蒋展鹏环境工程学污染物的稀释法控制PPT课件

1、第八章 污染物的稀释法扩散第一节 影响污染物在大气中扩散的气象要素第二节 烟气抬升高度第三节 污染物落地浓度第1页/共47页第一节 影响污染物在大气中扩散的气象要素动力因子热力因子风湍流大气温度层结大气稳定度第八章 污染物的稀释法扩散第2页/共47页一、气象的动力因子（一）风（一）风 气象上，空气的铅直运动称为气象上，空气的铅直运动称为升降气流升降气流； 空气的水平运动称为空气的水平运动称为风风。风主要是由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。 风向风向 风的来向。风的来向。 风速风速 单位时间内空气在水平方向上运动的单位时间内空气在水平方向上运动的 距离。

2、（单位距离。（单位：m/sm/s）第八章 污染物的稀释法扩散第3页/共47页（一）风（一）风 风向方位表示法：方位表示法：( (地面风地面风) )用用8 8个方位或个方位或1616方位表示方位表示角度表示法：角度表示法：( (高空风高空风) )以正北为零点，角度顺时针增加以正北为零点，角度顺时针增加 正北为正北为360360( (或或0 0) )；正东；正东9090; ;正南正南180180; ;正西正西270270 风向的16个方位及对应角度第八章 污染物的稀释法扩散第4页/共47页（二）湍流（二）湍流风的阵性和摆动称为风的阵性和摆动称为大气湍流大气湍流大气污染物的扩散主要靠大气大气污染物的

3、扩散主要靠大气湍流的作用湍流的作用机械湍流机械湍流热力湍流热力湍流小尺寸湍流作用下的烟云扩散大尺寸湍流作用下的烟云扩散复合尺寸湍流作用下的烟云扩散第八章 污染物的稀释法扩散第5页/共47页（三）局地风（三）局地风1 1、海陆风、海陆风陆地海洋较暖陆地海洋较冷第八章 污染物的稀释法扩散第6页/共47页较冷较暖较冷较暖第八章 污染物的稀释法扩散第7页/共47页第八章 污染物的稀释法扩散第8页/共47页二、气象的热力因子近地层近地层大气温度大气温度随地表温度的升高而增随地表温度的升高而增高高随地表温度的降低而降随地表温度的降低而降低低大气绝热过程：大气中的某一空气块作垂直升大气绝热过程：大气中的某一

4、空气块作垂直升降运动时与周围空气不发生热量交换。降运动时与周围空气不发生热量交换。（一）大气温度层结1 1、干绝热递减率、干绝热递减率气温随高度的分布第八章 污染物的稀释法扩散自下而上地被加热自下而上地被冷却?第9页/共47页1 1、干绝热递减率、干绝热递减率 一质量恒定的空气块在大气中绝热上升时，因周一质量恒定的空气块在大气中绝热上升时，因周围气压降低而膨胀，部分内能用于抵抗外界压力而做围气压降低而膨胀，部分内能用于抵抗外界压力而做膨胀功，则其温度将下降；膨胀功，则其温度将下降； 一质量恒定的空气块在大气中绝热下降时，因外一质量恒定的空气块在大气中绝热下降时，因外界气压增大而被压缩，外界压力

5、对气块做功并转化为界气压增大而被压缩，外界压力对气块做功并转化为内能，因而其温度将上升。内能，因而其温度将上升。diddzdT)(i i空气块空气块d d干空气干空气干绝热递减率：干空气团或未饱和湿空气团绝热上升或下降单位高度（100m）时，温度降低或升高的数值。单位：K/100m d 约为0.98K/100m，可近似1/100m第八章 污染物的稀释法扩散第10页/共47页2 2、气温递减率、气温递减率气温随高度增高而降低，气温随高度增高而降低，为正值为正值气温随高度增高而增高，气温随高度增高而增高，为负值为负值温度层结（层结） 气温沿铅直高度的变化。气温垂直递减率 单位高差（通常取100m）

6、下 气温变化的负值。环境)(dzdT第八章 污染物的稀释法扩散第11页/共47页3 3、大气温度层结的四种类型、大气温度层结的四种类型A A、递减层结（正常分布层结）、递减层结（正常分布层结） 气温随高度的增加而递减，气温随高度的增加而递减， d d B B、中性层结、中性层结 气温随高度的变化等于或近似等于干绝热递减率，气温随高度的变化等于或近似等于干绝热递减率，= = d dC C、等温层结、等温层结 气温随铅直高度增加是不变的，气温随铅直高度增加是不变的，= = 0 0D D、气温逆转（逆温）、气温逆转（逆温） 气温随高度的增加而增加，气温随高度的增加而增加， Hh h第八章 污染物的稀

7、释法扩散第16页/共47页3、湍流逆温、湍流逆温zT0rrdADBCE混合逆温层第八章 污染物的稀释法扩散第17页/共47页T1T3T2T4暖空气冷空气层结曲线锋面层4、锋面逆温第八章 污染物的稀释法扩散第18页/共47页（三）大气稳定度 一空气块受外力作用产生上升或下降运动。一空气块受外力作用产生上升或下降运动。 当外力去除后：当外力去除后： 气块减速并有返回原来高度的趋势气块减速并有返回原来高度的趋势 稳定稳定气块加速上升或下降气块加速上升或下降 不稳定不稳定 既不上升也不下降，保持最后状态既不上升也不下降，保持最后状态 中性中性垂直方向上大气的稳定程度，即是否容易发生对流大气稳定度是大气

8、对污染源排放污染物的扩散能力的度量第八章 污染物的稀释法扩散第19页/共47页1 1、大气稳定度的判别、大气稳定度的判别 当当-d d 0 0，气块加速运动，大气不稳定；，气块加速运动，大气不稳定； 当当-d d 000， d d 大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪型，污染物扩散良好；型，污染物扩散良好；锥锥 型：型：00，d d 大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈圆锥型，污染物扩散速度较波浪型慢；圆锥型，污染物扩散速度较波浪型慢；扇扇 型

9、：型：00， 00， d d，稳定状态稳定状态 排放口下方排放口下方00， d d，不稳定状态不稳定状态 烟流向上扩散，一般无严重污染；烟流向上扩散，一般无严重污染；熏烟型：熏烟型：排放口上方排放口上方00， 00， d d ，稳定状态稳定状态 烟流大量下沉，形成严重污染；烟流大量下沉，形成严重污染；第八章 污染物的稀释法扩散第21页/共47页波浪型ZT大气稳定度与烟流类型大气稳定度与烟流类型波浪型：波浪型：00， d d 大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪型，污大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪型，污染物扩散良好；染物扩散良好；第八章 污染物的稀释

10、法扩散第22页/共47页锥型ZT大气稳定度与烟流类型大气稳定度与烟流类型锥锥 型：型：00，d d 大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈圆锥型，大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈圆锥型，污染物扩散速度较波浪型慢；污染物扩散速度较波浪型慢；第八章 污染物的稀释法扩散第23页/共47页ZT扇 型大气稳定度与烟流类型大气稳定度与烟流类型扇扇 型：型：00， 00， d d，不稳定状态不稳定状态 排放口下方排放口下方00， d d，稳定状态稳定状态 烟流向上扩散，一般无严重污染；烟流向上扩散，一般无严重污染；第八章 污染物的稀释法扩散第25页/共47页ZT熏烟

11、型大气稳定度与烟流类型大气稳定度与烟流类型熏烟型：熏烟型：排放口上方排放口上方00， 00， d d ，不稳定状态不稳定状态 烟流大量下沉，形成严重污染；烟流大量下沉，形成严重污染；第八章 污染物的稀释法扩散第26页/共47页（四）大气稳定度的分类根据常规气象资料确定稳定度的级别。根据常规气象资料确定稳定度的级别。A 强不稳定B 不稳定C 弱不稳定D 中性E 稳定F 强稳定第八章 污染物的稀释法扩散第27页/共47页大气稳定度的确定方法大气稳定度的确定方法1 1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；角；2 2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等

12、级；、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；3 3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。日期日期太阳倾角太阳倾角经纬度经纬度太阳高度角太阳高度角云量云量太阳辐射等级太阳辐射等级风速风速大大气气稳稳定定度度等等级级式式8-7表表8-4表表8-3表8-5第八章 污染物的稀释法扩散第28页/共47页太阳倾角概略值太阳倾角概略值第八章 污染物的稀释法扩散第29页/共47页大气稳定度的确定方法大气稳定度的确定方法1 1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；角；2 2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；

13、、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；3 3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。日期日期太阳倾角太阳倾角经纬度经纬度太阳高度角太阳高度角云量云量太阳辐射等级太阳辐射等级风速风速大大气气稳稳定定度度等等级级式式8-7表表8-4表表8-3表8-5第八章 污染物的稀释法扩散第30页/共47页太阳高度角，（）；当地地理纬度，（）；当地地理经度，（）；进行观测的北京时间，（h）；太阳倾角，（）。)30015cos(coscossinarcsinsin0thth0太阳高度角太阳高度角第八章 污染物的稀释法扩散第31页/共47页太阳辐射等级太阳辐射等级第

14、八章 污染物的稀释法扩散第32页/共47页大气稳定度的确定方法大气稳定度的确定方法1 1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；角；2 2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；3 3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。日期日期太阳倾角太阳倾角经纬度经纬度太阳高度角太阳高度角云量云量太阳辐射等级太阳辐射等级风速风速大大气气稳稳定定度度等等级级式式8-7表表8-4表表8-3表8-5第八章 污染物的稀释法扩散第33页/共47页大气稳定度的等级大气稳定度的等级第

15、八章 污染物的稀释法扩散第34页/共47页第二节第二节 烟气抬升高度烟气抬升高度 烟羽：烟气在水平方向的扩散 烟羽抬升高度：烟羽轴线与烟囱口间的距离H 有效烟囱高度：烟气所达到的高度HH=Hs+HHs：烟囱实体高度排放因素气象因素下垫面状况烟流喷速、烟气温度平均风速、湍流强度、环境空气温度、大气稳定度、逆温层地形、建筑物构型第八章 污染物的稀释法扩散第35页/共47页一、烟气抬升过程一、烟气抬升过程 喷出阶段喷出阶段：依靠烟流本身的初始动量向上喷射 浮升阶段浮升阶段：由于烟流的热力作用（烟 空），促使烟流在浮力作用下上升 瓦解阶段：瓦解阶段：上升一定高度后，烟流与空气充分混合，丧失浮力和动力作

16、用随风飘动，气流波动很大 变平阶段变平阶段：大气湍流的作用下，烟流向上下左右 扩散，烟羽越来越大（截面积）第八章 污染物的稀释法扩散第36页/共47页二、烟气抬升高度的计算二、烟气抬升高度的计算 中国国家标准中规定的公式：1、当Qh5004.184.18kJ/s 或 TsTa 35K时： 式中：QH烟气热释放率，kJ/s； Qv实际排烟量，m3/s； 排气筒出口处平均风速, m/s ； Ts烟气出口温度，K； Ta大气平均温度（5年平均值），K； pa大气压力，kPa； n0 烟气热状况及地表系数，见表86； n1 烟气热释放率指数，见表86 ； n2排气筒高度指数，见表86 。sasvHns

17、nHTTTQQuHQnH)(2 .3531021u第八章 污染物的稀释法扩散第37页/共47页中国国家标准中规定的公式：2、当Qh5004.18kJ/s 或 TsTa35K时：uQDvHhs)04. 05 . 1 (2第八章 污染物的稀释法扩散第38页/共47页第三节第三节 污染物落地浓度污染物落地浓度高斯模式高斯模式应用湍流扩散统计理论提出正态分应用湍流扩散统计理论提出正态分布假设下的扩散模式布假设下的扩散模式由湍流引起的扩散由湍流引起的扩散第八章 污染物的稀释法扩散第39页/共47页一、高斯模式的有关假定 原点：污染物排放点或排放点在地面的投影点。原点：污染物排放点或排放点在地面的投影点。

18、 x x轴：平均风向方向。轴：平均风向方向。 y y轴：在水平方向上垂直于轴：在水平方向上垂直于x x轴，正向在轴，正向在x x轴的左向。轴的左向。 z z轴：垂直于水平面轴：垂直于水平面xoyxoy，向上为正向。，向上为正向。坐标系第八章 污染物的稀释法扩散第40页/共47页一、高斯模式的有关假定 1、污染物浓度在y、z轴上的分布是正态分布； 2、在全部空间中风速是均匀的、稳定的； 3、源强是连续、均匀的； 4、在扩散过程中污染物质的质量是守恒的； 5、在x方向平流作用远大于扩散作用； 6、地面足够平坦（镜面）。第八章 污染物的稀释法扩散第41页/共47页二、高斯模式的基本公式1 1、无限空间，地面连续点源的高斯模式、无限空间，地面连续点源的高斯模式22)(),(bzayeexAzyx221ya221zbzyuQxA2)()22(exp2),(2222zyzyzyuQzyx第八章 污染物的稀释法扩散第42页/共47页第八章 污染物的稀释法扩散2 2、有界，高架连续点源的高斯模、有界，高架连续