第10章大气扩散与污染控制2

扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用

利用扩散曲线确定 y 和 z
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用

估算地面最大浓度 和它出现的距离
由 H 和 z |x x
H z 2
cmax
由 z ~ x 曲线（图4-5）反查出 xcmax 由 y ~ x 曲线（图4-4）查 y 由式（4-10）求出Cmax
1、按地面最大浓度计算
C max C 0 C b
C 0－标准浓度
C b－本底浓度
2、按一定保证率的计算法
由地面最大浓度计算法→HS较矮，当u＜ū时，地面浓度可能超标； 由地面绝对最大浓度计算法→ HS较高，无论 u 多大，地面浓度不 超标，但烟囱造价高。 从环保和经济两方面来看，在选择一个可接受的保证率后， ū、 稳定度取一定值后代入上述公式，可得某一保证率的气象条件 下的烟囱高度，较前面较合理。
Байду номын сангаас
估算地面最大浓度 和它出现的距离
设H=141.4m，则
=100m 若大气稳定度 级别为B级， 则 查右图知： =2km
估算地面最大浓度 和它出现的距离
在 对应的 约为110m
例题
例题
扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法
我国在修订P-T法基础上产生了国家标准法(GB/T 13201-91)。
特殊气象条件下的扩散模式
在整层大气都具有同一稳定度（即温度层结构均一，实际 中难以实现）、平坦地形的条件下应用高斯模式计算污染 物浓度。 如果整个大气层不均匀，污染物扩散所涉及的温度层结不 止一个，或者地表粗糙度高，地势起伏大就需要特殊处理。 下面讨论两种特殊情况：封闭型扩散和熏烟型扩散。
一、封闭型扩散模式——有上部逆温层的扩散模式 所谓封闭型扩散就是指在上部存在逆温层的气象条件下， 污染物受到上部逆温层限制，只能在地面和逆温层之间扩 散的情况
烟气抬升高度计算（例题）
烟气抬升高度计算（例题）
烟气抬升高度计算（例题）
例：某市远郊区电厂烟囱高160m，烟囱排出口内径 5m，排烟速度12m/s。烟气温度135℃，周围大气 温度15 ℃。大气稳定度C级，源高处风速6.12m/s。 试分别用霍兰德、布里格斯、国家标准公式计算烟气 抬升高度（假设下风向距离x=2km）
( 1 ) 当 Q H 2 1 0 0 k W 和 (Ts Ta ) 3 5 K 时 H n 0Q H
n1
Hs
n2
u
1
Q H = 0 .3 5 Pa Q V
T Ts H 1)
T Ta Ts
(2)当1700 kW Q H 2100 kW 时 Q H 1700 2 400 2 (1 .5 v s D 0 .0 1 Q H ) 0 .0 4 8 ( Q H 1 7 0 0 ) H 1= u u (3)当 Q H 1700 kW 或 T 35K 时 H =H 1 (H 2 (1 .5 v s D 0 .0 1Q H ) u ( 4 ) 当 1 0 m 高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于 1 .5 m /s 时 H = H = 5 .5 Q H 1 / 4 ( d Ta 0 .0 0 9 8 ) 3 / 8 dz
烟温宜在100℃以上。
公式中与气象有关的参数取值方法： ū的取值：①取多年平均值；②取某一保证率的值：如已知 ū ＞3m/s的频率为 80%，取 3m/s可保证有80%不超标，而 地面平均最大浓度可能比规定标准更低。 z z 值在 0.5 ～ 1.0 间，即：当 Hs>100m 时， y y 0 . 5 ；当 Hs<100m 时，

扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）
y 1 x a , z x a
1 2 2


平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级 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 丘陵山区的农村或城市，同工业区 2 q ( ) 取样时间大于0.5h， z 不变， y y 1
3、P值法
根据“指定大气污染物排放标准的技术方法”GB/T13201-91中 规定的点源烟尘允许排放率计算式：
Q e Pe H
H
s
2
10 6

Q e 10 6 H Pe
式中：Qe－烟尘允许排放速率，t/h；Pe－烟尘排放控制系数， t/(h·m2)；H－有效源高，m。
烟囱设计中的几个问题

o
o
D-H
D-H D
二次反射 无反射 一次反射
2D-H
o 地面和逆温层底对烟云多次反射
封闭型扩散模式
简化计算：
例：位于北纬40°，东经117 °的某化工厂烟囱高50m， H2S排放量9kg/h ,排放筒直径0.5m，烟气出口温度50℃。 出口气速12m/s。距地面10m处风速为4m/s，早春2月 上午8时，天气晴朗，环境气温15℃，距地面500m处出 现逆温，试问在下风向5000m、8000m处H2S浓度有多 大？ 第一步：确定大气稳定度——查太阳倾角-计算太阳高度角 -确定辐射等级-查出大气稳定度 第二步：确定H——计算QV、QH-计算50m处风速-计算 ΔH。 第三步：确定XD——计算σz，按远郊区查表4-8，反算XD。 第四步：按4-9计算5000m处H2S浓度。 第五步：按4-9计算XD 处H2S浓度；按4-36计算2XD 处 H2S浓度。然后内插，确定 5000m处H2S 浓度。
无界空间连续点源扩散模式
q y2 z2 c( x, y , z ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2πu y z
高架连续点源扩散模式

实际浓度
q y2 ( z H )2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp( 2 ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 y 2 z 2 π u y z
1/3 1/3 1
H =0.362QH1/3 x 2/3 u
1/3 2/3
1 1
H =1.55QH H s u
H =0.332QH 3/5 H s 2/5
3/5 3/5 6 / 5
x*=0.33QH H s u
（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——在没有特别要求时，应优先使用 国家标准规定的方法。
大气扩散参数（σy，σz）的确定
扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量，是影响污染物浓度 的重要参数。 P－G曲线法 帕斯奎尔(Pasquill)在1961年推荐一种仅需要常规气象观测资 料就能估算σy，σz的方法，吉福德(Gifford)进一步将它制成应 用更方便的图表。应用观测到的风速、云量、云状和日照等天 气资料，将大气扩散稀释能力分为6个等级： A — 极不稳定，B —不稳定，C — 弱不稳定，D — 中性， E — 弱稳定，F —稳定。若稳定级别为A～B，则表示按A 、B级 的数据内插。
yf
2.15 y H tg15o 2.15 y H 8
例题 参照【例4-6】
烟囱高度的设计
烟囱高度的计算

（1）达到大气污染物稀释扩散的作用； （2）尽量节省投资（造价正比于H2 ）； （3）地面浓度不超过《环境空气质量标准》。
z 2q z Cmax ( ) 2 y 在0.5～1.0之间取 πuH e y 2 q z Hs H πeu (C0 Cb ) y
该法的要点： 首先根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度 级别；然后从图4-4和图4-5中查得（或表4-4用内插法求出） 对应的扩散参数σy和σz；最后将σy、σz代入前面介绍的一系 列扩散模式中，就可估计出各种情况下的浓度值。
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用

根据常规资料确定稳定度级别
设
y z const （实际中成立） dc( x,0,0, H ) 0 d z
2q z πuH 2e y
由此求得
cmax
z |x x
cmax

H 2
污染物浓度的估算
计算或实测 u 平均风速 多年的风速资料 H 有效烟囱高度 y 、 z 扩散参数
q 源强
1.烟气抬升高度的计算
熏烟型扩散模式
熏烟过程：早晨太阳升起后，地面得到来自太阳的辐射 逐渐加热，夜间产生的逆温层逐渐抬升，当逆温破坏到 烟流下边缘以上时，使烟流发生向下的强烈混合，地面 污染物浓度增大，产生熏烟过程。熏烟过程一般多在早 晨发生，持续时间不超过2小时。
熏烟型扩散模式——地面浓度
即hf=H时
hf——逆温层消失高度；σyf——熏烟条件下Y向扩散参数
在封闭型扩散中，假定： 污染物完全不向逆温层扩散； 上部逆温层对污染物起全反射作用，可用像源法处理； 污染源在地面和逆温层之间形成无穷多个像对，污染物 浓度是实源和无穷多虚源的贡献之和。 由式4-9
得：地面轴线上的污染物浓度为：
( H 2nD ) 2 C exp[ 2 2 ] πu y z z q

（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件
不稳定或中性大气下，布里格斯公式用来确定不同的热释放 率和下风向距离条件下的烟气抬升高度：
当QH 21000kW时 x 10 H s x 10 H s
当QH 21000kW时 x 3x * x 3x * H =0.362QH x u
有效源高
H H s H
H s ――烟囱几何高度
H
――抬升高度
烟云抬升的原因有两个： ①是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直 上升）；②是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。 这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升，烟云抬升有 利于降低地面的污染物浓度。