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1、第四章 大气污染物扩散模式1.湍流扩散的基本理论2.高斯扩散模式3.污染物浓度的估算方法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.烟囱高度设计第一节 湍流扩散的基本理论w扩散的要素n风：平流输送为主，风大则湍流大n湍流：扩散比分子扩散快105106倍w湍流的基本概念 n 湍流大气的无规则运动 w风速的脉动 w风向的摆动w起因与两种形式 n热力：温度垂直分布不均（不稳定）n机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度湍流扩散理论w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.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成正比2.湍流统计理论 泰勒图4-1，正态分布 萨
2、顿实用模式 高斯模式 3.相似理论 第二节 高斯扩散模式w高斯模式的有关假定n坐标系右手坐标，y为横风向，z为垂直向n四点假设 wa污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布wb全部高度风速均匀稳定wc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） 高斯扩散模式w高斯扩散模式的坐标系无界空间连续点源扩散模式w由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布w方差的表达式w由假定d 源强积分式（单位时间物料守恒） 高斯烟流的形态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架连续点源扩散模式w镜像全反射-像源法n实源： n像源：高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式颗
3、粒物扩散模式w粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算 w大于15m的颗粒物：倾斜烟流模式地面反射系数第三节 污染物浓度的估算wq 源强 计算或实测 w 平均风速 多年的风速资料 wH 有效烟囱高度 w 、 扩散参数1.烟气抬升高度的计算 初始动量： 速度、内径 烟温度 浮力烟气抬升产生原因1.烟气抬升高度的计算w抬升高度计算式 （1） Holland公式：Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下适用于中性大气层结条件，非中性层结时需作修正：不稳定时H增加1020%；稳定时H减小1020%。1.烟气抬升高度的计算w抬升高度计算式（续） （2）Briggs公式：适用不稳定及
4、中性大气条件1.烟气抬升高度的计算w抬升高度计算式 （续）（3）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法 ”(GB/T13201-91)中的公式 （环评导则HJ/T2.2-93）2/53/50.292城区及近郊区2/53/50.332农村或城市远郊 区2/31/31.303城区及近郊区2/31/31.427农村或城市远郊 区地表状况（平原 ）表4-2 系数 的值2、扩散参数的确定wPG曲线法 PG曲线Pasquill常规气象资料估算 Gifford制成图表2、扩散参数的确定PG曲线法wPG曲线的应用 根据常规资料确定稳定度级别稳定度级别：A为强不稳定、D为中性、F为稳定。2、扩散参数的确定P
5、G曲线法wPG曲线的应用 利用扩散曲线确定 和 （取样时间10min）2、扩散参数的确定PG曲线法wPG曲线的应用n 浓度估算n地面最大浓度估算2、扩散参数的确定中国国家标准规定的方法（一）稳定度分类方法n改进的PT法 太阳高度角 （式4-29，地理纬度，倾角） 辐射等级 稳定度云量（加地面风速） 2、扩散参数的确定中国国家标准规定的方法（二）扩散参数的选取扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）n平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级n工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向提 一级n丘陵山区的农村或城市，同工业区 (三)污染物浓度与取样时间的关系：大
6、于0.5h， 不变， 则第四节 特殊气象条件下的扩散模式w主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，实际中 难以实现） w1、封闭型扩散模式n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 nn为反射次数，在地面和逆面n实源在两个镜子里分别形成n个像1、封闭型扩散模式w计算简化：2、熏烟型扩散模式w假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分 ， 则仍可用上面公式 2、熏烟型扩散模式第五节 城市及山区扩散模式w城市大气扩散模式 1.线源扩散模式第五节 城市及山区扩散模式w2.面源扩散模式w大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量0.04t/h第五节 城市
7、及山区扩散模式w2.面源扩散模式（续）n简化为点源的面源扩散模式（续）w形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好 与正方形宽度相等 w烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍 n（正态分布： ） w确定 、 之后即可按点源计算面源浓度第五节 城市及山区扩散模式w2.面源扩散模式（续）n窄烟流模式w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w某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强决定第五节 城市及山区扩散模式n山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，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、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓
8、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ERT模式高斯模式，只对有效源高进行修正NOAA和EPA模式NOAA以高斯模式为基础，对有效源高进行修正EPA与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正第六节 区域大气环境质量模型区域大气环境质量取决于区域污染物排放总量区域大气污染源分布区域大气污染源源高区域大气扩散能力区域污染物排放总量 区域大气环境容量区域大气环境容量：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。其取决:区域面积、其在横风向上的宽度、混合层高度、风速一、箱式大气环境质量模式基本假设：在估算大气污染物浓度时，把所研究的区域看 成是“箱底”，箱子
9、的高度就是该区域的混合层高度，而 污染物在箱子内处处相等。根据整个箱子大气污染物的输入、输出，大气污染物的质量守恒方程：当k=0，排放稳定时上式的解为：当时间t，大气污染物浓度随时间的变化趋于稳定。此时的大气污染物浓度称为平衡浓度 ，上式（4-66）可写为：如果衰减不能忽略，则（4-65）式的解为：这时箱体内的平衡浓度 为：适用于估算城市或较大区域较长时间的大气污染物平均浓度。二、多源大气环境质量模式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：可根据污染源和气象条件选用相应计算模式 。计算时注意坐标变换。三、制定地方大气污染排放标准的技术方法中排放总量的计算
10、方法1.1. 总量控制区内气态污染物排放总量限值的计算方 法按如下公式计算其中 ：源高30m年排放总量 ：源高30m排放总量：其中 ：2. 二氧化硫排放标准制定方法（1） SO2排放率14kg/h，烟囱30m时：按式（4-71）式（4-74）计算。按取（GB3095-1996）中相应的日平均浓度值作 为实施值，取相应等级年均值作为目标值。 （2） SO2 点源排放量限值按式（4-77）式（4-80）计算。（3）采暖期 SO2 排放总量限值：按下式计算。（4）低架源 SO2 排放总量限值：按下式计算。3. 烟尘排放标准制定方法点源烟尘允许排放率计算式如下：式中： 烟尘允排放率，t/h；烟尘排放控
11、制系数，t/(h.m2),按所在行政区及功能 区查表4-10H排气筒有效高度，m。第七节 烟囱高度的设计一、烟囱高度的计算 要求：n（1）达到稀释扩散的作用n（2）造价最低， 造价正比于H2n（3）地面浓度不超标 （一）按地面最大浓度计算 bCCC-=0max0C标准浓度bC本底浓度0C标准浓度bC本底浓度烟囱高度的计算（二）按地面绝对最大浓度计算烟囱高度的计算（三）按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扩散参数（四）P值法n国标GB/T 13201-91二、烟囱设计中的几个问题1.上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核（高烟囱）2. 烟气抬升高度的选取3. 优先采用国家标准中的推荐公式4. 气象参数的取值： 多年均值； 取某一保证频率的值5. 烟流下洗、下沉现象6. 烟囱高度设计中应注意一下具体要求（1）
