大氣污染物擴(kuò)散模式第一頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)湍流擴(kuò)散的基本理論擴(kuò)散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快105～106倍風(fēng)、湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴(kuò)散的最直接因素。湍流的基本概念

湍流——大氣的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)

風(fēng)速的脈動(dòng)（上、下）風(fēng)向的擺動(dòng)（左、右）起因與兩種形式

熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）機(jī)械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度第二頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日湍流擴(kuò)散理論主要闡述湍流與煙流傳播及湍流與物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系1.梯度輸送理論類比于分子擴(kuò)散，污染物的擴(kuò)散速率與負(fù)濃度梯度成正比2.湍流統(tǒng)計(jì)理論泰勒－>圖4-1，正態(tài)分布薩頓實(shí)用模式高斯模式（應(yīng)用最為廣泛）

第三頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)高斯擴(kuò)散模式坐標(biāo)系 右手坐標(biāo)系（食指—x軸；中指—y軸；拇指—z軸），原點(diǎn)：為無(wú)界點(diǎn)源或地面源的排放點(diǎn)，或者高架源排放點(diǎn)在地面上的投影點(diǎn)；x為主風(fēng)向；y為橫風(fēng)向；z為垂直向高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)

a．污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布b．全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定c．源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．?dāng)U散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）

一、高斯模式的有關(guān)假定第四頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日高斯擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系第五頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日二、無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式ū—平均風(fēng)速，m/s；q—源強(qiáng)，g/s；σy—側(cè)向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在y方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，m；σz—豎向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在z方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，m；穩(wěn)態(tài)第六頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式

高架源須考慮到地面對(duì)擴(kuò)散的影響。根據(jù)假設(shè)④可認(rèn)為地面就象鏡子一樣對(duì)污染物起全反射作用，按全反射原理，可用“像源法”處理——把P點(diǎn)污染物濃度看成為兩部分（實(shí)源和像源）作用之和。

建立三個(gè)坐標(biāo)系：1、以實(shí)源在地面的投影點(diǎn)為原點(diǎn)；P點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y，z）；2、以實(shí)源為原點(diǎn)；3、以像源為原點(diǎn)。（1）實(shí)源貢獻(xiàn)：P點(diǎn)在以實(shí)源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)為（z-H）。不考慮地面的影響，實(shí)源在P點(diǎn)形成的污染物濃度為：ρ1第七頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日（2）像源貢獻(xiàn)：P點(diǎn)在以像源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)為（z+H），像源在P點(diǎn)形成的污染物濃度為：ρ2ρ（x,y,z,H）第八頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式第九頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式

第十頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日

上式變?yōu)椋毫瞀选?0第十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日例題：

一工廠在源高H=30m處以20g/s的速度排放SO2，風(fēng)速為3m/s，在下風(fēng)向距離1000m處，擴(kuò)散系數(shù)分別取σy=30m

，σz=20m。計(jì)算煙流中心線上SO2的濃度；中心線以左60m、以下20m處SO2的濃度。第十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日顆粒物擴(kuò)散模式粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算大于15μm的顆粒物：傾斜煙流模式地面反射系數(shù)第十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式第十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)污染物濃度的估算q

源強(qiáng)計(jì)算或?qū)崪y(cè)

平均風(fēng)速多年的風(fēng)速資料

H

有效煙囪高度

、擴(kuò)散參數(shù)第十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日煙云抬升的原因有兩個(gè)：①是煙囪出口處的煙流具有一初始動(dòng)量（使它們繼續(xù)垂直上升）；②是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。這兩種動(dòng)力引起的煙氣浮力運(yùn)動(dòng)稱煙云抬升，煙云抬升有利于降低地面的污染物濃度。1.煙氣抬升高度的計(jì)算

初始動(dòng)量：速度、內(nèi)徑浮力：煙溫度煙氣抬升第十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日煙氣抬升高度的計(jì)算（1）

Holland公式：當(dāng)大氣穩(wěn)定度為中性，計(jì)算煙氣抬升高度時(shí)，經(jīng)常使用霍蘭徳公式：

Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下。在實(shí)際計(jì)算中，不穩(wěn)定條件(A、B穩(wěn)定度)，ΔH需增加10％～20％；穩(wěn)定條件(D、E、F穩(wěn)定度)，ΔH需減少10％～20％。

kW抬升高度計(jì)算式第十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日

（2）Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件不穩(wěn)定或中性大氣下，布里格斯公式用來(lái)確定不同的熱釋放率和下風(fēng)向距離條件下的煙氣抬升高度：第十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日（3）我國(guó)“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”

(GB/T13201-91)中的公式——在沒(méi)有特別要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法。

第二十頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日例：某市遠(yuǎn)郊區(qū)電廠煙囪高160m，煙囪排出口內(nèi)徑5m，排煙速度12m/s。煙氣溫度135℃，周圍大氣溫度15℃。大氣穩(wěn)定度C級(jí)，源高處風(fēng)速612m/s。試分別用霍蘭德、布里格斯、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算煙氣抬升高度（假設(shè)下風(fēng)向距離x=2km）第二十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日大氣擴(kuò)散參數(shù)（σy，σz）的確定P－G曲線法帕斯奎爾在1961年推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測(cè)資料就能估算σy，σz的方法，吉福德(Gifford)進(jìn)一步將它制成應(yīng)用更方便的圖表。應(yīng)用觀測(cè)到的風(fēng)速、云量、云狀和日照等天氣資料，將大氣擴(kuò)散稀釋能力分為6個(gè)等級(jí)：A—極不穩(wěn)定，B—不穩(wěn)定，C—弱不穩(wěn)定，D—中性，E—弱穩(wěn)定，F(xiàn)—穩(wěn)定。若穩(wěn)定級(jí)別為A～B，則表示按A、B級(jí)的數(shù)據(jù)內(nèi)插。該法的要點(diǎn)：首先根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來(lái)確定大氣穩(wěn)定度級(jí)別；然后從圖4-4和圖4-5中查得（或表4-4用內(nèi)插法求出）對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)σy和σz；最后將σy、σz代入前面介紹的一系列擴(kuò)散模式中，就可估計(jì)出各種情況下的濃度值。擴(kuò)散參數(shù)是表征湍流擴(kuò)散劇烈程度的物理量，是影響污染物濃度的重要參數(shù)。第二十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級(jí)別第二十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用利用擴(kuò)散曲線確定和第二十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用地面最大濃度估算第二十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散參數(shù)的確定－中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法我國(guó)在修訂P-T法基礎(chǔ)上產(chǎn)生了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法(GB/T13201-91)。太陽(yáng)高度角

（式4-29，地理緯度，傾角）

輻射等級(jí)穩(wěn)定度云量（加地面風(fēng)速）

該方法的技術(shù)路線是：根據(jù)時(shí)間、地理位置確定日傾角、太陽(yáng)高度角，利用天氣條件確定輻射等級(jí)，然后利用輻射等級(jí)和風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度，最后查擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表，確定擴(kuò)散參數(shù)。第二十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第二十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散參數(shù)的確定－中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時(shí)間0.5h，按表4-8查算）平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級(jí)工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級(jí)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級(jí)丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時(shí)間大于0.5h，不變，第二十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日例：某冶煉廠煙囪高150m，煙氣抬升高度75m，SO2排放量1000g/s。估算風(fēng)速3m/s，大氣穩(wěn)定度C級(jí)時(shí)地面最大濃度是多少？發(fā)生在什么位置？（分別用P-G法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算）第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風(fēng)向距離。第一步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的Z向擴(kuò)散參數(shù)。第三步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的y向擴(kuò)散參數(shù)。第四步：計(jì)算地面最大濃度。第二十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式在整層大氣都具有同一穩(wěn)定度（即溫度層結(jié)構(gòu)均一，實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)）、平坦地形的條件下應(yīng)用高斯模式計(jì)算污染物濃度。如果整個(gè)大氣層不均勻，污染物擴(kuò)散所涉及的溫度層結(jié)不止一個(gè)，或者地表粗糙度高，地勢(shì)起伏大就需要特殊處理。下面討論兩種特殊情況：封閉型擴(kuò)散和熏煙型擴(kuò)散。一、封閉型擴(kuò)散模式——有上部逆溫層的擴(kuò)散模式所謂封閉型擴(kuò)散就是指在上部存在逆溫層的氣象條件下，污染物受到上部逆溫層限制，只能在地面和逆溫層之間擴(kuò)散的情況第三十頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式在封閉型擴(kuò)散中，假定：污染物完全不向逆溫層擴(kuò)散；上部逆溫層對(duì)污染物起全反射作用，可用像源法處理；污染源在地面和逆溫層之間形成無(wú)窮多個(gè)像對(duì)，污染物濃度是實(shí)源和無(wú)窮多虛源的貢獻(xiàn)之和。由式4-9得：地面軸線上的污染物濃度為：第三十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日DD-HD-H2D-H第三十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日封閉型擴(kuò)散模式簡(jiǎn)化計(jì)算：第三十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日例：位于北緯40°，東經(jīng)117°的某化工廠煙囪高50m，H2S排放量9kg/h,排放筒直徑0.5m，煙氣出口溫度50℃。出口氣速12m/s。距地面10m處風(fēng)速為4m/s，早春2月上午8時(shí)，天氣晴朗，環(huán)境氣溫15℃，距地面500m處出現(xiàn)逆溫，試問(wèn)在下風(fēng)向5000m、8000m處H2S濃度有多大？第二步：確定H——計(jì)算QV、QH-計(jì)算50m處風(fēng)速-計(jì)算ΔH。第一步：確定大氣穩(wěn)定度——查太陽(yáng)傾角-計(jì)算太陽(yáng)高度角-確定輻射等級(jí)-查出大氣穩(wěn)定度第三步：確定XD——計(jì)算σz，按遠(yuǎn)郊區(qū)查表4-8，反算XD。第四步：按4-9計(jì)算5000m處H2S濃度。第五步：按4-9計(jì)算XD處H2S濃度；按4-36計(jì)算2XD處H2S濃度。然后內(nèi)插，確定5000m處H2S濃度。第三十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日熏煙型擴(kuò)散模式熏煙過(guò)程：早晨太陽(yáng)升起后，地面得到來(lái)自太陽(yáng)的輻射逐漸加熱，夜間產(chǎn)生的逆溫層逐漸抬升，當(dāng)逆溫破壞到煙流下邊緣以上時(shí)，使煙流發(fā)生向下的強(qiáng)烈混合，地面污染物濃度增大，產(chǎn)生熏煙過(guò)程。熏煙過(guò)程一般多在早晨發(fā)生，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)2小時(shí)。第三十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日熏煙型擴(kuò)散模式——地面濃度hf——逆溫層消失高度；σyf——熏煙條件下Y向擴(kuò)散參數(shù)即hf=H時(shí)第三十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)城市及山區(qū)擴(kuò)散模式（自學(xué)）線源擴(kuò)散模式面源擴(kuò)散模式封閉山谷擴(kuò)散示意圖山谷擴(kuò)散第三十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第六節(jié)煙囪高度的設(shè)計(jì)煙囪高度的計(jì)算（1）達(dá)到大氣污染物稀釋擴(kuò)散的作用；（2）盡量節(jié)省投資（造價(jià)正比于H2

）；（3）地面濃度不超過(guò)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

1、按地面最大濃度計(jì)算

第三十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日2、按地面絕對(duì)最大濃度計(jì)算第三十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日代入到4—10：將煙氣抬升公式簡(jiǎn)化為①代入到①式第四十頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日3、按一定保證率的計(jì)算法由地面最大濃度計(jì)算法→HS較矮，當(dāng)u＜ū時(shí)，地面濃度可能超標(biāo)；由地面絕對(duì)最大濃度計(jì)算法→HS較高，無(wú)論u多大，地面濃度不超標(biāo)，但煙囪造價(jià)高。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面來(lái)看，在選擇一個(gè)可接受的保證率后，ū、穩(wěn)定度取一定值后代入上述公式，可得某一保證率的氣象條件下的煙囪高度，較前面較合理。4、P值法根據(jù)“指定大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”GB/T13201-91中規(guī)定的點(diǎn)源煙塵允許排放率計(jì)算式：式中：Qe－煙塵允許排放速率，t/h；Pe－煙塵排放控制系數(shù)，t/(h·m2)；H－有效源高，m。第四十一頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十二頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日煙囪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題煙囪高度計(jì)算公式的校核上述計(jì)算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強(qiáng)的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核煙氣抬升高度的選取優(yōu)先采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦公式（也有人認(rèn)為一般選霍氏公式）。煙流下洗現(xiàn)象的防止

為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，煙囪高度應(yīng)為周圍建筑物的2倍以上。

為避免煙囪本身對(duì)煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口氣速不得低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍。一般宜在20~30m/s。煙溫宜在100℃以上。第四十三頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第四十四頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日公式中與氣象有關(guān)的參數(shù)取值方法：ū的取值：①取多年平均值；②取某一保證率的值：如已知ū＞3m/s的頻率為80%，取3m/s可保證有80%不超標(biāo)，而地面平均最大濃度可能比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)更低。煙囪出口直徑的計(jì)算：第四十五頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日例：地處丘陵的某煉油廠進(jìn)行擴(kuò)建，擬新建一煙囪排放污染物。煙囪排放條件為：出口內(nèi)徑3m，出口速度15m/s，煙溫140℃，大氣溫度17℃，H2S排放量7.2kg/h。離該廠2500m處有一城鎮(zhèn)，大氣中H2S現(xiàn)狀濃度是0.5μg/m3，為使該城鎮(zhèn)H2S的濃度低于10μg/m3，問(wèn)要建多高的煙囪才能滿足要求？設(shè)計(jì)風(fēng)速取3m/s。提示：煙氣抬升采用霍蘭德公式。第四十六頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日第七節(jié)廠址選擇一、所需氣候資料

1、風(fēng)向和風(fēng)速氣候資料：如圖是風(fēng)速和風(fēng)向頻率復(fù)合圖，矢線長(zhǎng)度代表風(fēng)向頻率大小，矢線末端的風(fēng)速羽代表平均風(fēng)速）靜風(fēng)（風(fēng)速<1.0m/s）或微風(fēng)（風(fēng)速為1～2m/s）情況大氣通風(fēng)條件差，容易引起高濃度污染，尤其是長(zhǎng)時(shí)間靜風(fēng)會(huì)使污染物大量積累，引起嚴(yán)重污染。因此，在空氣污染分析中不僅應(yīng)統(tǒng)計(jì)靜風(fēng)頻率，有條件還要統(tǒng)計(jì)靜風(fēng)持續(xù)時(shí)間。第四十七頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日2、大氣穩(wěn)定度的氣象資料可根據(jù)p-T法，利用已知的氣象資料對(duì)當(dāng)?shù)卮髿夥€(wěn)定度進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)出月（年、季）各穩(wěn)定度頻率，作出必要的圖表。3、混合層高度的確定混合層高度是影響混合物鉛直擴(kuò)散的重要參數(shù)。具體指出污染物在鉛直方向的擴(kuò)散范圍?；旌蠈佑?，則污染物垂直擴(kuò)散的范圍越大。受太陽(yáng)輻射的影響，午后混合層高度最大。第四十八頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日二、長(zhǎng)期平均濃度的估算（略）在廠址選擇和環(huán)境評(píng)價(jià)中，人們更關(guān)心的長(zhǎng)期平均濃度的分布。氣象部門提供的風(fēng)向資料是按16方位給出的，每個(gè)方位相當(dāng)于一個(gè)22.5o的扇形。因此，可按每個(gè)扇形計(jì)算長(zhǎng)期平均濃度。推導(dǎo)時(shí)作以下假定：（1）同一扇形內(nèi)各角度的風(fēng)向頻率相同，即在同一扇形內(nèi)同一距離上，污染物濃度在y方向是相等的。（2）當(dāng)吹某一扇形風(fēng)時(shí)，全部污染物都落在這個(gè)扇形里。C=第四十九頁(yè)，共五十三頁(yè)，2022年，8月28日三、廠址選擇從環(huán)保