第04章-大气污染扩散模型-环境保护概论课件

第四章大气污染物扩散模式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第四章大气污染物扩散模式1.湍流扩散的基本理论第一节湍流扩散的基本理论湍流的基本概念

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第一节湍流扩散的基本理论湍流对扩散的影响a，大气中只有有规则的风而没有湍流运动，烟团仅仅靠分子扩散使烟团长大，速度缓慢；b，大气中存在剧烈的湍流运动，烟团与空气之间强烈混合和交换，大大加强了烟团的扩散湍流扩散比分子扩散速率快105～106倍，，湍流扩散的作用是很重要的。平均运动方向平流输送为主，湍流对扩散的影响a，大气中只有有规则的风而没有湍流运动，烟团湍流对扩散的影响在湍流扩散过程中，各种不同大小的湍涡，在扩散的不同阶段起到不同的作用：a，受小尺度湍流搅动，烟团缓慢扩散。b，烟团被大尺度湍流夹带，烟团本身截面尺度变化不大；c，烟团同时受到大、中、小三种尺度的湍流作用，所以扩散过程进行较快。湍流对扩散的影响在湍流扩散过程中，各种不同大小的湍涡，在扩散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.梯度输送理论欧拉坐标，固定空间某一点为研究对象理论基础：质量守恒定律，把扩散类似分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比，脉动值用平均值代替。2.湍流统计理论拉格朗日方法，空间微团为研究对象理论基础：解决扩散参数时用二元相关理论：方差、概率泰勒公式；萨顿实用模式；高斯模式

3.相似理论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第二节高斯扩散模式高斯模式的有关假定坐标系右手坐标，原点为排放点或高架点源的投影点，x为风向，y为横风向，z为垂直向四点假设

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）

第二节高斯扩散模式高斯模式的有关假定高斯扩散模式高斯扩散模式的坐标系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（单位时间物料守恒）

未知数：浓度c，待定函数A（x），待定系数a，b积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式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高斯烟流的形态高斯烟流的形态高架连续点源扩散模式镜像全反射---->像源法实源：像源：

实源的贡献

像源的贡献

实际浓度zz高架连续点源扩散模式镜像全反射---->像源法实源的贡献高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布例

污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高为H，污染源距峭壁的距离为L，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。L北峭壁yxP(x,y,z,H)P(x,y+2L,z,H)例污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高架连续点源扩散模式地面浓度模式：取z＝0代入上式，得地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式上式，增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值地面最大浓度模式：

考虑地面轴线浓度模式

高架连续点源扩散模式地面浓度模式：取z＝0代入上式，得地面轴高架连续点源扩散模式

地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得高架连续点源扩散模式地面最大浓度模式（续）：设地面源高斯模式令H＝0相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）地面源高斯模式令H＝0相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源颗粒物扩散模式粒径小于15um的颗粒物可按气体扩散计算大于15um的颗粒物：倾斜烟流模式

地面反射系数颗粒物扩散模式粒径小于15um的颗粒物可按气体扩散计算地第三节污染物浓度的估算q

源强计算或实测

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

初始动量：速度、内径烟温度－>浮力烟气抬升第三节污染物浓度的估算q源强计算或实测1.烟气烟流抬升（1）喷出阶段

依靠烟流初始动量向上喷射；（2）浮升阶段

烟流的热力浮力而上升；（3）瓦解阶段

烟流与空气混合，失去动量和浮力开始随风飘动（4）变平阶段

烟流完全变平，随风飘动。烟流抬升影响烟云抬升的因素烟气本身的因素

a）烟气出口速度（Vs）b）热排放率（QH）—烟囱口排出热量的速率QH越高烟云抬升的浮力就越大，大多数烟云抬升模式认为，其中α=1/4～1，常取α为2/3。

c）烟囱几何高度（看法不一）有人认为有影响：；有人认为无影响。

环境大气因素

a）烟囱出口高度处风速越大，抬升高度愈低。b）大气稳定度不稳时，抬升较高；中性时，抬升稍高；稳定时，抬升低。c）大气湍流的影响大气湍流越强，抬升高度愈低。下垫面等因素的影响影响烟云抬升的因素烟气本身的因素影响烟云抬升的因素A:烟流喷出速度越高或烟气温度与周围空气温度之差越大，在低或中等风速下，则烟气抬升高度越大B：平均风速越大。湍流越强，空气及烟气的混合就越快，此时温度和动量就迅速减小，抬升就小C、d：逆温层及逆温层消散前后的不利气象因素阻止烟流的抬升，烟气向地面扩散E、F：不利的工厂因素和地形引起烟流下沉，不利于烟气抬升影响烟云抬升的因素A:烟流喷出速度越高或烟气温度与周围空气温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10％～20％）

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Holland公式比较保守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）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

烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（续）

某城市电厂有一座高100m的烟囱，烟囱出口内径5m，烟尘出口烟流速度17.42m/s，烟囱出口工况烟气流量342m3/s，烟气温度100℃，大气温度20℃，当地大气压力为1010hPa，烟囱出口处平均风速4m/s，试用Briggs、Holland及评价技术导则的烟气抬升公式，计算1.1km处阴天时的抬升高度解：热释放率为：公式BriggsHolland评价导则ΔH（m）24795.7208相对值1.20.461例某城市电厂有一座高100m的烟囱，烟囱出口内径5m，风速、有效源高对地面最大浓度的影响高架连续点源地面最大浓度计算式

风速对Cmax有两种作用结果：风速增大，地面最大浓度减小；从各种抬升公式看，风速增大时抬升高度减小，地面最大浓度增大。

地面最大浓度Cmax不是随风速增加而单纯的减小，而是先随风速增加而增大，当Cmax达到最大值后再减小。地面绝对最大浓度Cabsm，相对此时的风速称为危险风速。

风速、有效源高对地面最大浓度的影响高架连续点源地面最大浓度计有效源高对地面最大浓度的影响大多数烟流抬升公式可概括对求导，令当，Cmax达到极大值有效源高对地面最大浓度的影响大多数烟流抬升公式可概括对扩散参数的确定扩散参数确定的途径：现场测定风洞模拟实验经验公式或图表估算扩散参数的性质①随着扩散距离的加长，σ增大。②随着水平和垂直湍流的强烈交换，大气处于不稳定状态，σ较大，即σ与稳定度密切相关。扩散参数的确定扩散参数确定的途径：扩散参数的性质扩散参数的确定P－G曲线法P－G曲线:Pasquill常规气象资料估算；Gifford制成图表方法要点将大气稳定度分为6个等级：A—极不稳定，B—不稳定，C—弱不稳定，D—中性，E—弱稳定，F—稳定。太阳辐射稳定级别下风距离P-G曲线图P-G表扩散参数扩散参数的确定P－G曲线法方法要点将大气稳定度分为6个等级：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曲线的应用扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用浓度估算地面最大浓度估算扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法稳定度分类方法改进的P－T法

太阳高度角

（式4-29，地理纬度，倾角）

辐射等级稳定度云量（加地面风速）

扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法稳定度分类方法太阳高度扩散参数的确定－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4-8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，不变，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第四节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个像地面轴线浓度第四节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烟流宽度和烟流高度

定义：浓度相当于烟流中心线浓度的1/10处两点间的距离

如果用y0表示烟流半宽度，z0表示烟流半高度，则有：烟流宽度和烟流高度定义：浓度相当于烟流中心线浓度封闭型扩散模式计算简化：封闭型扩散模式计算简化：熏烟型扩散模式假设：

D

换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分，

则仍可用上面公式

熏烟型扩散模式假设：D换成hf（垂向均匀分布）；q只包括熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式第五节城市及山区扩散模式城市大气扩散模式1.线源扩散模式风向与线源垂直时边缘效应第五节城市及山区扩散模式城市大气扩散模式风向与线源垂直时边城市大气扩散模式2.面源扩散模式城市大气扩散模式2.面源扩散模式城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）简化为点源的面源扩散模式（续）形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好与正方形宽度相等

烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍

（正态分布：）

确定、之后即可按点源计算面源浓度城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）窄烟流模式某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向两侧单元对其影响很小某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强决定城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）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（IndustrialSourceplexModel）光化学模式如EPA推荐的UAM－V（UrbanAirshedModel）模式线源模式如CALINE模式，用于计算公路的污染物排放常用城市空气质量模式箱模式城市空气质量模式的发展第一代模式PhotochemicalBoxModelOZIP/EKMA(forozone)ISC3,CALPUFF,AERMOD

(forprimarypollutants)GaussianDispersionModelhttp://./scram001/tt22.htm城市空气质量模式的发展第一代模式Photochemical城市空气质量模式的发展第二代模式

EulerianGridModels

:UAM,RADM,REMSAD,ROMhttp://./asmdnerl/modeling.htm城市空气质量模式的发展第二代模式EulerianG城市空气质量模式的发展第三代模式（Models-3）－OneAtmosphere的概念AirToxicsOzoneAcidRainVisibility

PM2.5WaterQuality.OHNOx+VOC+OH

+hv--->O3SOx[orNOx]+NH3+OH

--->(NH4)2SO4[orNH4NO3]SO2+OH--->H2SO4NO2+OH--->HNO3VOC+OH--->OrgainicPM

OH<--->AirToxics(POM,PAH,Hg(II),etc.)

FinePM(Nitrate,Sulfate,OrganicPM)

NOx+SOx+OH(LakeAcidification,Eutrophication)OneAtmosphereOneAtmosphere城市空气质量模式的发展第三代模式（Models-3）－One山区扩散模式

封闭山谷中的扩散模式污染物在峡谷两壁之间扩散，由于壁的多次反射作用，可以认为在距离污染源一段距离之后，污染物在y向均匀分布，z向仍为正态分布。高架源，有山区扩散模式封闭山谷中的扩散模式高架源，有山区扩散模式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山区扩散模式ERT模式NOAA和EPA模式第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型基本假设：在估算大气污染物浓度时，把所研究的区域看成是“箱子”的底，箱子的高度就是该区域的混合层高度，而污染物浓度在箱子内处处相等。单箱模式的污染物质量守恒方程：K＝0，大气污染源排放稳定时，可得：第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型当t很长时，箱体内的大气污染物浓度趋向稳定，有平衡浓度K0，大气污染源排放稳定时，可得：平衡浓度为：第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型平衡浓度为：第六节区域大气环境质量模型多源大气环境质量模型区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度和各污染源对该点浓度的贡献值之和：《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中排放总量限值的计算方法第六节区域大气环境质量模型多源大气环境质量模型图a

风向玫瑰图

图b

风速玫瑰图

NW

N

NE

E

S

SE

SW

W

S

SE

E

SW

W

NW

N

NE

第七节厂址的选择和烟囱的设计选择厂址所需的气候资料气候资料是指气象资料的常年统计形式。（1）风向和风速气候资料：风玫瑰图图a风向玫瑰图厂址的选择图c是风速和风向频率复合图该图矢线长度代表风向频率大小，矢线末端的风速羽代表平均风速，每一羽可表示0.5或1.0m/s。静风（风速<1.0m/s）或微风（风速为1～2m/s）情况大气通风条件差，容易引起高浓度污染，尤其是长时间静风会使污染物大量积累，引起严重污染。因此，在空气污染分析中不仅应统计静风频率，有条件还要统计静风持续时间。厂址的选择图c是风速和风向频率复合图静风（风速<1.0m/s厂址的选择（2）大气稳定度的气象资料一般气象台没有近地层大气逆温层结的详细资料，但可据pasquill或我们废气排放制定标准中规定的方法。利用已知的气象资料进行分类，统计出月（年、季）各稳定度频率，作出必要的图表。（3）混合层高度的确定

混合层高度是影响混合物铅直扩散的重要参数。由于温度层结的昼夜变化，混合层高度也随时间变化。混合层高度可看作气块作干绝热上升运动的上限高度。（即：干绝热递减率上限高度。混合层愈高，则污染物垂直扩散的范围越大。）厂址的选择（2）大气稳定度的气象资料厂址的选择受太阳辐射的影响，午后混合层高度最大，在温度—高度图上，从上午最大地面温度作干绝热线，与早晨温度探空曲线的交点高度为午后混合层高度，即最大混合层高度。大范围内的平均污染浓度，可以认为与混合层高度和混合层内的平均风速的乘积成反比。通常定义Dū为通风系数。Dū－单位时间内通过与平均风向垂直的单位宽度混合层的空气层。通风系数越大，污染浓度越小。厂址的选择受太阳辐射的影响，午后混合层高度最大，在温度—高度厂址的选择长期平均浓度的计算气象随提供的风向资料是按16方位给出的，每个方位相当于一个22.5º的扇形。因此，可按每个扇形计算长期平均浓度。推导时作以下假定：（1）同一扇形内各角度的风向频率相同，即在同一扇形内同一距离上，污染物浓度在y方向是相等的。（2）当吹某一扇形风时，全部污染物都落在这个扇形里。厂址的选择长期平均浓度的计算厂址的选择厂址的选择厂址的选择厂址的选择厂址的选择厂址的选择厂址的选择从环境保护角度出发，理想的建厂位置是污染本底值最小，扩散稀释能力强，排出的污染物被输送到城市或居民区的可能性最小的地方。1、本底浓度本底浓度超标的地区不宜建厂，本底浓度虽未超标，但加上拟建厂贡献，短期内又无法改进的也不宜建厂，应选择本底浓度小的地区建厂。2、扩散稀释能力扩散稀释能力主要决定于该地区的气象条件和地形。厂址的选择从环境保护角度出发，理想的建厂位置是污染本底厂址的选择（1）风向、风速污染物危害的程度和受污染的时间及浓度有关，所以居住区、作物生长区都希望能设在受污染时间短、污染浓度低的位置，因而确定工厂和居民区的相对位置时要考虑风向、风速两个因素。污染系数表示风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。其表达式为：污染系数=

某风向污染系数小，表示该风向吹来的风所造成的污染小，因此污染源可布置在污染源在污染系数最小风向的上侧。厂址的选择（1）风向、风速第04章-大气污染扩散模型——环境保护概论课件厂址的选择（2）稳定度由于一般污染物扩散是在距地面几米高范围内进行的，所以离地面几百米范围内的大气稳定度对污染物的扩散稀释过程有重要影响，选厂址必须注意收集逆温层的强度、厚度、出现频率和持续时间等资料，要特别注意逆温同时出现静风或微风的情况。大型工厂：若排烟有效烟囱高度能突破经常出现的逆温层高度而在逆温层以上扩散，对防止污染有利，若逆温层出现在烟囱有效高度上部，往往易造成污染。中小工厂：距地面200~300米以下的逆温层对中、小型工厂是不利的条件，高层逆温对几公里范围内的扩散影响不大。厂址的选择（2）稳定度厂址的选择（3）其它气象资料：如降雨、云、雾等。（4）地形地形对空气污染的影响很复杂，在复杂地形建厂，必须作具体分析，一般应进行专门的气象观测和现场扩散实验或进行风洞试验以便对当地的扩散稀释条件做出准确评价。厂址的选择（3）其它气象资料：如降雨、云、雾等。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

烟囱高度的设计烟囱高度的计算烟囱高度的计算按地面绝对最大浓度计算(4-10)烟囱高度的计算按地面绝对最大浓度计算(4-10)烟囱高度的计算按一定保证率的计算法∵由地面最大浓度计算法→HS较矮，当u＜ū时，地面浓度超标；由地面绝对最大浓度计算法→HS较高，无论u多大，地面浓度不超标，但烟囱造价高。∴在确定保证率后，ū、稳定度取一定值后代入上述公式，可得某一保证率的气象条件下的烟囱高度，较前面较合理。P值法国标GB/T13201-91式中：Qe－烟尘允许排放速率，t/h；Pe－烟尘排放控制系数，t/(h·m2)；H－有效源高，m。烟囱高度的计算按一定保证率的计算法烟囱设计中需注意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，需要用封闭型或熏烟型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、下沉现象烟囱设计中需注意的几个问题上述计算公式按锥形高斯模式导出，在烟囱设计中需注意的几个问题烟流下洗、下沉现象

烟囱高度不低于从属建筑的2倍；出口烟气流速不低于平均风速的1.5倍，一般在20～30ms；排烟温度100℃以上烟囱设计中需注意的几个问题烟流下洗、下沉现象烟囱高度不低烟囱设计中需注意的几个问题公式中与气象有关的参数取值有两种方法：取多年平均值；取某一保障频率的值：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。烟囱直径的计算烟囱设计中需注意的几个问题公式中与气象有关的参数取值有两种方Vs的选择通常Vs/U>2.0作为设计准则Vs的选择第四章大气污染物扩散模式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第四章大气污染物扩散模式1.湍流扩散的基本理论第一节湍流扩散的基本理论湍流的基本概念

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第一节湍流扩散的基本理论湍流对扩散的影响a，大气中只有有规则的风而没有湍流运动，烟团仅仅靠分子扩散使烟团长大，速度缓慢；b，大气中存在剧烈的湍流运动，烟团与空气之间强烈混合和交换，大大加强了烟团的扩散湍流扩散比分子扩散速率快105～106倍，，湍流扩散的作用是很重要的。平均运动方向平流输送为主，湍流对扩散的影响a，大气中只有有规则的风而没有湍流运动，烟团湍流对扩散的影响在湍流扩散过程中，各种不同大小的湍涡，在扩散的不同阶段起到不同的作用：a，受小尺度湍流搅动，烟团缓慢扩散。b，烟团被大尺度湍流夹带，烟团本身截面尺度变化不大；c，烟团同时受到大、中、小三种尺度的湍流作用，所以扩散过程进行较快。湍流对扩散的影响在湍流扩散过程中，各种不同大小的湍涡，在扩散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.梯度输送理论欧拉坐标，固定空间某一点为研究对象理论基础：质量守恒定律，把扩散类似分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比，脉动值用平均值代替。2.湍流统计理论拉格朗日方法，空间微团为研究对象理论基础：解决扩散参数时用二元相关理论：方差、概率泰勒公式；萨顿实用模式；高斯模式

3.相似理论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第二节高斯扩散模式高斯模式的有关假定坐标系右手坐标，原点为排放点或高架点源的投影点，x为风向，y为横风向，z为垂直向四点假设

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）

第二节高斯扩散模式高斯模式的有关假定高斯扩散模式高斯扩散模式的坐标系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（单位时间物料守恒）

未知数：浓度c，待定函数A（x），待定系数a，b积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式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高斯烟流的形态高斯烟流的形态高架连续点源扩散模式镜像全反射---->像源法实源：像源：

实源的贡献

像源的贡献

实际浓度zz高架连续点源扩散模式镜像全反射---->像源法实源的贡献高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布例

污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高为H，污染源距峭壁的距离为L，峭壁对烟流扩散起全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。L北峭壁yxP(x,y,z,H)P(x,y+2L,z,H)例污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。设有效源高架连续点源扩散模式地面浓度模式：取z＝0代入上式，得地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式上式，增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值地面最大浓度模式：

考虑地面轴线浓度模式

高架连续点源扩散模式地面浓度模式：取z＝0代入上式，得地面轴高架连续点源扩散模式

地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得高架连续点源扩散模式地面最大浓度模式（续）：设地面源高斯模式令H＝0相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）地面源高斯模式令H＝0相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源颗粒物扩散模式粒径小于15um的颗粒物可按气体扩散计算大于15um的颗粒物：倾斜烟流模式

地面反射系数颗粒物扩散模式粒径小于15um的颗粒物可按气体扩散计算地第三节污染物浓度的估算q

源强计算或实测

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

初始动量：速度、内径烟温度－>浮力烟气抬升第三节污染物浓度的估算q源强计算或实测1.烟气烟流抬升（1）喷出阶段

依靠烟流初始动量向上喷射；（2）浮升阶段

烟流的热力浮力而上升；（3）瓦解阶段

烟流与空气混合，失去动量和浮力开始随风飘动（4）变平阶段

烟流完全变平，随风飘动。烟流抬升影响烟云抬升的因素烟气本身的因素

a）烟气出口速度（Vs）b）热排放率（QH）—烟囱口排出热量的速率QH越高烟云抬升的浮力就越大，大多数烟云抬升模式认为，其中α=1/4～1，常取α为2/3。

c）烟囱几何高度（看法不一）有人认为有影响：；有人认为无影响。

环境大气因素

a）烟囱出口高度处风速越大，抬升高度愈低。b）大气稳定度不稳时，抬升较高；中性时，抬升稍高；稳定时，抬升低。c）大气湍流的影响大气湍流越强，抬升高度愈低。下垫面等因素的影响影响烟云抬升的因素烟气本身的因素影响烟云抬升的因素A:烟流喷出速度越高或烟气温度与周围空气温度之差越大，在低或中等风速下，则烟气抬升高度越大B：平均风速越大。湍流越强，空气及烟气的混合就越快，此时温度和动量就迅速减小，抬升就小C、d：逆温层及逆温层消散前后的不利气象因素阻止烟流的抬升，烟气向地面扩散E、F：不利的工厂因素和地形引起烟流下沉，不利于烟气抬升影响烟云抬升的因素A:烟流喷出速度越高或烟气温度与周围空气温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10％～20％）

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Holland公式比较保守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）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

烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（续）

某城市电厂有一座高100m的烟囱，烟囱出口内径5m，烟尘出口烟流速度17.42m/s，烟囱出口工况烟气流量342m3/s，烟气温度100℃，大气温度20℃，当地大气压力为1010hPa，烟囱出口处平均风速4m/s，试用Briggs、Holland及评价技术导则的烟气抬升公式，计算1.1km处阴天时的抬升高度解：热释放率为：公式BriggsHolland评价导则ΔH（m）24795.7208相对值1.20.461例某城市电厂有一座高100m的烟囱，烟囱出口内径5m，风速、有效源高对地面最大浓度的影响高架连续点源地面最大浓度计算式

风速对Cmax有两种作用结果：风速增大，地面最大浓度减小；从各种抬升公式看，风速增大时抬升高度减小，地面最大浓度增大。

地面最大浓度Cmax不是随风速增加而单纯的减小，而是先随风速增加而增大，当Cmax达到最大值后再减小。地面绝对最大浓度Cabsm，相对此时的风速称为危险风速。

风速、有效源高对地面最大浓度的影响高架连续点源地面最大浓度计有效源高对地面最大浓度的影响大多数烟流抬升公式可概括对求导，令当，Cmax达到极大值有效源高对地面最大浓度的影响大多数烟流抬升公式可概括对扩散参数的确定扩散参数确定的途径：现场测定风洞模拟实验经验公式或图表估算扩散参数的性质①随着扩散距离的加长，σ增大。②随着水平和垂直湍流的强烈交换，大气处于不稳定状态，σ较大，即σ与稳定度密切相关。扩散参数的确定扩散参数确定的途径：扩散参数的性质扩散参数的确定P－G曲线法P－G曲线:Pasquill常规气象资料估算；Gifford制成图表方法要点将大气稳定度分为6个等级：A—极不稳定，B—不稳定，C—弱不稳定，D—中性，E—弱稳定，F—稳定。太阳辐射稳定级别下风距离P-G曲线图P-G表扩散参数扩散参数的确定P－G曲线法方法要点将大气稳定度分为6个等级：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曲线的应用扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用浓度估算地面最大浓度估算扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法稳定度分类方法改进的P－T法

太阳高度角

（式4-29，地理纬度，倾角）

辐射等级稳定度云量（加地面风速）

扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法稳定度分类方法太阳高度扩散参数的确定－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4-8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，不变，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第四节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个像地面轴线浓度第四节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烟流宽度和烟流高度

定义：浓度相当于烟流中心线浓度的1/10处两点间的距离

如果用y0表示烟流半宽度，z0表示烟流半高度，则有：烟流宽度和烟流高度定义：浓度相当于烟流中心线浓度封闭型扩散模式计算简化：封闭型扩散模式计算简化：熏烟型扩散模式假设：

D

换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分，

则仍可用上面公式

熏烟型扩散模式假设：D换成hf（垂向均匀分布）；q只包括熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式第五节城市及山区扩散模式城市大气扩散模式1.线源扩散模式风向与线源垂直时边缘效应第五节城市及山区扩散模式城市大气扩散模式风向与线源垂直时边城市大气扩散模式2.面源扩散模式城市大气扩散模式2.面源扩散模式城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）简化为点源的面源扩散模式（续）形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好与正方形宽度相等

烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍

（正态分布：）

确定、之后即可按点源计算面源浓度城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）窄烟流模式某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向两侧单元对其影响很小某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强决定城市大气扩散模式2.面源扩散模式（续）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（IndustrialSourceplexModel）光化学模式如EPA推荐的UAM－V（UrbanAirshedModel）模式线源模式如CALINE模式，用于计算公路的污染物排放常用城市空气质量模式箱模式城市空气质量模式的发展第一代模式PhotochemicalBoxModelOZIP/EKMA(forozone)ISC3,CALPUFF,AERMOD

(forprimarypollutants)GaussianDispersionModelhttp://./scram001/tt22.htm城市空气质量模式的发展第一代模式Photochemical城市空气质量模式的发展第二代模式

EulerianGridModels

:UAM,RADM,REMSAD,ROMhttp://./asmdnerl/modeling.htm城市空气质量模式的发展第二代模式EulerianG城市空气质量模式的发展第三代模式（Models-3）－OneAtmosphere的概念AirToxicsOzoneAcidRainVisibility

PM2.5WaterQuality.OHNOx+VOC+OH

+hv--->O3SOx[orNOx]+NH3+OH

--->(NH4)2SO4[orNH4NO3]SO2+OH--->H2SO4NO2+OH--->HNO3VOC+OH--->OrgainicPM

OH<--->AirToxics(POM,PAH,Hg(II),etc.)

FinePM(Nitrate,Sulfate,OrganicPM)

NOx+SOx+OH(LakeAcidification,Eutrophication)OneAtmosphereOneAtmosphere城市空气质量模式的发展第三代模式（Models-3）－One山区扩散模式

封闭山谷中的扩散模式污染物在峡谷两壁之间扩散，由于壁的多次反射作用，可以认为在距离污染源一段距离之后，污染物在y向均匀分布，z向仍为正态分布。高架源，有山区扩散模式封闭山谷中的扩散模式高架源，有山区扩散模式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山区扩散模式ERT模式NOAA和EPA模式第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型基本假设：在估算大气污染物浓度时，把所研究的区域看成是“箱子”的底，箱子的高度就是该区域的混合层高度，而污染物浓度在箱子内处处相等。单箱模式的污染物质量守恒方程：K＝0，大气污染源排放稳定时，可得：第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型当t很长时，箱体内的大气污染物浓度趋向稳定，有平衡浓度K0，大气污染源排放稳定时，可得：平衡浓度为：第六节区域大气环境质量模型箱式大气环境质量模型平衡浓度为：第六节区域大气环境质量模型多源大气环境质量模型区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度和各污染源对该点浓度的贡献值之和：《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中排放总量限值的计算方法第六节区域大气环境质量模型多源大气环境质量模型图a

风向玫瑰图

图b

风速玫瑰图

NW

N

NE

E

S

SE

SW

W

S

SE

E

SW

W

NW

N

NE

第七节厂址的选择和烟囱的设计选择厂址所需的气候资料气候资料是指气象资料的常年统计形式。（1）风向和风速气候资料：风玫瑰图图a风向玫瑰图厂址的选择图c是风速和风向频率复合图该图矢线长度代表风向频率大小，矢线末端的风速羽代表平均风速，每一羽可表示0.5或1.0m/s。静风（风速<1.0m/s）或微风（风速为1～2m/s）情况大气通风条件差，容易引起高浓度污染，尤其是长时间静风会使污染物大量积累，引起严重污染。因此，在空气污染分析中不仅应统计静风频率，有条件还要统计静风持续时间。厂址的选择图c是风速和风向频率复合图静风（风速<1.0m/s厂址的选择（2）大气稳定度的气象资料一般气象台没有近地层大气逆温层结的详细资料，但可据pasquill或我们废气排放制定标准中规定的方法。利用已知的气象资料进行分类，统计出月（年、季）各稳定度频率，作出必要的图表。（3）混合层高度的确定

混合层高度是影响混合物铅直扩散的重要参数。由于温度层结的昼夜变化，混合层高度也随时间变化。混合层高度可看作气块作干绝热上升运动的上限高度。（即：干绝热递减率上限高度。混合层愈高，则污染物垂直扩散的范围越大。）厂址的选择（2）大气稳定度的气象资料厂址的选择受太阳辐射的影响，午后混合层高度最大，在温度—高度图上，从上午最大地面温度作干绝热线，与早晨温度探空曲线的交点高度为午后混合层高度，即最大混合层高度。大范围内的平均污染浓度，可以认为与混合层高度和混合层内的平均风速的乘积成反比。通常定义Dū为通风系数。Dū－单位时间内通过与平均风向垂直的单位宽度混合层的空气层。通风系数越大，污染浓度越小。厂址的选择受太阳辐射的影响，午后混合层高度