2012第四章-大气污染浓度估算模式1解析

湍流扩散的基本理论高斯扩散模式污染物浓度的估算方法特殊气象条件下的扩散模式城市及山区的扩散模式烟囱高度设计第四章大气污染物扩散模式第一节湍流扩散的基本理论1、湍流大气的无规则运动。风速的脉动风向的摆动按照湍流形成的原因可分为两种湍流：热力湍流：垂直方向温度分布不均匀。其强度主要取决于大气稳定度。

机械湍流：垂直方向风速不均匀、地面粗糙度。其强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。

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倍风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素2、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主要有三种广泛应用的领域：梯度输送理论、湍流统计理论、相似理论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湍流统计理论泰勒－>图4-1，正态分布萨顿实用模式

高斯模式

相似理论第二节高斯扩散模式1、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

污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布在全部空间中风速是均匀、稳定的

源强是连续均匀稳定的在扩散过程中污染物的质量是守恒的（不考虑转化）高斯扩散模式的坐标系2、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(x,y,z)的浓度分布由概率统计理论，方差的表达式为：

由污染物质量守恒的假定，源强积分式：已知量：源强q，平均风速，标准方差，。未知量：浓度c，待定函数A(x),待定系数a,b。

经积分，可得：，则：即无界空间连续点源扩散的高斯模式为：223、高架连续点源扩散模式

镜像法

认为地面像镜面一样，对污染物起全反射作用，即镜像全反射则P点的污染物浓度看成是两部分贡献之和：不存在地面时P点所具有的污染物浓度(实源)；

由于地面反射作用所增加的污染物浓度(像源)。实源位置坐标：贡献：像源位置坐标：贡献：则P点实际浓度：即：根据该模式可以求出下风向任一点的污染物浓度

地面浓度模式

取，得到：

地面轴线浓度模式

取，，得到：

地面轴线最大浓度模式

假设比值不随距离x变化而为一常数，把地面轴线模式对求导，并令导数值为0，可得：

地面连续点源扩散模式

对高架连续点源模式令有效源高，可得：地面连续点源造成的污染物浓度恰好是无界空间连续点源所造成的浓度的2倍。颗粒物扩散模式

对于排气筒排放的粒径小于15的颗粒物，其地面浓度可按气体扩散模式计算。对于粒径大于15的颗粒物，由于具有明显的重力沉降作用，将是浓度分布有所改变，可以按倾斜烟流模式计算地面浓度：

地面反射系数第三节污染物浓度的估算1、烟气抬升高度的计算烟囱有效高度=烟囱实际高度+烟气抬升高度产生烟气抬升有两方面的原因：烟囱出口烟气具有一定的初始动量：初始动量的大小决定于烟气出口流速与烟囱出口内径。

由于烟温高于周围气温而产生一定的浮力。浮力大小主要取决于烟气于周围环境的温差。

平均风速、风速垂直切变及大气稳定度等对烟气抬升均有影响。常用的烟气抬升计算公式

霍兰德(Holland)公式适用于中性大气

用于非中性大气时：

对于不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%；对于稳定条件，烟气抬升高度减少10%-20%；普遍认为，霍兰德公式比较保守，特别是当烟囱高、热释放率强时偏差更大参数符号见教材P90。

Briggs公式适用因此分析方法到处得用实测资料推算的常规项。计算至于实测值比较接近，应用较广。

适用于不稳定和中性大气条件下：中国国家标准中规定的公式我国《制订地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T13201-91)中规定的烟气抬升计算公式。上述公式中的参数：——系数，见下表；——大气压力，hPa,取临近气象站年平均值；——实际排烟量，m3/s。——为排放源高度以上气温直减率，K/m，取值不得小于0.01K/m。系数的取值2、扩散参数的确定扩散参数可以现场确定，也可以风洞模拟实验确定，还可以根据实测和实验数据归纳整理出来的经验公式或图表来估算。

P—G扩散曲线法(Pasquill-Gifford)

Pasquill—仅需常规气象资料即可估算扩散参数

Gifford—绘成图表

划分6个稳定度等级

根据太阳辐射(云量、云状、日照)和距地面10m高处的风速对应不同的稳定度等级，查及曲线。

确定扩散参数，利用扩散模式，即可进行浓度估算。确定稳定度等级利用扩散曲线确定扩散参数地面最大浓度估算

根据H和可计算得到

由曲线查出与对应的距离的值

由再通过

曲线查出由即可计算出地面最大浓度

中国国家标准规定的方法

在P—G法上修订而成

先按太阳高度角确定太阳辐射等级

注：式中各参数符号见教材P97。

由太阳辐射等级和地面风速确定稳定度级别。

见表4-5及表4-6扩散参数的选取

P—G曲线未考虑地面粗糙度对扩散的影响，不适用于城市和山区。中国国家标准中扩散参数的表达式为：

上式中，取样时间为0.5h，按表4-8(教材P98)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，(参数及取值见教材P98)。

环境影响评价技术导则大气环境

3.4大气污染源分类

按预测模式的模拟形式分为点源、面源、线源、体源四种类别。

点源：通过某种装置集中排放的固定点状源，如烟囱、集气筒等。

面源：在一定区域范围内，以低矮密集的方式自地面或近地面的高度排放污染物的源，如工艺过程中的无组织排放、储存堆、渣场等排放源。

线源：污染物呈线状排放或者由移动源构成线状排放的源，如城市道路的机动车排放源等。

体源：由源本身或附近建筑物的空气动力学作用使污染物呈一定体积向大气排放的源，如焦炉炉体、屋顶天窗等。（1）火炬又分高空火炬和地面火炬两大类，对地面火炬，可按常规点源模式进行浓度预测，但对高空火炬必须进行预测模式的参数修正。

（2）火炬污染源不同于一般意义上的常规有组织排放污染源，既有非正常排放、事故排放的火炬源，也有正常连续的短期、或长期排放的火炬源。通常工程设计、环境保护关注的重点是点燃排放的火炬源，但环境评价中还应考虑在非点燃时火炬气放空或放散可能造成的最严重的环境影响。

（3）由于火炬污染源的特殊性，其各污染源参数一般应由工程设计单位提供，包括：火炬正常连续的短期、或长期排放的各参数；非正常排放、事故排放的各参数；点燃、非点燃状态的各参数等。环境评价人员可对其进行复核，并依据所使用的适用于火炬污染源浓度预测的大气扩散模式的需要，核算必须修正的火炬污染源预测参数。对高空火炬源，可近似地被认为是特殊的点源，一般地可采用正常排放、非正常排放点源扩散模式进行大气污染物的浓度预测。但因火炬的热效应，通常需要对点源模式中的有效烟囱高度（热浮力、动力抬升）、有效烟囱内径等参数进行修正。

（4）环境保护所关注的与环境影响（大气污染、噪声、烟雾、光亮度、风险与安全距离）有关的火炬设计参数包括：火炬筒直径、火炬筒高度、火炬气燃烧释放总热量、火焰热辐射损失率、火炬燃烧后废气平均温度、火炬气烟囱出口速度、污染物排放速率、火炬气实际排烟率等，以及根据辐射热计算确定火炬筒中心至必须限制辐射热强度的受热点之间的安全距离等。

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