蔣展鵬環(huán)境工程學污染物的稀釋法控制PPT課件

1、第八章 污染物的稀釋法擴散第一節(jié) 影響污染物在大氣中擴散的氣象要素第二節(jié) 煙氣抬升高度第三節(jié) 污染物落地濃度第1頁/共47頁第一節(jié) 影響污染物在大氣中擴散的氣象要素動力因子熱力因子風湍流大氣溫度層結大氣穩(wěn)定度第八章 污染物的稀釋法擴散第2頁/共47頁一、氣象的動力因子（一）風（一）風 氣象上，空氣的鉛直運動稱為氣象上，空氣的鉛直運動稱為升降氣流升降氣流； 空氣的水平運動稱為空氣的水平運動稱為風風。風主要是由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。 風向風向 風的來向。風的來向。 風速風速 單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動的單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動的 距離。

2、（單位距離。（單位：m/sm/s）第八章 污染物的稀釋法擴散第3頁/共47頁（一）風（一）風 風向方位表示法：方位表示法：( (地面風地面風) )用用8 8個方位或個方位或1616方位表示方位表示角度表示法：角度表示法：( (高空風高空風) )以正北為零點，角度順時針增加以正北為零點，角度順時針增加 正北為正北為360360( (或或0 0) )；正東；正東9090; ;正南正南180180; ;正西正西270270 風向的16個方位及對應角度第八章 污染物的稀釋法擴散第4頁/共47頁（二）湍流（二）湍流風的陣性和擺動稱為風的陣性和擺動稱為大氣湍流大氣湍流大氣污染物的擴散主要靠大氣大氣污染物的

3、擴散主要靠大氣湍流的作用湍流的作用機械湍流機械湍流熱力湍流熱力湍流小尺寸湍流作用下的煙云擴散大尺寸湍流作用下的煙云擴散復合尺寸湍流作用下的煙云擴散第八章 污染物的稀釋法擴散第5頁/共47頁（三）局地風（三）局地風1 1、海陸風、海陸風陸地海洋較暖陸地海洋較冷第八章 污染物的稀釋法擴散第6頁/共47頁較冷較暖較冷較暖第八章 污染物的稀釋法擴散第7頁/共47頁第八章 污染物的稀釋法擴散第8頁/共47頁二、氣象的熱力因子近地層近地層大氣溫度大氣溫度隨地表溫度的升高而增隨地表溫度的升高而增高高隨地表溫度的降低而降隨地表溫度的降低而降低低大氣絕熱過程：大氣中的某一空氣塊作垂直升大氣絕熱過程：大氣中的某一

4、空氣塊作垂直升降運動時與周圍空氣不發(fā)生熱量交換。降運動時與周圍空氣不發(fā)生熱量交換。（一）大氣溫度層結1 1、干絕熱遞減率、干絕熱遞減率氣溫隨高度的分布第八章 污染物的稀釋法擴散自下而上地被加熱自下而上地被冷卻?第9頁/共47頁1 1、干絕熱遞減率、干絕熱遞減率 一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱上升時，因周一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱上升時，因周圍氣壓降低而膨脹，部分內(nèi)能用于抵抗外界壓力而做圍氣壓降低而膨脹，部分內(nèi)能用于抵抗外界壓力而做膨脹功，則其溫度將下降；膨脹功，則其溫度將下降； 一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱下降時，因外一質(zhì)量恒定的空氣塊在大氣中絕熱下降時，因外界氣壓增大而被壓縮，外界壓力

5、對氣塊做功并轉(zhuǎn)化為界氣壓增大而被壓縮，外界壓力對氣塊做功并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因而其溫度將上升。內(nèi)能，因而其溫度將上升。diddzdT)(i i空氣塊空氣塊d d干空氣干空氣干絕熱遞減率：干空氣團或未飽和濕空氣團絕熱上升或下降單位高度（100m）時，溫度降低或升高的數(shù)值。單位：K/100m d 約為0.98K/100m，可近似1/100m第八章 污染物的稀釋法擴散第10頁/共47頁2 2、氣溫遞減率、氣溫遞減率氣溫隨高度增高而降低，氣溫隨高度增高而降低，為正值為正值氣溫隨高度增高而增高，氣溫隨高度增高而增高，為負值為負值溫度層結（層結） 氣溫沿鉛直高度的變化。氣溫垂直遞減率 單位高差（通常取100m）

6、下 氣溫變化的負值。環(huán)境)(dzdT第八章 污染物的稀釋法擴散第11頁/共47頁3 3、大氣溫度層結的四種類型、大氣溫度層結的四種類型A A、遞減層結（正常分布層結）、遞減層結（正常分布層結） 氣溫隨高度的增加而遞減，氣溫隨高度的增加而遞減， d d B B、中性層結、中性層結 氣溫隨高度的變化等于或近似等于干絕熱遞減率，氣溫隨高度的變化等于或近似等于干絕熱遞減率，= = d dC C、等溫層結、等溫層結 氣溫隨鉛直高度增加是不變的，氣溫隨鉛直高度增加是不變的，= = 0 0D D、氣溫逆轉(zhuǎn)（逆溫）、氣溫逆轉(zhuǎn)（逆溫） 氣溫隨高度的增加而增加，氣溫隨高度的增加而增加， Hh h第八章 污染物的稀

7、釋法擴散第16頁/共47頁3、湍流逆溫、湍流逆溫zT0rrdADBCE混合逆溫層第八章 污染物的稀釋法擴散第17頁/共47頁T1T3T2T4暖空氣冷空氣層結曲線鋒面層4、鋒面逆溫第八章 污染物的稀釋法擴散第18頁/共47頁（三）大氣穩(wěn)定度 一空氣塊受外力作用產(chǎn)生上升或下降運動。一空氣塊受外力作用產(chǎn)生上升或下降運動。 當外力去除后：當外力去除后： 氣塊減速并有返回原來高度的趨勢氣塊減速并有返回原來高度的趨勢 穩(wěn)定穩(wěn)定氣塊加速上升或下降氣塊加速上升或下降 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 既不上升也不下降，保持最后狀態(tài)既不上升也不下降，保持最后狀態(tài) 中性中性垂直方向上大氣的穩(wěn)定程度，即是否容易發(fā)生對流大氣穩(wěn)定度是大氣

8、對污染源排放污染物的擴散能力的度量第八章 污染物的稀釋法擴散第19頁/共47頁1 1、大氣穩(wěn)定度的判別、大氣穩(wěn)定度的判別 當當-d d 0 0，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定；，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定； 當當-d d 000， d d 大氣不穩(wěn)定，對流強烈，煙流沿主導風向上下左右翻滾，呈波浪大氣不穩(wěn)定，對流強烈，煙流沿主導風向上下左右翻滾，呈波浪型，污染物擴散良好；型，污染物擴散良好；錐錐 型：型：00，d d 大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導風向擴散，兼顧上下左右擴散，呈大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導風向擴散，兼顧上下左右擴散，呈圓錐型，污染物擴散速度較波浪型慢；圓錐型，污染物擴散速度較波浪型慢；扇扇 型

9、：型：00， 00， d d，穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 排放口下方排放口下方00， d d，不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài) 煙流向上擴散，一般無嚴重污染；煙流向上擴散，一般無嚴重污染；熏煙型：熏煙型：排放口上方排放口上方00， 00， d d ，穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 煙流大量下沉，形成嚴重污染；煙流大量下沉，形成嚴重污染；第八章 污染物的稀釋法擴散第21頁/共47頁波浪型ZT大氣穩(wěn)定度與煙流類型大氣穩(wěn)定度與煙流類型波浪型：波浪型：00， d d 大氣不穩(wěn)定，對流強烈，煙流沿主導風向上下左右翻滾，呈波浪型，污大氣不穩(wěn)定，對流強烈，煙流沿主導風向上下左右翻滾，呈波浪型，污染物擴散良好；染物擴散良好；第八章 污染物的稀釋

10、法擴散第22頁/共47頁錐型ZT大氣穩(wěn)定度與煙流類型大氣穩(wěn)定度與煙流類型錐錐 型：型：00，d d 大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導風向擴散，兼顧上下左右擴散，呈圓錐型，大氣中性或穩(wěn)定，煙流沿主導風向擴散，兼顧上下左右擴散，呈圓錐型，污染物擴散速度較波浪型慢；污染物擴散速度較波浪型慢；第八章 污染物的稀釋法擴散第23頁/共47頁ZT扇 型大氣穩(wěn)定度與煙流類型大氣穩(wěn)定度與煙流類型扇扇 型：型：00， 00， d d，不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài) 排放口下方排放口下方00， d d，穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài) 煙流向上擴散，一般無嚴重污染；煙流向上擴散，一般無嚴重污染；第八章 污染物的稀釋法擴散第25頁/共47頁ZT熏煙

11、型大氣穩(wěn)定度與煙流類型大氣穩(wěn)定度與煙流類型熏煙型：熏煙型：排放口上方排放口上方00， 00， d d ，不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài) 煙流大量下沉，形成嚴重污染；煙流大量下沉，形成嚴重污染；第八章 污染物的稀釋法擴散第26頁/共47頁（四）大氣穩(wěn)定度的分類根據(jù)常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度的級別。根據(jù)常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度的級別。A 強不穩(wěn)定B 不穩(wěn)定C 弱不穩(wěn)定D 中性E 穩(wěn)定F 強穩(wěn)定第八章 污染物的稀釋法擴散第27頁/共47頁大氣穩(wěn)定度的確定方法大氣穩(wěn)定度的確定方法1 1、根據(jù)中國國家標準中規(guī)定的公式計算太陽高度、根據(jù)中國國家標準中規(guī)定的公式計算太陽高度角；角；2 2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等

12、級；、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；3 3、根據(jù)太陽輻射等級與地面風速確定大氣穩(wěn)定度。、根據(jù)太陽輻射等級與地面風速確定大氣穩(wěn)定度。日期日期太陽傾角太陽傾角經(jīng)緯度經(jīng)緯度太陽高度角太陽高度角云量云量太陽輻射等級太陽輻射等級風速風速大大氣氣穩(wěn)穩(wěn)定定度度等等級級式式8-7表表8-4表表8-3表8-5第八章 污染物的稀釋法擴散第28頁/共47頁太陽傾角概略值太陽傾角概略值第八章 污染物的稀釋法擴散第29頁/共47頁大氣穩(wěn)定度的確定方法大氣穩(wěn)定度的確定方法1 1、根據(jù)中國國家標準中規(guī)定的公式計算太陽高度、根據(jù)中國國家標準中規(guī)定的公式計算太陽高度角；角；2 2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；

13、、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；3 3、根據(jù)太陽輻射等級與地面風速確定大氣穩(wěn)定度。、根據(jù)太陽輻射等級與地面風速確定大氣穩(wěn)定度。日期日期太陽傾角太陽傾角經(jīng)緯度經(jīng)緯度太陽高度角太陽高度角云量云量太陽輻射等級太陽輻射等級風速風速大大氣氣穩(wěn)穩(wěn)定定度度等等級級式式8-7表表8-4表表8-3表8-5第八章 污染物的稀釋法擴散第30頁/共47頁太陽高度角，（）；當?shù)氐乩砭暥龋ǎ?；當?shù)氐乩斫?jīng)度，（）；進行觀測的北京時間，（h）；太陽傾角，（）。)30015cos(coscossinarcsinsin0thth0太陽高度角太陽高度角第八章 污染物的稀釋法擴散第31頁/共47頁太陽輻射等級太陽輻射等級第

14、八章 污染物的稀釋法擴散第32頁/共47頁大氣穩(wěn)定度的確定方法大氣穩(wěn)定度的確定方法1 1、根據(jù)中國國家標準中規(guī)定的公式計算太陽高度、根據(jù)中國國家標準中規(guī)定的公式計算太陽高度角；角；2 2、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；、根據(jù)太陽高度角與云量確定太陽輻射等級；3 3、根據(jù)太陽輻射等級與地面風速確定大氣穩(wěn)定度。、根據(jù)太陽輻射等級與地面風速確定大氣穩(wěn)定度。日期日期太陽傾角太陽傾角經(jīng)緯度經(jīng)緯度太陽高度角太陽高度角云量云量太陽輻射等級太陽輻射等級風速風速大大氣氣穩(wěn)穩(wěn)定定度度等等級級式式8-7表表8-4表表8-3表8-5第八章 污染物的稀釋法擴散第33頁/共47頁大氣穩(wěn)定度的等級大氣穩(wěn)定度的等級第

15、八章 污染物的稀釋法擴散第34頁/共47頁第二節(jié)第二節(jié) 煙氣抬升高度煙氣抬升高度 煙羽：煙氣在水平方向的擴散 煙羽抬升高度：煙羽軸線與煙囪口間的距離H 有效煙囪高度：煙氣所達到的高度HH=Hs+HHs：煙囪實體高度排放因素氣象因素下墊面狀況煙流噴速、煙氣溫度平均風速、湍流強度、環(huán)境空氣溫度、大氣穩(wěn)定度、逆溫層地形、建筑物構型第八章 污染物的稀釋法擴散第35頁/共47頁一、煙氣抬升過程一、煙氣抬升過程 噴出階段噴出階段：依靠煙流本身的初始動量向上噴射 浮升階段浮升階段：由于煙流的熱力作用（煙 空），促使煙流在浮力作用下上升 瓦解階段：瓦解階段：上升一定高度后，煙流與空氣充分混合，喪失浮力和動力作

16、用隨風飄動，氣流波動很大 變平階段變平階段：大氣湍流的作用下，煙流向上下左右 擴散，煙羽越來越大（截面積）第八章 污染物的稀釋法擴散第36頁/共47頁二、煙氣抬升高度的計算二、煙氣抬升高度的計算 中國國家標準中規(guī)定的公式：1、當Qh5004.184.18kJ/s 或 TsTa 35K時： 式中：QH煙氣熱釋放率，kJ/s； Qv實際排煙量，m3/s； 排氣筒出口處平均風速, m/s ； Ts煙氣出口溫度，K； Ta大氣平均溫度（5年平均值），K； pa大氣壓力，kPa； n0 煙氣熱狀況及地表系數(shù)，見表86； n1 煙氣熱釋放率指數(shù)，見表86 ； n2排氣筒高度指數(shù)，見表86 。sasvHns

17、nHTTTQQuHQnH)(2 .3531021u第八章 污染物的稀釋法擴散第37頁/共47頁中國國家標準中規(guī)定的公式：2、當Qh5004.18kJ/s 或 TsTa35K時：uQDvHhs)04. 05 . 1 (2第八章 污染物的稀釋法擴散第38頁/共47頁第三節(jié)第三節(jié) 污染物落地濃度污染物落地濃度高斯模式高斯模式應用湍流擴散統(tǒng)計理論提出正態(tài)分應用湍流擴散統(tǒng)計理論提出正態(tài)分布假設下的擴散模式布假設下的擴散模式由湍流引起的擴散由湍流引起的擴散第八章 污染物的稀釋法擴散第39頁/共47頁一、高斯模式的有關假定 原點：污染物排放點或排放點在地面的投影點。原點：污染物排放點或排放點在地面的投影點。

18、 x x軸：平均風向方向。軸：平均風向方向。 y y軸：在水平方向上垂直于軸：在水平方向上垂直于x x軸，正向在軸，正向在x x軸的左向。軸的左向。 z z軸：垂直于水平面軸：垂直于水平面xoyxoy，向上為正向。，向上為正向。坐標系第八章 污染物的稀釋法擴散第40頁/共47頁一、高斯模式的有關假定 1、污染物濃度在y、z軸上的分布是正態(tài)分布； 2、在全部空間中風速是均勻的、穩(wěn)定的； 3、源強是連續(xù)、均勻的； 4、在擴散過程中污染物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的； 5、在x方向平流作用遠大于擴散作用； 6、地面足夠平坦（鏡面）。第八章 污染物的稀釋法擴散第41頁/共47頁二、高斯模式的基本公式1 1、無限空間，地面連續(xù)點源的高斯模式、無限空間，地面連續(xù)點源的高斯模式22)(),(bzayeexAzyx221ya221zbzyuQxA2)()22(exp2),(2222zyzyzyuQzyx第八章 污染物的稀釋法擴散第42頁/共47頁第八章 污染物的稀釋法擴散2 2、有界，高架連續(xù)點源的高斯模、有界，高架連續(xù)