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1、第四节 大气中污染物的扩散,主要气象要素对大气污染的影响 主要污染源扩散模式,1.大气边界层的温度场 2.大气水平运动和湍流 3.影响大气污染的地理因素 4.影响大气污染的其它因素 5.大气中污染物扩散模式 6.扩散参数的确定 1.湍流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 3.污染物浓度的估算方法 4.特殊气象条件下的扩散模式 5.城市及山区的扩散模式 6.烟囱高度设计,1.大气边界层的温度场,气温垂直递减 原因：对流层中气体接受地面热量不同； 对流层中水汽和固体杂质分布不均，对地面热辐射接受不同。 1。气温的垂直递减率： d,干绝热递减率：干空气块或为饱和的湿空气块在绝热条件下每升高单位高度（1
2、00m）所造成的温度下降数值。 Ti：干空气块的温度，不同于周围空气的温度。,大气绝热过程： 式中：T1， T2状态1，2的空气温度（K）； P1， P2状态1，2的空气压力（Pa）； R_空气的气体常数J/(kg.K)； Cp_空气的定压比热J/(kg.K)； K绝热指数,多数大气过程可视为绝热过程，气温变化由外界压力变化引起。 当空气块绝热上升：气体对外作功，消耗内能，温度下降；绝热下降时：外界对其作功，气体内能增加，温度上升。,一小的干空气块，设在z处Vi ,Pi,Ti,周围空气V ,P,T上升至z+dz处Vi dVi ,Pi +dPi,Ti+d Ti ，周围空气V +dV P+dP,T
3、+dT 假定空气气压满足准静力条件：pi=p,pi+dpi=p+dp dp=-g.dz Ti=T,Cp_ 干空气定压比热1004J(kg.K),干绝热递减率,温度层结：气温随高度的分布,1:正常分布层结0；2：中性层结= d ；3：等温层结=0 ；4：逆温0,温度t(0C),高度Z(m),1,2,3,4,2。大气稳定度（垂向） 当一空气块受外力作用后产生上升（下降）运动后，去除外力， 1。稳定大气：气块减速并有返回原来高度的趋势，此大气为称为稳定大气。 2。非稳定大气：气块加速上升或下降，此大气为称为非稳定大气。 3。中性大气：气块被推到哪里就停在那里或作等速运动，此大气为称为非稳定大气。,大
4、气稳定度判定方法,设一空气块，状态参数为Pi,Ti，i,周围空气为P,T,。 利用准静力条件及理想气体状态方程： 如为绝热运动，在z处，气块温度Ti= Ti0-d.z，周围大气T= T0-.z 假设T0=Ti0 判定依据： -d,3。逆温,0，-d0，逆温层大气为稳定大气 逆温层可称为阻隔层，会造成较为严重的大气污染。,逆温分类,辐射逆温：多见于冬季白天，200300m,最大达400m 下沉逆温:压缩逆温，高压控制区，数百米，多发生在高空大气 平流逆温：中纬度沿海地区，海上暖空气流到大陆或冷空气上 湍流逆温：湍流运动形成 锋面逆温：暖空气团爬到了冷空气团上层，冷空气一面可见,4。不同温度层结下
5、的烟型,反卷型（波浪型）： -d0,多见于晴朗的白天 锥型： -d0 平展型： -d0,上部-d-1，上午 89点,第二节 大气水平运动和湍流,作用于大气的力： 气压梯度力 地转偏向力 惯性离心力 摩擦力 重力,近地层风速廓线,风速廓线：平均风速随高度变化的曲线，数学表达式为风速廓线模式。 中性层结条件下的风速廓线模式 非中性层结条件下的风速廓线模式,大气的湍流运动,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105106倍 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
6、糙度,湍流扩散理论,主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 1.梯度输送理论 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 2.湍流统计理论 泰勒，正态分布 萨顿实用模式 高斯模式 3.相似理论,影响大气污染的地理因素,地形和地物的影响 山谷风 海陆风 城市热岛环流 其它因素： 污染物的性质和成分 污染源的几何形状和排放方式,第五节 大气中污染物的扩散模式,1.湍流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 3.污染物浓度的估算方法 4.特殊气象条件下的扩散模式 5.城市及山区的扩散模式 6.烟囱高度设计,高斯模式的有关假定: 坐标系 右手坐标，y为横风向，z为垂直向 四点假设 a污染物
7、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,高斯扩散模式的坐标系,无界空间连续点源扩散模式,由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布 方差的表达式 由假定d 源强积分式 （单位时间物质守恒）,高斯烟流的形态,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： 像源：,高架连续点源扩散模式,高架连续点源扩散模式,地面源扩散模式,颗粒物扩散模式,粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算 大于15m的颗粒物：倾斜烟流模式,地面反射系数,污染物浓度的估算,q 源强 计算
8、或实测 平均风速 多年的风速资料 H 有效烟囱高度 、 扩散参数,1.烟气抬升高度的计算,烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式 （1） Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时减小，不稳时增加1020）,QH烟气热释放率 Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下,烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式（续） （2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件,烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式 （续） （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,扩散参数的确定,PG曲线法 PG曲线Pasquill常规气象资料估算 Gifford
9、制成图表,扩散参数的确定PG曲线法,PG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PG曲线法,PG曲线的应用 利用扩散曲线确定 和,扩散参数的确定PG曲线法,PG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,扩散参数的选取 扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表216查算） 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 取样时间大于0.5h，纵向不变，y向变,特殊气象条件下的扩散模式,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） 封闭型扩
10、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,城市及山区扩散模式,城市大气扩散模式 1.线源扩散模式,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,常用城市空气质量模式,箱模式 单箱模式多箱模式如目前用于我国城市空气污染指数预报的CAPPS模式 城市多源模式 如EPA推荐的ISC模式（Industrial Source Complex Model） 光化学模式 如EPA推荐的UAMV（Urban Airshed Model）模式 线源模式 如CALINE模式，用
11、于计算公路的污染物排放,山区扩散模式,山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立 对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多,ERT模式 高斯模式，只对有效源高进行修正,NOAA和EPA模式 NOAA以高斯模式为基础，对有效源高进行修正 EPA与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正,烟囱高度的设计,烟囱高度的计算 要求： （1）达到稀释扩散的作用 （2）造价最低， 造价正比于H2 （3）地面浓度不超标 按地面最大浓度计算,烟囱高度的计算,按一定保证率的计算法 取一定保证率下的平均风速和扩散参数 P值法 国标GB/T 13201-91,烟囱设计中的几个问题,上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型等模式校核 烟气抬升高度的选取 优先采用国家标准中的推荐公式 烟流下洗、下沉现象,