大氣污染控制工程_第四章_大氣污染濃度估算模式

1、1.1.湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2.2.高斯擴散模式高斯擴散模式3.3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.4.特殊氣象條件下的擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式5.5.城市及山區(qū)的擴散模式城市及山區(qū)的擴散模式6.6.煙囪高度設(shè)計煙囪高度設(shè)計7.7.廠址的選擇廠址的選擇n風(fēng)：風(fēng)： 平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大n湍流：擴散比分子擴散快湍流：擴散比分子擴散快10105 510106 6倍倍 湍流湍流大氣的無規(guī)則運動大氣的無規(guī)則運動 w風(fēng)速的脈動風(fēng)速的脈動w風(fēng)向的擺動風(fēng)向的擺動 n熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）n機械：垂直方

2、向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度機械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度 主要闡述湍流與主要闡述湍流與煙流傳播及物質(zhì)濃度衰減煙流傳播及物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系的關(guān)系類比于分子擴散，污染物的擴散速率與負濃度類比于分子擴散，污染物的擴散速率與負濃度梯度成正比，用分子擴散方程描述。梯度成正比，用分子擴散方程描述。泰勒統(tǒng)計學(xué)方法，正態(tài)分布泰勒統(tǒng)計學(xué)方法，正態(tài)分布薩頓實用模式薩頓實用模式高斯模式高斯模式 粒子濃度分布以粒子濃度分布以x x 軸為對稱軸，并符合正態(tài)分布。軸為對稱軸，并符合正態(tài)分布。由湍流引起的擴散由湍流引起的擴散:xy微粒微粒平均風(fēng)平均風(fēng)1.1.湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2.2.高斯擴散模

3、式高斯擴散模式3.3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.4.特殊氣象條件下的擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式5.5.城市及山區(qū)的擴散模式城市及山區(qū)的擴散模式6.6.煙囪高度設(shè)計煙囪高度設(shè)計7.7.廠址的選擇廠址的選擇n坐標(biāo)系坐標(biāo)系 右手坐標(biāo)，右手坐標(biāo)，x x為平均風(fēng)向，為平均風(fēng)向，z z為垂直方向為垂直方向n四點假設(shè)四點假設(shè) a污染物濃度在污染物濃度在y y、z z上分布為正態(tài)分布上分布為正態(tài)分布b b全部空間中風(fēng)速均勻穩(wěn)定全部空間中風(fēng)速均勻穩(wěn)定c c源強是連續(xù)均勻穩(wěn)定的源強是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d d擴散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化和沉降）擴散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化和沉降） 一、高

4、斯模式的有關(guān)假定一、高斯模式的有關(guān)假定 w 高斯擴散模式的坐標(biāo)系高斯擴散模式的坐標(biāo)系2222( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu c 任一點處的污染物濃度，任一點處的污染物濃度，g/m3u 平均風(fēng)速平均風(fēng)速, m/sq 源強，源強，g/s y ，x 污染物在污染物在 x 、y方向的標(biāo)準(zhǔn)差方向的標(biāo)準(zhǔn)差 二、無界空間二、無界空間連續(xù)點源擴散模式連續(xù)點源擴散模式 鏡像全反射鏡像全反射-像源法像源法n實源： n像源：( , ,)q x y Hz( , ,)q x y Hz 二、有界情形二、有界情形連續(xù)點源擴散模式連續(xù)點源擴散模式 22221()( , ,)exp22yzyzQ

5、yzHqx y zu 實；H222222()()( , ,)exp() expexp2222yzzyzQyzHzHq x y zu ；H總貢獻：22221()( , ,)exp22yzyzQyzHqx y zu 像；H源強源強平均風(fēng)速平均風(fēng)速擴散參數(shù)擴散參數(shù)有效源高有效源高令 z=0，可得高架源的地面濃度2222( , ,0)exp()exp()22yzyzQyHq x yu ；H令令y=0,z=0 y=0,z=0 可得高架源地面軸線濃度可得高架源地面軸線濃度22( ,0,0)exp()2zyzQHq xu ；H 三、高架三、高架點源點源地面地面擴散模式擴散模式 四、高架四、高架點源點源地面軸

6、線地面軸線擴散模式擴散模式 取H0，2222( , ,)exp()exp()22yzyzQyzq x y zu ；0有界情形是無界情形地面濃度兩倍有界情形是無界情形地面濃度兩倍 五、地面五、地面點源點源擴散模式擴散模式 六、地面六、地面最大濃度的估算最大濃度的估算 六、地面六、地面最大濃度的估算最大濃度的估算 2mzx xH22zmyQqeuH若穩(wěn)定度不變，增加了若穩(wěn)定度不變，增加了H H，則會在更遠處出現(xiàn)，則會在更遠處出現(xiàn)最大濃度及擴散參數(shù)。最大濃度及擴散參數(shù)。 六、地面六、地面最大濃度的估算最大濃度的估算 粒徑小于粒徑小于15m的顆粒物可按氣體擴散計算的顆粒物可按氣體擴散計算大于大于15m

7、的顆粒物：傾斜煙流模式的顆粒物：傾斜煙流模式2222(1)(/ )( , ,0,)exp()exp222tyzyza qyHv x uc x yHu 2pp18tdgv 六、顆粒物六、顆粒物擴散模式擴散模式 1.1.湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2.2.高斯擴散模式高斯擴散模式3.3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.4.特殊氣象條件下的擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式5.5.城市及山區(qū)的擴散模式城市及山區(qū)的擴散模式6.6.煙囪高度設(shè)計煙囪高度設(shè)計7.7.廠址的選擇廠址的選擇l q 源強：源強： 計算或?qū)崪y計算或?qū)崪y l 平均風(fēng)速平均風(fēng)速 ： 多年的風(fēng)速資料多年的風(fēng)速資料 lH

8、?ly? z?222222()()( , , ,)exp()exp exp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實實際際濃濃度度222222()()( , , ,)exp()exp exp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實實際際濃濃度度u連續(xù)點源的排放模型垂直煙流（無風(fēng)）垂直煙流（無風(fēng)）水平煙流（有風(fēng)）水平煙流（有風(fēng)） 一、煙氣抬升高度的計算一、煙氣抬升高度的計算 煙氣排出煙氣排出準(zhǔn)垂直形式準(zhǔn)垂直形式彎曲并擴大彎曲并擴大瓦解變平瓦解變平 終極抬升高度終極抬升高度 一、煙氣抬升高度的計算一、煙氣抬升高度的計算 初始動量：初始動量： 速度、內(nèi)徑速度、內(nèi)徑煙溫度

9、煙溫度 浮力浮力sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升升高高度度有有效效源源高高sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升升高高度度有有效效源源高高 一、煙氣抬升高度的計算一、煙氣抬升高度的計算 lHolland公式公式lBriggs公式公式l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 計算方法：計算方法： 一、煙氣抬升高度的計算一、煙氣抬升高度的計算 適用于中性大氣條件（穩(wěn)定時減小，不穩(wěn)時增加1020） 計算結(jié)果明顯低估計算結(jié)果明顯低估2 23 3倍倍 dTTTuDvhsass7 . 25 . 1 （1） Holland公式（公式（1953）適用不穩(wěn)定及中性大氣條件 H1 1/

10、32/3sH1 1/32/3sH21000kW 10 =0.362 10 =1.55當(dāng)時sQxHHQxuxHHQHuH1 1/31/3H3/52/5Hs6 / 5 3/53/5Hs21000kW 3* =0.362 3* =0.332 *=0.33當(dāng)時QxxHQxuxxHQHxQHuQ QH H: :熱釋放率，單位時間，單位質(zhì)量煙氣升高熱釋放率，單位時間，單位質(zhì)量煙氣升高T T度所釋度所釋放的熱量，單位放的熱量，單位cal/scal/s。煙流抬升高度與煙囪高度有關(guān)，煙囪高情況下煙流抬升高度與煙囪高度有關(guān)，煙囪高情況下計算保守，相反情況計算不安全計算保守，相反情況計算不安全 2、Briggs公式

11、公式12Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12100kW()35K =0.35 1700kW2100kW1700 =() 4002(1.50.01)0.04 =sQTTHn QHuTQP QTTTTQQHHHHv DQHu (1)當(dāng)和時(2)當(dāng)時HHsH1 / 43 / 8aH8(1700)1700kW35K2(1.50.01) = 10m1.5m/s d =5.5(0.0098)dQuQTv DQHuTHQz(3)當(dāng)或時(4)當(dāng)高 處 的 年 平 均 風(fēng) 速 小 于 或 等 于時 3、國家標(biāo)準(zhǔn)（、國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13201-91） 某城市火電廠的煙囪高某城市火電廠的煙囪高100m

12、，出口內(nèi)徑，出口內(nèi)徑5m。出口煙氣。出口煙氣流速流速12.7m/s，溫度，溫度140，流量，流量250m3/s。煙囪出口處的。煙囪出口處的平均風(fēng)速平均風(fēng)速4 m/s，大氣溫度，大氣溫度20，當(dāng)?shù)貧鈮?，?dāng)?shù)貧鈮?78.4hPa，試，試確定煙氣抬升高度及有效源高。確定煙氣抬升高度及有效源高。 例題例題某排放源年燒煤某排放源年燒煤1515萬噸，該煤含硫量為萬噸，該煤含硫量為3%3%，燃燒，燃燒效率為效率為80%80%，年生產(chǎn)，年生產(chǎn)300300天。煙囪高度為天。煙囪高度為30m30m煙囪出煙囪出口內(nèi)徑為口內(nèi)徑為1.0m1.0m煙氣出口速度為煙氣出口速度為5m/s,5m/s,出口煙氣溫度出口煙氣溫度為

13、為122122。已知當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速為。已知當(dāng)?shù)啬昶骄L(fēng)速為3m/s,3m/s,年平均年平均溫度為溫度為2222，試求源強，試求源強Q Q，煙流抬升高度，煙流抬升高度hh（注：風(fēng)速冪指數(shù)為（注：風(fēng)速冪指數(shù)為0.200.20，抬升公式為，抬升公式為 其中其中 =1.29kg/m3, =1.004KJ/(kgk) =1.29kg/m3, =1.004KJ/(kgk) ）uQdwhh/ )04. 05 . 1 (20),()2(20asphTTdwcQpcl H?l y? z?222222()()( , , ,)exp()exp exp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實實際際濃濃

14、度度222222()()( , , ,)exp()exp exp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實實際際濃濃度度PG曲線曲線 Pasquill常規(guī)氣象資料估算常規(guī)氣象資料估算 Gifford制成圖表制成圖表大氣分成大氣分成A-F共六個穩(wěn)定度等級共六個穩(wěn)定度等級( (云、日照、風(fēng)速云、日照、風(fēng)速)x y曲線（曲線（6條）分別對應(yīng)條）分別對應(yīng)6個穩(wěn)定度等級個穩(wěn)定度等級 二、擴散參數(shù)的確定二、擴散參數(shù)的確定w PG曲線的應(yīng)用：曲線的應(yīng)用：太陽高度角太陽高度角云量云量Turner(1961)引入太陽高度角判定日射強弱的定量辦法，確定穩(wěn)定度級別。日射等級日射等級風(fēng)速風(fēng)速穩(wěn)定度穩(wěn)定度

15、水平擴散參數(shù)水平擴散參數(shù)垂直擴散參數(shù)垂直擴散參數(shù)yzPG曲線的應(yīng)用n地面最大濃度估算HzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲線（圖曲線（圖反查出反查出w由由曲線（圖曲線（圖w由式（由式（求出求出HzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲線（圖曲線（圖4-54-5）w由由曲線（圖曲線（圖4-44-4）查）查w由式（由式（yz2mzx xH4-10)（1 1）不穩(wěn)定類：）不穩(wěn)定類：A A、B B、C C；（2 2）中性類：）中性類：D D（3 3）穩(wěn)定類：）穩(wěn)定類：E E、F F A B C D E F強不穩(wěn)定強不穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 弱不穩(wěn)定弱不穩(wěn)定 中性中性 較穩(wěn)定較穩(wěn)定 穩(wěn)定穩(wěn)定 大

16、氣穩(wěn)定度的分類大氣穩(wěn)定度的分類1.1.國家標(biāo)準(zhǔn)中的修改應(yīng)用（國家標(biāo)準(zhǔn)中的修改應(yīng)用（GB/T13201-91GB/T13201-91）修正太陽高度角的計算方法修正太陽高度角的計算方法適應(yīng)我國大量地面觀測無云高觀測的情況適應(yīng)我國大量地面觀測無云高觀測的情況 擴散曲線法的完善擴散曲線法的完善0arcsinsin sincos cos cos(15300)ht 平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級，D、 E、F向不穩(wěn)定方向提一級丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū) 大氣穩(wěn)定度的選取大氣穩(wěn)定度的選取擴散參數(shù)的選取擴散參數(shù)的選取n擴散參數(shù)的表達式為（取樣時間擴散參數(shù)的

17、表達式為（取樣時間0.5h，按表，按表4-8查算）查算）n平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級向不穩(wěn)定方向提半級n工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至提至B級，級，D、E、F向不穩(wěn)定方向向不穩(wěn)定方向提一級提一級n丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)n取樣時間大于取樣時間大于0.5h， 不變，不變，1221,aayzxx2121()qyyzw 某城市火電廠的煙囪排放煙流的有效高度為某城市火電廠的煙囪排放煙流的有效高度為304.9m, ，煙氣排放速率為煙氣排放速率為150g/s，煙囪出口處煙囪出口處的平均風(fēng)速的平均風(fēng)速4m/s，

18、 試計算陰天白天的試計算陰天白天的SO2的最的最大落地濃度及出現(xiàn)的距離。大落地濃度及出現(xiàn)的距離。例題例題例例4-2 某石油精煉廠自平均有效源高某石油精煉廠自平均有效源高60m處排放的處排放的SO2量為量為80g/s，有效源高處的平均風(fēng)速為，有效源高處的平均風(fēng)速為 6m/s，試估算冬季陰天正，試估算冬季陰天正下風(fēng)向距離煙囪下風(fēng)向距離煙囪500m處地面上的處地面上的SO2濃度。濃度。解：在陰天條件下，大氣穩(wěn)定度為解：在陰天條件下，大氣穩(wěn)定度為D級，由表級，由表4-4查得，在查得，在x=500m處，處， =35.3m， =18.1m。代入式（。代入式（4-9）得：）得：yz22253(500,0,0

19、,60)exp()280160exp() 3.14635.318.12 18.12.7310/zyzQHcugm 例例4-3 在例在例4-1的條件下，當(dāng)煙氣排出的的條件下，當(dāng)煙氣排出的SO2速率為速率為150g/s時，試計時，試計算陰天的白天算陰天的白天SO2的最大著地濃度及其出現(xiàn)的距離。的最大著地濃度及其出現(xiàn)的距離。解解：（：（1）確定大氣穩(wěn)定度：根據(jù)題設(shè)，陰天的白天為）確定大氣穩(wěn)定度：根據(jù)題設(shè)，陰天的白天為D級。根據(jù)擴散參級。根據(jù)擴散參數(shù)的選取方法，城區(qū)中的點源，數(shù)的選取方法，城區(qū)中的點源，D級向不穩(wěn)定方向提一級，則應(yīng)為級向不穩(wěn)定方向提一級，則應(yīng)為C級。級。（2）計算最大著地濃度：由例）計

20、算最大著地濃度：由例4-1計算結(jié)果，有效源高計算結(jié)果，有效源高H=304.9m，由，由式（式（4-11）求得出現(xiàn)最大著地濃度時的垂直擴散參數(shù)：）求得出現(xiàn)最大著地濃度時的垂直擴散參數(shù)：查表查表4-4或按表或按表4-8中的冪函數(shù)計算，在中的冪函數(shù)計算，在C級穩(wěn)定度，級穩(wěn)定度， =215.6m時，時，由式由式4-10求得最大著地濃度：求得最大著地濃度：max304.9215.63582zx xHmzmax3998,358yxmm53max225.6910/yzQgmuH e3.2 某石油精煉廠自平均有效源高某石油精煉廠自平均有效源高60m處排放的處排放的SO2質(zhì)質(zhì)量為量為80g/s，有效源高處的平均

21、風(fēng)速為，有效源高處的平均風(fēng)速為6m/s，試估算，試估算冬季陰天正下風(fēng)方向距煙囪冬季陰天正下風(fēng)方向距煙囪500m處地面上的處地面上的SO2濃度。濃度。解：根據(jù)題設(shè)條件，由表解：根據(jù)題設(shè)條件，由表4-3查得穩(wěn)定度級別為查得穩(wěn)定度級別為D，由，由表表4-4查得查得 y=35.3m z z=18.1m C（x,0,0,H）= = =2.7310-5g/m3 =2.7310-2mg/m3222expZzyHuq221 .18260exp1 .183 .35614. 3803.3 據(jù)估計，某燃燒著的垃圾堆以據(jù)估計，某燃燒著的垃圾堆以3g/s的速率排放氮氧化物。的速率排放氮氧化物。在風(fēng)速為在風(fēng)速為7m/s的

22、陰天夜里，源的正下風(fēng)方向的陰天夜里，源的正下風(fēng)方向3km處的平均濃處的平均濃度是多少？假設(shè)這個垃圾堆是一個無有效源高的地面點源。度是多少？假設(shè)這個垃圾堆是一個無有效源高的地面點源。 解：根據(jù)題設(shè)條件，解：根據(jù)題設(shè)條件， 由表由表4-3查得，穩(wěn)定度級別為查得，穩(wěn)定度級別為D，由表，由表4-4 查得查得y y=173m =173m z z=79.1m=79.1m C C（3000,0,0,03000,0,0,0）= = =9.97 =9.971010-3-3 mg/m mg/m3 3 1 .79173714. 33zyuQ1.1.湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2.2.高斯擴散模式高斯擴散模式

23、3.3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.4.特殊氣象條件下的擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式5.5.城市及山區(qū)的擴散模式城市及山區(qū)的擴散模式6.6.煙囪高度設(shè)計煙囪高度設(shè)計7.7.廠址的選擇廠址的選擇有上部逆溫的擴散示意圖有上部逆溫的擴散示意圖邊界層存在高架逆溫層邊界層存在高架逆溫層邊界層中的夾卷層邊界層中的夾卷層該層湍流交換弱，界面交換只是分子擴散和重力破碎該層湍流交換弱，界面交換只是分子擴散和重力破碎-垂直擴散受抑制垂直擴散受抑制觀測表明：逆溫層底上下的污染物濃度通?？上嗖钣^測表明：逆溫層底上下的污染物濃度通常可相差551010倍，污染物實際上被限制在地面和逆溫層底之間的混倍，

24、污染物實際上被限制在地面和逆溫層底之間的混合層內(nèi)，這時的擴散稱為合層內(nèi)，這時的擴散稱為封閉型擴散封閉型擴散 一、封閉型擴散計算一、封閉型擴散計算通常發(fā)生在晴天，高壓控制區(qū)域通常發(fā)生在晴天，高壓控制區(qū)域封閉型擴散使地面污染物濃度明顯增加封閉型擴散使地面污染物濃度明顯增加尤其對于高架源尤其對于高架源 一、封閉型擴散計算一、封閉型擴散計算 一、封閉型擴散計算一、封閉型擴散計算兩個兩個反射反射面面 一、封閉型擴散計算一、封閉型擴散計算n 相當(dāng)于兩鏡面之間無窮次全反射相當(dāng)于兩鏡面之間無窮次全反射n 實源和無窮多個虛源貢獻之和實源和無窮多個虛源貢獻之和 n n n為反射次數(shù)，在地面和逆溫面為反射次數(shù)，在地

25、面和逆溫面n 實源在兩個鏡子里分別形成實源在兩個鏡子里分別形成n n個像個像若求地面濃度，則有：若求地面濃度，則有：若求地面軸線濃度，則有若求地面軸線濃度，則有 一、封閉型擴散計算一、封閉型擴散計算22(2)exp2zyzqHnDCu l 簡化計算：簡化計算：1.當(dāng)當(dāng)（尚尚未未到到封封閉閉階階段段）w（煙煙流流半半寬寬度度）w查查PG曲曲線線w4-9式式計計算算 地地面面軸軸線線濃濃度度Dxx2 .1 5zDHDx1.當(dāng)當(dāng)（尚尚未未到到封封閉閉階階段段）w（煙煙流流半半寬寬度度）w查查PG曲曲線線w4-9式式計計算算 地地面面軸軸線線濃濃度度Dxx2 .1 5zDHDx011d1DzDD2.當(dāng)

26、當(dāng)，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數(shù)數(shù)為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD011d1DzDD2.當(dāng)當(dāng)，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數(shù)數(shù)為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD2.當(dāng)當(dāng)，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數(shù)數(shù)為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuDDD2xxx3. DxxD2xx內(nèi)內(nèi) 插插 （ 假假 定定 變變 化化 為為 線線 性性 ） ， 按按 z值值 插插 值值DD2xxx3. DxxD2xx內(nèi)內(nèi) 插插 （ 假假 定定 變變 化化 為為

27、 線線 性性 ） ， 按按 z值值 插插 值值 一、封閉型擴散計算一、封閉型擴散計算熏煙型的污染熏煙型的污染 二、熏煙型擴散計算二、熏煙型擴散計算在晴夜，地面輻射冷卻形成自地面向上的逆溫層，其上在晴夜，地面輻射冷卻形成自地面向上的逆溫層，其上部仍為遞減狀態(tài)。日出后，地面受太陽照射增溫，夜間形成部仍為遞減狀態(tài)。日出后，地面受太陽照射增溫，夜間形成的輻射逆溫層自下而上逐漸消散破壞，變成不穩(wěn)定層結(jié)。這的輻射逆溫層自下而上逐漸消散破壞，變成不穩(wěn)定層結(jié)。這一溫度垂直分布狀況的轉(zhuǎn)變會形成一種特殊的空氣污染物分一溫度垂直分布狀況的轉(zhuǎn)變會形成一種特殊的空氣污染物分布形式布形式熏煙型擴散熏煙型擴散。這是因為，一

28、旦逆溫層自下而上消散至一定向度，原先這是因為，一旦逆溫層自下而上消散至一定向度，原先積聚在穩(wěn)定層結(jié)氣層中的空氣污染物，一方面因上方有未消積聚在穩(wěn)定層結(jié)氣層中的空氣污染物，一方面因上方有未消散殆盡的逆溫層而使向上擴散仍受抑；另一方面卻會受熱力散殆盡的逆溫層而使向上擴散仍受抑；另一方面卻會受熱力湍流交換支配而垂直向下混合到地，形成熏煙形式的散布，湍流交換支配而垂直向下混合到地，形成熏煙形式的散布，在一定范圍明顯增大地面濃度。在一定范圍明顯增大地面濃度。 二、熏煙型擴散計算二、熏煙型擴散計算一般發(fā)生在早上，持續(xù)時間一般發(fā)生在早上，持續(xù)時間10-2010-20分鐘分鐘范圍小，濃度高范圍小，濃度高熏煙型

29、擴散特點：熏煙型擴散特點：1 1：夜間以地面為底，整層處逆溫狀態(tài)：夜間以地面為底，整層處逆溫狀態(tài)2 2：日出后，逆溫層由地面向上被破壞；：日出后，逆溫層由地面向上被破壞；3 3：破壞消散達煙流上緣時，上方仍為逆溫層，下部則已由逆：破壞消散達煙流上緣時，上方仍為逆溫層，下部則已由逆溫變成遞減的不穩(wěn)定狀態(tài)。溫變成遞減的不穩(wěn)定狀態(tài)。 二、熏煙型擴散計算二、熏煙型擴散計算 二、熏煙型擴散計算二、熏煙型擴散計算(1)(1)熏煙型熏煙型擴散過程的煙流原先處于穩(wěn)定層結(jié)氣層擴散過程的煙流原先處于穩(wěn)定層結(jié)氣層 內(nèi)，然內(nèi)，然 后，污染物由積聚到熏蒸到地；后，污染物由積聚到熏蒸到地； 封閉型封閉型擴散過程的煙流原先

30、處于不穩(wěn)定層結(jié)氣層內(nèi)，污染擴散過程的煙流原先處于不穩(wěn)定層結(jié)氣層內(nèi)，污染 物無積累，對地面濃度影響略輕。物無積累，對地面濃度影響略輕。(2)(2)熏煙型熏煙型擴散過程持續(xù)時間很短暫，擴散過程持續(xù)時間很短暫， 封閉型封閉型擴散過程往往會持續(xù)相當(dāng)長的時間。擴散過程往往會持續(xù)相當(dāng)長的時間。(3)(3)熏煙型熏煙型擴散過程造成的地面污染物高濃度落地點范圍窄小擴散過程造成的地面污染物高濃度落地點范圍窄小 但離源距離變化很大，受逆溫強度、地面加熱率、平均風(fēng)但離源距離變化很大，受逆溫強度、地面加熱率、平均風(fēng) 速和有效源高等而定；速和有效源高等而定； 封閉型封閉型擴散過程造成的范圍較大，影響相對穩(wěn)定。擴散過程造

31、成的范圍較大，影響相對穩(wěn)定。 二、熏煙型擴散計算二、熏煙型擴散計算 D D 換成換成h hf f（垂向均勻分布）；（垂向均勻分布）；q q只包括進只包括進入混合層部分，入混合層部分， 則仍可用上面公式則仍可用上面公式 22211exp()d22( , ,0,)exp(), ()/22pFfzyffyfqPPyx yHPhHuh2.15152.158oyyfyH tgH 二、熏煙型擴散計算二、熏煙型擴散計算 二、熏煙型擴散計算二、熏煙型擴散計算1.1.湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2.2.高斯擴散模式高斯擴散模式3.3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.4.特殊氣象條件下的擴散模

32、式特殊氣象條件下的擴散模式5.5.城市及山區(qū)的擴散模式城市及山區(qū)的擴散模式6.6.煙囪高度設(shè)計煙囪高度設(shè)計7.7.廠址的選擇廠址的選擇w無無限限長長線線源源n風(fēng)風(fēng)向向和和線線源源不不垂垂直直時時 （交交角角 4 45 5o o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHuw無無限限長長線線源源n風(fēng)風(fēng)向向和和線線源源不不垂垂直直時時 （交交角角 4 45 5o o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHu212

33、2L21( ,0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPuw有有限限長長線線源源2122L21( ,0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPuw有有限限長長線線源源城市城市 一、線源擴散模式一、線源擴散模式大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高40m40m； 單個排放量單個排放量0.04t/h0.04t/h城市城市 一、面源擴散模式一、面源擴散模式qxuD1niiqxuD n箱箱模模式式：假假定定污污染染物物濃濃度度在在混混合合層層內(nèi)內(nèi)均均勻勻分分布布（劃劃分分為為更更小小的的面面源源單單元元）qxuD1niiqxuD n箱箱模模式式

34、：假假定定污污染染物物濃濃度度在在混混合合層層內(nèi)內(nèi)均均勻勻分分布布（劃劃分分為為更更小小的的面面源源單單元元）假定污染物濃度在混合層內(nèi)均勻分布假定污染物濃度在混合層內(nèi)均勻分布劃分為更小的面源單元劃分為更小的面源單元n簡化為點源的面源模式簡化為點源的面源模式n簡化為點源的面源模式簡化為點源的面源模式z1222220000000 1/1/000121( , ,0,)exp2 ()() ()(), 4.32.15(), ()yyzzyyzzyzyzyzqyHx yHuWHxxl某點的污染物濃度主要取決于上風(fēng)向面單元的源強，某點的污染物濃度主要取決于上風(fēng)向面單元的源強，上風(fēng)向兩側(cè)單元對其影響很小上風(fēng)向

35、兩側(cè)單元對其影響很小l某點的污染物濃度主要由它所在的面單元的源強決定某點的污染物濃度主要由它所在的面單元的源強決定0qAu山區(qū)山區(qū)距離污染源一段距離處，橫向均勻分布距離污染源一段距離處，橫向均勻分布l NOAA：以高斯模式為基礎(chǔ)，對有效源高進行修正：以高斯模式為基礎(chǔ)，對有效源高進行修正 EPA：只是對所有穩(wěn)定度級別都進行了地形高度修正：只是對所有穩(wěn)定度級別都進行了地形高度修正 以高斯模式為基礎(chǔ)，對有效源高進行修正以高斯模式為基礎(chǔ)，對有效源高進行修正1.1.湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2.2.高斯擴散模式高斯擴散模式3.3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.4.特殊氣象條件下的

36、擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式5.5.城市及山區(qū)的擴散模式城市及山區(qū)的擴散模式6.6.煙囪高度設(shè)計煙囪高度設(shè)計7.7.廠址的選擇廠址的選擇煙囪高度的計算煙囪高度的計算要求：要求：n（1）達到稀釋擴散的作用達到稀釋擴散的作用n（2）造價最低，造價最低， 造價正比于造價正比于H HS S2 2n（3 3）地面濃度不超標(biāo)）地面濃度不超標(biāo) ？l 按地面最大濃度計算按地面最大濃度計算l 按地面絕對最大濃度計算按地面絕對最大濃度計算l 按一定保證率計算按一定保證率計算l P值法值法 一、面源擴散模式一、面源擴散模式 max22()ezyqCuHyzs02e ()zbyqHHu CCbCCC0max在0.

37、51.0之間取0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度max22()ezyqCuHyzs02e ()zbyqHHu CCbCCC0max在0.51.0之間取0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度maxCu（ 4-10）m ax(321)HHC出出 現(xiàn)現(xiàn) 極極 大大 值值maxCu（ 4-10）m ax(321)HHC出出 現(xiàn)現(xiàn) 極極 大大 值值1BHu（代入sBHHu2maxcsd0dCBuHu（危危險險風(fēng)風(fēng)速速危危險險風(fēng)風(fēng)速速）1BHu（代入sBHHu2maxcsd0dCBuHu（危危險險風(fēng)風(fēng)速速危危險險風(fēng)風(fēng)速速）此時sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代代入入下

38、下式式可可得得sc02e()zybqHucc此時sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代代入入下下式式可可得得sc02e()zybqHucc(4-10) 取上述兩種情況之間一定保證率下的平均風(fēng)速取上述兩種情況之間一定保證率下的平均風(fēng)速和擴散參數(shù)和擴散參數(shù)6s10qHHP 國標(biāo)國標(biāo)GB/T 13201-91r上述計算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較上述計算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核強的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核r煙氣抬升高度優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦公式煙氣抬升高度優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦公式r煙流下洗、下沉現(xiàn)象，

39、煙囪高度不得低于所從煙流下洗、下沉現(xiàn)象，煙囪高度不得低于所從屬建筑物高度的屬建筑物高度的2 2倍倍南京市某開發(fā)區(qū)某污染源南京市某開發(fā)區(qū)某污染源SO2排放量為排放量為80g/s，煙氣，煙氣流量為流量為265m3/s，煙氣溫度為，煙氣溫度為418K，大氣溫度為，大氣溫度為293K。這一地區(qū)的。這一地區(qū)的SO2本底濃度為本底濃度為0.05mg/m3，設(shè)，設(shè)z/y0.5，地面平均風(fēng)速，地面平均風(fēng)速u103m/s，穩(wěn)定度參數(shù)，穩(wěn)定度參數(shù)m=0.25，試按，試按環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095GB309519961996）的二級標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計煙囪的高度和出口直徑。）的二級標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計煙囪的高度和出

40、口直徑。 煙流抬升高度煙流抬升高度n熱釋放率熱釋放率n煙囪出口風(fēng)速煙囪出口風(fēng)速n選擇煙氣抬升公式選擇煙氣抬升公式 按城市及近郊區(qū)條件，參考表按城市及近郊區(qū)條件，參考表42，取，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3，代入，代入P91（422）得）得 kWkWTTQPQsvaH210010810. 2418293418265101335. 035. 0425. 025. 01010687. 1)10( 3)(ssmHHZZuu12/54/13/23/11048.23687. 128100303. 121sssnsnHHHHuHQnH計算煙囪幾何高度計算煙囪幾何高度 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣

41、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)限值為的二級標(biāo)準(zhǔn)限值為0.06mg/m3（年均），代（年均），代入入P109（462） 采用牛頓切線法迭代：采用牛頓切線法迭代：Hs1160， Hs2182.6， Hs3182.7， 取取Hs183mHccueQHyzbs)(20HHs625. 0310)05. 006. 0()(687. 1718. 2142. 35 . 010802計算計算煙囪出口煙囪出口 內(nèi)徑內(nèi)徑煙囪出口煙氣流速不應(yīng)低于該高度處平均風(fēng)速的煙囪出口煙氣流速不應(yīng)低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍倍 ，即：即：v1.51.6871830.25=9.31m/s ；但為保證煙氣順利抬升，出口流速應(yīng)在但為保證煙氣順利抬

42、升，出口流速應(yīng)在2030m/s。取。取v=20m/s，則有，則有實際直徑可取為實際直徑可取為4.0m4.0m。 mvQDv1 . 42026544計算煙囪幾何高度計算煙囪幾何高度代入數(shù)據(jù)，整理得：代入數(shù)據(jù)，整理得：即即 Hs183.3m，取，取Hs184m危險風(fēng)速危險風(fēng)速6.97m/s；此時地面風(fēng)速；此時地面風(fēng)速3.36m/s。v取取20m/s，大于危險風(fēng)速的，大于危險風(fēng)速的1.5倍，則倍，則D可取可取4.0m3100616.39)(221ssnsnHsyzbsHHHQnHBuccueQH91.7665sH最大允許排放率最大允許排放率QQ80g/s288kg/h0.288t/h污染物點源排放控

43、制系數(shù)污染物點源排放控制系數(shù)PPPic0其中其中為點源調(diào)整系數(shù)，可取為點源調(diào)整系數(shù)，可取1；Pi為地理區(qū)域性點源排放控制系數(shù)，可查表，對于南京總量控制為地理區(qū)域性點源排放控制系數(shù)，可查表，對于南京總量控制區(qū)域，區(qū)域， Pi5075；c0為環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的日平均限值，為環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的日平均限值，mg/m3。取取Pi50， c00.15 mg/m3P1500.157.5t/(h.m2）計算煙囪幾何高度計算煙囪幾何高度代入數(shù)據(jù)，即代入數(shù)據(jù)，即采用牛頓切線法迭代：采用牛頓切線法迭代：Hs1100， Hs261.5， Hs363.43， Hs463.44，取，取Hs64m610sQHHP417

44、. 0648.235 . 710288. 0sHHs大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB162971996）中規(guī)定的煙囪高度中規(guī)定的煙囪高度Hs130m （按外推法計算）（按外推法計算）方法一與方法二計算結(jié)果可行；方法三計算結(jié)果不可方法一與方法二計算結(jié)果可行；方法三計算結(jié)果不可行。行。問題一：為何方法一與方法二計算結(jié)果相近？問題一：為何方法一與方法二計算結(jié)果相近？問題二：方法三計算結(jié)果為何與方法一、方法二計算問題二：方法三計算結(jié)果為何與方法一、方法二計算結(jié)果相差很大？結(jié)果相差很大？問題三：采用方法一和方法二計算時問題三：采用方法一和方法二計算時c0能采用環(huán)境質(zhì)能采用環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中

45、的日平均限值和小時平均限值嗎？量標(biāo)準(zhǔn)中的日平均限值和小時平均限值嗎？1.1.湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2.2.高斯擴散模式高斯擴散模式3.3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.4.特殊氣象條件下的擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式5.5.城市及山區(qū)的擴散模式城市及山區(qū)的擴散模式6.6.煙囪高度設(shè)計煙囪高度設(shè)計7.7.廠址的選擇廠址的選擇u 風(fēng)向、風(fēng)速、氣穩(wěn)定度、混合層高度風(fēng)向、風(fēng)速、氣穩(wěn)定度、混合層高度 本底濃度；風(fēng)向、風(fēng)速；溫度層結(jié)；地形本底濃度；風(fēng)向、風(fēng)速；溫度層結(jié)；地形n風(fēng)向和風(fēng)速：風(fēng)玫瑰圖風(fēng)向和風(fēng)速：風(fēng)玫瑰圖n大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度n混合層厚度的確定混合層厚度的確定 一

46、、氣象資料一、氣象資料n計算公式：計算公式：w（考慮風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度的概率組合）（考慮風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度的概率組合）n按風(fēng)向方位計算的平均濃度按風(fēng)向方位計算的平均濃度w假定：同一扇形內(nèi)下風(fēng)下假定：同一扇形內(nèi)下風(fēng)下y方向濃度均勻分布；方向濃度均勻分布； 吹某一扇形的風(fēng)時，污染物全部集中于此扇型中吹某一扇形的風(fēng)時，污染物全部集中于此扇型中kjiijkijkxf 二、長期平均濃度的計算二、長期平均濃度的計算n按風(fēng)向方位計算的平均濃度按風(fēng)向方位計算的平均濃度w假定：同一扇形內(nèi)下風(fēng)下假定：同一扇形內(nèi)下風(fēng)下y方向濃度均勻分布；方向濃度均勻分布； 吹某一扇形的風(fēng)時，污染物全部集中于此扇型中吹某一扇

47、形的風(fēng)時，污染物全部集中于此扇型中)2H(expu)16/x()(22Q:), 0 ,(16/212z2z2/3積分得dyHyxx 二、長期平均濃度的計算二、長期平均濃度的計算n本底濃度本底濃度n風(fēng)向風(fēng)速風(fēng)向風(fēng)速w考慮風(fēng)向，污染源應(yīng)布置在風(fēng)向頻率最小的方位考慮風(fēng)向，污染源應(yīng)布置在風(fēng)向頻率最小的方位w考慮風(fēng)向和風(fēng)速，應(yīng)布置在污染系數(shù)最小的方位考慮風(fēng)向和風(fēng)速，應(yīng)布置在污染系數(shù)最小的方位w污染系數(shù)污染系數(shù)= =風(fēng)向頻率風(fēng)向頻率/ /平均風(fēng)速平均風(fēng)速n溫度層結(jié)的考慮溫度層結(jié)的考慮n地形的考慮地形的考慮 三、廠址選擇三、廠址選擇l4.2l4.4l4.11作作業(yè)業(yè)謝謝 謝！謝！Email: 高斯模式計算是

48、準(zhǔn)定常條件下的，假定風(fēng)向風(fēng)速，穩(wěn)高斯模式計算是準(zhǔn)定常條件下的，假定風(fēng)向風(fēng)速，穩(wěn)定度不隨時間變化，適用于短時間。定度不隨時間變化，適用于短時間。長時間研究須考慮此變化。長時間研究須考慮此變化。假定計算時段內(nèi)源的排放率部不變，只要獲得氣象變量的頻率函假定計算時段內(nèi)源的排放率部不變，只要獲得氣象變量的頻率函數(shù)，便可給出長期平均濃度計算公式，并估算長期濃度。數(shù)，便可給出長期平均濃度計算公式，并估算長期濃度。風(fēng)向風(fēng)向 16方位，相當(dāng)于方位，相當(dāng)于22.5扇形區(qū)域扇形區(qū)域假定長時間內(nèi)，同一扇形內(nèi)每個角度具有相同風(fēng)頻。即假定長時間內(nèi)，同一扇形內(nèi)每個角度具有相同風(fēng)頻。即Y向濃度向濃度是相等的。是相等的。吹某一方位風(fēng)時，濃度集中于這一扇形。吹某一方位風(fēng)時，濃度集中于這一扇形。如圖如圖3.49計算計算x距離處，弧線距離處，弧線A,B上任意點的濃度上任意點的濃度1( , ,0,)216qq x