大氣中污染物的擴(kuò)散課件

大氣中污染物的擴(kuò)散主要?dú)庀笠貙?duì)大氣污染的影響主要污染源擴(kuò)散模式大氣中污染物的擴(kuò)散主要?dú)庀笠貙?duì)大氣污染的影響11.大氣邊界層的溫度場(chǎng)2.大氣水平運(yùn)動(dòng)和湍流3.影響大氣污染的地理因素4.影響大氣污染的其它因素5.大氣中污染物擴(kuò)散模式6.擴(kuò)散參數(shù)的確定1.湍流擴(kuò)散的基本理論2.高斯擴(kuò)散模式3.污染物濃度的估算方法4.特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式5.城市及山區(qū)的擴(kuò)散模式6.煙囪高度設(shè)計(jì)1.大氣邊界層的溫度場(chǎng)21.大氣邊界層的溫度場(chǎng)氣溫垂直遞減原因：對(duì)流層中氣體接受地面熱量不同；對(duì)流層中水汽和固體雜質(zhì)分布不均，對(duì)地面熱輻射接受不同。1。氣溫的垂直遞減率：γd1.大氣邊界層的溫度場(chǎng)氣溫垂直遞減3干絕熱遞減率：干空氣塊或?yàn)轱柡偷臐窨諝鈮K在絕熱條件下每升高單位高度（100m）所造成的溫度下降數(shù)值。Ti：干空氣塊的溫度，不同于周圍空氣的溫度。干絕熱遞減率：干空氣塊或?yàn)轱柡偷臐窨諝鈮K在絕熱條件下每升高單4大氣絕熱過程：式中：T1，T2－狀態(tài)1，2的空氣溫度（K）；

P1，P2－狀態(tài)1，2的空氣壓力（Pa）；

R_空氣的氣體常數(shù)［J/(kg.K)］；

Cp_空氣的定壓比熱［J/(kg.K)］；

K—絕熱指數(shù)大氣絕熱過程：5多數(shù)大氣過程可視為絕熱過程，氣溫變化由外界壓力變化引起。當(dāng)空氣塊絕熱上升：氣體對(duì)外作功，消耗內(nèi)能，溫度下降；絕熱下降時(shí)：外界對(duì)其作功，氣體內(nèi)能增加，溫度上升。多數(shù)大氣過程可視為絕熱過程，氣溫變化由外界壓力變化引起。6一小的干空氣塊，設(shè)在z處Vi,Pi,Ti,周圍空氣V,P,T上升至z+dz處Vi＋dVi,Pi+dPi,Ti+d

Ti，周圍空氣V+dVP+dP,T+dT假定空氣氣壓滿足準(zhǔn)靜力條件：pi=p,pi+dpi=p+dp

dp=-ρg.dzTi=T一小的干空氣塊，設(shè)在z處Vi,Pi,Ti,周圍空氣V,P7Cp_干空氣定壓比熱＝1004J／(kg.K)干絕熱遞減率Cp_干空氣定壓比熱＝1004J／(kg.K)干絕熱遞減率8溫度層結(jié)：氣溫隨高度的分布1:正常分布層結(jié)γ>0；2：中性層結(jié)γ=γd

；3：等溫層結(jié)γ=0；4：逆溫γ<0溫度t(0C)高度Z(m)1234溫度層結(jié)：氣溫隨高度的分布1:正常分布層結(jié)γ>0；2：中性層92。大氣穩(wěn)定度（垂向）

當(dāng)一空氣塊受外力作用后產(chǎn)生上升（下降）運(yùn)動(dòng)后，去除外力，1。穩(wěn)定大氣：氣塊減速并有返回原來高度的趨勢(shì)，此大氣為稱為穩(wěn)定大氣。2。非穩(wěn)定大氣：氣塊加速上升或下降，此大氣為稱為非穩(wěn)定大氣。3。中性大氣：氣塊被推到哪里就停在那里或作等速運(yùn)動(dòng)，此大氣為稱為非穩(wěn)定大氣。2。大氣穩(wěn)定度（垂向）10大氣穩(wěn)定度判定方法設(shè)一空氣塊，狀態(tài)參數(shù)為Pi,Ti，ρi,周圍空氣為P,T,ρ。利用準(zhǔn)靜力條件及理想氣體狀態(tài)方程：如為絕熱運(yùn)動(dòng)，在Δz處，氣塊溫度Ti=Ti0-γd.Δz，周圍大氣T=T0-γ.Δz假設(shè)T0=Ti0判定依據(jù)：γ-γd大氣穩(wěn)定度判定方法設(shè)一空氣塊，狀態(tài)參數(shù)為Pi,Ti，ρi,周113。逆溫γ<0，γ-γd<0，逆溫層大氣為穩(wěn)定大氣逆溫層可稱為阻隔層，會(huì)造成較為嚴(yán)重的大氣污染。3。逆溫γ<0，γ-γd<0，逆溫層大氣為穩(wěn)定大氣12逆溫分類輻射逆溫：多見于冬季白天，200－300m,最大達(dá)400m下沉逆溫:壓縮逆溫，高壓控制區(qū)，數(shù)百米，多發(fā)生在高空大氣平流逆溫：中緯度沿海地區(qū)，海上暖空氣流到大陸或冷空氣上湍流逆溫：湍流運(yùn)動(dòng)形成鋒面逆溫：暖空氣團(tuán)爬到了冷空氣團(tuán)上層，冷空氣一面可見逆溫分類輻射逆溫：多見于冬季白天，200－300m,最大達(dá)4134。不同溫度層結(jié)下的煙型反卷型（波浪型）：γ-γd>0,多見于晴朗的白天錐型：γ-γd≈0平展型：γ-γd<-1(煙囪出口在逆溫層）上升型（屋脊型）：下部大氣穩(wěn)定，上部大氣，日落熏蒸型（漫煙型）：下部γ-γd>0,上部γ-γd<-1，上午8－9點(diǎn)4。不同溫度層結(jié)下的煙型反卷型（波浪型）：γ-γd>0,多14第二節(jié)大氣水平運(yùn)動(dòng)和湍流作用于大氣的力：氣壓梯度力地轉(zhuǎn)偏向力慣性離心力摩擦力重力第二節(jié)大氣水平運(yùn)動(dòng)和湍流作用于大氣的力：15近地層風(fēng)速廓線風(fēng)速廓線：平均風(fēng)速隨高度變化的曲線，數(shù)學(xué)表達(dá)式為風(fēng)速廓線模式。

中性層結(jié)條件下的風(fēng)速廓線模式非中性層結(jié)條件下的風(fēng)速廓線模式近地層風(fēng)速廓線風(fēng)速廓線：平均風(fēng)速隨高度變化的曲線，數(shù)學(xué)表達(dá)式16大氣的湍流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快105～106倍湍流的基本概念

湍流——大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)

風(fēng)速的脈動(dòng)風(fēng)向的擺動(dòng)起因與兩種形式

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大氣的湍流運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的要素17湍流擴(kuò)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(kuò)散，污染物的擴(kuò)散速率與負(fù)濃度梯度成正比2.湍流統(tǒng)計(jì)理論泰勒，正態(tài)分布薩頓實(shí)用模式高斯模式

3.相似理論湍流擴(kuò)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18影響大氣污染的地理因素地形和地物的影響山谷風(fēng)海陸風(fēng)城市熱島環(huán)流其它因素：污染物的性質(zhì)和成分污染源的幾何形狀和排放方式影響大氣污染的地理因素地形和地物的影響19第五節(jié)大氣中污染物的擴(kuò)散模式1.湍流擴(kuò)散的基本理論2.高斯擴(kuò)散模式3.污染物濃度的估算方法4.特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式5.城市及山區(qū)的擴(kuò)散模式6.煙囪高度設(shè)計(jì)第五節(jié)大氣中污染物的擴(kuò)散模式1.湍流擴(kuò)散的基本理論20高斯模式的有關(guān)假定:坐標(biāo)系右手坐標(biāo)，y為橫風(fēng)向，z為垂直向四點(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．?dāng)U散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）高斯模式的有關(guān)假定:21高斯擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系高斯擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系22無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式由正態(tài)分布假定，得下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布方差的表達(dá)式由假定d源強(qiáng)積分式（單位時(shí)間物質(zhì)守恒）

無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式由正態(tài)分布假定，得下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度23高斯煙流的形態(tài)高斯煙流的形態(tài)24高斯煙流的濃度分布高斯煙流中心線上的濃度分布高斯煙流的濃度分布高斯煙流中心線上的濃度分布25高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式鏡像全反射---->像源法實(shí)源：像源：高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式鏡像全反射---->像源法26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27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28地面源擴(kuò)散模式地面源擴(kuò)散模式29顆粒物擴(kuò)散模式粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算大于15μm的顆粒物：傾斜煙流模式

地面反射系數(shù)顆粒物擴(kuò)散模式粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算地30污染物濃度的估算q

源強(qiáng)計(jì)算或?qū)崪y(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)1.煙氣抬升高度的計(jì)算

初始動(dòng)量：速度、內(nèi)徑煙氣抬升污染物濃度的估算q源強(qiáng)計(jì)算或?qū)崪y(cè)1.煙氣抬升高度31煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式

（1）

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

QH煙氣熱釋放率Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式QH煙氣熱釋放率32煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)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(jì)算抬升高度計(jì)算式（續(xù)）33煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式（續(xù)）（3）我國“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”(GB/T13201-91)中的公式

煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式（續(xù)）34擴(kuò)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(kuò)散參數(shù)的確定P－G曲線法35擴(kuò)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(jí)別擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用36擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用利用擴(kuò)散曲線確定和擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用37擴(kuò)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擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用38擴(kuò)散參數(shù)的確定－中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時(shí)間0.5h，按表2－16查算）平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級(jí)工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級(jí)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級(jí)丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時(shí)間大于0.5h，縱向不變，y向變擴(kuò)散參數(shù)的確定－中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法擴(kuò)散參數(shù)的選取39特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式主要指氣象條件與高斯模式不一樣（溫度層結(jié)構(gòu)均一，實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)）

封閉型擴(kuò)散模式相當(dāng)于兩鏡面之間無窮次全反射實(shí)源和無窮多個(gè)虛源貢獻(xiàn)之和

n為反射次數(shù)，在地面和逆面實(shí)源在兩個(gè)鏡子里分別形成n個(gè)像特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式主要指氣象條件與高斯模式不一樣（溫度40城市及山區(qū)擴(kuò)散模式城市大氣擴(kuò)散模式1.線源擴(kuò)散模式城市及山區(qū)擴(kuò)散模式城市大氣擴(kuò)散模式41城市大氣擴(kuò)散模式2.面源擴(kuò)散模式大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高40m；單個(gè)排放量<0.04t/h城市大氣擴(kuò)散模式2.面源擴(kuò)散模式42常用城市空氣質(zhì)量模式箱模式單箱模式多箱模式——如目前用于我國城市空氣污染指數(shù)預(yù)報(bào)的CAPPS模式城市多源模式如EPA推薦的ISC模式（IndustrialSourceComplexModel）光化學(xué)模式如EPA推薦的UAM－V（UrbanAirshedModel）模式線源模式如CALINE模式，用于計(jì)算公路的污染物排放常用城市空氣質(zhì)量模式箱模式43山區(qū)擴(kuò)散模式山區(qū)流場(chǎng)由于受到復(fù)雜地形的熱力和動(dòng)力因子影響，流場(chǎng)均勻和定常的假定難以成立對(duì)風(fēng)向穩(wěn)定、研究尺度不大、地形較為開闊及起伏不大的地區(qū)，濃度基本上遵循正態(tài)分布規(guī)律，只是擴(kuò)散參數(shù)比平原地區(qū)大很多ERT模式高斯模式，只對(duì)有效源高進(jìn)行修正NOAA和EPA模式NOAA－以高斯模式為基礎(chǔ)，對(duì)有效源高進(jìn)行修正EPA－與NOAA相似，只是對(duì)所有穩(wěn)定度級(jí)別都進(jìn)行了地形高度修正山區(qū)擴(kuò)散模式山區(qū)流場(chǎng)由于受到復(fù)雜地形的熱力和動(dòng)力因子影響，流44煙囪高度的設(shè)計(jì)煙囪高度的計(jì)算要求：（1）達(dá)到稀釋擴(kuò)散的作用（2）造價(jià)最低，

造價(jià)正比于H2（3）地面濃度不超標(biāo)

按地面最大濃度計(jì)算