大气污染物扩散模式

根据逆温的生成过程，可把逆温现象分为五类：辐射逆温、 地形逆温、下沉逆温、锋面逆温和平流逆温。
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)
Qq
u y z
exp[(
y2
2
2 y
z2
2
2 z
)]
相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
例1 某地区有一高架连续点源，烟囱顶端距地面 90m，烟羽抬升高度为70m，实测平均风速3m/s， 排烟量4.5×105m3/h，排烟中二氧化硫浓度为 1000mg/m3。已知：σy=σz=97.7m，试求该点源在下 风向距烟囱500m，距地面x轴线50m处二氧化硫的 地面浓度值及最大落地浓度。
（一）高斯烟流的形态
c(x,
y, z)
qQ
2 u y z
exp[(
y2
2
2 y
z2
2
2 z
)]
Q—单位时间排放量，即源强，mg/s； u—烟囱出口处的平均风速，m/s; σy、σz —水平和垂直扩散参数，即标准差，m
y 1x1
z 2 x2
（二）高斯烟流的浓度分布 高斯烟流中心线上的浓度分布
（二）地面浓度模式 取z＝0代入上式，得
C ( x,
y,0)
Q
u y z
exp(
y2
2
2 y
) exp
H2
2
2 z
（三）地面轴线浓度模式
再取y=0代入上式
C ( x,0,0)
Q
u y z
exp(
H2
2
2 z
)
（四）地面最大浓度模式： 若 z/y＝常数，则有：
Cmax
e
2Q
u y H
xmax
第三章 大气污染物扩散模式1.流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 3.特殊气象条件下的扩散模式
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
第一节 大气扩散过程
一、大气湍流
（一）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
（二）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
(一) 无限长线源与风向垂直 取 x 轴与风向一致，坐标原点设于线源中点，线源在 y轴
上的长度为2y0。有地面全反射的浓度公式为：
令y0 ，得到无限长线源的浓度公式：
cx, z
Ql exp
2 u z
zH
2
2 z
2
exp
z
H
2
2 z
2
相应的地面浓度公式（z=0）为：
c(x,0,0)
C q
u y z
exp[
(H
2nD)2
2
2 z
]
二、连续线源扩散模式
连续线源是指连续排放扩散物质的线状源，其源强处处 相等且不随时间变化。在高斯型模式中，连续线源等于连 续点源在线源长度上的积分，其浓度公式为：
C x, y,z
QL u
L
fdl
0
式中： Ql——线源源强，其单位为单位时间单位长度排放的物质量； f——表示连续点源浓度的函数，可根据源高及有无混合层反 射等情况选择适当的表达式。
2Ql
2 u
z
•
exp
H
2 e
2
2 z
Q1——线源源强，ML-1T-1
(二) 无限长线源（线源与风成大于45度角）的地面浓度公式为：
Cx, y,0,H
2Ql
2 zu
sin
exp
H2
2
2 z
Φ为线源与风的夹角
Ql =
车流量 平均车速
×每辆车单位时间污染物排放量
例2 某城市有一条东西走向很长的主要交通干线，高峰时汽 车流量为3000辆/h，车行速度平均为60km/h，平均每辆车排 出碳氢化合物为2.3×10-2g/s。某天吹北风，实测风速为3.5m/s， 试问改天车流高峰时段位于路下风向250m处大气中碳氢化物 的地面浓度为多少。已知σz=12.1m，汽车尾气排气管距地面 高度为0.4m。
稳定度分级：将稳定度分为A（强不稳定）、B（不稳定）、 C（弱不稳定）、D（中性）、E（较稳定）和F（稳定）六类
地面源
不稳定条件下有利于污染物扩散
（二）确定大气稳定度各因素之间的关系
地面风速
大气稳定度分级
云量
太阳辐射等级
经纬度
太阳高度角 北京时间 角度换算
太阳倾角
一年中 日期序数
三、逆温
通常大气对流层内的气温是随高度呈递减速关系。但在某 些特殊条件下，如在空气下沉、辐射冷却、空中热气流流 向地面、近地层扰动等因素影响下，高层气温反高于低层 气温，这种现象称为逆温。出现逆温现象的一层气体，称 为逆温层。
y,
z,
H)
2
Qq
u
y
z
exp(
y2
2
2 y
) exp[
(z H
2
2 z
)2
]
实际浓度
c(x,
y,
z,
H
)
2
Qq
u
y
z
exp(
y2
2
2 y
)
{exp[
(z H
2
2 y
)2
]
exp[
(z H
2
2 z
)2
]}
Q—单位时间排放量，即源强，mg/s； u—烟囱出口处的平均风速(m/s);
H—烟囱有效排放高度，m H=Hs+△H Hs—烟囱距地面几何高度(m); △H—烟气抬升高度(m) σy、σz —水平和垂直扩散参数(m)
投影点，x轴正向为平均风向，y为在水平面上垂 直于x轴，z为垂直于水平面xoy，向上为正。 （二）四点假设 a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 b．全部高度风速均匀稳定 c．源强是连续均匀稳定的 d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）
高斯扩散模式的坐标系
二、无界空间连续点源扩散高斯模式
2
2 z
]
Vt为粒径为dp的颗粒的重力沉降速度 地面反射系数
vt
dp2pg 18
第三节 其他扩散模式
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）
一、封闭型扩散模式
相当于两镜面之间无穷次全反射 实源和无穷多个虚源贡献之和 n为反射次数，在地面和逆面 实源在两个镜子里分别形成n个像
C ( x,
y,0)
Q
u y z
exp(
y2
2
2 y
) exp
H2
2
2 z
Cm a x
2Q
e u y H
四、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
c(x,
y, 0,
H)
(1 a)Q
2 u y z
exp(
y2
2
2 y
) exp[
(H
vt x / u)2