環(huán)境工程學(xué)：第八章污染物的稀釋法控制

1、第一節(jié)第一節(jié) 影響污染物在大氣中擴(kuò)散的氣象要素影響污染物在大氣中擴(kuò)散的氣象要素第二節(jié)第二節(jié) 煙氣抬升高度煙氣抬升高度第三節(jié)第三節(jié) 污染物落地濃度污染物落地濃度動(dòng)力因子動(dòng)力因子熱力因子熱力因子風(fēng)風(fēng)湍流湍流大氣溫度層結(jié)大氣溫度層結(jié)大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散（一）風(fēng)（一）風(fēng) 氣象上，空氣的鉛直運(yùn)動(dòng)稱為氣象上，空氣的鉛直運(yùn)動(dòng)稱為升降氣流升降氣流； 空氣的水平運(yùn)動(dòng)稱為空氣的水平運(yùn)動(dòng)稱為風(fēng)風(fēng)。風(fēng)主要是由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，風(fēng)主要是由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。 風(fēng)

2、向風(fēng)向 風(fēng)的來向。風(fēng)的來向。 風(fēng)速風(fēng)速 單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)的單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)的 距離。（單位距離。（單位：m/sm/s）第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散方位表示法：方位表示法：( (地面風(fēng)地面風(fēng)) )用用8 8個(gè)方位或個(gè)方位或1616方位表示方位表示角度表示法：角度表示法：( (高空風(fēng)高空風(fēng)) )以正北為零點(diǎn)，角度順時(shí)針增加以正北為零點(diǎn)，角度順時(shí)針增加 正北為正北為360360( (或或0 0) )；正東；正東9090; ;正南正南180180; ;正西正西270270 風(fēng)向的風(fēng)向的16個(gè)方位個(gè)方位及對(duì)應(yīng)角度及對(duì)應(yīng)角度第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散

3、污染物的稀釋法擴(kuò)散風(fēng)的陣性和擺動(dòng)稱為風(fēng)的陣性和擺動(dòng)稱為大氣湍流大氣湍流大氣污染物的擴(kuò)散主大氣污染物的擴(kuò)散主要靠大氣湍流的作用要靠大氣湍流的作用機(jī)械湍流機(jī)械湍流熱力湍流熱力湍流小尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散小尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散大尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散大尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散復(fù)合尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散復(fù)合尺寸湍流作用下的煙云擴(kuò)散第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散1 1、海陸風(fēng)、海陸風(fēng)陸地陸地海洋海洋較暖較暖陸地陸地海洋海洋較冷較冷第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散較冷較冷較暖較暖較冷較冷較暖較暖第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散第八章第八章

4、污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散近地層近地層大氣溫度大氣溫度隨地表溫度的升高而增高隨地表溫度的升高而增高隨地表溫度的降低而降低隨地表溫度的降低而降低大氣絕熱過程：大氣中的某一空氣塊作垂直升大氣絕熱過程：大氣中的某一空氣塊作垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)與周圍空氣不發(fā)生熱量交換。降運(yùn)動(dòng)時(shí)與周圍空氣不發(fā)生熱量交換。（一）大氣溫度層結(jié)（一）大氣溫度層結(jié)1 1、干絕熱遞減率、干絕熱遞減率氣溫隨高度的分布?xì)鉁仉S高度的分布第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散自下而上地被加熱自下而上地被加熱自下而上地被冷卻自下而上地被冷卻? 一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱上升時(shí)，因周圍氣一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱上升

5、時(shí)，因周圍氣壓降低而膨脹，部分內(nèi)能用于抵抗外界壓力而做膨脹功，壓降低而膨脹，部分內(nèi)能用于抵抗外界壓力而做膨脹功，則其溫度將下降；則其溫度將下降； 一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱下降時(shí)，因外界氣一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱下降時(shí)，因外界氣壓增大而被壓縮，外界壓力對(duì)氣塊做功并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因壓增大而被壓縮，外界壓力對(duì)氣塊做功并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因而其溫度將上升。而其溫度將上升。diddzdT)(i i空氣塊空氣塊d d干空氣干空氣干絕熱遞減率：干絕熱遞減率：干空氣團(tuán)或未飽和濕空氣團(tuán)絕熱上升干空氣團(tuán)或未飽和濕空氣團(tuán)絕熱上升或下降單位高度（或下降單位高度（100m）時(shí)，溫度降低或升高的數(shù)值。）時(shí)，溫度降低或

6、升高的數(shù)值。單位：單位：K/100m d 約為約為0.98K/100m，可近似可近似1/100m第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散氣溫隨高度增高而降低，氣溫隨高度增高而降低，為正值為正值氣溫隨高度增高而增高，氣溫隨高度增高而增高，為負(fù)值為負(fù)值溫度層結(jié)溫度層結(jié)（層結(jié)）（層結(jié)） 氣溫沿鉛直高度的變化。氣溫沿鉛直高度的變化。氣溫垂直遞減率氣溫垂直遞減率 單位高差（通常取單位高差（通常取100m）下）下 氣溫變化的負(fù)值。氣溫變化的負(fù)值。環(huán)境)(dzdT第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散A A、遞減層結(jié)（正常分布層結(jié)）、遞減層結(jié)（正常分布層結(jié)） 氣溫隨高度的增加而遞減，氣

7、溫隨高度的增加而遞減， d d B B、中性層結(jié)、中性層結(jié) 氣溫隨高度的變化等于或近似等于干絕熱遞減率，氣溫隨高度的變化等于或近似等于干絕熱遞減率，= = d dC C、等溫層結(jié)、等溫層結(jié) 氣溫隨鉛直高度增加是不變的，氣溫隨鉛直高度增加是不變的，= = 0 0D D、氣溫逆轉(zhuǎn)（逆溫）、氣溫逆轉(zhuǎn)（逆溫） 氣溫隨高度的增加而增加，氣溫隨高度的增加而增加， Hh h第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散zT0rrdADBCE混合逆溫層混合逆溫層第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散T1T3T2T4暖空氣暖空氣冷空氣冷空氣層結(jié)曲線層結(jié)曲線鋒面層鋒面層第八章第八章 污染物的稀釋法

8、擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散 一空氣塊受外力作用產(chǎn)生上升或下降運(yùn)動(dòng)。一空氣塊受外力作用產(chǎn)生上升或下降運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)外力去除后：當(dāng)外力去除后： 氣塊減速并有返回原來高度的趨勢氣塊減速并有返回原來高度的趨勢 穩(wěn)定穩(wěn)定氣塊加速上升或下降氣塊加速上升或下降 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 既不上升也不下降，保持最后狀態(tài)既不上升也不下降，保持最后狀態(tài) 中性中性垂直方向上大氣的穩(wěn)定程度，即是否容易發(fā)生對(duì)流垂直方向上大氣的穩(wěn)定程度，即是否容易發(fā)生對(duì)流大氣穩(wěn)定度是大氣對(duì)污染源排放污染物的擴(kuò)散能力的度量大氣穩(wěn)定度是大氣對(duì)污染源排放污染物的擴(kuò)散能力的度量第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散 當(dāng)當(dāng)-d d 0 0，氣塊加速運(yùn)動(dòng)，

9、大氣不穩(wěn)定；，氣塊加速運(yùn)動(dòng)，大氣不穩(wěn)定； 當(dāng)當(dāng)-d d 000， d d 大氣不穩(wěn)定，對(duì)流強(qiáng)烈，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向上下左右翻滾，呈波浪型，大氣不穩(wěn)定，對(duì)流強(qiáng)烈，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向上下左右翻滾，呈波浪型，污染物擴(kuò)散良好；污染物擴(kuò)散良好；錐錐 型：型：00，d d 大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向擴(kuò)散，兼顧上下左右擴(kuò)散，呈圓錐大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向擴(kuò)散，兼顧上下左右擴(kuò)散，呈圓錐型，污染物擴(kuò)散速度較波浪型慢；型，污染物擴(kuò)散速度較波浪型慢；扇扇 型：型：00， 00， d d，穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 排放口下方排放口下方00， d d，不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài) 煙流向上擴(kuò)散，一般無嚴(yán)重污染；煙流向上擴(kuò)散，一般無嚴(yán)

10、重污染；熏煙型：熏煙型：排放口上方排放口上方00， 00， d d ，穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 煙流大量下沉，形成嚴(yán)重污染；煙流大量下沉，形成嚴(yán)重污染；第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散波浪型波浪型ZT波浪型：波浪型：00， d d 大氣不穩(wěn)定，對(duì)流強(qiáng)烈，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向上下左右翻大氣不穩(wěn)定，對(duì)流強(qiáng)烈，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向上下左右翻滾，呈波浪型，污染物擴(kuò)散良好；滾，呈波浪型，污染物擴(kuò)散良好；第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散錐型錐型ZT錐錐 型：型：00，d d 大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向擴(kuò)散，兼顧上下左大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導(dǎo)風(fēng)向擴(kuò)散，兼顧上下左右擴(kuò)散，呈圓錐型，污染物

11、擴(kuò)散速度較波浪型慢；右擴(kuò)散，呈圓錐型，污染物擴(kuò)散速度較波浪型慢；第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散ZT扇扇 型型扇扇 型：型：00， 00， d d，不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài) 排放口下方排放口下方00， d d，穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 煙流向上擴(kuò)散，一般無嚴(yán)重污染；煙流向上擴(kuò)散，一般無嚴(yán)重污染；第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散ZT熏煙型熏煙型熏煙型：熏煙型：排放口上方排放口上方00， 00， d d ，不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài) 煙流大量下沉，形成嚴(yán)重污染；煙流大量下沉，形成嚴(yán)重污染；第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散根據(jù)常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度的級(jí)別。根據(jù)常規(guī)

12、氣象資料確定穩(wěn)定度的級(jí)別。A 強(qiáng)不穩(wěn)定強(qiáng)不穩(wěn)定B 不穩(wěn)定不穩(wěn)定C 弱不穩(wěn)定弱不穩(wěn)定D 中性中性E 穩(wěn)定穩(wěn)定F 強(qiáng)穩(wěn)定強(qiáng)穩(wěn)定第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散1 1、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計(jì)算太陽高度角；、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計(jì)算太陽高度角；2 2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級(jí)；、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級(jí)；3 3、根據(jù)太陽輻射等級(jí)與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。、根據(jù)太陽輻射等級(jí)與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。日期日期太陽傾角太陽傾角經(jīng)緯度經(jīng)緯度太陽高度角太陽高度角云量云量太陽輻射等級(jí)太陽輻射等級(jí)風(fēng)速風(fēng)速大大氣氣穩(wěn)穩(wěn)定定度度等等級(jí)級(jí)式式8-7表表8-4表表8

13、-3表表8-5第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散1 1、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計(jì)算太陽高度角；、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計(jì)算太陽高度角；2 2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級(jí)；、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級(jí)；3 3、根據(jù)太陽輻射等級(jí)與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。、根據(jù)太陽輻射等級(jí)與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。日期日期太陽傾角太陽傾角經(jīng)緯度經(jīng)緯度太陽高度角太陽高度角云量云量太陽輻射等級(jí)太陽輻射等級(jí)風(fēng)速風(fēng)速大大氣氣穩(wěn)穩(wěn)定定度度等等級(jí)級(jí)式式8-7表表8-4表表8-3表表8-5第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋

14、法擴(kuò)散太陽高度角，（太陽高度角，（）；）；當(dāng)?shù)氐乩砭暥?，（?dāng)?shù)氐乩砭暥?，（）；）；?dāng)?shù)氐乩斫?jīng)度，（當(dāng)?shù)氐乩斫?jīng)度，（）；）；進(jìn)行觀測的北京時(shí)間，（進(jìn)行觀測的北京時(shí)間，（h）；）；太陽傾角，（太陽傾角，（）。）。)30015cos(coscossinarcsinsin0thth0第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散1 1、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計(jì)算太陽高度角；、根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式計(jì)算太陽高度角；2 2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級(jí)；、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級(jí)；3 3、根據(jù)太陽輻射等級(jí)與地面風(fēng)速確定大

15、氣穩(wěn)定度。、根據(jù)太陽輻射等級(jí)與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度。日期日期太陽傾角太陽傾角經(jīng)緯度經(jīng)緯度太陽高度角太陽高度角云量云量太陽輻射等級(jí)太陽輻射等級(jí)風(fēng)速風(fēng)速大大氣氣穩(wěn)穩(wěn)定定度度等等級(jí)級(jí)式式8-7表表8-4表表8-3表表8-5第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散 煙羽：煙羽：煙氣在水平方向的擴(kuò)散煙氣在水平方向的擴(kuò)散 煙羽抬升高度：煙羽抬升高度：煙羽軸線與煙囪口間的距離煙羽軸線與煙囪口間的距離H 有效煙囪高度：有效煙囪高度：煙氣所達(dá)到的高度煙氣所達(dá)到的高度HH=Hs+HHs：煙囪實(shí)體高度：煙囪實(shí)體高度排放因素排放因素氣象因素氣象因素下墊面狀

16、況下墊面狀況煙流噴速、煙氣溫度煙流噴速、煙氣溫度平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、環(huán)境空氣平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、環(huán)境空氣溫度、大氣穩(wěn)定度、逆溫層溫度、大氣穩(wěn)定度、逆溫層地形、建筑物構(gòu)型地形、建筑物構(gòu)型第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散 噴出階段噴出階段：依靠煙流本身的初始動(dòng)量向上噴射 浮升階段浮升階段：由于煙流的熱力作用（煙 空），促使煙流在浮力作用下上升 瓦解階段：瓦解階段：上升一定高度后，煙流與空氣充分混合，喪失浮力和動(dòng)力作用隨風(fēng)飄動(dòng)，氣流波動(dòng)很大 變平階段變平階段：大氣湍流的作用下，煙流向上下左右 擴(kuò)散，煙羽越來越大（截面積）第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散 中國國家標(biāo)

17、準(zhǔn)中規(guī)定的公式：中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式：1、當(dāng)、當(dāng)Qh5004.184.18kJ/s 或或 TsTa 35K時(shí)：時(shí)： 式中：式中：QH煙氣熱釋放率，煙氣熱釋放率，kJ/s； Qv實(shí)際排煙量，實(shí)際排煙量，m3/s； 排氣筒出口處平均風(fēng)速排氣筒出口處平均風(fēng)速, m/s ； Ts煙氣出口溫度，煙氣出口溫度，K； Ta大氣平均溫度（大氣平均溫度（5年平均值），年平均值），K； pa大氣壓力，大氣壓力，kPa； n0 煙氣熱狀況及地表系數(shù)，見表煙氣熱狀況及地表系數(shù)，見表86； n1 煙氣熱釋放率指數(shù)，見表煙氣熱釋放率指數(shù)，見表86 ； n2排氣筒高度指數(shù)，見表排氣筒高度指數(shù)，見表86 。sasvHns

18、nHTTTQQuHQnH)(2 .3531021u第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式：中國國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式：2、當(dāng)、當(dāng)Qh5004.18kJ/s 或或 TsTa35K時(shí)：時(shí)：uQDvHhs)04. 05 . 1 (2第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散高斯模式高斯模式應(yīng)用湍流擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)理論提出正態(tài)分應(yīng)用湍流擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)理論提出正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式布假設(shè)下的擴(kuò)散模式由湍流引起的擴(kuò)散由湍流引起的擴(kuò)散第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散 原點(diǎn)：污染物排放點(diǎn)或排放點(diǎn)在地面的投影點(diǎn)。原點(diǎn)：污染物排放點(diǎn)或排放點(diǎn)在地面的投影點(diǎn)。 x x軸

19、：平均風(fēng)向方向。軸：平均風(fēng)向方向。 y y軸：在水平方向上垂直于軸：在水平方向上垂直于x x軸，正向在軸，正向在x x軸的左向。軸的左向。 z z軸：垂直于水平面軸：垂直于水平面xoyxoy，向上為正向。，向上為正向。坐坐標(biāo)標(biāo)系系第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散 1、污染物濃度在、污染物濃度在y、z軸上的分布是正態(tài)分布；軸上的分布是正態(tài)分布； 2、在全部空間中風(fēng)速是均勻的、穩(wěn)定的；、在全部空間中風(fēng)速是均勻的、穩(wěn)定的； 3、源強(qiáng)是連續(xù)、均勻的；、源強(qiáng)是連續(xù)、均勻的； 4、在擴(kuò)散過程中污染物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的；、在擴(kuò)散過程中污染物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的； 5、在、在x方向平流作用遠(yuǎn)大于擴(kuò)

20、散作用；方向平流作用遠(yuǎn)大于擴(kuò)散作用； 6、地面足夠平坦（鏡面）。、地面足夠平坦（鏡面）。第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散1 1、無限空間，地面連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式、無限空間，地面連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式22)(),(bzayeexAzyx221ya221zbzyuQxA2)()22(exp2),(2222zyzyzyuQzyx第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散第八章第八章 污染物的稀釋法擴(kuò)散污染物的稀釋法擴(kuò)散HHsHslPC(x,y,z)像源像源H)2)(2(exp2),(22221zyzyHzyuQHzyx)2)(2(exp2),(22222zyzyHzyuQHzyx212)(exp2)()exp2exp(2),(