【环境课件】第九章 大气污染物排放与扩散

第九章 大气污染物排放与扩散,主要内容,9.1大气层结构及气象基础知识 9.2大气扩散基本理论 9.3大气扩散理论应用 9.4烟囱高度设计和厂址选择,9.1大气层结构及气象基础知识,9.1.1 大气的结构 大气圈在垂直方向上分为5层。 1对流层：大气污染现象主要发生在这一层里，特别是靠近地面的l2km范围内。 2平流层：高度大约5055km。又称为同温层。在平流层中，持别是在2035km范围内臭氧集中，称为臭氧层。 3中间层：高度可达85km左右。4热成层：上界达800km，也称为电离层。 5逸散层：大气圈的最外层，高度达800km以上。,大气圈的层状结构,9.1.2气象基础知识,表示大气状态的物理量和物理现象，统称气象要素。气象要素主要有：气温、气压、气湿、风向、风速、云况、能见度、降水情况、辐射、日照等。1) 相对湿度f：空气的实际水汽压力与饱和水蒸气压的比 2) 露点温度td：湿空气在水汽含量不变的情况下，等压降温至对水汽而言达到饱和状态时的温度成为露点。,9.1.3大气边界层的温度场,气温垂直递减率，简称气温直减率，指单位(通常取l00m)高度差气温变化率的负值。 若气温随高度增加是递减的，为正值，反之，为负值。干绝热递减率，干空气在绝热上升或下降过程中，每升高或下降单位高差的温度变化率的负值，称为干空气温度绝热垂直递减率。 式中Ti表示干空气块的温度，它不同于周围空气的温度。,气温的垂直分布,大气中的温度层结有四种典型情况：(1)气温随高度的增加是递减的0，大多数情况是这种分布，称为正常分布或递减层结；(2) 气温直减率等于或近似等于干绝热直减率，d ，称为中性层结；(3)气温随高度增加而增加0，称为气温逆转，简称逆温；(4) 气温不随高度变化0，称为等温层结。,温度层结曲钱,逆温,辐射逆温：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。 下沉逆温：由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温。平流逆温：由暖空气平流到冷地表面上而形成的逆温。 锋面逆温：在锋面上，如果冷暖空气的温差较大，也可以出现逆温。 湍流逆温：低层空气湍流混合形成的逆温。,下沉逆温的形成示意图 锋面逆温示意图,湍流逆温的形成过程,大气的静力稳定度与大气污染,污染物在大气中的扩散与大气稳定度有密切的关系。大气静力稳定度可以用气温直减率与干绝热递减率之差来判别。未饱和湿空气的稳定度的判据：当 时，大气不稳定；当 时，大气中性；当 时，大气稳定。,气温层结与烟羽形状,(1)波浪型，烟羽呈波浪状，污染物扩散良好，发生在不稳定大气中。 (2)锥型，烟羽呈圆锥形，发生在中性条件下。(3)平展型，烟羽垂直方向扩散很小，发生在烟囱出口处于逆温层 。(4)爬升型(屋脊型)，烟羽的下部是稳定的大气，上部是不稳定的大气。 (5)漫烟型(熏蒸型)，烟羽的下部是不稳定的大气，上部处于逆温层中。 (6)受限型，发生在烟囱出口上方和下方的一定距离内大气不稳定区域。,气温层结与典型的烟羽形状,9.1.4大气边界层的风场,大气的运动是在各种力的作用下产生的。作用于大气上的水平力，有水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力和惯性离心力。 平均风速随高度的变化曲线称为风速廓线。我国常用幂函数风速廓线模式，制定地方大气污染物排放标准的技术原则与方法(GB/T13201-91)给出计算公式(P449)，可计算得到烟囱出口以及烟囱有效高度处的平均风速。,风对大气污染物扩散的影响,风从风速和风向两个方面对大气污染物的扩散产生影响 ，可以用风向频率和污染系数来表征。,风向频率、风速复合玫瑰图,9.2大气扩散基本理论,污染物进入大气后，随着大气的运动发生迁移、扩散稀释和降解转化。迁移：污染物随着大气在x、y、z三个方向上平移运动所产生的迁移作用。推流迁移只改变污染物所处的位置，并不改变污染物的浓度。 分散稀释：主要作用机理有分子扩散，湍流扩散和弥散作用。降解和转化作用包括重力沉降，降水和云雾对污染物的清洗作用，地表面对大气污染物的清除作用，大气中污染物的化学反应。,大气扩散模式,污染源的情况 1.污染物的成分和性质 2.源的几何形状和排放方式 污染源按其几何形状划分，可分为点源、线源、面源和体源。 按施放污染物的持续时间来划分，可分为瞬时源和连续源。 3.源强:通常瞬时点源的源强以一次排放的总量表示。连续点源的源强以单位时间的排放量表示。 4.源的高度,源高对地面污染物浓度的影响,点源扩散的高斯模式,1.瞬时单烟团正态扩散模式是一切正态扩散的基础。 2.无边界连续点源的扩散模式，所谓无界连续点源是指无限大空间内的连续点源。,3.高架连续排放点源高斯扩散模式 P点的实际污染物浓度应为实源和虚源作用之和。,地面任一点浓度，令z=0地面轴线浓度，令y=0， 最大落地点浓度和落地点距离 cmax，xmax 地面绝对最大浓度危险风速uabsm：出现地面绝对最大浓度的风速,4.连续排放点源扩散模式 地面连续点源扩散模式可由高架连续点源扩散模式导出。今其有效源高H0时得空间任一点浓度为，地面连续点源所产生的污染物浓度是无界连续点源所产生的污染物浓度的两倍。,9.3大气扩散理论应用,9.3.1烟气抬升高度计算 有效源高He由烟囱几何高度H1与烟气抬升高度H组成。HeH1H 有效源高He 的计算：HJ/T2.2-93计算方法；Holland公式；Bviggs公式 9.3.2大气稳定度分级以及扩散参数确定Pasquill分级方法；修订的Pasquill分类法；扩散参数的确定,9.4烟囱高度设计和厂址选择,9.4.1烟囱高度设计计算 1.根据地面最大浓度公式计算 2. 根据地面绝对最大浓度不超过容许浓度的计算方法 3. 根据一定保证率计算 4. 根据点源烟尘允许排放率计算(P