第四章大氣污染物擴散模式1.湍流擴散的基本理論2.高斯擴散模式3.污染物濃度的估算方法4.特殊氣象條件下的擴散模式5.城市及山區(qū)的擴散模式6.煙囪高度設(shè)計第四章大氣污染物擴散模式介紹大氣擴散的基本概念及基本原理，重要的知識點有正態(tài)分布理論、高斯擴散模式、煙云抬升高度、擴散參數(shù)、封閉擴散、城市擴散模式、山區(qū)擴散模式和煙囪高度等。要求學(xué)生掌握高斯擴散模式及其常見形式，學(xué)會初步估算煙云高度，能夠根據(jù)地形、背景濃度以及風(fēng)向、風(fēng)速、溫度層結(jié)等氣象因素及模式計算大氣污染濃度，可以根據(jù)不同要求估算煙筒高度。第一節(jié)湍流擴散的基本理論擴散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大湍流：擴散比分子擴散快105～106倍湍流的基本概念

湍流——大氣的無規(guī)則運動

風(fēng)速的脈動風(fēng)向的擺動起因與兩種形式

熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）機械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度湍流擴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散，污染物的擴散速率與負濃度梯度成正比2.湍流統(tǒng)計理論泰勒－>圖4-1，正態(tài)分布薩頓實用模式高斯模式

第二節(jié)高斯擴散模式高斯模式的有關(guān)假定坐標系右手坐標，y為橫風(fēng)向，z為垂直向四點假設(shè)

a．污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布,即在Y軸向有；在Z軸向有。其中C0為x處煙流中心線上的濃度，a和b為待定系數(shù)b．全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定，c．源強Q是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．擴散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）；地面對其起全反射作用，不發(fā)生吸收或吸附作用

高斯擴散模式高斯擴散模式的坐標系無界空間連續(xù)點源擴散模式由正態(tài)分布假定，得下風(fēng)向任一點的濃度分布方差的表達式由假定d源強積分式（單位時間物料守恒）

高斯煙流的形態(tài)高架連續(xù)點源擴散模式鏡像全反射---->像源法實源P點坐標像源P點坐標高架連續(xù)點源擴散模式高架連續(xù)點源擴散模式

顆粒物擴散模式粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴散計算大于15μm的顆粒物：傾斜煙流模式

地面反射系數(shù)第三節(jié)污染物濃度的估算q

源強計算或?qū)崪y

平均風(fēng)速多年的風(fēng)速資料

H

有效煙囪高度

、擴散參數(shù)1.煙氣抬升高度的計算

初始動量：速度、內(nèi)徑煙溫度－>浮力煙氣抬升煙氣抬升高度的計算抬升高度計算式

（1）

Holland公式：適用于中性大氣條件（穩(wěn)定時減小，不穩(wěn)時增加10％～20％）

Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強的情況下煙氣抬升高度的計算抬升高度計算式（續(xù)）（2）Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件

煙氣抬升高度的計算抬升高度計算式（續(xù)）（3）我國“制訂地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法”(GB/T13201-91)中的公式

擴散參數(shù)的確定P－G曲線法P－G曲線Pasquill常規(guī)氣象資料估算Gifford制成圖表擴散參數(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)定度級別擴散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用利用擴散曲線確定和擴散參數(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

優(yōu)點：用簡單的常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度級別缺點：對太陽輻射強弱的劃分不夠確切、云量的觀測帶有主觀性。擴散參數(shù)的確定－中國國家標準規(guī)定的方法穩(wěn)定度分類方法改進的P－T法

太陽高度角

（式4-29，地理緯度，傾角）

輻射等級穩(wěn)定度云量（加地面風(fēng)速）

擴散參數(shù)的確定－中國國家標準規(guī)定的方法擴散參數(shù)的選取擴散參數(shù)的表達式為（取樣時間0.5h，按表4-8查算）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)取樣時間大于0.5h，不變，第四節(jié)特殊氣象條件下的擴散模式主要指氣象條件與高斯模式不一樣（溫度層結(jié)均一，實際中難以實現(xiàn)）

封閉型擴散模式相當于兩鏡面之間無窮次全反射實源和無窮多個虛源貢獻之和

n為反射次數(shù)，在地面和逆面實源在兩個鏡子里分別形成n個像封閉型擴散模式計算簡化：3.當內(nèi)插（假定變化為線性）

4-9式計算地面軸線濃度

查P-G曲線1.當（尚未到封閉階段）2.當，z向濃度混合均勻第五節(jié)城市及山區(qū)擴散模式城市大氣擴散模式1.線源擴散模式城市大氣擴散模式2.面源擴散模式城市大氣擴散模式2.面源擴散模式（續(xù)）簡化為點源的面源擴散模式（續(xù)）形心上風(fēng)向距x0處有一虛擬點源，其煙流在形心處寬度正好與正方形寬度相等

煙流寬度：中心線到濃度為中心處距離的兩倍

（正態(tài)分布：）

確定、之后即可按點源計算面源濃度城市大氣擴散模式2.面源擴散模式（續(xù)）窄煙流模式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)單元對其影響很小某點的污染物濃度主要由它所在的面單元的源強決定例題某市在環(huán)境質(zhì)量評價中，劃分面源單元為1000m×1000m，其中一個單元的SO2排放量為10g/s，當時的風(fēng)速為3m/s，風(fēng)向為南風(fēng)。平均有效源高為15m。試用虛擬點源的面源擴散模式計算這一單元北面鄰近單元的中心處SO2的地面濃度，其中大氣穩(wěn)定度為C。第六節(jié)煙囪高度的設(shè)計煙囪高度的計算要求：（1）達到稀釋擴散的作用（2）造價最低，

造價正比于H2（3）地面濃度不超標

按地面最大濃度計算

煙囪高度的計算按地面絕對最大濃度計算出現(xiàn)極值煙囪高度的計算按一定保證率的計算法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)P值法國標GB/T13201-91煙囪設(shè)計中的幾個問題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煙氣抬升高度的選取優(yōu)先采用國家標準中的推薦公式煙流下洗、下沉現(xiàn)象煙囪設(shè)計中的幾個問題點源排氣筒高度不得低于從屬建筑物高度的2倍；Hs=H0+2/3He（H0為計算得到的高度，He四周需保護建筑物群的平均高度）排放大氣污染物的排氣筒，高度不低于15m；總量控制區(qū)，二氧化硫排放率超過14kg/h，或氮氧化物排放率超過9kg/h或CO排放率超過180kg/h，排氣筒高度高于30m；Vs》1.5ue；排氣筒高度比主廠房最高點高出3m以上；Vs宜取20~30m/s；需設(shè)多個煙囪時，應(yīng)盡量采用多管集合煙囪。某城市火電廠SO2排放量為80g/s，煙氣流量為265m3/s，煙氣溫度為418K，大氣溫度為293K，這一地區(qū)的SO2本底濃度為0.05mg/m3，設(shè)=0.5，

=3m/s，m=0.25，試按《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》的二級標準來設(shè)計煙囪的高度和出口直徑，大氣穩(wěn)定度取中性條件。已知某一高架連續(xù)點源，沿軸線地面最大濃度模式中，σy=σz=0.07，u=5.0m/s，排煙有效源高H=180m，排煙量為4.1×104m3/h，排煙中硫氧化物濃度為1000ppm，試問該高架點源在軸線上最大濃度為多大。某市擬在遠郊區(qū)興建日煉1000噸黃銅礦石（CuFeS2）的銅冶煉廠，假定冶煉黃銅礦過程中，礦石的硫元素全部轉(zhuǎn)化為SO2，試問在下述條件下：（1）煙囪排出口內(nèi)徑為6m，排出煙氣速度為20m/s；（2）已知距地10m處平均風(fēng)速為4m/s；（3）該廠廠址處于平原開闊地區(qū)，大氣穩(wěn)定度為C級；（4）排煙溫度為60°，周圍環(huán)境溫度為25°；（5）該廠煙囪高180m，氣壓1000hpa，試問在其下風(fēng)向上2km處的居民村SO2的污染程度如何？（按中國標準推薦計算方法計算）結(jié)束語當你盡了自己的最大努力