环评分析(第三章第四章计算)
1. 设有某污染源由烟囱排入大气的 SO 2 源强为 80g/s, 有效源高为60m, 烟囱出口处平均风速为 6m/s, 当时气象条件下,正下风方向 500m 处的σz=18.1m,σy=35.3m ；计算x=500m y=50m 处的SO 2地面浓度。
解：根据高斯大气污染物扩散模型可得：
22221(,,0,)exp 2y z
y z q
y H C x y H u πσσσσ??????
=-+????
???????
? 将以上数据带入：
)
/10001.11.18603.355021exp 3.351.18614.3803
52
2m g C （-?=??
??????????????????? ??+??? ??-????=
＝ 0.01 mg/m 3
经计算获得，x=500m y=50m 处的SO 2地面浓度为0.01 mg/m 3。
2. 某工厂烟囱高Hs=45m ，内径D=1.0m ，烟温Ts=100℃，烟速V s =5.0m/s ，耗煤量180kg/h ，硫分1%，水膜除尘脱硫效率取10%，试求气温20℃，风速2.0m/s ，中性大气条件下，距源450m 轴线上SO 2的浓度。（大气压Pa=101KPa ）
小型烟囱Q h <1700KJ/s ，采用霍兰德公式计算其烟气提升高度
1
)01.05.1(2-+=?u
Q D V H h s
风速廓线幂指数 p 的取值
在中性大气稳定度下，高斯扩散系数可由下式计算： σy ＝0.110726x 0.929481 σz ＝0.104634x 0.826212
解：⑴工厂烟囱的SO 2排放强度为：
Q=180kg/hr ×1%×90%×32
64×1000/3600=0.90 (g/s)
⑵根据风廓方程，可计算在评价因子45m 处的风速。从表中可查风速高度指数p=0.25
p
z z u u )(
1
212=
)/(9.21045225
.0s m u =?
?
? ???=
⑶计算烟囱的提升高度和有效高度 ①烟气排放量
Q v =A.u=3.14×0.52×5=3.9（m 3/s ） ②烟气热释放率
v s
a h Q T T P Q ???
=5.3=3.5×101×
10027320100+-×3.9 = 296 （KJ/s ）
③烟气提升高度
Qh<1700KJ/s ，属小型烟囱，可采用霍兰德公式计算其烟气提升高度。
1
)01.05.1(2-+=?u
Q D V H h s ＝2×（1.5×5×1+0.01×296）/3.9
==5.4 (m) 烟囱的有效高度
H=Hs+ΔH=45+5.4=50.4 （m ）
⑷根据G-P 模型，在大气稳定度为D 类，风向下方450m 的扩散系数σy 、σz 分别为：
σy =γ1x α1=0.110726×4500.929481= 32.4 m σz =γ2x α2=0.104634×4500.826212 = 16.3m ⑸根据高斯大气污染物扩散模型可得：
22(,0,0,)exp 2y z z q
H C x H u πσσσ??
=- ?
??
将以上数据带入：
)
/0015.0)
/105.12.164.5021exp 2.164.329.214.39.0336
2
m mg m g C （（=?=???
?
????????? ??-????=-
3. 地处平原某工厂，烟囱有效源高100m ，SO 2产生量180kg/h ，烟气脱硫效率70%，在正下风1000m 处有一医院，试求中性大气稳定度条件下时，该工厂排放的SO 2对医院SO 2平均浓度贡献值。（中性条件下，烟囱出口处风速6.0m/s ，距源1000m ，σy=100m ，σz=75m ）。
解：①烟囱的SO 2排放强度：
Q=180kg/hr ×(1-70%)×1000/3600=15 (g/s) ②烟囱的有效高度
H=100m ③烟囱出口风速 u=6.0m/s
④根据帕斯奎尔法模型，可以得出在大气稳定度为D 类，风向下方1000m 处的污染物扩散系数σy 、σz 分别为：
σy = 100m σz = 75 m
⑤根据高斯大气污染物扩散模型可得：
22(,0,0,)exp 2y z z q
H C x H u πσσσ??
=- ?
??
将以上数据带入：
)/1036.47510021ex p 75100614.3153
52
m g C （-?=??
??????????? ??-????= = 0.0436 （mg/m 3）
4. 设某电厂烧煤 15t/h ，含硫量 3%， 燃烧后有90%的SO 2由烟囱排入大气。若烟羽轴离地面高度为 200m ，地面 10m 处风速为 3m/s ， 稳定度为D 类，求风向下方300m 处的地面浓度。 风速廓线幂指数 p 的取值
在中性大气稳定度下，高斯扩散系数可由下式计算： σy ＝0.110726x 0.929481 σz ＝0.104634x 0.826212
解：①电厂烟囱的SO 2排放强度为：
Q=15t/hr ×3%×90%×32
64×1000000/3600=225 (g/s)
②烟羽轴的高度就是烟囱的有效高度是， H=200m
③根据风廓方程可地面上风速，可计算在200m 处的风速。从表中可查0.25
p
z z u u )(
1
212=
)/(34.610200325
.0s m u =?
?
? ???=
④根据帕斯奎尔法模型，可以得出在大气稳定度为D 类，风向下方300m 处的污染物扩散系数σy 、σz 分别为：
σy =γ1x α1=0.110726×5000.929481= 35.7m σz =γ2x α2=0.104634×5000.826212 = 17.8 m ⑤根据高斯大气污染物扩散模型可得：
22(,0,0,)exp 2y z z q
H C x H u πσσσ??=- ?
??
将以上数据带入：
)/08.1720021ex p 8.177.3534.614.322532
m g C （
≈??
?
?????????? ??-????= 污染物基本全部由风吹离了这个区域，对地面SO 2的浓度不造
成影响。
5. 某工厂烟囱有效源高50m ，SO 2排放量12kg/h ，排口风速4.0m/s ，求：
⑴SO 2最大落地浓度的多少？
⑵若使最大落地浓度下降至0.010mg/m 3，其它条件相同的情况下，有效源高应为多少？
设此大气稳定度下的P-G 系数参数P 1=2.27
))
1(2
1exp()(1221))
(
1())
(1(2
121)(
2
1121
2121
ααααγγαααααα-??
?
??+=
-+-H
P
解：⑴SO 2最大地面浓度
SO 2排放强度为：Q=10 kg/hr = 10000/3600=2.778 (g/s) 排口风速u=4.0m/s
根据高斯模型，地面最大浓度为：
1
2max 2P H u e Q C π=
将数据带入为：
27
.250414.3718.27778
.222max ?????=
C =0.028×10-3 （g/m 3）= 0.028
（mg/m 3）
⑵如控制C max=0.010mg/m 3，可以通过降低二氧化硫排放量和提高烟囱的高度两种方式达到目的，若提高烟囱高度，烟囱的有效高度为：
2
1
1max 2?
??? ?
?=P C u e Q H π
＝[2×2.778/（2.718×3.14×4×0.01×10-3×2.27）]0.5 ＝84.6 (m)
烟囱的有效高度应保持在84.6米以上时，地面最大浓度可控制在0.01 mg/m 3以下。
1. 有一条比较浅而窄的河流，有一段长5km 的河段，稳定排放含酚废水Q h =0.10m 3/s ，含酚浓
度为C h =5mg,/L ，上游河水流量为Q p =9m 3/s ，河水含酚浓度为C p =0，河流的平均流速为v=40km/d ，酚的衰减速率系数为k=2 d -1，求河段出口处的含酚浓度为多少？
解：较浅而窄的河流可以按照一维河流模型进行分析。可以认为污水与河水可迅速地混合均匀，排放点的酚浓度就等于：
q Q q C Q C C ++=
21
)/(055.01
.099
010.05l mg =+?+?=
对于一维河流模型，在忽略扩散时，可降解污染物的变化规律可表示为：
)]
/(ex p[)(10u x k C x C -=
将各量数值带入得
??
?
???-?=4052ex p 055.0C =0.0428 (mg/l)
河段出口处的含酚浓度为0.0428mg/l 。
2. 有一条河段长7.5km ，河段起点BOD 5的浓度为7mg/L ，河段末端BOD 5的浓度为5mg/L ，
河水平均流速为15km/d ，求该河段的自净系数k 1为多少？
解：按照一维河流模型S-P 模型进行分析。河流中的 BOD- DO 的变化规律为：
???
??--+--==----)
()(//2101/0/02121u x k u x k u x k s s u x k e e k k L k e C C C C e L L
由第一方程可得：
???? ??=211ln C C x u k ，将各量的数值带入方程式，得: 11673.00.50.7ln 5.715-=??
? ??=
d k
3. 一河段的K 断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排放污水，其污水特征为：
Q E =19440m 3/d ，BOD 5（E ）=81.4mg/l ，河水Q P =6.0m 3/s ，BOD 5（P ）=6.16mg/l ，u=0.1m/s ，K 1=0.5/d 。
①如果忽略污染物质在混合段内的降解和沿程河流水量的变化，在距完全混合断面10km 的下游某段处，河流中BOD 5浓度是多少？
②如果COD Cr （E ）=100 mg/l ，COD Cr （P ）=12 mg/l ，K C =0.3/d ，其它数据同上，计算COD Cr
浓度。
解：①混合均匀后，水中的BOD 浓度
q Q q C Q C C ++=
213600/24/1944066
16.63600/24/194404.81+?+?=
=8.88 (mg/l)
在忽略扩散时，一维河流模型有：
)]
/(ex p[)(10u x k C x C -=
??
? ??
????-?=2436001.01000105.0ex p 88.8=4.98 (mg/l)
河段混合断面10km 处的BOD 浓度为4.98mg/l 。
②混合均匀后，水中的COD 浓度
q Q q C Q C C ++=
213600/24/1944066
123600/24/19440100+?+?=
=15.2 (mg/l)
在忽略扩散时，一维河流模型有：
)]/(ex p[)(10u x k C x C -=
??? ?
?
????-?=2436001.01000103.0ex p 2.15=10.7 (mg/l)
河段混合断面10km 处的COD 浓度为10.7mg/l 。
4. 已知某一个工厂的排污断面上为30mg/L ，DO 为7mg/L ，受纳废水的河流平均流速为
20km.d -1，河水的k 1=0.75 d ，k 2=1.15 d -1，试求： （1）距离为5km 处的BOD 5和DO 的浓度。
（2）若沿途没有其他的污染源排污，何处河水BOD 5恢复到地表Ⅲ类水标准？（地表Ⅲ类水质中BOD 5=4mg/L 、氧气的饱和溶解度Ds ＝10 mg/L ）
解：按照一维河流模型S-P 模型进行分析。河流中的 BOD- DO 的变化规律为：
???
??--+--==----)
()(//2101/0/02121u x k u x k u x k s s u
x k e e k k L k e C C C C e L L
（1）距离为5km 处的BOD 5和DO 的浓度。
将各量的数值带入方程式，得距离为5km 处的BOD 5=24.9mg/l 和DO=3.31 mg/l （2）根据第一方程式，当L=4mg/l 时，带入上式
）（km k u L L x 7.5375
.020
430ln ln
10=?=?= 计算获得，距离排污口53.7km 处，河水的BOD5恢复到地表Ⅲ类水水质。
5. 在忽略污染物的降解，污水在河岸边排入河流，河流二为均匀流场的稳定态方程的解为：
??
???????????? ??--+???? ??-=
x D u y B x D u y u
x D uh Q
y x C y y y 4)2(ex p 4ex p /42),(22π ①若某断面上河对岸浓度达到同一断面最大浓度的5％，定义为污染物到达对岸，求解此段这一距离L b 。
②若断面上最大浓度与最小浓度之差不超过5％，可认为污染物均匀混合。地段面与由排放点的距离称为完全混合距离Lm,求解Lm 。
解：①污染物到达对岸前，计算本岸C(L b ,0) 时可不计对岸的反射项。而污染物到达对岸C(L b ,B)，只需要考虑一次反射。
对岸浓度为最小浓度，将y=B 带入的
)
exp(24exp /4224)2(exp 4exp /42),(222Z A x D u B u x D uh Q x D u B B x D u B u
x D uh Q
B L
C y y y y y b -=???? ?
?-
?=??
???????????? ??--+???? ??-=
ππ
本岸浓度为最大浓度，将y=）带入的
))
4exp(1(44exp 1/424)02(exp 40exp /42)0,(222Z A x D u B u x D uh Q x D u B x D u u
x D uh Q
L C y y y y y b -+=??
???????????? ???-+=??
???????????? ??--+???? ??-=
ππ 使用上式计算浓度，并按定义C(L b ,B)/C(L b ,0)=0.05 带入
)
1(025.02/)1(12)exp()4exp(1()
exp(2)4exp(1()exp(2),()0,(444
f f f f f
Z f Z Z Z A Z A B L C L C b b +?=+?==+-==-+-=-+-=λλλ
利用迭代法计算得出：f=0.025
y
y b b y D u
B D u B L L D u B 2220675.04)025.0ln(025.04exp =
-==???? ?
??
- ②同理，只需要考虑一次反射计算本岸浓度C(L b ,0)和对岸浓度C(L b ,B)，并按定义C(L b ,B)/C(L b ,0)=0.9，解出的混合距离L m 为:
利用迭代法计算得出：f=0.47241
y
y m m y D u
B D u B L L D u B 222333.04)47241.0ln(47421.04exp =
-==???? ?
??
-