大氣環(huán)境影響二1第1頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)湍流擴(kuò)散的基本理論一、湍流的基本概念1概念：在低層大氣中，空氣的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)接一個(gè)的迅速的陣風(fēng)起伏所組成，大小與方向隨時(shí)都在變化，運(yùn)動(dòng)很不規(guī)則，我們把這種不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為大氣湍流大氣湍流與一般工程上遇到的湍流有明顯的不同。流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，湍渦的大小是被限制著的。大氣中空氣的流動(dòng)則是沒(méi)有約束的。只要極小的平均風(fēng)速就會(huì)有很大的雷諾數(shù)；實(shí)際上可以認(rèn)為，低層大氣的流動(dòng)通常都是處于湍流狀態(tài)。形成和發(fā)展取決于兩種因素：動(dòng)力或機(jī)械的因素-機(jī)械湍流；熱力因素引起-熱力湍流；2第2頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.大氣湍流運(yùn)動(dòng)的描述：統(tǒng)計(jì)理論描述，某種屬性的時(shí)間平均值可用下式表示：直角坐標(biāo)系中，任意瞬時(shí)速度湍流特性可以用湍流強(qiáng)度來(lái)表示湍流強(qiáng)度的定義3第3頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相對(duì)湍流強(qiáng)度4第4頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)向擺動(dòng)可用風(fēng)向方位角的方差或標(biāo)準(zhǔn)差描述湍流運(yùn)動(dòng)的兩種描述方法歐拉法：連續(xù)介質(zhì)，整個(gè)流場(chǎng)中各個(gè)給定空間點(diǎn)不同質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間的變化－－簡(jiǎn)便拉格朗日法：典型流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)生命兩種湍流：鉛直方向氣溫分布不均產(chǎn)生的湍流-熱力湍流，主要取決于大氣穩(wěn)定度。鉛直方向風(fēng)速分布不均及地面粗造度產(chǎn)生的湍流，叫機(jī)械湍流。主要取決于風(fēng)速梯度和地面粗造度。湍流有極強(qiáng)的擴(kuò)散能力：比分子擴(kuò)散快105-106倍。與煙團(tuán)尺度相近，擴(kuò)散最好，太大-搬運(yùn)，太小—擴(kuò)散差。5第5頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、湍流擴(kuò)散理論梯度輸送理論，統(tǒng)計(jì)擴(kuò)散理論，相似擴(kuò)散理論1梯度擴(kuò)散理論在湍流擴(kuò)散煙流中取微小體積元dxdydz,研究其中由于平均流動(dòng)和湍流擴(kuò)散發(fā)生的物質(zhì)交換情況。ABCDA’B’C’D’6第6頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單位時(shí)間內(nèi)沿x方向微元內(nèi)污染物的凈變化量為：同理，在y方向和z方向的凈變化量分別為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)微元內(nèi)總的變化量為微元內(nèi)的污染物質(zhì)量為Cdxdydz,單位時(shí)間內(nèi)的變化量表現(xiàn)為為：（5-1）（5-2）7第7頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)|(zhì)量守恒定律（5-1）=（5-2）：考慮到湍流引起的濃度和速度起伏，需將c=c+c’，u=u+u’，v=v+v’，w=w+w’等關(guān)系式代入（5-3），對(duì)兩邊取平均，整理后得到：（5-3）湍流擴(kuò)散的梯度理論把湍流擴(kuò)散過(guò)程與分子擴(kuò)散過(guò)程類比，假定湍流脈動(dòng)的濃度通量正比于平均濃度梯度，即：（5-4）8第8頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將上式代入（5-4）中，得到湍流擴(kuò)散的微分方程：取x軸與平均風(fēng)向一致，z軸鉛直向上，v=w=0,假定流場(chǎng)均勻，將平均濃度表示為c,則上式變?yōu)椋海?-5）（5-6）有風(fēng)條件下連續(xù)點(diǎn)源的解：空間某固定點(diǎn)的濃度C不隨時(shí)間而變濃度僅是空間坐標(biāo)的函數(shù)9第9頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月X方向上的風(fēng)平流輸送引起的物質(zhì)質(zhì)量傳遞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)擴(kuò)散作用方程（5-6）簡(jiǎn)化為：邊界條件：x=y=z=0時(shí)，C→∞x,y,z→∞時(shí)，C→0連續(xù)條件：假定污染物在擴(kuò)散過(guò)程中沒(méi)有衰減或增生,而保持恒定,于是通過(guò)下風(fēng)向任一y-z平面的污染物量等于源強(qiáng)Q（5-7）10第10頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在上述條件下有風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源的解為：式中：（5-30）式（5-30）是假定污染物在無(wú)限空間中擴(kuò)散，不受任何界面限制的條件下導(dǎo)出的，又稱為無(wú)界情況下的擴(kuò)散模式---無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源高斯模式。11第11頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式考慮地面影響像源法—全反射原理P點(diǎn)濃度由實(shí)源（0、0、H）和像源（0、0、-H）產(chǎn)生的濃度之和（1）高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式推導(dǎo)實(shí)源的作用：P點(diǎn)在以實(shí)源排放點(diǎn)（有效源高處）為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中（無(wú)限空間）中的鉛直坐標(biāo)（距煙流中心線的鉛直距離）為（-(H-z)=z-H），不考慮地面影響時(shí)在P點(diǎn)產(chǎn)生的濃度按（5-30）計(jì)算。（5-31）12第12頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月像源的作用：P點(diǎn)在以像源排放點(diǎn)（負(fù)的有效源高處）為原點(diǎn)的坐標(biāo)系（無(wú)限空間）中的鉛直坐標(biāo)（距像源產(chǎn)生的煙流中心線的鉛直距離）為（z+H），其在P點(diǎn)產(chǎn)生的濃度也按（5-30）計(jì)算。P點(diǎn)的實(shí)際濃度應(yīng)為實(shí)源和像源作用之和（5-32）（5-33）13第13頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地面濃度擴(kuò)散模式，z＝0時(shí)地面軸線濃度擴(kuò)散模式，z=0,y=0時(shí)地面最大濃度模式（5-34）（5-35）x→大→大→小→大C-出現(xiàn)最大值14第14頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)x求導(dǎo),并令（5－35）＝0，計(jì)算最大落地濃度和距離（5-36）（5-37）（5-38）（5-39）（5-40）化簡(jiǎn)為下列常用的形式：15第15頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式，H=05.煙流寬度和煙流高度煙流半寬y0的定義是沿y軸方向從濃度軸線（x軸線）到濃度下降為軸線濃度1/10的距離假定濃度分布符合正態(tài)分布（5-42）坐標(biāo)yi處濃度16第16頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月→同理：K理論把湍流擴(kuò)散比擬分子擴(kuò)散為缺乏嚴(yán)格物理依據(jù)的。湍流場(chǎng)均勻定常，實(shí)際大氣很難滿足；梯度理論僅是一種半經(jīng)驗(yàn)性的理論；現(xiàn)在使用的大多數(shù)大氣擴(kuò)散模式都是由其進(jìn)一步推導(dǎo)出高斯模式的不足之處：17第17頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)有效煙囪高度的計(jì)算一、有效源高定義從地面最大濃度計(jì)算模式（5-37）看出，地面最大濃度Cmax和有效源高H的平方成反比有效源高H等于煙囪實(shí)體高度Hs與煙流抬升高度△H之和。有風(fēng)時(shí)熱煙流的抬升大體分以下幾個(gè)階段：噴出階段；浮升階段；瓦解階段；變平價(jià)段18第18頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變平階段瓦解階段浮生階段噴出階段煙氣抬升的各個(gè)階段19第19頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、煙流抬升高度公式HJ/T2.2-93《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》推薦公式：⑴有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件下煙氣抬升高度H(m)①當(dāng)煙氣熱釋放率Qh大于或等于2100kJ/s，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值T大于或等于35k時(shí)：20第20頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②當(dāng)1700kJ/s<Qh<2100kJ/s時(shí)③當(dāng)Qh1700kJ/s或者T<35k時(shí)：21第21頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月⑵有風(fēng)時(shí)，穩(wěn)定條件下：⑶靜風(fēng)和小風(fēng)時(shí)：dTa/dZ取值時(shí)宜小于0.01k/m。例題5-1“導(dǎo)則計(jì)算值”居中22第22頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、地面絕對(duì)最大濃度風(fēng)速是變化的風(fēng)速對(duì)地面濃度有雙重影響（5-40）風(fēng)速增大時(shí)地面濃度減小風(fēng)速增大時(shí)煙流抬升高度減小，地面最大濃度反而增大煙流抬升公式可以表示為（5-69）23第23頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月地面最大濃度：對(duì)平均風(fēng)速求導(dǎo)數(shù)，24第24頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Cabsm使所有地面最大濃度中的極大者，地面絕對(duì)最大濃度；出現(xiàn)絕對(duì)最大濃度的風(fēng)速-------危險(xiǎn)風(fēng)速；危險(xiǎn)風(fēng)速下，煙流抬升高度和煙囪幾何高度相等，△H=Hs25第25頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)點(diǎn)源環(huán)境濃度估算一、帕斯圭爾擴(kuò)散曲線法1擴(kuò)散曲線的要點(diǎn)①劃分大氣穩(wěn)定度的方法根據(jù)云量、云狀、太陽(yáng)輻射狀況和地面風(fēng)速等常規(guī)氣象資料，將大氣的擴(kuò)散稀釋能力劃分為A-F六個(gè)穩(wěn)定度等級(jí)。P131表5-5所示②給出了確定擴(kuò)散參數(shù)的方法P-G曲線，用常規(guī)氣象資料就可以確定擴(kuò)散參數(shù)的值③正態(tài)濃度分布假設(shè)下的污染物環(huán)境濃度計(jì)算模式為帕斯圭爾曲線法的污染物環(huán)境濃度計(jì)算模式P-G擴(kuò)散曲線法26第26頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2帕斯奎爾擴(kuò)散曲線法的應(yīng)用（1）根據(jù)常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度級(jí)別①穩(wěn)定度級(jí)別中：A-極不穩(wěn)定、B-不穩(wěn)定、C-微不穩(wěn)定、D-中性、E-微穩(wěn)定、F-穩(wěn)定。②A-B表示A、B級(jí)別數(shù)據(jù)內(nèi)插③夜間定義為日落前一小時(shí)至日出后一小時(shí)的時(shí)段④不論何種大氣狀況，夜間前后各一小時(shí)算作中性，即D級(jí)穩(wěn)定度⑤強(qiáng)太陽(yáng)輻射對(duì)應(yīng)于碧空下太陽(yáng)高度角60°的條件，弱太陽(yáng)輻射相當(dāng)于碧空下太陽(yáng)高度角從15°到35°。在確定太陽(yáng)輻射時(shí)云量應(yīng)與太陽(yáng)高度一起考慮。27第27頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）利用擴(kuò)散曲線確定σy和σz圖5-17和圖5-18解決書籍復(fù)制誤差，英國(guó)氣象局給出表5-6具體數(shù)值（3）濃度計(jì)算確定擴(kuò)散參數(shù)后,代入正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式(5-33)中,即可計(jì)算出高架連續(xù)點(diǎn)源下風(fēng)向各點(diǎn)的污染物濃度。模式中的風(fēng)速一般取源高處的平均風(fēng)速。地面濃度分布圖的繪制劃分單元，計(jì)算各點(diǎn)的濃度值，繪制等濃度曲線圖28第28頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、我國(guó)推薦的大氣污染物環(huán)境濃度估算方法1大氣穩(wěn)定度分類采用修訂的帕斯圭爾穩(wěn)定度分類法（P·S）（1）太陽(yáng)高度角計(jì)算

h0＝arc[sinφsinδ+cosφcosδcos(15t+λ-300)式中：φ，λ—分別為當(dāng)?shù)氐牡乩斫?jīng)度和緯度，度δ—赤緯太陽(yáng)傾角，度（可按當(dāng)時(shí)月份與日期從附表9上查出）

t—觀測(cè)時(shí)的北京時(shí)間，小時(shí)。29第29頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）確定太陽(yáng)輻射等級(jí)由云量和太陽(yáng)高度角確定表5-7（3）確定大氣穩(wěn)定度的等級(jí)太陽(yáng)輻射等級(jí)和地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度的等級(jí)表5-82擴(kuò)散參數(shù)σy和σz確定α1-橫向擴(kuò)散回歸指數(shù)；α2-鉛直擴(kuò)散回歸指數(shù)；γ1-橫向擴(kuò)散參數(shù)回歸系數(shù)；γ2-鉛直擴(kuò)散參數(shù)回歸系數(shù)；X-距排氣筒下風(fēng)向的水平距離，m.查附表11得到，遵循以下幾條30第30頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）平原地區(qū)農(nóng)村及城市遠(yuǎn)郊區(qū)的擴(kuò)散參數(shù)A、B、C直接查出D、E、F級(jí)穩(wěn)定度，需向不穩(wěn)定方向提高半級(jí)（2）工業(yè)區(qū)或城區(qū)中屬于甲類排放標(biāo)準(zhǔn)的電源，其擴(kuò)散參數(shù)選取方法A、B不提級(jí)C、D、E、F，向不穩(wěn)定方向提高1級(jí)（3）丘陵山區(qū)的農(nóng)村和城市選取方法同工業(yè)區(qū)或城區(qū)3地面濃度的計(jì)算31第31頁(yè)，課件共37頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)題：1.位于北緯40°，東經(jīng)120°的某城市遠(yuǎn)郊區(qū)（丘陵）有一火力發(fā)電廠，煙囪高度Hs=120m，煙囪排放口的直徑D=1.5m，排放的SO2的源強(qiáng)Q=800kg/h，排氣溫度Ts=413K，煙氣出口Vs=18m/s。8月15號(hào)17點(diǎn)（北京時(shí)間），云量5/4，氣溫303K，地面10m高處的風(fēng)速2.8m/s。試求；（1）地面軸線最大濃度及其出現(xiàn)距離；（2）地面軸線1500處的濃度。