估算污染物浓度的估算污染物浓度的估算烟气抬升大体上分为以下四个阶段。烟气抬升大体上分为以下四个阶段。喷喷出出阶阶段段 烟烟气气自自烟烟囱囱口口垂垂直直向向上上喷喷出出，因因自自身身的的初初始始动动量量继继续续上上升升，此此阶阶段段也也称称为为动动力力抬抬升升阶阶段段。显显然然烟烟囱囱
20、出出口口处处烟烟气气的的垂垂直直速速度度v vs s愈大，初始动量愈大，动力抬升的高度也越高。愈大，初始动量愈大，动力抬升的高度也越高。浮浮升升阶阶段段 烟烟气气离离开开烟烟囱囱后后，由由于于烟烟气气温温度度TsTs比比周周围围大大气气温温度度TaTa高高，则则烟烟气气比比周周围围空空气气密密度度小小，从从而而产产生生浮浮力力，温温差差愈愈大大，浮浮力力上上升升愈愈高高。初初始始动动量量的的主主导导作作用用渐渐渐渐消消失失，随随后后主主要要是是烟烟气气本本身身的的热热量量在在环环境境中中造造成成的的浮浮力力抬抬升升。对对于于热热烟烟气气来来说说，这这是是烟烟气气抬抬升的主要阶段升的主要阶段 瓦
21、瓦解解阶阶段段 在在浮浮升升阶阶段段的的后后期期，烟烟气气在在抬抬升升过过程程中中由由于于周周围围空空气气被被卷卷夹夹进进来来使使烟烟体体膨膨大大，内内外外温温差差和和上上升升速速度度都都显显著著降降低低，烟烟流流的的浮浮升升速速度度已已经经很很慢慢，环环境境湍湍流流使使烟烟气气体体积积进进一一步步地地增增大大，烟烟流流自自身身的的结结构构也也在在短短时时间间内内瓦瓦解解，烟烟气气原原先先的的热热力力和和动动力力性性质质丧丧失失殆尽，抬升结束。殆尽，抬升结束。变变平平阶阶段段 在在有有水水平平风风速速u u的的情情况况下下，空空气气给给烟烟气气以以水水平平动动量量，随随着着垂垂直直速速度度迅迅
22、速速降降低低，烟烟云云很很快快倾倾斜斜弯弯曲曲，环环境境湍湍流流继继续续使使烟烟气气扩扩散散膨膨胀胀，烟烟流流逐逐渐渐趋趋于于变变平平。因因此此通通常常认认为为抬抬升升高高度度和和风风速速成成反比。反比。第三节第三节第三节第三节 污染物浓度的估算污染物浓度的估算污染物浓度的估算污染物浓度的估算影响烟云抬升现象的因素：影响烟云抬升现象的因素：烟囱出口处的烟气流速烟囱出口处的烟气流速v vs s、烟气温度烟气温度T TS S、环境温度即大气温度环境温度即大气温度TaTa、风速风速u u、大气稳定度大气稳定度近地层下垫面的状况等。近地层下垫面的状况等。烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度
23、的计算烟气抬升高度的计算抬升高度计算式抬升高度计算式（1）Holland公公式式：适适用用于于中中性性大大气气条条件件（修修正正：稳稳定定时减小时减小1020，不稳时增加，不稳时增加1020）HollandHolland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下2.68x10-5p9.79烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（抬升高度计算式（续）续）（2 2）BriggsBriggs公式：适用不稳定及中性大气条件公式：适用不稳定及中性大气条件 抬升高度计算抬升高度计算随距离变化随距离变化
24、烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算抬升高度计算式抬升高度计算式（续）（续）（3 3）我我 国国“制制 订订 地地 方方 大大 气气 污污 染染 物物 排排 放放 标标 准准 的的 技技 术术 方方 法法”(GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式 排放源高度以上的气温直减率排放源高度以上的气温直减率r扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线曲线Pasquill常规气象资料估算常规气象资料估算Gifford制成图表（图制成图表（图44，45）表）表44表表43查图查图44曲线曲线查表查表4
25、5或查表或查表44扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定P PG G曲线曲线曲线曲线法法法法PG曲线的应用曲线的应用n根据常规资料确定稳定度级别根据常规资料确定稳定度级别扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定P PG G曲线法曲线法曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定和和扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定P PG G曲线法曲线法曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n地面最大浓度估算地面最大浓度估算扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法
26、扩散参数的确定中国国家标准规定的方法稳定度分类方法稳定度分类方法n改进的改进的PT法法太阳高度角太阳高度角（式（式4-29，地理纬度，太阳倾角），地理纬度，太阳倾角）（查表（查表4 45 5）辐射等级）辐射等级 稳定度稳定度 云量云量（加地面风速）查表（加地面风速）查表4 46 6扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的选取（表扩散参数的选取（表48）n扩散参数的表达式为（取样时间扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表按表4-8查算）查算）n平原地区和城市远郊区，平原地区和城市
27、远郊区，A、B、C级按表中直接级按表中直接查，查，D、E、F向不稳定方向提半级向不稳定方向提半级n工业区和城市中心区，工业区和城市中心区，A、B级不提级，级不提级，C提至提至B级，级，D、E、F向不稳定方向提一级向不稳定方向提一级n丘陵山区的农村或城市，同工业区丘陵山区的农村或城市，同工业区n取样时间大于取样时间大于0.5h，不变不变，思思考考题题：什什么么是是烟烟囱囱有有效效高高度度？烟烟囱囱抬抬升升的的主主要要原原因因是是什什么么？抬抬升升高高度的影响因素有哪些？度的影响因素有哪些？作业：作业：4.2、4.3、4.6第四节第四节第四节第四节 特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式
28、特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式主要指气象条件与高斯模式不一样主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，温度层结构均一，实际中难以实现）实际中难以实现）封闭型扩散模式封闭型扩散模式n相当于两镜面之间无穷次全反射相当于两镜面之间无穷次全反射n实源和无穷多个虚源贡献之和实源和无穷多个虚源贡献之和nn为反射次数，在地面和逆面为反射次数，在地面和逆面n实源在两个镜子里分别形成实源在两个镜子里分别形成n个像个像地面轴线浓度地面轴线浓度封闭型扩散模式封闭型扩散模式封闭型扩散模式封闭型扩散模式计算简化：计算简化：2.15 z处为处为烟流边缘烟流边缘式式436封闭型扩散模式封闭型扩散模式
29、封闭型扩散模式封闭型扩散模式计算简化：计算简化：对数内插法对数内插法熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式假设：假设：D换成换成h hf f（垂向均匀分布）垂向均匀分布）；q q只包括进入混合层部分，只包括进入混合层部分，则仍可用上面公式则仍可用上面公式hf稳定烟流的稳定烟流的边界边界2 z1502.15 y2.15 yfhf=H+2 z436注意：注意：y、z用稳定层用稳定层熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式hf按封闭式扩散模型按封闭式扩散模型式式436稳定烟流的边稳定烟流的边界界2 z1502.15 y2.15 yfhj=H+2 zH式式439第五节
30、第五节第五节第五节 城市及山区扩散模式城市及山区扩散模式城市及山区扩散模式城市及山区扩散模式一、城市大气扩散模式一、城市大气扩散模式1.线源扩散模式线源扩散模式Xy 参照高架连续参照高架连续点源地面浓度点源地面浓度公式公式48y横风横风边缘效应边缘效应城市大气扩散模式城市大气扩散模式城市大气扩散模式城市大气扩散模式2.面源扩散模式面源扩散模式w大气排放规范里规定条件：烟囱高大气排放规范里规定条件：烟囱高 40m；单个排放量单个排放量 O3SOx or NOx+NH3+OH -(NH4)2SO4 or NH4NO3SO2+OH-H2SO4NO2+OH-HNO3VOC+OH-Orgainic PM
31、 OH Air Toxics(POM,PAH,Hg(II),etc.)Fine PM(Nitrate,Sulfate,Organic PM)NOx+SOx+OH (Lake Acidification,Eutrophication)第三代模式（第三代模式（第三代模式（第三代模式（ModelsModels3 3）http:/www.epa.gov/asmdnerl/models3/气象气象排放排放空气质量空气质量二、山区扩散模式二、山区扩散模式二、山区扩散模式二、山区扩散模式n山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立响，
32、流场均匀和定常的假定难以成立n对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多只是扩散参数比平原地区大很多山区扩散模式山区扩散模式山区扩散模式山区扩散模式封闭山谷中的扩散模式：借鉴封闭型扩散模式封闭山谷中的扩散模式：借鉴封闭型扩散模式求出求出 y yW/4.3 W/4.3 时的时的X XD DxXxxx xD D时，污染物在横向近似为均匀分布。时，污染物在横向近似为均匀分布。地面连续点源：地面连续点源：地面浓度：地面浓度：高架源：高架源：山区扩散模
33、式山区扩散模式山区扩散模式山区扩散模式NOAA和和EPA模式模式对有效源高进行修正对有效源高进行修正高架点源烟流受起伏地形的影响，高架点源烟流受起伏地形的影响，NOAA以高斯模式为以高斯模式为基础，基础，仅对仅对有效源高有效源高进行修正。修正方法如下：进行修正。修正方法如下：1 1）所有稳定度的划分仍用）所有稳定度的划分仍用P-TP-T法，仅适当修正了级别；法，仅适当修正了级别；2 2）在中性和不稳定时，假设烟流中心线与地面始终平行，）在中性和不稳定时，假设烟流中心线与地面始终平行，有效源高不作修正，地面轴线浓度仍用（有效源高不作修正，地面轴线浓度仍用（4 49 9）；）；3 3）稳定时，假定
34、烟流中心线保持水平，地面轴线浓度：）稳定时，假定烟流中心线保持水平，地面轴线浓度：EPA与与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正高度修正当当h hT THH时，用时，用H Hh hT T0 0山区扩散模式山区扩散模式山区扩散模式山区扩散模式ERT模式模式高斯模式，只对高斯模式，只对有效源高有效源高进行修正进行修正HhT时，用（时，用（HhT/2），），HhT时，用（时，用（H/2）作有效源高。作有效源高。采用平原的扩散系数，低估了山区的扩散速率采用平原的扩散系数，低估了山区的扩散速率第六节第六节第六节第六节 烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟
35、囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的计算烟囱高度的计算要求：要求：n（1）达到稀释扩散的作用达到稀释扩散的作用n（2）造价最低，造价最低，造价正比于造价正比于H H2 2n（3 3）地面浓度不超标地面浓度不超标n按地面最大浓度计算按地面最大浓度计算 风速不变化风速不变化烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算n按地面绝对最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算实际风速是变化的实际风速是变化的（422）由于风速所引起的稀释由于风速所引起的稀释和有效排放高度的作用和有效排放高度的作用达到了平衡，使地面最达到了平衡，使地面最大浓度达到最大值。大浓度达到最大值。危险风速危险风速绝对最大浓度绝
36、对最大浓度烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算n按地面绝对最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算代入式代入式410 上上 QQQ烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算按按一定保证率的计算法一定保证率的计算法n取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数扩散参数P值法值法n国标国标GB/T13201-91nP-某种污染物点源排放控制系数某种污染物点源排放控制系数t/hm2烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用上述计算公
37、式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核封闭型或熏烟型模式校核烟气抬升高度的选取烟气抬升高度的选取n优先采用国家标准中的推荐公式优先采用国家标准中的推荐公式为防止烟流下洗、下沉现象，烟气出口速度高于平均风速为防止烟流下洗、下沉现象，烟气出口速度高于平均风速1.5倍。倍。一般宜在一般宜在2030m/s，排烟温度宜在排烟温度宜在100以上。以上。第七节第七节第七节第七节厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择一一厂址选择中所需的气候资料厂址选择中所需的气候资料1 1风向和风速资料。风向频率、风速复合玫瑰图。静风向和风速资料。风向频率、风速复合玫瑰图。静风风0.5m/s0.5m/
38、s单独分析。单独分析。2 2大气稳定度的气候资料。大气稳定度的气候资料。3混合层高度的确定：混合层高度的确定：平均浓度与通风系数（平均浓度与通风系数（Du）成反比（式成反比（式436）。）。最高混合层高度最高混合层高度D日日最高地温最高地温早晨温度层结曲线早晨温度层结曲线干绝热过程线干绝热过程线第七节第七节第七节第七节厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择二二长期平均浓度的估算长期平均浓度的估算1 1长期平均浓度计算公式：式长期平均浓度计算公式：式4 46868，fijkfijk有风时风向方位有风时风向方位i i、稳定度稳定度j j、风速段风速段k k发生的联合频率。发生的联合频率。ijkijk联合
39、频率为联合频率为fijkfijk时下风距离时下风距离x x处的平均浓度。处的平均浓度。fLijkfLijk静风或小风时风向方位静风或小风时风向方位i i、稳定度稳定度j j、风速段风速段k k发生的联合频率。发生的联合频率。LLijkijk联合频率为联合频率为fLijkfLijk时下风距离时下风距离x x处的平均浓度。处的平均浓度。风向方位风向方位i i一般取一般取1616，稳定度，稳定度j j（稳定、中性、不稳定），风速段稳定、中性、不稳定），风速段k k大于大于3 3。第七节第七节第七节第七节厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择2 2按风向方位计算平均浓度按风向方位计算平均浓度按风向的按风向的
40、1616个方位分成个方位分成1616个扇型，吹某一扇型风时个扇型，吹某一扇型风时弧弧ABAB上的平均浓度：上的平均浓度：代入地面浓度公式代入地面浓度公式48第七节第七节第七节第七节厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择三、三、厂址选择。厂址选择。1 1本底浓度本底浓度2 2风向、风速风向、风速污染系数风向频率污染系数风向频率/平均风速平均风速污染系数玫瑰图。污染系数玫瑰图。第七节第七节第七节第七节厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择。厂址选择。3 3温度层结：最不利情况是近地层逆温和上部逆温，静风和小风，温度层结：最不利情况是近地层逆温和上部逆温，静风和小风，近地层逆温：近地层逆温：对对高高架架
41、源源：一一种种是是高高架架源源出出口口位位于于逆逆温温层层中中，远远距距离离地地面面浓浓度度高高，附附近近浓浓度度小小，逆逆温温层层破破坏坏时时产产生生短短时时间间漫漫烟烟型型污污染染。另另一一种种是是高高架架源出口高于逆温层，将产生爬升型扩散，最为有利。源出口高于逆温层，将产生爬升型扩散，最为有利。对地面源影响大，造成近距离很高的污染浓度。对地面源影响大，造成近距离很高的污染浓度。第七节第七节第七节第七节厂址选择厂址选择厂址选择厂址选择上部逆温，对地面源影响小，对高架源影响较大。上部逆温，对地面源影响小，对高架源影响较大。降水、低云和雾的影响。降水、低云和雾的影响。4 4地形：地形：6 6条
42、注意。条注意。思考题和作业思考题和作业思考题和作业思考题和作业思考题：封闭型和熏烟型扩散现象发生在思考题：封闭型和熏烟型扩散现象发生在怎样的气象条件下？有何不同？对地面浓怎样的气象条件下？有何不同？对地面浓度的影响。度的影响。作业：作业：4.64.6、4.8、4.9、4.11、4.12小结：小结：小结：小结：高斯扩散模式高斯扩散模式无界空间无界空间连续点源扩散模式（坐标原点连续点源扩散模式（坐标原点排放点）排放点）式式46小结：小结：小结：小结：高斯扩散模式高斯扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式（坐标原点在地面）（坐标原点在地面）式式47小结：小结：小结：小结：高斯扩散模式高斯扩
43、散模式几种特殊情况下的计算公式：几种特殊情况下的计算公式：式式48式式49小结：小结：小结：小结：高斯扩散模式高斯扩散模式几种特殊情况下的计算公式：几种特殊情况下的计算公式：式式410式式411小结：小结：小结：小结：高斯扩散模式高斯扩散模式几种特殊情况下的计算公式：几种特殊情况下的计算公式：式式412小结：小结：小结：小结：特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式封闭型扩散模式封闭型扩散模式式式436小结：小结：小结：小结：特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式封闭型扩散模式封闭型扩散模式对数内插法对数内插法小结：小结：小结：小结：特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩
44、散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式用封闭式扩散模型用封闭式扩散模型式式441(36)439小结：小结：小结：小结：城市大气扩散模式城市大气扩散模式n1.线源扩散模式线源扩散模式式式446445小结：小结：小结：小结：城市大气扩散模式城市大气扩散模式n2.面源扩散模式面源扩散模式式式449447n简化为点源的面源扩散模式简化为点源的面源扩散模式小结：小结：小结：小结：城市大气扩散模式城市大气扩散模式n3.窄烟流模式窄烟流模式454小结：小结：小结：小结：山区扩散模式山区扩散模式n封闭山谷中的扩散模式封闭山谷中的扩散模式nNOAA和和EPA模式模式nERT模式模式15烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬
45、升高度烟囱抬升高度q源强源强 计算或实测计算或实测 平均风速平均风速 多年的风速资料多年的风速资料H有效烟囱高度有效烟囱高度 、扩散参数扩散参数1.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度抬升高度计算式抬升高度计算式（1）Holland公公式式：适适用用于于中中性性大大气气条条件件（稳稳定定时时减减小小，不不稳稳时增加时增加1020）烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度抬升高度计算式抬升高度计算式2 2）BriggsBriggs公式：适用不稳定及中性大气条件公式：适用不稳定及中性大气条件烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度烟囱抬升高度抬升高度计算式抬升高度计算式3 3）我国标准）我国标准 (GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式 烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的设计n按地面最大浓度计算按地面最大浓度计算462463烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的设计n按地面绝对最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算465466P值法值法467