第4章放射性物質(zhì)

1、第第4章章 放射性物質(zhì)在大氣中的行為放射性物質(zhì)在大氣中的行為1大氣顆粒物（PM10）中核素的gama譜2上海應(yīng)用物理研究所，南華大學(xué)空氣污染來源反軌跡圖上海應(yīng)用物理研究所，南華大學(xué)空氣污染來源反軌跡圖3地球上空的大氣簡介： 人為產(chǎn)生的氣載污染物一般都排入邊界層中。 污染物質(zhì)釋入大氣后將隨風(fēng)的運(yùn)動(dòng)向下風(fēng)向輸運(yùn)，污染物分布不均勻形成的濃度梯度導(dǎo)致其在水平和鉛直方向上擴(kuò)散，空氣流場(chǎng)的切變則導(dǎo)致污染物的彌散。4 輸運(yùn)過程中放射性核素將逐漸衰變，其子體逐漸積累。 雨雪的清洗濕沉積； 粒徑較大(20m)的固體顆粒沉降； 氣溶膠與地面附著物碰撞干沉積； 風(fēng)的作用沉積物懸浮二次污染。5空氣中的放射性污染物的危

2、害： 空氣中的放射性污染對(duì)人直接造成外照射； 人吸入污染的空氣內(nèi)照射； 沉積到地面上的污染物 沉積造成的地面污染 外照射； 沉積導(dǎo)致的農(nóng)作物污染經(jīng)食物鏈內(nèi)照射。64.1 放射性物質(zhì)在大氣中的化學(xué)行為放射性物質(zhì)在大氣中的化學(xué)行為 7（一）大氣的恒定組分（一）大氣的恒定組分 大氣的恒定組分是指大氣中的大氣的恒定組分是指大氣中的O2、N2和稀有氣體。在近地層大氣和稀有氣體。在近地層大氣中這些氣體組分的含量幾乎可認(rèn)為是不變的，它們約占大氣總量的中這些氣體組分的含量幾乎可認(rèn)為是不變的，它們約占大氣總量的99.97%。（二（二)大氣的可變組分大氣的可變組分 主要指主要指CO2和和H2O（g），這些氣體組分

3、受不同地區(qū)氣候、季節(jié)等），這些氣體組分受不同地區(qū)氣候、季節(jié)等多種因素的影響而發(fā)生變化。正常狀況下，多種因素的影響而發(fā)生變化。正常狀況下，H2O(g)約占約占0-4，CO2約約占占0.02%- 0.04%。 由由恒定組分和可變組分恒定組分和可變組分所組成的大氣稱為所組成的大氣稱為潔凈大氣潔凈大氣。 4.1.1 大氣的化學(xué)組成大氣的化學(xué)組成 （三）大氣的不定組分（三）大氣的不定組分 大氣中的塵埃、硫化物、氮氧化物等是大氣中的大氣中的塵埃、硫化物、氮氧化物等是大氣中的不定不定組分，組分，當(dāng)它們進(jìn)入大氣后，可能當(dāng)它們進(jìn)入大氣后，可能造成大氣污染。造成大氣污染。 89成云致雨的必要條件成云致雨的必要條件

4、主要主要成分成分次要次要成分成分 水水 汽汽固體雜質(zhì)固體雜質(zhì)生物體的基本成分生物體的基本成分維持生物活動(dòng)的必要物質(zhì)維持生物活動(dòng)的必要物質(zhì)植物光合作用的原料；對(duì)地面保溫植物光合作用的原料；對(duì)地面保溫吸收紫外線，使地球上的生吸收紫外線，使地球上的生物免遭過量紫外線的傷害物免遭過量紫外線的傷害成云致雨的必要條件，對(duì)地面保溫作用成云致雨的必要條件，對(duì)地面保溫作用大氣組成大氣組成主主 要要 作作 用用干干潔潔空空氣氣O3N2O2CO2大氣各組成成分的作用10大氣圈結(jié)構(gòu)大氣圈結(jié)構(gòu)w 大氣層又叫大氣圈，地球就被這大氣層又叫大氣圈，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要

5、環(huán)境空氣的成分。層的成分主要環(huán)境空氣的成分。大氣層的空氣密度隨高度而減小，大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在大約在1000-1400千米以上，但千米以上，但沒有明顯的界限。整個(gè)大氣層隨沒有明顯的界限。整個(gè)大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，分高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，分為為對(duì)流層、平流層、中間層、暖對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和逸散層層和逸散層，再上面就是星際空，再上面就是星際空間了。間了。 114.1.2 大氣中的一般化學(xué)過程大氣中的一般化學(xué)過程 在一些射線的作用下，大氣中會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，其中最重要的是光化學(xué)反應(yīng)。各層的化學(xué)反應(yīng)

6、不近一致。 這些射線是太陽輻射、宇宙射線、X射線及閃電引起的放電效應(yīng)。 平流層：熱層的主要光反應(yīng)：32OOONO232OOONOOCOCOONNOOO22222212 大氣中的主要成分是N2和 O2，它們可以吸收太陽輻射而引起光致離解，產(chǎn)生氮原子和氧原子，這些原子非?；钴S，在不同的氣流層中發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)。 宇宙射線、太陽紫外線和X射線等可引起大氣組分電離，這主要發(fā)生在60km以上的大氣層，生成一些自由基。這些離子也可發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)。 大氣層中另一類重要化學(xué)反應(yīng)是由大氣中的污染物質(zhì)造成的，如酸雨、氮氧化物和烴類等。13中間層主要的光化學(xué)反應(yīng)有：平流層主要反應(yīng)有：對(duì)流層有：22422422

7、33,2COCOOCHCHHHOHCHNNONONOHNOOO24222432232,COCOCHOHOHCHHNONONOONOOOCOCHCOCHNHHOHNONONHONNONHNOCO,42432223234222144.1.3 放射性物質(zhì)在大氣中的化學(xué)行為放射性物質(zhì)在大氣中的化學(xué)行為 大氣中的放射性物質(zhì)可發(fā)生一系列的化學(xué)變化： 氧化反應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)和同位素交換反應(yīng)； 氣溶膠的形成和吸附現(xiàn)象； 云霧、雨滴對(duì)放射性物質(zhì)的溶解、吸收等。 15 放射性氣溶膠的形成：放射性氣溶膠的形成： 液態(tài)或固態(tài)放射性核素大部分被大氣溶膠捕集形成氣溶膠。大氣氣溶膠主要包括微塵、有機(jī)碳化物微粒和液態(tài)的霧。 核

8、爆炸放射性核素進(jìn)入對(duì)流層頂部溫度降低放射性氣溶膠 環(huán)境污染。 氡溢出衰變子體（釙、鉛、鉍等）大氣氣溶膠環(huán)境污染。 核設(shè)施、核事故放出的銣、碘、銫、鉬、氚、碳等它們中的放射性核素形成氣溶膠對(duì)環(huán)境污染。16化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 大氣中的放射性物質(zhì)在遷移、擴(kuò)散過程中，因其化學(xué)活性或大氣中其它物質(zhì)的化學(xué)活性而發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)。其中與O2和CO2的反應(yīng)是大氣中最容易發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。如Sr通過一系列的反應(yīng)可以生成SrCO3，T2可以氧化成T2O等。 233,2/2222HCOSrSrCOOHSrSrOSrOHCOOHOOTOTTTT22222217 此外，大氣中發(fā)生的化學(xué)過程與大氣吸收太陽能輻射引起的大氣光化

9、學(xué)過程有密切關(guān)系。大氣中的某些放射性氣體在太陽光的照射下，也可直接發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。主要是因?yàn)樽杂苫纳伞?同位素交換反應(yīng)：241442142142142222COCHCHCOCOCOCOCOHHTOOHHTHTHTOOHT184.2 放射性物質(zhì)在大氣中的輸運(yùn)和彌散放射性物質(zhì)在大氣中的輸運(yùn)和彌散4.2.1 大氣邊界層的溫度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)大氣邊界層的溫度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)1、大氣邊界層的溫度場(chǎng) 1）干絕熱遞減率 不含水分的干空氣團(tuán)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而絕熱上升時(shí)，其膨脹、位置升高其內(nèi)能降低、溫度下 降；反之，溫度升高。干空氣團(tuán)每絕熱升降100m而導(dǎo)致其身溫度變化率的負(fù)值稱為干絕熱遞減率，以rd表示，其理論值為：0.98K/

10、100m1.0K/100m。未飽和濕空氣上升時(shí)，其溫度下降率將小于1.0K/100m。192）大氣的氣溫層結(jié) 大氣邊界層氣溫在鉛直方向上的變化情況稱為氣溫層結(jié)，其特征可用氣溫垂直遞減率表示： 一般取單位高差(100m)上氣溫變化速率為負(fù)值。因此，當(dāng)氣溫隨高度增高而降低時(shí)，r0，反之,則小于0,表示氣溫隨高度增高而上升。dzdTr/20大氣邊界層中氣溫層結(jié)有四種典型情況： 氣溫隨高度增高而遞減，且其遞減率大于干絕熱遞減率r rd時(shí)，為正常分布層結(jié)或超絕熱遞減層結(jié)； r rd時(shí)，為中性層結(jié)； r0時(shí)，為逆溫層結(jié)； r=0時(shí)，等溫層結(jié)。由不同的氣溫層結(jié)而產(chǎn)生不同的煙羽形狀。21氣溫的垂直分布（溫度層

11、結(jié)） Tz d 0 ， 正常分布層結(jié)正常分布層結(jié) ，中性層結(jié)（絕熱直減率），中性層結(jié)（絕熱直減率） 0 ，等溫層結(jié)，等溫層結(jié) 0 ，逆溫層結(jié)逆溫層結(jié) 22逆逆 溫溫逆溫逆溫不利于擴(kuò)散，容易造成大氣污染，包括輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆不利于擴(kuò)散，容易造成大氣污染，包括輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆溫、鋒面逆溫等。溫、鋒面逆溫等。w輻射逆溫：輻射逆溫：由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，地面夜間變冷，大氣自下由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻，而上冷卻，造成溫度自下而上的增加，產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象；造成溫度自下而上的增加，產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象；地面白天加熱，大氣地面白天加熱，大氣自下而上變

12、暖，逆溫消失。自下而上變暖，逆溫消失。 下午日落前1小時(shí)黎明日出后上午10點(diǎn)左右輻射逆溫的生消過程輻射逆溫的生消過程233）氣溫的垂直變化與大氣穩(wěn)定度性的關(guān)系）氣溫的垂直變化與大氣穩(wěn)定度性的關(guān)系 地球表面上方大氣的溫度隨高度發(fā)生變化，地球表面上方大氣的溫度隨高度發(fā)生變化，大大氣溫度隨高度的分布情況與大氣穩(wěn)定性關(guān)系密切氣溫度隨高度的分布情況與大氣穩(wěn)定性關(guān)系密切，同時(shí)影響受污染的空氣被較潔凈的空氣混合而沖釋同時(shí)影響受污染的空氣被較潔凈的空氣混合而沖釋其污染濃度的作用。其污染濃度的作用。 24煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系 波浪型（不穩(wěn)） 錐型（中性or弱穩(wěn)） 扇型（逆溫） 爬升型

13、（下穩(wěn)，上不穩(wěn)） 漫煙型（上逆、下不穩(wěn)） 25大氣穩(wěn)定度和煙羽行為26逆溫對(duì)擴(kuò)散的影響272、大氣邊界層的風(fēng)場(chǎng)、大氣邊界層的風(fēng)場(chǎng)1）作用于大氣的水平力）作用于大氣的水平力 大氣水平方向存在著氣壓差，就存在水平力。水平氣壓梯度力是導(dǎo)致空氣水平運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力；地球的轉(zhuǎn)動(dòng)使之與大氣之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，產(chǎn)生地球的偏轉(zhuǎn)力(科里奧利力)，其存在與風(fēng)伴生，其方向與實(shí)際風(fēng)向垂直；近地層空氣運(yùn)動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生摩擦力，方向與風(fēng)向相反；作曲線運(yùn)動(dòng)的大氣還會(huì)受到慣性離心力的作用，其方向與實(shí)際風(fēng)方向垂直。 2）大氣邊界層中的風(fēng)場(chǎng)）大氣邊界層中的風(fēng)場(chǎng) 在自由大氣中，摩擦力可忽略，但在大氣邊界層中，氣壓梯度力G，科氏力

14、D及摩擦力F三者處于同一數(shù)量級(jí)，三者的合力構(gòu)成風(fēng)場(chǎng)。284.2.2 湍流擴(kuò)散的基本理論湍流擴(kuò)散的基本理論 擴(kuò)散的要素?cái)U(kuò)散的要素 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 湍流是導(dǎo)致煙羽擴(kuò)散的主要原因：擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散快湍流是導(dǎo)致煙羽擴(kuò)散的主要原因：擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散快10105 510106 6倍倍 湍流的基本概念湍流的基本概念 （什么是湍流？）什么是湍流？） 除在水平方向運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)由上、下、左、右方向的亂運(yùn)動(dòng)，風(fēng)的除在水平方向運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)由上、下、左、右方向的亂運(yùn)動(dòng)，風(fēng)的這種特性和擺動(dòng)稱為大氣湍流。（有點(diǎn)象分子的熱運(yùn)動(dòng)）或者說湍流是這種特性和擺動(dòng)稱為大氣湍流。（有點(diǎn)象分

15、子的熱運(yùn)動(dòng)）或者說湍流是大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 。 ( ( 湍流湍流大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) :風(fēng)速的脈動(dòng)風(fēng)速的脈動(dòng)和和風(fēng)向的擺動(dòng)風(fēng)向的擺動(dòng))起因與兩種形式起因與兩種形式 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） 機(jī)械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度機(jī)械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度29湍流擴(kuò)散理論簡介主要闡述：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 德國科學(xué)家菲克，在1855年發(fā)表了一篇題為“論擴(kuò)散”的著名論文。在這篇論文中，他首先提出了梯度擴(kuò)散理論。他把這個(gè)理論表述為：“假定食鹽在其溶劑中的擴(kuò)散定律與在導(dǎo)體中發(fā)生的熱擴(kuò)

16、散相同，是十分自然的?！?湍流梯度輸送理論進(jìn)一步假定，由大氣湍流引起的某物質(zhì)的擴(kuò)散，類似于分子擴(kuò)散，并可用同樣的分子擴(kuò)散方程描述。為了求得各種條件下某污染物的時(shí)、空分布，必須對(duì)分子擴(kuò)散方程在進(jìn)行擴(kuò)散的大氣湍流場(chǎng)的邊界條件下求解。然而由于邊界條件往往很復(fù)雜，不能求出嚴(yán)格的分析解，只能在特定的條件下求出近似解，再根據(jù)實(shí)際情況修正。30湍流擴(kuò)散理論簡介湍流擴(kuò)散理論簡介2.湍流統(tǒng)計(jì)理論：湍流統(tǒng)計(jì)理論： 湍流統(tǒng)計(jì)理論假定：流體中的微粒與連續(xù)流體一樣，呈連續(xù)運(yùn)動(dòng)，微粒在進(jìn)行傳輸和擴(kuò)散時(shí)，不發(fā)生化學(xué)和生物學(xué)反應(yīng)；微粒的大小和質(zhì)量不計(jì)，并將微粒運(yùn)動(dòng)看作是相對(duì)于一定空間發(fā)生的。 如圖表示從污染源釋放出的粒子，在

17、風(fēng)沿著x方向吹的湍流大氣中擴(kuò)散的情況。假定大氣湍流場(chǎng)是均勻、穩(wěn)定的。從原點(diǎn)釋放出的一個(gè)粒子的位置用y表示，則y隨時(shí)間而變化，但其平均值為零。如果從原點(diǎn)放出很多粒子，則在x軸上粒子的濃度最高，濃度分布以x軸為對(duì)稱軸，并符合正態(tài)分布。 31由湍流引起的擴(kuò)散 32 3.相似擴(kuò)散理論相似擴(kuò)散理論 湍流擴(kuò)散相似理論的基本觀點(diǎn)：湍流由許多大小不同的湍渦所構(gòu)成，大湍渦失去穩(wěn)定分裂成小湍渦，同時(shí)發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移，這一過程一直進(jìn)行到最小的湍渦轉(zhuǎn)化為熱能為止。從這一基本觀點(diǎn)出發(fā)，利用量綱分析的理論，建立起某種統(tǒng)計(jì)物理量的普適函數(shù)，再找出普適函數(shù)的具體表達(dá)式，從而解決湍流擴(kuò)散問題。湍流擴(kuò)散理論簡介湍流擴(kuò)散理論簡介33

18、 大氣湍流與污染物的擴(kuò)散 圖a表示煙團(tuán)在比它尺度小的湍渦作用下，一邊隨風(fēng)遷移，一邊受到湍渦的攪擾，邊緣不斷與周圍空氣混合，體積緩慢地膨脹，煙團(tuán)內(nèi)部的濃度也不斷地降低。 圖b表示煙團(tuán)受到大尺度湍渦的作用。這時(shí)煙團(tuán)主要被湍渦所挾帶，本身增長不大。 圖c表示煙團(tuán)受到大小尺度相當(dāng)?shù)耐臏u扯動(dòng)變形，這是一種最強(qiáng)的擴(kuò)散過程。 在實(shí)際大氣中同時(shí)存在著各種不同大小的湍渦，擴(kuò)散過程是上述幾種過程共同完成的。344.2.3點(diǎn)源彌散的高斯模式點(diǎn)源彌散的高斯模式高斯模式的有關(guān)假定高斯模式的有關(guān)假定 1.坐標(biāo)系坐標(biāo)系 坐標(biāo)系取排放點(diǎn)（無界源、地面源或高架源排放點(diǎn)）在地面的投影點(diǎn)為原點(diǎn)，主風(fēng)向?yàn)閤軸，y軸在水平面內(nèi)垂直于x

19、軸，正方向在x軸的左側(cè)，z軸垂直于水平面，向上為正，即右手坐標(biāo)系。食指x軸；中指y軸；拇指z軸。此坐標(biāo)系中，煙流中心與x軸重合或煙流在oxy平面的投影為x軸。 2.2.四點(diǎn)假設(shè)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擴(kuò)散中污染物（或核素活度）是守恒的 35 高斯擴(kuò)散模式坐標(biāo)系高斯擴(kuò)散模式坐標(biāo)系36無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式(a)(c.d)37上式中：上式中： 平均風(fēng)速，m/s； Q源強(qiáng),核素活度釋放率，Bq/s。 y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，是距離y的函數(shù)，m； z豎向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在z方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，

20、是距離z的函數(shù)，m；未知量未知量濃度濃度c、待定函數(shù)待定函數(shù)A(x)、待定系數(shù)待定系數(shù)a、b；式、組成一方程組，四個(gè)方程式有四個(gè)未知數(shù)，故方程式可解。38 由 查 表 或 將 式 級(jí) 數(shù) 展 開 可 得 ： 02320042222adyeyadyedyeayayay 代 入 式 ：aaay2124232 ，221ya ； 同 理 得 ：221zb 39將、代入中，得： yzzyzyzzyyzyzyuxAuxAzdeydeuxAdzedyexAudydzeexAuQzyzyzy2222222222222222222222 其中： uQxAzy2 再將、代入式得 無界狀況下，下風(fēng)向任意位置的污染物

21、濃度（g/m3） 2222,22exp2zyzyzyxzyuQC 40 高斯煙流的濃度分布41高斯煙流的形態(tài)2222( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu 42 高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式 當(dāng)污染物通過高煙囪釋放時(shí)，可采用高位連續(xù)點(diǎn)源的彌散公式計(jì)算下當(dāng)污染物通過高煙囪釋放時(shí)，可采用高位連續(xù)點(diǎn)源的彌散公式計(jì)算下風(fēng)向空間任意點(diǎn)處的空氣污染濃度。由于煙羽的抬升，應(yīng)取有效煙囪高度風(fēng)向空間任意點(diǎn)處的空氣污染濃度。由于煙羽的抬升，應(yīng)取有效煙囪高度H=HS+H作為釋放高度。作為釋放高度。 高架連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散問題，必須考慮到地面對(duì)擴(kuò)散的影響。根據(jù)前述假設(shè)(d)，可以認(rèn)為地

22、面象鏡面那樣，對(duì)污染物起著全反射的作用。按照全反射原理，地面就象鏡子一樣對(duì)污染物起全反射作用,可以用像源法來處理這類問題?？梢园裀點(diǎn)污染物濃度看成為兩部分作用之和，一部分實(shí)源作用，一部分是虛源作用。見下頁圖：相當(dāng)于位置在（0，0，H）的實(shí)源和位置在（0，0，-H）的像源，當(dāng)不存在地面時(shí)在P點(diǎn)產(chǎn)生的濃度之和。（1）實(shí)源作用實(shí)源作用：由于坐標(biāo)原點(diǎn)原選在地面上，現(xiàn)移到源高為H處，相當(dāng)于原點(diǎn)上移H，即原式中的Z在新坐標(biāo)系中為（Z-H）,不考慮地面的影響，則： 2222122exp2zyzyHzyuQC43實(shí)源 虛源 H H P(x,y,z) 反射區(qū) Z+H Z-H Z 有效源高H=Hs+H 44（2）

23、像源作用：源高H，P點(diǎn)距像源產(chǎn)生的煙流中心線的距離為Z+H，則： 2222222exp2zyzyHzyuQC （3）P點(diǎn)的實(shí)際濃度為兩源作用之和： 222222212exp2exp2exp2zzyzyHzHzyuQCCC 即高架連續(xù)點(diǎn)源正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式。 （4）高架連續(xù)點(diǎn)源正態(tài)分布下地面濃度擴(kuò)散模式 Z=0時(shí)即得地面濃度模式： 22222exp2exp, 0 ,zyzyHyuQHyxC 45（5）高架連續(xù)點(diǎn)源正態(tài)分布下地面軸線濃度模式 222exp, 0 , 0 ,zzyHuQHxC （6）高架連續(xù)點(diǎn)源正態(tài)分布下地面最大濃度模式及位置 y、z是距離x的函數(shù)（而x是t的函數(shù)） ，且隨x的

24、增大而增大， 在上式中zyuQ隨x增大而減小，而222expzH隨x的增大而 增大，兩項(xiàng)共同作用的結(jié)果必將在某一距離x上出現(xiàn)最大濃度Cmax。 求最大濃度利用求極值的方法，即0dxdc，作一些近于實(shí)際的 假設(shè)常數(shù)）(constzy，即y、z隨x增加的倍數(shù)相同。 4647地面的最大濃度地面的最大濃度 高架源的污染源是在空中，我們時(shí)常關(guān)心的是污染物到達(dá)地面的濃度，而不是空中任一點(diǎn)的濃度。地面濃度是以 x 軸為對(duì)稱的，x 軸上具有最大值，向兩側(cè)方向遂漸減小。因此，地面軸線濃度是我們所關(guān)心的。我們知道標(biāo)準(zhǔn)差y、z 反映的是 y 和z 方向上的濃度分布，隨距離 x 的增大，濃度分布趨于平均，即y、z 隨

25、 x 而增大。必然在某一距離 x 處出現(xiàn)濃度 C 的最大值。 另一方面，地面最大污染物濃度出現(xiàn)的位置和數(shù)值，與高架污染源在空中的位置有關(guān)，空中的位置則是以有效源高表現(xiàn)。因此還要考慮氣象因素。48 以上模式適用于氣態(tài)污染物和粒徑小于10m的飄塵，對(duì)于大10m的顆粒物，由于自身的沉降作用，濃度分布將有所改變。5、地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式 令H=0 的地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式 22222exp2expzyzyzyuQC 可見地面源所造成的濃度為無界情況下濃度的2 倍。 6、地面源下風(fēng)向地面軸向濃度 當(dāng)y=0，z=0，H=0 得：zyxueQc0,0,0, 494.2.4 污染物濃度的估算 Q 源強(qiáng) 計(jì)算或?qū)?/p>

26、測(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)zyu50 煙流抬升高度是確定高架源的位置，準(zhǔn)確判斷大氣污染擴(kuò)散及估計(jì)地面污染濃度的重要參數(shù)之一。 從煙囪里排出的煙氣，通常會(huì)繼續(xù)上升，因此有效源的高度高于煙囪實(shí)際高度。 上升的原因：上升的原因： 一是熱力抬升，即當(dāng)煙氣溫度高于周圍空氣溫度時(shí)，密度比較小，浮升力的作用而使其上升； 二是動(dòng)力抬升，即離開煙囪的煙氣本身具有的動(dòng)量，促使煙氣繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)。1) 1) 煙氣抬升高度的計(jì)算煙氣抬升高度的計(jì)算 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

27、51 熱煙流從煙囪中噴出直至變平是一個(gè)連續(xù)的逐漸緩變過程一般可分為四個(gè)階段四個(gè)階段，如圖所示。 首先是煙氣依靠本身的初始動(dòng)量垂直向上噴射的噴出階段噴出階段，該階段的距離約為幾至十幾倍煙囪的直徑； 其次是由于煙氣和周圍空氣之間溫差而產(chǎn)生的密度差所形成的浮力而使煙流上升的浮升階段浮升階段，上升煙流與水平氣流之間的速度差異而產(chǎn)生的小尺度湍渦使得兩者混合后的溫差不斷減小，煙流上升趨勢(shì)不斷減緩，逐漸趨于水平方向； 然后是在煙體不斷膨脹過程中使得大氣湍流作用明顯加強(qiáng)，煙體結(jié)構(gòu)瓦解，逐漸失去抬升作用的瓦解階段瓦解階段； 最后是在環(huán)境湍流作用下，煙流繼續(xù)擴(kuò)散膨脹并隨風(fēng)飄移的變平階段變平階段。 52 從煙流抬升

28、及擴(kuò)散發(fā)展的過程可以看出，顯然，浮升力和初始動(dòng)量是影響煙流抬升的主要因素，但使煙流抬升的發(fā)展又受到氣象條件和地形狀況的制約。 主要表現(xiàn)為： 浮升力取決于煙流與環(huán)境空氣的密度差，即與兩者的溫差有關(guān)；而煙流初始動(dòng)量取決于煙囪出口的煙流速度，即與煙囪出口的內(nèi)徑有關(guān)。一般來講，增大煙流與周圍空氣的溫差以及提高煙流速度，抬升高度增加。但如果煙流的初始速度過大，促進(jìn)煙流與空氣的混合，反而會(huì)減少浮力抬升高度，一般該速度大于出口處附近風(fēng)速的兩倍為宜。 大氣的湍流強(qiáng)度愈大，煙與周圍空氣混合就愈快，煙流的溫度和初始動(dòng)量降低得也愈快，則煙流抬升高度愈低。大氣的湍流強(qiáng)度取決于溫度層結(jié)，而溫度層結(jié)的影響不是單一的，如不

29、穩(wěn)定溫度層結(jié)由于湍流交換活躍能抑制煙流的抬升，但也能促進(jìn)熱力抬升，這取決于大氣不穩(wěn)定程度； 平均風(fēng)速越大，湍流越強(qiáng)，抬升高度越低； 地面粗糙度大，使近地層大氣湍流增強(qiáng)，不利于煙流抬升。 53 由于煙流抬升受諸多因素的相互影響，因此煙流抬升高度h的計(jì)算尚無統(tǒng)一的理想的結(jié)果。在30多種計(jì)算公式中，應(yīng)用較廣適用于中性大氣狀況（穩(wěn)定時(shí)減小，不穩(wěn)時(shí)增加1020）的霍蘭德(Holland)公式如下：HollandHolland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下情況下3ssaHs1(1.52.7)(1.59.6 10)sv DTTHDv DQTuu

30、式中 vS煙流出口速度，m/s； D煙囪出口內(nèi)徑，m； u煙囪出口的環(huán)境平均風(fēng)速，m/s； Ts煙氣出口溫度，K； Ta環(huán)境平均氣溫度，K； Qh煙囪的熱排放率，kW。54 Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件 H1 1/32/3sH1 1/32/3sH21000kW 10 =0.362 10 =1.55當(dāng)時(shí)sQxHHQxuxHHQHuH1 1/31/3H3/52/5Hs6 /5 3/53/5Hs21000kW 3 * =0.362 3 * =0.332 *=0.33當(dāng)時(shí)QxxHQxuxxHQHxQHu55我 國我 國 “ 制 訂 地 方 大 氣 污 染 物 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) 的 技 術(shù)

31、方制 訂 地 方 大 氣 污 染 物 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) 的 技 術(shù) 方法法”(GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式 12Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12 1 0 0 k W()3 5 K = 0 .3 5 1 7 0 0 k W2 1 0 0 k W1 7 0 0 =() 4 0 02 (1 .50 .0 1)0 .0 4 =sQTTHnQHuTQP QTTTTQQHHHHvDQHu ( 1 ) 當(dāng)和時(shí)( 2 ) 當(dāng)時(shí)HHsH1 / 43 / 8aH8 (1 7 0 0 )1 7 0 0 k W3 5 K2 (1 .50 .0 1) = 1 0

32、m1 .5 m / s d = 5 .5(0 .0 0 9 8 )dQuQTvDQHuTHQz( 3 ) 當(dāng)或時(shí)( 4 ) 當(dāng)高 處 的 年 平 均 風(fēng) 速 小 于 或 等 于時(shí)562) 擴(kuò)散參數(shù)的確定( ) PG曲線法PG曲線Pasquill常規(guī)氣象資料估算Gifford制成圖表zy57 根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級(jí)別58 利用擴(kuò)散曲線確定 和yzab59 PG曲線的應(yīng)用 地面最大濃度估算ab604.2.5 地理環(huán)境狀況對(duì)大氣彌散的影響地理環(huán)境狀況對(duì)大氣彌散的影響 陸地和海洋，以及陸地上廣闊的平地和高低起伏的山地及丘陵都可能對(duì)污染物的擴(kuò)散稀釋產(chǎn)生不同的影響。局部地區(qū)由于地形的熱力作用，會(huì)改變近地

33、面氣溫的分布規(guī)律，從而形成地方風(fēng)，最終影響到污染物的輸送與擴(kuò)散。 海陸風(fēng)會(huì)形成的局部區(qū)域的環(huán)流，抑制了大氣污染物向遠(yuǎn)處的擴(kuò)散。例如，白天，海岸附近的污染物從高空向海洋擴(kuò)散出去，可能會(huì)隨著海風(fēng)的環(huán)流回到內(nèi)地，這樣去而復(fù)返的循環(huán)使該地區(qū)的污染物遲遲不能擴(kuò)散，造成空氣污染加重。 此外，在日出和日落后，當(dāng)海風(fēng)與陸風(fēng)交替時(shí)大氣處于相對(duì)穩(wěn)定甚至逆溫狀態(tài)，不利于污染物的擴(kuò)散。還有，大陸盛行的季風(fēng)與海陸風(fēng)交匯，兩者相遇處的污染物濃度也較高，如我國東南沿海夏季風(fēng)夜間與陸風(fēng)相遇。有時(shí)，大陸上氣溫較高的風(fēng)與氣溫較低的海風(fēng)相遇時(shí)，會(huì)形成鋒面逆溫。61 山谷風(fēng)山谷風(fēng)：會(huì)形成的局部區(qū)域的封閉性環(huán)流，不利于大氣污染物的擴(kuò)散。當(dāng)夜間出現(xiàn)山風(fēng)時(shí)，由于冷空氣下沉谷底，而高空容易滯留由山谷中部上升的暖空氣，因此時(shí)常出現(xiàn)使污染物難以擴(kuò)散稀釋的逆溫層。若山谷有大氣污染物卷入山谷風(fēng)形成的環(huán)流中，則會(huì)長時(shí)間滯留在山谷中難以擴(kuò)散。 如果在山谷內(nèi)或上風(fēng)峽谷口建有排放大氣污染物的工廠，則峽谷風(fēng)不利于污染物的擴(kuò)散，并且污染物隨峽谷風(fēng)流動(dòng)，從而造成峽谷下游地區(qū)的污染。