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1、第四章第四章 大气污染物扩散模式大气污染物扩散模式1第一节第一节 湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论n湍流的基本概念湍流的基本概念 n 湍流湍流是是大气的无规则运动，湍流的结果造成：大气的无规则运动，湍流的结果造成：n风速的涨落风速的涨落n风向的摆动风向的摆动n湍流按成因可分为湍流按成因可分为 n热热力力湍湍流流：垂垂直直方方向向上上温温度度分分布布不不均均引引起起，其其强强度度取取决于大气稳定度；决于大气稳定度；n机机械械湍湍流流：垂垂直直方方向向风风速速分分布布不不均均及及地地面面粗粗糙糙度度引引起起，其强度取决于风速梯度和地面粗糙度。其强度取决于风速梯度和地面粗糙度。n污染物扩散的主要
2、原因污染物扩散的主要原因n风：平流输送为主，风大则湍流强风：平流输送为主，风大则湍流强n湍流：湍流的扩散能力比分子扩散快湍流：湍流的扩散能力比分子扩散快10105 510106 6倍倍2湍流扩散理论湍流扩散理论n主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系减的关系1.1.梯度输送理论：将湍流扩散梯度输送理论：将湍流扩散类比于分子扩散，污类比于分子扩散，污染物的扩散速率与浓度梯度成正比。染物的扩散速率与浓度梯度成正比。2.2.湍流统计理论：湍流统计理论：泰勒首次尝试泰勒首次尝试用统计学的方法用统计学的方法研究湍流扩散问题（研究湍流扩散问题（图图4-1）
3、，湍流扩散时污染物），湍流扩散时污染物粒子浓度符合正态分布规律。粒子浓度符合正态分布规律。高斯扩散模式高斯扩散模式 3第二节第二节 高斯扩散模型高斯扩散模型n2.1高斯模型的有关假设高斯模型的有关假设n坐标系坐标系 排排放放点点或或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，采用右手坐标系。采用右手坐标系。n四点假设四点假设 na污染物浓度在污染物浓度在y、z方向上分布为方向上分布为正态分布正态分布nb全部高度全部高度风速均匀风速均匀稳定稳定nc源强是源强是连续均匀连续均匀稳定的稳定的nd扩散中污染物是扩散中污染物是守恒的守恒的（不考虑转化）（不考虑转化） 42.1高斯扩散模式高斯扩
4、散模式n高斯扩散模式的坐标系高斯扩散模式的坐标系52.2无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式n由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布n方差的表达式方差的表达式n未知数：浓度未知数：浓度c，待定函数待定函数A（x）,待定系数待定系数a，b（ ）n积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式n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） 6高斯烟流的形态高斯烟流的形态72.3高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式n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：n
5、 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82.4 求地面浓度：取求地面浓度：取z0代入上式，得代入上式，得2.5 2.5 求地面轴线浓度：再取求地面轴线浓度：再取y=0y=0代入上式代入上式上式，上式， 增大，则增大，则 、 增大，第一项减小，第二增大，第一项减小，第二 项增大，必然在某项增大，必然在某 x 处有最大值处有最大值2.6 求地面最大浓度：求地面最大浓度： 考虑地面轴线浓度模式考虑地面轴线浓度模式 9 地面连续点源高斯模式（令地面连续点源高斯模式（令H H0 0）：）：相当于无界空间连续点源的相当于无界空间连续点源的2 2倍（源强加倍）倍（源强加倍）地面最
6、大浓度模式（续）：地面最大浓度模式（续）：设设 （实际中成立）（实际中成立） 由此求得由此求得10第三节第三节 污染物浓度的估算污染物浓度的估算nq 源强源强 计算或实测计算或实测 n 平均风速平均风速多年的风速资料多年的风速资料 nH 有效烟囱高度有效烟囱高度 n 、 扩散参数扩散参数3.1.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 烟烟囱囱的的出出口口烟烟气气具具有有一一定定的的初初始始动动量量： 速速度度烟气温度较高，会产生一定的浮力烟气温度较高，会产生一定的浮力此此外外，平平均均风风速速、大大气气稳稳定定度度等等因因素素都都会会对对烟气抬升高度产生影响。烟气抬升高度产生影响。烟气抬升的原因
7、：烟气抬升的原因：烟囱几何高度烟囱几何高度 抬升高度抬升高度 有效烟囱高度有效烟囱高度 113.1烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算n （1） Holland公公式式：适适用用于于中中性性大大气气条条件件（稳稳定定时值减小，大气不稳定时数值增加时值减小，大气不稳定时数值增加1020） HollandHolland公式比较保守，特别在烟囱高、热释公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下偏差较大放率比较强的情况下偏差较大. .12（3 3）我我国国环环境境影影响响评评价价技技术术导导则则大大气气环环境境( (HJ/T2.2-93)HJ/T2.2-93)中计算烟气抬升高度的公式中计算烟气
8、抬升高度的公式 其中其中n0,n1,n2n0,n1,n2的取值参见表的取值参见表4-24-2练习题：例练习题：例4-1 P944-1 P94133.2扩散参数的确定扩散参数的确定n（1）PG曲线法曲线法 用常规气象资料，估算用常规气象资料，估算 和和 的方法的方法方法要点方法要点 ：n根据常规气象资料，将大气分成根据常规气象资料，将大气分成AF共六个稳定共六个稳定度等级度等级 根据云、日照、风速等数据确定大气稳定度根据云、日照、风速等数据确定大气稳定度 A为强不稳定，为强不稳定，B为不稳定，为不稳定，C为弱不稳定，为弱不稳定，D为中性，为中性，E为较稳定，为较稳定，F为稳定。为稳定。n 利用扩
9、散曲线确定利用扩散曲线确定 和和 14大气稳定度级别划分表大气稳定度级别划分表 P9515n利用扩散曲线利用扩散曲线(P-G曲线曲线)确定确定 和和16n确定确定 和和 之后，带入公式之后，带入公式4-6或公式或公式4-7、4-8、4-9中，计算出某点的污染物浓度值。中，计算出某点的污染物浓度值。17n地面最大浓度估算地面最大浓度估算w1.由由 和和 w2.由由 曲线（图曲线（图4-5）反查出）反查出 w3.由由 曲线（图曲线（图4-4）查）查 w4.带入式带入式4-10，求出，求出 18n计算题计算题 ，例，例4-2 P9719(2)我国国家标准规定的扩散参数确定方法我国国家标准规定的扩散参
10、数确定方法n大气稳定度的分级方法大气稳定度的分级方法 n1.改进的改进的PT法法 太阳高度角太阳高度角 （根据式（根据式4-29计算计算） 太阳辐射等级太阳辐射等级 大气稳定度大气稳定度 云量云量（加地面风速）（加地面风速） 表表4-54-5表表4-64-62021n 确定扩散参数确定扩散参数 和和n扩散参数的计算公式：扩散参数的计算公式： 其中各参数根据表其中各参数根据表4-8进行选择进行选择注意：注意：1）平原地区农村和城市远郊区，）平原地区农村和城市远郊区，D、E、F级稳定度需向不稳定方级稳定度需向不稳定方向提半级；向提半级； 2）工业区和城市中心区，）工业区和城市中心区，C提至提至B级
11、，级，D、E、F向不稳定方向提一向不稳定方向提一级；级； 3）丘陵山区的农村或城市，扩散参数的选取同工业区。）丘陵山区的农村或城市，扩散参数的选取同工业区。22n计算题计算题 ，例，例4-3 P10223第六节第六节 烟囱高度的设计烟囱高度的设计n1.烟囱高度的计算烟囱高度的计算要求：要求：n达到稀释扩散的作用达到稀释扩散的作用n造价最低，造价最低， 造价正比于造价正比于 H2n地面浓度不超标地面浓度不超标 24n确定烟囱高度，既要满足大气污染物的确定烟囱高度，既要满足大气污染物的扩散稀释扩散稀释要要求，又要考虑求，又要考虑节省投资节省投资；最终目的是保证地面浓度；最终目的是保证地面浓度不超过
12、不超过大气环境质量标准大气环境质量标准规定的规定的浓度限值浓度限值。n烟囱高度的计算方法，目前应用最普遍的是按高斯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。模式的简化公式。n由于对地面浓度的要求不同，烟囱高度的计算方法由于对地面浓度的要求不同，烟囱高度的计算方法有几种，下面介绍按有几种，下面介绍按地面最大浓度的计算方法。地面最大浓度的计算方法。 25按地面最大浓度来进行计算按地面最大浓度来进行计算为常数，在0.5-1.0之间取值。 标准浓度 本底浓度n即：即：保证污染物的地面最大浓度不超过国家标准的浓保证污染物的地面最大浓度不超过国家标准的浓度限值来确定烟囱高度。度限值来确定烟囱高度。根据公式根据公式4-10，变形后得，变形后得26n练习题： P125 4-2 4-3 4-427
