大气污染物扩散模式
大气污染扩散及浓度估算模式概述
大气污染扩散及浓度估算模式概述大气污染是指空气中某些物质或能量的浓度超过了一定的标准，对人类健康、生态系统和环境产生一定危害的现象。
而大气污染扩散及浓度估算模式则是一种基于数学、物理学原理的模拟工具，用来描述和预测大气污染物在大气中的扩散传播过程及其浓度分布情况。
扩散模式的基本原理大气污染物的扩散传播是受到气象条件、地形地貌、大气污染物排放源等多种因素的影响。
因此，扩散模式一般包括了以下几个基本原理：1.对流扩散：大气中的对流运动是造成大气污染物扩散的主要因素之一。
通过对流运动，大气中的污染物会随着空气的流动在近地层逐渐扩散。
2.湍流扩散：湍流是大气中涡动和乱流的运动形式，对大气污染物的扩散传播起着重要作用。
湍流扩散模式一般基于大气边界层内的湍流动力学理论建立。
3.稳定度影响：大气的稳定度会影响大气污染物的扩散情况。
在稳定的大气层中，扩散较小，而不稳定的大气层则容易形成污染物下沉和较大范围的扩散。
4.地形地貌影响：地形地貌会对大气污染物的扩散产生重要的影响，如山脉、山谷等地形特征会对污染物传播产生局部影响。
浓度估算模式的发展随着大气环境科学的发展和计算机技术的进步，大气污染扩散及浓度估算模式得到了长足的发展。
目前，常用的大气污染扩散及浓度估算模式主要包括了以下几种：1.高斯模型：高斯模型是最简单的扩散模型之一，假设大气污染物的传播呈现高斯分布。
其适用于平坦地形、均匀排放源的情况。
2.拉格朗日模型：拉格朗日模型是一种基于粒子运动轨迹的扩散模式，可以更准确地描述污染物的扩散传播路径。
3.欧拉模型：欧拉模型是一种基于流体动力学方程的扩散模型，适用于描述大气边界层内的湍流扩散过程。
4.数值模拟模型：数值模拟模型是最常用的大气污染扩散及浓度估算模式之一，利用数值计算方法对复杂的大气扩散传播过程进行模拟。
应用及展望大气污染扩散及浓度估算模式在环境保护、城市规划、应急响应等领域具有重要的应用意义。
通过对大气污染物的扩散传播过程进行模拟和预测，可以帮助政府及相关部门制定合理的环境政策和控制措施。
大气污染扩散模型
第一节大气污染物的扩散一、湍流与湍流扩散理论1.湍流低层大气中的风向是不断地变化，上下左右出现摆动；同时，风速也是时强时弱，形成迅速的阵风起伏。
风的这种强度与方向随时间不规则的变化形成的空气运动称为大气湍流。
湍流运动是由无数结构紧密的流体微团——湍涡组成，其特征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍然遵循一定的规律。
大气湍流的流动特征尺度一般取离地面的高度，比流体在管道内流动时要大得多，湍涡的大小及其发展基本不受空间的限制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而达到湍流状态。
所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气流受下垫面影响，湍流运动更为剧烈。
大气湍流造成流场各部分强烈混合，能使局部的污染气体或微粒迅速扩散。
烟团在大气的湍流混合作用下，由湍涡不断把烟气推向周围空气中，同时又将周围的空气卷入烟团，从而形成烟气的快速扩散稀释过程。
烟气在大气中的扩散特征取决于是否存在湍流以及湍涡的尺度(直径)，如图5－7所示。
图5－7（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢，其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；图5－7（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散，由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图5－7（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；图5－7（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。
实际上烟云的扩散过程通常不是仅由上述单一情况所完成，因为大气中同时并存的湍涡具有各种不同的尺度。
根据湍流的形成与发展趋势，大气湍流可分为机械湍流和热力湍流两种形式。
机械湍流是因地面的摩擦力使风在垂直方向产生速度梯度，或者由于地面障碍物(如山丘、树木与建筑物等)导致风向与风速的突然改变而造成的。
大气污染物扩散模式
四、烟流型与大气稳定度的关系
波浪型（不稳）
锥型（中性or弱稳）
扇型（逆温） 爬升型（下稳，上不稳） 漫烟型（上逆、下不稳）
第二节 高斯扩散模式
一、高斯模式的有关假定
（一）坐标系 原点为排放点或高架源排放点在地面上的
三、高架连续点源扩散模式
（一）实际浓度
镜像全反射---->像源法
实源： c(x, y, z, H z)
像源： c(x, y, z, H z)
实源的贡献
c(x, y, z, H ) Qq exp( y2 ) exp[ (z H )2 ]
2 u y z
2
2 y
2
2 y
像源的贡献
c(x,
车流量 Ql = 平均车速 ×每辆车单位时间污染物排放量
c(x,0,0)
2Ql
2 u
z
• exp
H
2 e
2
2 z
（三）形成原因与两种形式 热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度
二、大气稳定度
（一）概念
指气层的稳定度，即大气中某一高度上的气团在垂直方 向上相对稳定的程度。
受密度层结和温度层结共同作用。
外力使气块上升或下降 气块去掉外力
气块减速，有返回趋势，稳定 气块加速上升或下降，不稳定 气块停在外力去掉处，中性
H
2 2
1
2
（五）地面连续点源扩散模式（令H＝0）：
c(x,
y, z, 0)
u y z
exp[(
y2
2
2 y
CH4空气污染物的扩散模式
CH 4 空氣污染物的擴散模式4-1 高斯分佈函數－常態分佈函數討論：(1) 高斯常態分佈函數之圖形(2) 高斯常態分佈函數之極大值(3) 標準偏差對於高斯常態分佈圖形之影響(4) 高斯常態分佈函數之積分值(5) 不同標準偏差範圍內高斯常態分佈函數之積分值二維高斯常態分佈函數討論：(1) 二維高斯常態分佈函數之圖形(2) 高斯常態分佈函數之極大值(3) 高斯常態分佈函數之積分值4-2 高斯擴散模式討論：(1) C(x,y,z): 污染物在(x,y,z)處之濃度(μg/m3)(2) Q：污染物之排放速率(μg/s)(3) u：水平風速(m/s)(4) δy、δz：水平與垂直擴散係數(m)(5) Η：有效煙囪高度(m)虛點源原理：C(x,y,z)=C1(真實部份)+C2(地面反射部份)範例：已知Q=10 mg/s, x=1500 m, y=20m, z=0m,H=20m, u=2.5 m/s, δy=20m 、δz=50m ，(1) C ? μg/m 3(2) T =20oC, P=1.2 atm, Cs=?(3)污染物為SO2，則C=? ppb4-3 擴散係數(1) 查圖法(圖 4−3.Α 與圖 4−3.Β)δy：水平擴散係數(m) (下風距離 x (km)與穩定度(ABCDEF)) δz：垂直擴散係數(m) (下風距離 x (km)與穩定度(ABCDEF))大氣穩定度(ΑΒCDEF)的判讀方法(表4−3.Β)(2) 公式法δy=ax b、δz=cx d+f， x:公里a,b,c,d：查表4−3.Α(穩定度等級與下風距離)範例：已知x=1.5 km,白天 u=4 m/s,太陽輻射為強。
(1) 請判讀大氣穩定度等級? (表4−3.Β)(2) 請由查圖法判讀δy、δz(圖 4−3.Α 與圖 4−3.Β)(3) 請由公式法求δy、δz(δy=ax b、δz=cx d+f, abcd查表4−3.Α)4-4 有效煙囪高度H=h+ΔHH：有效煙囪高度(m)h：實際煙囪高度(m)ΔH：煙柱上升高度(m)(Plume rise)影響煙柱上升高度之因素：(1) 慣性力(Initial force)(2) 熱浮力(Thermal buoyant force)煙柱上升高度ΔH(m)之估算－Holland 公式d：煙囪直徑(m)u：煙囪口水平風速(m/s)P：大氣壓力(mbar, hPa)T s：廢氣溫度(o K)T∞：大氣溫度(o K)煙柱上升高度ΔH(m)之估算－Carson & Moses 公式Q h：熱能排放速率(KJ/s)R：8.314 kJ/kgmol.K，T：廢氣溫度(o K)M a：廢氣分子量=29P：大氣壓力(kPa)a, b為大氣穩定度之函數(Table 4-4.A)4-5 地面最大濃度1. 微分法使用時機：(1) 中性大氣下可假設δy=kδz)(2) 最大濃度發生於y=0, Z=0 (地面中心線上2. 代數法a,b,c,d 與大氣穩定度有關(表4-5.A)(無法求得X mas)3.圖解法。
大气环境污染物的迁移与扩散
大气环境污染物的迁移与扩散大气环境污染物是指在大气中存在的并对环境和人类健康造成负面影响的物质，包括但不限于颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物和重金属等。
这些污染物的迁移与扩散过程对于评估和治理大气污染至关重要。
本文将探讨大气环境污染物的迁移与扩散机制、影响因素及相关治理措施。
一、迁移与扩散机制1.湍流扩散湍流扩散是大气污染物迁移与扩散的主要机制之一。
大气中存在着各种气流运动，如对流和湍流。
污染物的扩散过程会受到这些气流运动的影响，形成不同尺度上的湍流涡旋，使得污染物在大气中的传输产生随机性。
2.稳定层限制稳定层限制是另一个影响大气污染物扩散的重要因素。
稳定层限制时，大气中的温度垂直分布呈现逆温趋势，导致污染物在较低的空间高度上聚集，难以扩散到更高空间层次。
3.地理地形地理地形对大气污染物的迁移与扩散也有显著影响。
山脉、山谷和海洋等地形特征会改变风向和风速，影响大气污染物的传输路径和速度。
二、影响因素1.气象条件气象条件是影响大气污染物迁移与扩散的关键因素之一。
风向、风速、温度和湿度等气象要素都会对污染物的传输路径和速度产生重要影响。
2.排放源强度和位置污染物的排放强度和位置直接决定了污染物释放到大气中的数量和速率。
高排放源和密集排放源会导致周围地区的浓度升高，使得污染物在迁移和扩散过程中产生更大的影响。
3.化学性质不同污染物的化学性质有所不同，这会影响它们的迁移与扩散行为。
一些污染物在不同环境条件下会发生化学反应，形成新的物种，进而影响它们的迁移和扩散特性。
三、治理措施1.源头治理源头治理是最为有效的大气污染物治理措施之一。
通过控制工业排放、交通尾气和机动车污染等措施，减少大气污染物的排放量，从根本上降低污染物的迁移与扩散程度。
2.空气净化技术空气净化技术可以有效去除大气中的污染物，改善空气质量。
常见的空气净化技术包括静电吸附、活性炭吸附和光催化等方法。
3.政策与法规完善的政策与法规对于大气污染物的治理至关重要。
大气污染物扩散模式
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
*
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 和
*
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用 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
我国在修订P-T法基础上产生了国家标准法(GB/T 13201-91)。
*
（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。
*
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）
*
例：某冶炼厂烟囱高150m，烟气抬升高度75m，SO2排放量1000g/s 。估算风速3m/s，大气稳定度C级时地面最大浓度是多少？发生在什么位置？ （分别用P-G法和国家标准方法计算）
第二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。
第一步：确定出现地面最大浓度的Z向扩散参数。
第三步：确定出现地面最大浓度的y向扩散参数。
*
*
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。
烟囱出口直径的计算：
*
例：地处丘陵的某炼油厂进行扩建，拟新建一烟囱排放污染物。烟囱排放条件为：出口内径3m，出口速度15m/s，烟温140 ℃ ，大气温度17 ℃ ， H2S排放量7.2kg/h。离该厂2500m处有一城镇，大气中H2S现状浓度是0.5μg/m3，为使该城镇H2S的浓度低于10 μg/m3 ，问要建多高的烟囱才能满足要求？设计风速取3m/s。
大气污染物扩散模式
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、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 • 取样时间大于0.5h， 不变，
z
y y ( 2 )q 1
2 1
例：在C级大气稳定条件下,求高架点源下风向800米处的扩散参数.
2 qL H2 ( x,0,0, H ) exp( 2 ) 2 z 2 π u z sin
有限长线源
2qL H 2 P2 1 P2 ( x,0,0, H ) exp( ) exp( )dP P 2 z 1 2π 2 2 π u z
37
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式 大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量<0.04t/h
像源的贡献
q y 2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2 π u y z
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 πu y z
z y
图4-5
图4-4
式4-10
27
例题4-3
计算地面最大浓度.
28
2.中国国家标准规定的方法
• （１）稳定度分类方法
太阳高度角 （式4-29） 辐射等级 稳定度
地面风速
云量
29
2.中国国家标准规定的方法
• （２）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）
空气污染物的扩散模式
線 污染源
若二者之間的夾角為θ， 且θ大於450，則濃度分佈 須修正為：
2 2Q 1 H C x, o, H exp 2 z u z sin
19
空氣污染物的衰減
放射性物質的衰減可依一階衰減率定律表示當放射性物質 的衰減量為原來質量的一半，其所經歷的時間稱為半衰期 (half-life)
20
模式的限制
1. 模式假設煙柱為穩定狀態，如果氣流隨時間的變化量極大 ( 如風向及風速 )，則公式並不適用。 2. 公式中考慮了「鏡像法」，但當污染物接觸地面時，地表 土壤、植物及建築物等能吸收部份的空氣污染物，亦會阻 礙反射作用，另外污染物中的粒狀物質會發生沉降作用， 因此模式的正確性受到限制。 3. 擴散模式中並未考慮空氣污染物的衰減。先前一次衰減率 定律對碳氫化合物及氮氧化物等無法用一次微分方程加以 說明。此外，模式中亦未考慮到其他污染物的生成。 4. 雖然擴散係數的求取過程考慮了氣象因素，然而忽略了溫 度對擴散係數的影響或其他諸如污染物本身的物理及化學 特性等。同時模式亦未考慮地形對濃度擴散的效應。
21
固定盒模式(Fixed-Box Model)
模式的假設有： 1. 城市為四方形，其中 x 軸方位平行風向。 2. 大氣擾動所造成空氣污染物的混合，完全發生於混 合層高 H 以下，而 H 以上則沒有混合。 3. 使得盒中污染物的濃度呈現均一。 4. x 軸方向的風速定值，不因時間、高程、及地點等 而變。 5. 城市上風處的背景濃度為固定值 b。 6. 城市空氣污染物的溢散率為 Q。 7. 沒有污染物自盒的頂面或平行風向的平面進出。 8. 污染物在大氣中沒有衰減或產生的現象。
vs h d u
1.4
大气污染源排放和扩散模型研究
大气污染源排放和扩散模型研究中国是唯一一个承受严重空气污染的国家之一。
大气污染源排放和扩散模型研究是目前解决环境问题最常用的方法之一。
本文将主要探讨大气污染问题、排放和扩散模型以及未来研究方向。
大气污染问题大气污染是一种有害物质向大气中释放的过程，通常包括氧化物、二氧化碳、氨、硫化氢和一氧化碳等。
其中，PM2.5（直径小于2.5微米的颗粒物）是中国大气中最重要的污染物之一，它会进入我们的肺部和血液循环，并且会引起各种健康问题。
此外，VOC（挥发性有机化合物）也是主要污染物之一。
在好氧条件下，VOC会生成O3（臭氧），而O3则会导致人类和动物的空气质量下降，对植物的健康也有很大影响。
最后一种重要污染物是NOx和SO2，主要来自于交通和工业排放。
排放和扩散模型排放和扩散模型是一种建立在物理基础上的计算模型，它可以用来计算某一区域内空气污染源的排放和扩散。
该模型可以模拟理想环境下的指标，如PM2.5、O3、NOx和SO2的浓度。
它的输入参数包括大气运动、地形、气象条件、污染源坐标和排放量。
在模拟过程中，模型可以给出各个站点的污染浓度，以及对健康和环境的影响。
未来研究方向虽然大气污染现象已经被研究了很多年，但仍有很多未解决的问题。
首先，现有的排放和扩散模型对复杂地形和气象条件的适应性较差。
因此，未来的研究需要更多考虑地球物理条件和交通状况等因素，以增强对空气污染的控制。
其次，维护和升级实时监测系统也是一个重要的方向。
实时数据可以使政策制定者及时地了解空气质量状况，从而做出有效的决策。
最后，大气污染的影响范围也是未来研究需要关注的问题。
目前，污染源主要位于工业和交通区域，但由于它们不断扩宽，在未来几十年内可能会达到不确定的程度。
结论空气污染是一个深刻的环境问题，对人类健康和环境产生了极大影响。
排放和扩散模型是减少空气污染的控制手段之一，并可以预测空气污染的发展趋势。
未来的研究需要增强模型对气象和地形条件的适应性，同时需要建立更为全面和实时的监测系统。
第三章 第四节大气扩散模式
大气环境污染的扩散
大气环境污染的程度，首先决定于污染源
排放的污染物特性和排放总量，其次还与
气象要素、地形等因素有关，其中以气象
要素的影响最为突出。
一、影响大气污染扩散的气象因素 影响污染物在大气中运动的气象 因素主要有风、湍流、逆温和大 气稳定度等。
1、风
风是指空气在水平方向的运动。风的运动规律可
用风向和风速描述。风向是指风吹来的方向。可
用8个方位或16方位表示。风速是指空气在单位时 间内水平运动的距离。 排入大气中的污染物在风的作用下，会沿着下风 向迁移、输送、扩散和稀释，风速越大，污染物 被输送的距离越远，其浓度越低。 大气污染不仅受风向，也受风速的影响。
某一风向频率越大，其下风向受污染的机 率就越高；反之机率越低。也就是说，大 气污染程度与风向频率成正比。 某一风向的风速越大，则下风向的污染程 度越小，因为来自上风向的污染物输送、 扩散和稀释能力加大，使大气中污染物浓 度降低，即大气污染程度与风速成反比。
逆温又静风的条件下。
根据逆温生成的过程，可将逆温分为：
辐射逆温 下沉逆温 平流逆温 锋面逆温
湍流逆温
（1）辐射逆温
在晴空无云（或少云）的夜晚，当风速较小（小于3
米/s）时，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近
地面的气温也随之下降。越接近地面的空气降温越 大，而远离地面的空气降温较小，因而形成了自地 面开始向上的逆温层，如图所示，称作辐射逆温。 随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎
明时达最强。一般日出后，太阳辐射逐渐增强，地
面很快增温，逆温便逐渐自下而上消失。
辐射逆温的生消过程
图为辐射逆温在一昼夜间从生成到消失的过程。 (a)是下午时递 减温度层结；(b)是日落前1h逆温开始生成的情况；随着地面辐 射的增强，地面迅速冷却，逆温逐渐向上发展，黎明时达到最强 (图c)；日出后太阳辐射逐渐增强，地面逐渐增温，空气也随之自 下而上增温，逆温便自下而上的逐渐消失(图d)；大约在上午10 点钟左右逆温层完全消失(图e)。
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湍流的基本概念
湍流——大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动
起因与两种形式
热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度
高斯扩散模式
坐标系 右手坐标，y为横风向，z为垂直向 根据质量守恒定律和梯度输送理论，污 染物在大气中的运动规律：
u v w kx kz ky S t x y z x x y y z z
逆温消失到 H 2 z ，熏烟过程不复存在
城市及山区扩散模式
城市大气扩散模式
线源扩散模式
无限长线源 ( x, y, 0)
He2 QL y2 exp( ) exp( 2 )dy 2 z 2 y u y z
风向和线源不垂直时
（交角 >45o）
He2 2QL ( x,0,0) exp( 2 ) 2 z 2 u z sin
高架连续点源扩散模式
地面浓度模式：取z＝0代入上式，得
He2 y2 ( x, y,0, H e ) exp( 2 ) exp( 2 ) u y z 2 y 2 z Q
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式
He2 ( x,0,0, He ) exp( 2 ) u y z 2 z Q
高斯扩散模式
高斯扩散模式的坐标系
高斯扩散模式
高斯模式的有关假定
污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 全部高度风速均匀稳定
源强是连续均匀稳定的
扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） X方向上，平流作用远大于扩散作用 地面足够平坦
无界空间连续点源扩散模式
另规定ky与y无关，kz与z无关，则 定解条件：
x xD
x 2xD
－>内插（假定变化为线性），按z值插值
熏烟型扩散模式
Q
p
( x, y, 0)
1 1 exp( P 2 )dP 2 y2 2 exp( 2 ), 2 yF 2 uhi yF
P (hi H e ) / z
yf
2.15 y H tg15o 2.15
高斯烟流的浓度分布
高斯烟流中心线上的浓度分布
高架连续点源扩散模式
镜像全反射---->像源法 实源： ( x, y, z, H e z ) 像源： ( x, y, z, H e z )
实源的贡献
( z H e )2 Q y2 ( x, y, z, He ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 u y z 2 y 2 y
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
烟气抬升高度的计算
Briggs公式：适用于中小型热源的烟气抬升计算 当大气稳定时
H 1.6 F x u
1 3 2 3 1 1 3
F H 2.4 S u
x<xF x≥ xF
当大气中性或不稳定时
H 1.6 F x u H 1.6 F
1 3 1 3 2 3 1 2 3
3.5 x
u
1
x<3.5x* x≥ 3.5x*
烟气抬升高度的计算
我国“制订地方排放标准的技术方法”中的推荐公式
(1)当QH 2100 kJ s 和(Ts Ta ) 35 K 时
1
H n0 Q H n1 H s n 2 u Q H =0.35 PqV (2)当1700 kJ s T Ts
面源扩散模式
简化为点源的面源扩散模式
假设形心上风向有一虚拟点源，其烟流扩散到面
源单元的中心时，与面源所造成的污染等效。
Q 1 y2 H ( x, y, 0) exp{ [ ]} 2 2 2 ( y y 0 ) ( z z 0 ) u ( y y 0 )( z z 0 )
第四章 大气污染物扩散模式
内容提要
湍流扩散的基本理论 高斯扩散模式 特殊气象条件下的扩散模式 城市及山区的扩散模式 污染物浓度的估算方法 烟囱高度设计 掌握大气扩散的理论和扩散模式， 学会估算污染物浓度、烟气抬升高 度，确定烟囱高度和厂址
学习要求
湍流扩散的基本理论
扩散的要素
风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快105～106倍
x y z 0时， x, y, z 时， 0
2 2 u k y 2 kz 2 x y z
解得：
u dydz Q
Q 4 x k y kz
1 2
( x, y, z)
u y2 z2 exp[ ( )] 4 x k y kz
H y 8
熏烟型扩散模式
逆温层消失到烟囱的有效高度处，即 hi He
Q y2 F ( x, y, 0) exp( 2 ) 2 yF 2 2 uH e yF
逆温层消失到烟流上边缘，即 hi He 2 z
Q y2 F ( x, y,0) exp( 2 ) 2 yF 2 uhi yF
有限长线源
H e 2 P2 1 2QL P2 ( x,0,0) exp( ) exp( )dP 2 P 2 z 1 2 2 2 u z
城市大气扩散模式
面源扩散模式 城市中小工厂、企业生活锅炉、居民炉灶等数量多、分 布广、排放高度低的污染源，均作为面源对待。大气排放 规范里规定条件：烟囱不高于40m；单个排放量<0.04t/h
相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
例题：某火力发电厂烟囱高80m，以670g/s的排 放速度向大气中排放SO2。已知烟气抬升高度为 100m,实测平均风速为5.8m/s, σy=220.5m， σz=184.5m。试计算沿平均风向轴线下风向900m, 距地面高250m处的SO2浓度值。
2 另设x=ut,并令 y 2k yt, z2 2kzt
Q y2 z2 ( x, y, z) exp[( 2 2 )] 2 u y z 2 y 2 z
高斯烟流的形态
Q y2 z2 ( x, y, z) exp[( 2 2 )] 2 u y z 2 y 2 z
T Ta Ts
时 s Q 1700 H =H1 ( H 2 H1 ) H 400 2(1.5vs d 0.01QH ) 0.048(QH 1700) H1 = u u (3)当QH 1700 kJ 或T 35 K 时 s 2(1.5vs d 0.01QH ) H = u (4)当地面以上10m高度年平均风速u 1.5 m 时 s 3 dT H =5.5QH1/ 4 ( a 0.0098) 8 dz
QH 2100 kJ
扩散参数的确定
P－G曲线法
P－G曲线Pasquill常规气象资料估算 Giffard制成图表
方法要点
大气分成A－F共六个稳定度等级
（云、日照、风速……）
x ~ y 曲线（六条）（对应A、B……F稳定度级）
P－G曲线的应用
根据常规资料确定稳定度级别
帕斯奎尔法（GB/T13201--91）
有效源高
H
He H H
H
――烟囱几何高度
――抬升高度
烟气抬升
初始动量： 速度、内径 烟温度 －>浮力
烟气抬升高度的计算
Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时减小， 不稳时增加10－20％）
H vs D T T 1 (1.5 2.7 s a D ) (1.5vs D 9.79 103 QH ) Ts u u
像源的贡献
( z H e )2 Q y2 ( x, y, z, He ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 u y z 2 y 2 z
实际浓度
( z H e )2 ( z H e )2 Q y2 ( x, y, z, He ) exp( 2 ) {exp[ ] exp[ ]} 2 u y z 2 y 2 z2 2 z2
封闭型扩散模式
计算简化： 当 x xD （尚未到封闭阶段）
烟流扩散不受逆温影响，用原公式；
当 x 2xD ，经多次反射，z向浓度渐趋均匀，水平方 向呈正态分布，地面浓度为
Q y2 ( x, y,0) exp( 2 ) 2 y 2 uL y 当 xD x 2xD 时
颗粒物扩散模式
粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散计算 大于15 μ m的颗粒物：倾斜烟流模式
( He vt x / u)2 (1 )Q y2 ( x, y,0, H e ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 u y z 2 y 2 z
vt
d p2 p g 18
解：
He H H 80 100 180m
( z H e )2 ( z H e )2 Q y2 ( x, y , z , H e ) exp( 2 ) {exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 u y z 2 y 2 z 2 z
2 2 250 180 250 180 670 g exp exp 2 184.52 2 184.52 m3 2 5.8 220.5 184.5
稳定度分类方法
太阳高度角 云高 云量 辐射等级 稳定度
（加地面风速）
太阳倾角
[0.006918 0.399912cos 0 0.070257sin 0 0.006758cos 20
0.000907sin 20 0.002697 cos 30 0.001480sin 3 ] 180