大氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)測模型

1、漳州師范學(xué)院漳州師范學(xué)院第四章第四章 大氣環(huán)境質(zhì)量評價大氣環(huán)境質(zhì)量評價 第三節(jié)第三節(jié) 大氣質(zhì)量預(yù)測模型（點源模型）大氣質(zhì)量預(yù)測模型（點源模型）環(huán)境質(zhì)量及評價環(huán)境質(zhì)量及評價L o g oL o g o漳州師院大氣擴(kuò)散模型：點源擴(kuò)散的高斯模型大氣擴(kuò)散模型：點源擴(kuò)散的高斯模型v高斯模型是高斯模型是大氣擴(kuò)散模型中用的最多的。大氣擴(kuò)散模型中用的最多的。v高斯模型的坐標(biāo)系高斯模型的坐標(biāo)系： 原點：原點：以排放點在地面的投影點為以排放點在地面的投影點為原點原點； x x 軸：軸：平均風(fēng)向為平均風(fēng)向為 x x 軸軸； y y 軸：軸：在水平面內(nèi)垂直于在水平面內(nèi)垂直于x x 軸的為軸的為y y 軸軸， y y

2、軸的正向在軸的正向在 x x 軸的左側(cè)；軸的左側(cè)； z z 軸軸垂直于水平面，向上為正方向。垂直于水平面，向上為正方向。X軸軸Z軸軸Y軸軸示意圖：高斯模型的坐標(biāo)系示意圖：高斯模型的坐標(biāo)系OL o g oL o g o漳州師院大氣擴(kuò)散模型：點源擴(kuò)散的高斯模型大氣擴(kuò)散模型：點源擴(kuò)散的高斯模型 P69 高斯模式的四點假設(shè)為：高斯模式的四點假設(shè)為：v（1 1）假定大氣流動是穩(wěn)定的、有主導(dǎo)方向的；）假定大氣流動是穩(wěn)定的、有主導(dǎo)方向的；v（2 2）假定污染物在大氣中只有物理運動、沒有化學(xué)）假定污染物在大氣中只有物理運動、沒有化學(xué)和生物變化；和生物變化；v（3 3）假定在所要預(yù)測的范圍內(nèi)沒有其他同類污染源）

3、假定在所要預(yù)測的范圍內(nèi)沒有其他同類污染源和匯，也就是說源強(qiáng)是連續(xù)均勻的；和匯，也就是說源強(qiáng)是連續(xù)均勻的；v（4 4）在有主導(dǎo)風(fēng)的情況下，主導(dǎo)風(fēng)對污染物的輸送）在有主導(dǎo)風(fēng)的情況下，主導(dǎo)風(fēng)對污染物的輸送應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于湍流運動引起的污染物在主導(dǎo)風(fēng)向上的擴(kuò)應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于湍流運動引起的污染物在主導(dǎo)風(fēng)向上的擴(kuò)散，即在散，即在 x x方向只考慮遷移，不考慮擴(kuò)散方向只考慮遷移，不考慮擴(kuò)散. . 對后述的模式只要沒有特殊指明，以上四點對后述的模式只要沒有特殊指明，以上四點假設(shè)條件都是遵守的。假設(shè)條件都是遵守的。L o g oL o g o漳州師院點源擴(kuò)散的高斯模型（高架連續(xù)點源）點源擴(kuò)散的高斯模型（高架連續(xù)點源）v高架

4、連續(xù)點源的高斯模式高架連續(xù)點源的高斯模式熟記熟記：22222222()()11( , , )exp() exp()222eeyzyzyzz Hz HQyyC x y zu 式中：式中：C(x,y,z) 表示坐標(biāo)為表示坐標(biāo)為x，y，z處污染物濃度；處污染物濃度； He：煙囪的有效高度，煙囪的有效高度，m； Q：煙囪排放源強(qiáng)煙囪排放源強(qiáng)（污染物單位時間排放量，（污染物單位時間排放量，mg/s）；）； y y ：垂直于主導(dǎo)風(fēng)向的橫向擴(kuò)散參數(shù)，垂直于主導(dǎo)風(fēng)向的橫向擴(kuò)散參數(shù)，m m； z z ：鉛直擴(kuò)散參數(shù)，鉛直擴(kuò)散參數(shù)，m m； u u：排氣筒高度處的風(fēng)速，：排氣筒高度處的風(fēng)速，/s/sL o g o

5、L o g o漳州師院常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）v（1）高架連續(xù)點源的地面濃度）高架連續(xù)點源的地面濃度 令令z0，可用于計算可用于計算地面任何一點的地面任何一點的污染物濃度污染物濃度。這是實際大氣環(huán)境影響評價。這是實際大氣環(huán)境影響評價關(guān)心的問題。關(guān)心的問題。22221( , ,0,)exp()2eyzyzHQyC x yHu L o g oL o g o漳州師院常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）v（2）高架連續(xù)點源的地面軸線濃度）高架連續(xù)點源的地面軸線濃度 地面軸線地面軸線是從煙囪原點向下風(fēng)向延伸的是從煙囪原點向下風(fēng)向

6、延伸的方向，即方向，即x方向。令方向。令z0，y0。22( ,0,0)exp()2ezyzHQC xu L o g oL o g o漳州師院地面軸線濃度計算地面軸線濃度計算 課堂計算課堂計算 位于平原農(nóng)村某工廠鍋爐煙囪的幾何位于平原農(nóng)村某工廠鍋爐煙囪的幾何高度為高度為100米，米，SO2的單位時間排放量為的單位時間排放量為0.54t/h，已知當(dāng)?shù)氐孛骘L(fēng)速為，已知當(dāng)?shù)氐孛骘L(fēng)速為3.0m/s,大氣大氣穩(wěn)定定為穩(wěn)定定為D類，抬升高度為類，抬升高度為150米。求下風(fēng)米。求下風(fēng)向向2500m處的處的SO2地面軸線濃度（小時平地面軸線濃度（小時平均值，單位以均值，單位以mg/m3表示，精確度保證小表示，精

7、確度保證小數(shù)點后兩位）。數(shù)點后兩位）。L o g oL o g o漳州師院常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）v（3）高架連續(xù)點源最大落地濃度和落地點距離）高架連續(xù)點源最大落地濃度和落地點距離最大落地濃度發(fā)生在最大落地濃度發(fā)生在x軸線上。軸線上。m212()meQCxeuHP221121m a x22()(1)Hx1211122212111(1)(1)(1)22122(1)PHe 11yx22zx地面濃度最大值地面濃度最大值最大值點的下風(fēng)距離最大值點的下風(fēng)距離L o g oL o g o漳州師院常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）常用的點源擴(kuò)散模型（高架連續(xù)點源）

8、v（3）高架連續(xù)點源最大落地濃度和落地點距離）高架連續(xù)點源最大落地濃度和落地點距離m212()meQCxeu HP221121ma x22()( 1)Hx1211122212111( 1)( 1)( 1)22122(1)ePHe地面濃度最大值地面濃度最大值最大值點的下風(fēng)距離最大值點的下風(fēng)距離當(dāng)當(dāng)a1a2時，上述公式可以簡化為：時，上述公式可以簡化為：m22()zmeyQCxe uHL o g oL o g o漳州師院最大地面濃度及其位置最大地面濃度及其位置 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 位于平原農(nóng)村某工廠鍋爐煙囪的幾何位于平原農(nóng)村某工廠鍋爐煙囪的幾何高度為高度為80m，SO2的單位時間排放量為的單位時間排

9、放量為0.19t/h,已知當(dāng)?shù)氐孛骘L(fēng)速為已知當(dāng)?shù)氐孛骘L(fēng)速為2.2m/s, 大氣大氣穩(wěn)定度為穩(wěn)定度為B類，類，P1=1，抬升高度為，抬升高度為120m，求最大落地濃度（小時平均值）。求最大落地濃度（小時平均值）。 L o g oL o g o漳州師院最大地面濃度及其位置最大地面濃度及其位置 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 利用正態(tài)煙羽擴(kuò)散模式，預(yù)測某污染源排利用正態(tài)煙羽擴(kuò)散模式，預(yù)測某污染源排放的某污染物的小時平均最大落地濃度為放的某污染物的小時平均最大落地濃度為0.8mg/m3，考慮到現(xiàn)在的背景值及該地區(qū)，考慮到現(xiàn)在的背景值及該地區(qū)未來的發(fā)展規(guī)劃，要求其小時平均落地濃未來的發(fā)展規(guī)劃，要求其小時平均落地濃度不

10、能超過度不能超過0.2mg/m3，試問：如果其它條，試問：如果其它條件不變，采取的措施是減少污染物的單位件不變，采取的措施是減少污染物的單位時間排放量（源強(qiáng)），減少后的源強(qiáng)應(yīng)不時間排放量（源強(qiáng)），減少后的源強(qiáng)應(yīng)不大于原來源強(qiáng)的百分之多少？大于原來源強(qiáng)的百分之多少？ L o g oL o g o漳州師院最大地面濃度及其位置最大地面濃度及其位置v某城市遠(yuǎn)郊區(qū)（丘陵）有一火力發(fā)電廠，某城市遠(yuǎn)郊區(qū)（丘陵）有一火力發(fā)電廠，排煙高度排煙高度H120m，煙囪排放口的直徑，煙囪排放口的直徑D1.5m，排放，排放SO2的源強(qiáng)的源強(qiáng)Q800kg/h，排，排氣溫度氣溫度Ts413k，煙氣出口，煙氣出口Vs18m/s

11、。在在8月份某日月份某日17點（北京時間），當(dāng)時大氣點（北京時間），當(dāng)時大氣穩(wěn)定度為穩(wěn)定度為C類，氣溫類，氣溫303k，鄰近氣象站測，鄰近氣象站測得地面風(fēng)速為得地面風(fēng)速為2.8m/s。試求：（。試求：（1）地面軸）地面軸線最大濃度及其出現(xiàn)距離；（線最大濃度及其出現(xiàn)距離；（2）地面軸線）地面軸線1500m處的濃度。處的濃度。 L o g oL o g o漳州師院常用的點源擴(kuò)散模型（地面連續(xù)點源）常用的點源擴(kuò)散模型（地面連續(xù)點源）v（4）地面連續(xù)排放點源模型（令）地面連續(xù)排放點源模型（令H0）22221( , , ,0)exp()2yzyzQyzC x y zu 地面連續(xù)點源在地面上任何一點產(chǎn)生的

12、濃度：地面連續(xù)點源在地面上任何一點產(chǎn)生的濃度：221( , ,0,0)exp()2yzyQyC x yu 地面連續(xù)點源在地面軸線上任何一點產(chǎn)生的濃度：地面連續(xù)點源在地面軸線上任何一點產(chǎn)生的濃度：( ,0,0,0)yzQC xu L o g oL o g o漳州師院輻射逆溫輻射逆溫v因地面強(qiáng)烈輻射而形成的逆溫。在晴朗無因地面強(qiáng)烈輻射而形成的逆溫。在晴朗無風(fēng)或微風(fēng)的夜晚，地面因輻射冷卻而降溫，風(fēng)或微風(fēng)的夜晚，地面因輻射冷卻而降溫，與地面接近的氣層冷卻降溫最強(qiáng)烈，而上與地面接近的氣層冷卻降溫最強(qiáng)烈，而上層的空氣冷卻降溫緩慢，因此使低層大氣層的空氣冷卻降溫緩慢，因此使低層大氣產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象。一般日出后，

13、輻射逆溫就產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象。一般日出后，輻射逆溫就消失了。消失了。v輻射逆溫厚度從數(shù)十到數(shù)百米，在大陸上輻射逆溫厚度從數(shù)十到數(shù)百米，在大陸上常年都可出現(xiàn)。常年都可出現(xiàn)。L o g oL o g o漳州師院什么是什么是“熏煙熏煙”？v當(dāng)前一天是無云或少云的晴天，風(fēng)速又比較小時，當(dāng)前一天是無云或少云的晴天，風(fēng)速又比較小時，夜間將產(chǎn)生貼地逆溫；夜間將產(chǎn)生貼地逆溫；次日日出后次日日出后，這一貼地逆，這一貼地逆溫將逐漸自下而上的消失，形成一個不斷增厚的溫將逐漸自下而上的消失，形成一個不斷增厚的混合層。混合層。原來在逆溫層中處于穩(wěn)定狀態(tài)的煙羽進(jìn)原來在逆溫層中處于穩(wěn)定狀態(tài)的煙羽進(jìn)入混合層之后，由于其本身的下沉和

14、垂直方向的入混合層之后，由于其本身的下沉和垂直方向的強(qiáng)擴(kuò)散作用，污染物濃度在這一方向?qū)⒔咏诰鶑?qiáng)擴(kuò)散作用，污染物濃度在這一方向?qū)⒔咏诰鶆蚍植?，出現(xiàn)所謂熏煙現(xiàn)象。勻分布，出現(xiàn)所謂熏煙現(xiàn)象。v熏煙屬于常見的不利氣象條件之一，雖然其持續(xù)熏煙屬于常見的不利氣象條件之一，雖然其持續(xù)時間約在時間約在0.5至至1小時之間，但其最大濃度可高達(dá)小時之間，但其最大濃度可高達(dá)一般最大地面濃度的幾倍。可以在距污染源幾公一般最大地面濃度的幾倍?？梢栽诰辔廴驹磶坠锷踔劣趲资锏南嘛L(fēng)向造成嚴(yán)重污染。里甚至于幾十公里的下風(fēng)向造成嚴(yán)重污染。L o g oL o g o漳州師院熏煙隨時間變化過程示意圖熏煙隨時間變化過程示意

15、圖L o g oL o g o漳州師院點源特殊擴(kuò)散模式（點源特殊擴(kuò)散模式（ 熏煙型擴(kuò)散模式）熏煙型擴(kuò)散模式）v 熏煙擴(kuò)散時的計算公式為：熏煙擴(kuò)散時的計算公式為：22fexp()P22hFyFyFQyCu （ ）fhezHp式中，式中，hf：熏煙時的混合層高度；熏煙時的混合層高度； yF：熏煙條件下的橫向擴(kuò)散參數(shù)；熏煙條件下的橫向擴(kuò)散參數(shù)； hf H：混合層和煙云軸線的高差?；旌蠈雍蜔熢戚S線的高差。8eyFyH2P1tPexp()22dp（ ）L o g oL o g o漳州師院點源特殊擴(kuò)散模式（點源特殊擴(kuò)散模式（ 熏煙型擴(kuò)散模式）熏煙型擴(kuò)散模式）L o g oL o g o漳州師院點源特殊擴(kuò)散

16、模式（點源特殊擴(kuò)散模式（ 熏煙型擴(kuò)散模式）熏煙型擴(kuò)散模式）v 在環(huán)評中，通常需要對熏煙條件的地面濃度和最近距離在環(huán)評中，通常需要對熏煙條件的地面濃度和最近距離進(jìn)行估算。一般做進(jìn)行估算。一般做最大熏煙濃度最大熏煙濃度和和最近距離最近距離的計算。的計算。f(,0,0)2hFFyFQCxu 21()Fmxutu ttfh2.15ezH式中，式中，tm: hf自自hs升至升至 的時間差。的時間差。2.15szhH熏煙擴(kuò)散計算的關(guān)鍵在于混合層高度及其抬升速度的確定。熏煙擴(kuò)散計算的關(guān)鍵在于混合層高度及其抬升速度的確定。 L o g oL o g o漳州師院熏煙模型熏煙模型 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 某電廠煙囪有效高度某電廠煙囪有效高度150m，SO2排放排放量量151g/s。夜間和上午有效煙囪高度風(fēng)速。夜間和上午有效煙囪高度風(fēng)速為為4m/s，夜間大氣穩(wěn)定度，夜間大氣穩(wěn)定度E級。若清晨煙級。若清晨煙流全部發(fā)生熏煙現(xiàn)象，確定下風(fēng)向流全部發(fā)生熏煙現(xiàn)象