ISC3模式及核電排放的模擬計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)(含外文翻譯）

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 isc3模式及核電排放的模擬計(jì)算 學(xué)院名稱 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師 單健 職 稱 副教授 班 級(jí) 核工程與核技術(shù)063班 學(xué) 號(hào) 20064530343 學(xué)生姓名 莊偉雄 2010年5月30日南 華 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué) 院： 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院 題 目： isc3模式及核電排放的 模擬計(jì)算 起 止 時(shí) 間：2009年12月20日至2010年5月30日學(xué) 生 姓 名： 莊偉雄 專 業(yè) 班 級(jí)： 核技063班 指 導(dǎo) 教 師： 單 健 教研室主 任： 趙 修 良 院 長(zhǎng)： 肖 德 濤 2009年 12月 20日設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 學(xué)習(xí)臺(tái)灣的

2、空氣品質(zhì)模式模擬教育的訓(xùn)練教材，熟悉幾種模擬計(jì)算軟件2. 學(xué)習(xí)使用isc3模式軟件進(jìn)行點(diǎn)源擴(kuò)散的模擬計(jì)算3. 使用isc3模式軟件對(duì)核電站的排放進(jìn)行點(diǎn)源模式的假設(shè)模擬計(jì)算二、設(shè)計(jì)要求1、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)內(nèi)容，做出設(shè)計(jì)進(jìn)度安排，寫出開題報(bào)告；2、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），篇幅不少于1.5萬字，圖表數(shù)據(jù)完整；3、收集查找資料，參考資料不少于六本；4、按畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范要求，打印裝訂成冊(cè)兩本；5、完成英語譯文一篇。三、主要參考資料1. 氣溶膠科學(xué)引論，盧正勇主編，原子能出版社，2000，10 .2. 簡(jiǎn)明放射化學(xué)教程（修訂第三版），強(qiáng)亦忠主編，原子能出版社出版，1999.6月.3. 牛玉娟.200

3、4年世界核能發(fā)電所占份額.輻射防護(hù)，2005 (06)4. 王自發(fā), 謝付瑩,王喜全, 等. 嵌套網(wǎng)格空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用j. 大氣科學(xué), 2006, 30( 5) : 779.指導(dǎo)教師：年 月 日南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)題目isc3模式及核電排放的模擬計(jì)算設(shè)計(jì)題目來源自選課題設(shè)計(jì)題目類型理論計(jì)算起止時(shí)間2009年12月20日至2010年5月30日論文一、依據(jù)及研究意義：5(6 isc3模型由美國國家環(huán)保局聯(lián)合美國氣象學(xué)會(huì)組建法規(guī)模式改善委員會(huì)開發(fā)。789: aermic的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)能完全替代isc3模型的法則模型，應(yīng)用最新的擴(kuò)散理論和計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)更新isc

4、3計(jì)算機(jī)程序。20世紀(jì)90年代中后期，法規(guī)模式改善委員會(huì)在美在美國國家環(huán)保局的財(cái)政支持下，成功開發(fā)出isc3擴(kuò)散模型。模式系統(tǒng)可用于多種排放源放射源（包括點(diǎn)源、面源、體源）的排放，也使用于鄉(xiāng)村環(huán)境和城市環(huán)境的模擬和預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)。 人們對(duì)空氣污染問題的關(guān)注促進(jìn)了空氣質(zhì)量數(shù)值模式的發(fā)展,至今空氣質(zhì)量模式已經(jīng)發(fā)展了三代。目前,國內(nèi)外常用的模isc3,adms,aermod,models-3,capps等。選擇空氣質(zhì)量模式應(yīng)該根據(jù)實(shí)際問題的需求選擇合適的模式。isc3是美國環(huán)保局提出的一個(gè)適用于分析和測(cè)定固定工業(yè)源泄放的擴(kuò)散模型,isc3模式軟件包含高斯煙流模式、高斯陣噴模式、切割煙流模式、格點(diǎn)模式等。它

5、們各有各得優(yōu)缺點(diǎn)。適合不同條件的模擬計(jì)算。本設(shè)計(jì)是基于isc3模式軟件對(duì)點(diǎn)源擴(kuò)散的模擬計(jì)算、在對(duì)軟件對(duì)核電站的排放進(jìn)行點(diǎn)源模式的假設(shè)模擬計(jì)算。通過模擬計(jì)算核電站的排放反映空氣的質(zhì)量，在如今的環(huán)境至上的氛圍中有著十分重要的作用。二、論文主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：主要內(nèi)容：1、學(xué)習(xí)臺(tái)灣的空氣品質(zhì)模式模擬教育的訓(xùn)練教材，熟悉幾種模擬計(jì)算軟件2、了解氣象站中的各種氣象信息，學(xué)習(xí)使用模式軟件進(jìn)行點(diǎn)源擴(kuò)散的模擬計(jì)算3、使用模式軟件對(duì)核電站的排放進(jìn)行點(diǎn)源模式的假設(shè)模擬計(jì)算 預(yù)期目標(biāo)： 完成學(xué)習(xí)臺(tái)灣空氣品質(zhì)模擬教育的訓(xùn)練的教材，熟練運(yùn)用isc3模式軟件進(jìn)行點(diǎn)源擴(kuò)散的模擬計(jì)算；在滿足系統(tǒng)基本要求上運(yùn)用isc3模

6、式軟件對(duì)核電站的排放進(jìn)行點(diǎn)源模式的假設(shè)模擬計(jì)算。三、設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：運(yùn)用isc3模式軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，重點(diǎn)在于對(duì)于氣象中個(gè)因素對(duì)模擬計(jì)算的影響，記住isc3模式的輸入輸出的格式。難點(diǎn)在于運(yùn)用如何通過所獲得的信息有效的應(yīng)用到isc3模式中，如何對(duì)運(yùn)算后的結(jié)果進(jìn)行分析。四、設(shè)計(jì)研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：設(shè)計(jì)首先找到isc3模式軟件以及相關(guān)isc3模式軟件的使用資料，然后在熟悉掌握isc3模式軟件時(shí)進(jìn)行點(diǎn)源擴(kuò)散的模擬計(jì)算；認(rèn)真學(xué)習(xí)書本上的理論知識(shí)，使用isc3模式軟件對(duì)核電站的排放進(jìn)行點(diǎn)源模式的假設(shè)計(jì)算設(shè)。進(jìn)度安排：1. 2009年12月20日2010年3月30日，查找并閱讀isc3模式軟件

7、相關(guān)資料；2. 2010年4月1日2010年4月30日，使用isc3模式軟件對(duì)核電站的排放進(jìn)行點(diǎn)源模式的假設(shè)模擬計(jì)算；3. 2010年5月1日2010年5月18日，撰寫論文；4. 2010年5月19日2010年5月25日，把草稿論文交給導(dǎo)師檢查，順便糾正錯(cuò)誤，進(jìn)一步完善論文。5. 2010年5月26日2010年5月30日，答辯準(zhǔn)備。五、進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件：1、 isc3模式軟件的相關(guān)資料；2、 isc3模式軟件的操作和使用經(jīng)驗(yàn)；3、 關(guān)于原子以及氣溶膠的相關(guān)資料；4、 核電廠排放的數(shù)據(jù)收集。六、參考文獻(xiàn)： 1氣溶膠科學(xué)引論，盧正勇主編，原子能出版社，2000，10 .2 簡(jiǎn)明放射化學(xué)教程

8、（修訂第三版），強(qiáng)亦忠主編，原子能出版社出版，1999.6月.3 牛玉娟.2004年世界核能發(fā)電所占份額.輻射防護(hù)，2005 (06) 4 于水. 放射性氣溶膠粒度的測(cè)定及icrp 假定值的代表性. 輻射防護(hù)通訊,1997 , 17 (5) : 18 - 23.5 a el - hussein. a study on natural radiation exposure in different realisticliving rooms. journal of environmental radioactivity , 2005 (79) : 355 -367.七、指導(dǎo)教師意見：簽名： 年

9、月 日isc3模式及核電排放的模擬計(jì)算摘要：為了能夠理想反應(yīng)核電站排放放射性污染物對(duì)環(huán)境的影響，我們利用isc3模式模擬計(jì)算核電站排放。通過運(yùn)算結(jié)果來反應(yīng)核電站排放物對(duì)環(huán)境的影響。本論文對(duì)放射性污染物在大氣中的行為進(jìn)行了介紹，對(duì)污染物大氣擴(kuò)散的基本理論、isc3模式的使用條件進(jìn)行說明。論文對(duì)isc3模式軟件的輸入、輸出格式進(jìn)行了闡述。在此基礎(chǔ)上，假設(shè)核電站的排放數(shù)據(jù)，編寫輸入文件，通過isc3模式模擬計(jì)算放射性污染物的數(shù)據(jù)，再利用origin軟件繪制二維和三維圖形來說明污染物在核電站周邊的濃度。通過濃度大小反映核電站排放的放射性污染物對(duì)環(huán)境的影響。 關(guān)鍵字： 放射性物質(zhì)；煙羽；isc3 isc

10、3 model and simulation calculation of nuclear power plantabstract：in order to react ideally nuclear power plant emissions of radioactive pollutants impacting on the environment, we use isc3 model to simulate calculate the nuclear power station emissions. this thesis introduces the action of radioact

11、ive contaminants to air, and explains the fundamental theory and the isc3 model conditions of usage, also expounds the input mode and input format of the isc3 model software. basic on those theories, we suppose the emission data and write the input file, to simulate calculate the radioactive contami

12、nants data, and use the origin software to draw two dimensional and three dimensional figures to explain the pollutant concentration around the nuclear power plant. the pollutant concentration will react the nuclear power plant emissions influence on the environment.key words: radioactive material；p

13、lume；isc3目錄1. 引言11.1概述11.1.1核能發(fā)電簡(jiǎn)史11.1.2核電站運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響21.2國內(nèi)外常用的空氣質(zhì)量模式介紹32. 放射性污染物在大氣中的行為和isc3模式軟件42.1 放射性氣溶膠的形成42.2 放射性污染物在大氣中的輸運(yùn)和擴(kuò)散42.3 isc3模式與taqm模式的比較52.3.1 isc3模式52.3.2 taqm模式（taiwan air quality model）62.3.3 isc3模式與taqm模式的比較62.4 isc3模式各條件下的處理方法72.4.1點(diǎn)源小時(shí)濃之估算式-高斯煙公式72.4.2 非點(diǎn)源之處103. isc3模式輸入、輸出文件分析1

14、33.1 isc3模式簡(jiǎn)介133.2關(guān)鍵字和參數(shù)方法與輸入格式的描述133.2.1 isc3 輸入檔之基本規(guī)則143.2.2 執(zhí)行方法143.2.3 控制(control)路徑的參數(shù)輸入143.2.4 污染源路徑(source pathway)的參數(shù)輸入153.2.5 受體路徑(receptor pathway)的參數(shù)輸入183.2.6 氣象路徑的參數(shù)輸入213.2.7 輸出路徑的參數(shù)輸入233.3 isc模式輸出文件分析254. 仿真運(yùn)行結(jié)果分析274.1仿真模擬的參數(shù)設(shè)定274.2 模式運(yùn)行結(jié)果成形和分析275. 總結(jié)與展望30參考文獻(xiàn)31致謝32翻譯原文33翻譯中文471. 引言1.1概

15、述1.1.1核能發(fā)電簡(jiǎn)史核能發(fā)電的歷史與動(dòng)力堆的發(fā)展歷史密切相關(guān)。動(dòng)力堆的發(fā)展最初是出于軍事需要。1954年，蘇聯(lián)建成世界上第一座裝機(jī)容量為 5兆瓦(電)的核電站。英、美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年,有5個(gè)國家建成20座核電站，裝機(jī)容量1279兆瓦（電）。由于核濃縮技術(shù)的發(fā)展，到1966年，核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本。核能發(fā)電真正邁入實(shí)用階段。1978年全世界22個(gè)國家和地區(qū)正在運(yùn)行的30兆瓦（電）以上的核電站反應(yīng)堆已達(dá)200多座,總裝機(jī)容量已達(dá)107776兆瓦（電）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進(jìn)展更快。到1991年，全世界近30個(gè)國家和地區(qū)建成的核電機(jī)

16、組為423套，總?cè)萘繛?.275億千瓦，其發(fā)電量占全世界總發(fā)電量的約16。世界上第一座核電站蘇聯(lián)奧布寧斯克核電站1。中國大陸的核電起步較晚，80年代才動(dòng)工興建核電站。中國自行設(shè)計(jì)建造的30萬千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運(yùn)行。大亞灣核電站于1987年開工，于1994年全部并網(wǎng)發(fā)電。核能發(fā)電原理 核能發(fā)電的能量來自核反應(yīng)堆中可裂變材料(核燃料)進(jìn)行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)指鈾-235、钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個(gè)碎片，同時(shí)放出中子和大量能量的過程。反應(yīng)中，可裂變物的原子核吸收一個(gè)中子后發(fā)生裂變并放出兩三個(gè)中子。若這些中子除去消耗，至少有一個(gè)中子能引起另一個(gè)

17、原子核裂變，使裂變自持地進(jìn)行，則這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是核能發(fā)電的前提。核能應(yīng)用作為緩和世界能源危機(jī)的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施有許多的優(yōu)點(diǎn)，其一核燃料具有許多優(yōu)點(diǎn)，如體積小而能量大，核能比化學(xué)能大幾百萬倍；1000克鈾釋放的能量相當(dāng)于2400噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放的能量；一座100萬千瓦的大型燒煤電站，每年需原煤300400萬噸，運(yùn)這些煤需要2760列火車，相當(dāng)于每天8列火車，還要運(yùn)走4000萬噸灰渣。同功率的壓水堆核電站，一年僅耗鈾含量為3的低濃縮鈾燃料28噸；每一磅鈾的成本，約為20美元，換算成1千瓦發(fā)電經(jīng)費(fèi)是0001美元左右，這和目前的傳統(tǒng)發(fā)電成本比較，便宜許多；而且，由于核燃料的運(yùn)輸量

18、小，所以核電站就可建在最需要的工業(yè)區(qū)附近。核電站的基本建設(shè)投資一般是同等火電站的一倍半到兩倍，不過它的核燃料費(fèi)用卻要比煤便宜得多，運(yùn)行維修費(fèi)用也比火電站少，如果掌握了核聚變反應(yīng)技術(shù)，使用海水作燃料，則更是取之不盡，用之方便。其二是污染少?；痣娬静粩嗟叵虼髿饫锱欧哦趸蚝脱趸扔泻ξ镔|(zhì)，同時(shí)煤里的少量鈾、鈦和鐳等放射性物質(zhì)，也會(huì)隨著煙塵飄落到火電站的周圍，污染環(huán)境。而核電站設(shè)置了層層屏障，基本上不排放污染環(huán)境的物質(zhì)，就是放射性污染也比燒煤電站少得多。1.1.2核電站運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響 核電站的迅速發(fā)展和放射性同位素的廣泛應(yīng)用，在給人類帶來了巨大的利益，但也不可避免地伴有一定的危害，反射性物質(zhì)釋

19、入環(huán)境的可能性，使人類面臨環(huán)境被放射性物質(zhì)污染的嚴(yán)峻局面。核能的利用造成或可能造成的輻射照射對(duì)環(huán)境、生態(tài)及人類健康的潛在危害引起人們的關(guān)注。與其他能源工業(yè)相比，核能工業(yè)最主要的區(qū)別就是它的裂變產(chǎn)物帶有放射性，對(duì)人、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的危害。核電站正常運(yùn)行時(shí)的放射性核素來自于反應(yīng)堆核燃料內(nèi)的核裂變過程產(chǎn)生大量裂變產(chǎn)物，同時(shí)堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料、腐蝕產(chǎn)物以及反應(yīng)堆冷卻劑中雜質(zhì)由于輻照而被活化也會(huì)產(chǎn)生大量的放射性核素。這些放射性核素絕大部分通常被嚴(yán)密地密封在堆芯和反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)中，微量逸出的放射性核素經(jīng)廢物處理系統(tǒng)處理，所剩無幾，殘存的放射性核素或經(jīng)煙囪排入大氣環(huán)境，或與冷卻水混合后排入水環(huán)境中。釋放到環(huán)境中的

20、放射性核素將對(duì)生物圈產(chǎn)生輻照，但是這種照射對(duì)于整個(gè)環(huán)境影響貢獻(xiàn)還是很微小的。1.2國內(nèi)外常用的空氣質(zhì)量模式介紹雖然核電站運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響很微小，但是我們也有必要建立嚴(yán)密的放射性氣體的監(jiān)測(cè)和防護(hù)措施，避免核事故的發(fā)生。自20 世紀(jì)70 年代以來, 其空氣質(zhì)量模式可分為三代2:第1代模式模擬系統(tǒng)主要考慮個(gè)別污染物, 在估算下風(fēng)向的環(huán)境濃度時(shí), 用的是物理輸送算法,這些模式廣泛地應(yīng)用于一次污染物的影響預(yù)測(cè)和控制措施的優(yōu)化, 代表模式有isc3與ekma 模式等。第一代空氣質(zhì)量模式, 不論是點(diǎn)源模式, 還是以點(diǎn)源模式為基礎(chǔ), 通過積分方法得到的線源模式、面源模式、體源模式等, 都具有如下2個(gè)特點(diǎn):濃度

21、計(jì)算在水平方向和垂直方向上都采用高斯分布假定; 湍流分類和擴(kuò)散參數(shù)采用離散化的經(jīng)驗(yàn)分類方法。第二代模式則加入較為復(fù)雜的氣象參數(shù)與反應(yīng)機(jī)制, 考慮了光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理, 能夠模擬臭氧, sox, nox, 的化學(xué)過程和酸雨形成, 此類模式廣泛地應(yīng)用于二次污染物的影響分析和控制措施的改善, 代表模式有adms,aermod,camx,uam 等。第二代空氣質(zhì)量模式, 其共同特點(diǎn)通常是: 氣象模塊均基于常規(guī)氣象資料, 所必需的氣象數(shù)據(jù)有10 m高度上的風(fēng)速, 1.5 m(或2 m)高度上的溫度以及云量等。煙羽抬升和擴(kuò)散計(jì)算所需要的特征參數(shù),如摩擦速度u , monin- obukhov 長(zhǎng)度l, 混合層

22、厚度z, 以及湍流參數(shù), 均可通過常規(guī)氣象數(shù)據(jù)計(jì)算得到。新一代空氣質(zhì)量模式徹底拋棄了pasqill- gifford擴(kuò)散參數(shù)體系。因此,已沒有必要再將大氣邊界層的穩(wěn)定度分成6 類或7 類, 而只要根據(jù)熱通量的正負(fù),將其分成不穩(wěn)定和穩(wěn)定2類即可。第三代空氣質(zhì)量模式是由美國國家環(huán)保局( epa) 于1998 年開發(fā)成功的, 通稱為models-3。為了將所有的大氣問題均考慮到模式之中, 提出了所謂的大氣的概念( one- atmosphere) , 模式將各種模擬分析復(fù)雜的大氣物理、化學(xué)程序的模式系統(tǒng)化, 可在一次模擬工作中, 完成臭氣、懸浮微粒(pm)及沉降作用的模擬, 有效的進(jìn)行較為全面的空氣

23、質(zhì)量環(huán)境影響評(píng)估及決策分析。2. 放射性污染物在大氣中的行為和isc3模式軟件2.1 放射性氣溶膠的形成固體或液體放射性物質(zhì)微粒懸浮于氣體(通常是空氣)中形成的分散體系為放射性氣溶膠3。由核爆炸產(chǎn)生的放射性裂變產(chǎn)物被大氣中的懸浮物吸附也可形成氣溶膠。大氣的氣溶膠主要包括微塵、有機(jī)碳化合物微粒和液態(tài)的霧。放射性氣溶膠按微粒的聚集狀態(tài),有固態(tài)分散相和液態(tài)分散相2 種;按形成方式有分散性的(在固體放射性物質(zhì)的研磨、粉碎、過篩以及放射性溶液的鼓泡、蒸發(fā)和轉(zhuǎn)移等過程中,放射性物質(zhì)擴(kuò)散到空氣中呈懸浮態(tài)而形成) 和凝集性的(放射性物質(zhì)通過燃燒、升華和蒸汽凝結(jié)以及氣體反應(yīng)而形成) 2 種;放射性氣溶膠對(duì)吸入者

24、的危害程度,不僅取決于氣溶膠的毒性、濃度、吸入時(shí)間及其化學(xué)形式,而且與氣溶膠的分散度有關(guān),因?yàn)闅馊苣z的粒度直接決定被吸入粒子在呼吸道中的沉積額。有研究者h(yuǎn)ussein 等4研究了222rn 在25 種不同真實(shí)生活條件下對(duì)健康危害的影響,由于放射性氣溶膠的毒性較大且在空氣中的停留時(shí)間較長(zhǎng),如不及時(shí)處理可造成更大范圍的污染,對(duì)周圍環(huán)境的影響難以控制和預(yù)測(cè)。無論是那一種途徑形成的放射性氣溶膠，在大氣中隨氣流而遷移，或在高空成為雨、雪的凝聚核心，或通過溶解和化學(xué)反應(yīng)與水滴結(jié)合，降落到地面。沉降于地面的放射性物質(zhì)又可通過水的蒸發(fā)、風(fēng)的作用而重新進(jìn)入大氣，形成放射性氣溶膠5。2.2 放射性污染物在大氣中的

25、輸運(yùn)和擴(kuò)散作用于大氣的各種水平力造成大氣水平運(yùn)動(dòng)而形成風(fēng)，對(duì)污染物在大氣中的輸運(yùn)、擴(kuò)散具有十分重要的影響。只要大氣水平方向上存在著氣壓差異，就有水平氣壓梯度力作用于空氣質(zhì)點(diǎn)上，使之沿該力的方向由高壓區(qū)向低壓區(qū)作加速運(yùn)動(dòng)，直至有其他力與之平衡為止，其大小與水平氣壓梯度成正比。因此，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)，由此而產(chǎn)生的地球偏轉(zhuǎn)力使大氣的水平運(yùn)動(dòng)偏離氣壓梯度的方向，其大小與水平風(fēng)速、地球自轉(zhuǎn)角速度及地球緯度等因素有關(guān)。地球偏轉(zhuǎn)力始終伴隨著空氣的運(yùn)動(dòng)而存在，風(fēng)一旦停止，該力即隨之消失，它與氣壓梯度力的共同作用決定了實(shí)際風(fēng)向，但并不改

26、變風(fēng)速大小，其自身方向始終與實(shí)際風(fēng)向相垂直。所以邊界層大氣中污染物隨平流風(fēng)向向下風(fēng)向運(yùn)移。在底層大氣中，空氣的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為連接不斷的陣風(fēng)起伏，其速度與方向隨時(shí)間都在變化，呈現(xiàn)極端不規(guī)則的湍流運(yùn)動(dòng)。大氣湍流是導(dǎo)致煙羽擴(kuò)散的主要原因，其擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散大105106倍.6大氣湍流的形成和發(fā)展取決于兩個(gè)因素，由機(jī)械或動(dòng)力因素形成的為機(jī)械湍流，如近地空氣與靜止地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地面風(fēng)的切變而形成的湍流，空氣流經(jīng)地面障礙物時(shí)風(fēng)向、風(fēng)速的突然改變而形成的局地湍流；熱力湍流則主要是因地面受熱不均勻或大氣的不穩(wěn)定氣溫層結(jié)構(gòu)造成的。大氣湍流可視為是由無數(shù)個(gè)尺度大小不同的湍渦（漩渦）構(gòu)成的，每一個(gè)湍渦都有不同的運(yùn)

27、動(dòng)速度和方向，大湍渦中往往又包含許多大小不同的小湍渦，煙羽的擴(kuò)散正是在這些湍渦的運(yùn)動(dòng)過程中完成的。當(dāng)湍渦尺度比煙羽小得多時(shí)，煙羽在向下風(fēng)向輸運(yùn)的過程中，小湍渦對(duì)其邊緣的擾動(dòng)作用使之與四周空氣混合并緩慢膨脹，濃度逐漸降低，煙羽基本上以直線形狀向下風(fēng)向流動(dòng)；當(dāng)湍渦尺度比煙羽大得多時(shí)，煙羽基本上被湍渦夾帶而整體轉(zhuǎn)移，本身膨脹不大，煙羽呈長(zhǎng)蛇形曲線運(yùn)動(dòng)；湍渦尺度與煙羽想當(dāng)時(shí)，煙羽被湍渦拉開撕裂而強(qiáng)烈變形，其擴(kuò)散最為迅速、有效。2.3 isc3模式與taqm模式的比較2.3.1 isc3模式isc3(industrial source complex 3)模式是美國環(huán)保局開發(fā)的一個(gè)為環(huán)境管理提供支持的復(fù)

28、合工業(yè)源空氣質(zhì)量擴(kuò)散模式, 是基于統(tǒng)計(jì)理論的正態(tài)煙流模式,使用的公式為目前廣泛應(yīng)用的穩(wěn)態(tài)封閉型高斯擴(kuò)散方程。isc3 模式的模擬范圍小于50 km, 模擬物質(zhì)為一次污染物, 模式采用逐時(shí)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù), 來確定氣象條件對(duì)煙流抬升、傳輸和擴(kuò)散的影響。模式可處理各種煙氣抬升和擴(kuò)散過程, 如: 靜風(fēng)條件、風(fēng)廓線指數(shù)、城/鄉(xiāng)擴(kuò)散、煙囪頂端尾流、城市建筑對(duì)點(diǎn)源排放的尾流效應(yīng)、污染物轉(zhuǎn)化、沉積和沉降等?？赏瑫r(shí)/分別對(duì)點(diǎn)源、面源、線源、體源、開放源等多種污染源進(jìn)行模擬, 還可以根據(jù)需要對(duì)排放源進(jìn)行分組, 以便對(duì)各源的貢獻(xiàn)進(jìn)行定量分析; 可選擇多套規(guī)則和/或不規(guī)則極坐標(biāo)、直角坐標(biāo)下受點(diǎn)網(wǎng)格或離散受點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算,

29、 網(wǎng)格距和模擬范圍可變; 可輸出多種污染物濃度以及顆粒物的沉積和干、濕沉降量等計(jì)算結(jié)果; 污染物可選取so2, tsp, pm10, nox和co 等種類; 可選擇逐小時(shí)、數(shù)小時(shí)、日、月及年等多種平均模擬時(shí)段。isc3 模式在國內(nèi)外的城市尺度上的空氣質(zhì)量管理工作中得到廣泛的應(yīng)用。2.3.2 taqm模式（taiwan air quality model）臺(tái)灣空氣品質(zhì)模式（taqm）是指行政院環(huán)境保護(hù)署委托國力臺(tái)灣大學(xué)環(huán)境工程學(xué)研究所鄭福田教授引進(jìn)發(fā)展之區(qū)域性空氣品質(zhì)模式。taqm系統(tǒng)可分為3個(gè)階段說明：前處理階段、taqm模擬階段、以及后處理階段。在前處理階段，taqm模擬所必需之氣象資料、排

30、放資料、以及光解作用相關(guān)資料，皆于此階段產(chǎn)生。欲成功地完成taqm模擬，下列五種輸入資料缺一不可：（1）氣象資料（2）光解作用資料（3）排放資料（4）化學(xué)資料（5）使用者操作參數(shù)第1至4種輸入資料皆由前處理程式產(chǎn)生，第5種資料是控制taqm模擬的各項(xiàng)參數(shù)，此部分則由使用者自行設(shè)定。2.3.3 isc3模式與taqm模式的比較isc3模式可以選取小時(shí)、日、月及年的時(shí)段為氣象資料，taqm必須讀取大量的氣象資料，可見，isc3模式比較靈活多變。isc3模式可以處理各種煙氣抬升和擴(kuò)散過程, 如: 靜風(fēng)條件、風(fēng)廓線指數(shù)、城/鄉(xiāng)擴(kuò)散、煙囪頂端尾流、城市建筑對(duì)點(diǎn)源排放的尾流效應(yīng)、污染物轉(zhuǎn)化、沉積和沉降等。

31、比較taqm使用范圍更廣。isc3模式輸入文件格式簡(jiǎn)便快捷，輸出文件易于分析說明。通過比較選擇isc3模式比較適合核電站排放的模擬計(jì)算。2.4 isc3模式各條件下的處理方法2.4.1點(diǎn)源小時(shí)濃之估算式-高斯煙公式 （2-1）一般之v 表示如下 （2-2）q：污染物之排放速（g/s）k：?jiǎn)挝晦D(zhuǎn)換系數(shù)（1×106 可將q 之排放單位g/s，計(jì)算成g/m3 濃單位）d：消減項(xiàng)（decay term）：水平方向之?dāng)U散系數(shù)，單位為m：垂直方向之?dāng)U散系數(shù)，單位為mus：排放高之風(fēng)速（m/s）v：垂直項(xiàng)(vertical term)注：垂直項(xiàng)與排放污染源高程、受體點(diǎn)高程、煙上升、混合層高、重沉與

32、干沉（微模擬時(shí)）等因素有關(guān)。2.4.1.1坐標(biāo)x 與y 之計(jì)算方法程式內(nèi)依方向，可自動(dòng)定義污染源與受體點(diǎn)間之x、y 值（污染源與受體點(diǎn)之坐標(biāo)必須先定義），另外污染源與受體點(diǎn)之坐標(biāo)亦可用極坐標(biāo)表示，程式會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)成垂直之x-y 坐標(biāo)。2.4.1.2 us 求取 (2-3）（us 必須1.0m/s，否則視為靜風(fēng)）其中uref:為zref高所得之風(fēng)速（氣象觀測(cè)資）hs：為煙囪高p：為大氣穩(wěn)定及土地使用狀況之函數(shù)(1/7 最常使用)2.4.1.3 擴(kuò)散系數(shù)點(diǎn)源擴(kuò)散參數(shù) (2-4) （2-5） （2-6）其中a、b、c 為大氣穩(wěn)定之函數(shù)，x為下風(fēng)距離(km)2.4.1.4 垂直項(xiàng)之處無干沉情形 （2-7）

33、其中， (2-8)zr：受體點(diǎn)之高zi：混合層高注： :是指混合層之反射及地表之反射效果 當(dāng)hezi 時(shí)，模式之地面濃為0 故對(duì)于高煙囪的評(píng)估，最低混合層高宜設(shè)太小，如電廠之評(píng)估，之最小混合層高可為350m。簡(jiǎn)單地形之垂直項(xiàng)（elevated simple terrain）定義：受體點(diǎn)地表高程高于煙囪基（底部）高程，但小于排放口的高。）he= (2-9) zs：煙囪基部高程：受體源（x, y）所在之地面高程he：有效煙囪高之修正he：平坦地形（zs=z(x,y)）假設(shè)下所求得之有效煙囪高含干沉之垂直項(xiàng)表示法懸浮微受重作用，到達(dá)地面后沉積于地表上，在此情況下，煙內(nèi)之總質(zhì)會(huì)逐漸減少，且煙之質(zhì)心會(huì)逐

34、漸下。 (2-10) 其中vg ：微之重沉速 (2-11)fq：到達(dá)x 處煙中物質(zhì)剩余之比值（原排放總和）p（x ,y）：高斯分布之修正（再是高斯分布）2.4.2 非點(diǎn)源之處 2.4.2.1體源之處方法采虛擬點(diǎn)源法處（1）地面體源，如地面運(yùn)輸線，排放高為，可用面源取代。（2）高處體源，如高處之運(yùn)輸線，其有排放高h(yuǎn)e，通常高即設(shè)為運(yùn)輸線之高。 體源必須指定： he：有效排放高（m） ：初始水平擴(kuò)散尺（m）：初始垂直擴(kuò)散尺（m）而xy 與xz（虛擬之距離）加上實(shí)際之下風(fēng)距離x，用于求取體源之 與 ，即x+xy用于求使用之下風(fēng)距離。x+xz用于求使用之下風(fēng)距離。, (2-12)注意事項(xiàng)：使用體源時(shí)，

35、每個(gè)體源之長(zhǎng)寬必須相同 對(duì)于長(zhǎng)l 之線源，可將其劃分為個(gè)體源，其中w為線源之寬度。個(gè)個(gè)別體源間之距離，最好要超過線源寬之兩倍。2.4.2.2 面源之處（area source）原：利用點(diǎn)源公式積分求得 (2-13) 注意事項(xiàng)： 必須為長(zhǎng)方形之面源，長(zhǎng)寬比可超過 10，受體點(diǎn)位于面源之內(nèi)或緊鄰面源時(shí)有較大之誤差，建議受體點(diǎn)之位置至少要離 面源邊界一公尺以上為宜。 最新版之isc3 模式可輸入多邊形面源(超過20 邊)2.4.2.3 isc的干沉降模式原：fd = xd ·vdfd: 沉降通量（deposition flax）xd：濃度，可由前述之點(diǎn)源高斯煙公式求得 vd：沉降速沉降速原

36、理： (2-14)其中vd：沉降速度（cm/s）vg：重力沉降速度（cm/s）ra：空氣動(dòng)力阻力（s/cm）rd：沉降層阻（s/cm）2.2.3.4 濕沉降模式(wet deposit model)原理：利用洗滌系數(shù)的觀念，模擬氣體或微?？芍疂癯两怠?(2-15) 其中：濕沉降通量：洗滌系數(shù)（s-1）（注：當(dāng)煙囪有效高度大于混合層高度時(shí)，濕沉降效應(yīng)仍存在） (2-16)其中:為煙流至x 處之傳送時(shí)間：濕沉降耗減系數(shù)·r其中單位為（s-mm/hr）-1單位為降雨量（mm/hr） 與污染物之溶解性、反應(yīng)性、徑之大小、下雨或下雪等因素有關(guān)。3. isc3模式輸入、輸出文件分析本工作使用is

37、c3模式軟件進(jìn)行煙羽仿真模擬計(jì)算。本章主要介紹怎樣編寫輸入文件，并通過分析輸出文件來說明煙羽擴(kuò)散情況。3.1 isc3模式簡(jiǎn)介isc3 模型由美國國家環(huán)保局聯(lián)合美國氣象學(xué)會(huì)組建法規(guī)模式改善委員（aermic）開發(fā)。aermic 的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)能完全替代isc3 的法規(guī)模型，應(yīng)用最新的擴(kuò)散理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)更新isc3 計(jì)算機(jī)程序。20 世紀(jì)90 年代中后期，法規(guī)模式改善委員會(huì)在美國國家環(huán)保局的財(cái)政支持下，成功開發(fā)出isc3擴(kuò)散模型。模式系統(tǒng)可用于多種排放源（ 包括點(diǎn)源、面源和體源）的排放，也適用于鄉(xiāng)村環(huán)境和城市環(huán)境的模擬和預(yù)測(cè)。isc3具有如下特點(diǎn)：（1）以行星邊界層（pbl）湍流結(jié)構(gòu)及理論為

38、基礎(chǔ)。按空氣湍流結(jié)構(gòu)和尺度概念，湍流擴(kuò)散由參數(shù)化方程給出，穩(wěn)定度用連續(xù)參數(shù)表示；（2）中等浮力通量對(duì)流條件采用非正態(tài)的pdf 模式；（3）考慮了對(duì)流條件下浮力煙羽和混合層頂?shù)南嗷プ饔?；isc3模式系統(tǒng)包括isc3（ 大氣擴(kuò)散模型）、aermet（氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理器和aermap（地形數(shù)據(jù)預(yù)處理器）3.2關(guān)鍵字和參數(shù)方法與輸入格式的描述 isc 模式的輸入檔是利用關(guān)鍵字和參數(shù)的方法，來定義執(zhí)行模式的動(dòng)作，關(guān)鍵字定義此項(xiàng)將輸入資料的的型式，在關(guān)鍵字后的參數(shù)則定義實(shí)際輸入的資料。isc的輸入檔分成六個(gè)功能路徑(functional pathway)，路徑是利用兩個(gè)字元的簡(jiǎn)稱來定義，通常放在輸

39、入檔每一行的最開始，以下就此六項(xiàng)功能路徑做一詳細(xì)說明：co 定義全部的控制(control)功能；so 定義污染源(source)的資料；re 定義受體(receptor)的資料；me 定義氣象(meteorology)的資料；tg 定義地形網(wǎng)格(terrain grid)的資料；ou 定義輸出(output)的功能。3.2.1 isc3 輸入檔之基本規(guī)則1. 輸入檔的路徑為連接的，例如：所有輸入檔的第一個(gè)路徑一定為co 路徑，接下來為so 路徑，re 路徑等以此類推；每一路徑的第一個(gè)關(guān)鍵字一定為starting，最后一關(guān)鍵字為finished，所以輸入檔第一筆記錄為co starting，而

40、最后一筆記錄為ou finished。2. 關(guān)鍵字的輸入型式分為強(qiáng)制性、選項(xiàng)性、可重復(fù)和不可重復(fù)(a) 若為強(qiáng)制性，則此關(guān)鍵字在輸入檔中一定要輸入。(b) 為選項(xiàng)性，則視需要而輸入。 (c) 關(guān)鍵字若為可重復(fù)性，如污染源資料，可輸入多筆重復(fù)性資料。(d) 若為不可重復(fù)性則只可輸入一筆資料。3. 輸入檔中可以接受空白行，故可利用空白行來分開每一路徑；輸入檔中利用“*”來注解資料，故檔案中含有“*”，模式會(huì)自動(dòng)忽略此行。3.2.2 執(zhí)行方法1. 執(zhí)行iscst3，須將iscst3.exe 執(zhí)行檔置于欲模擬的目錄下，或者置于任一目錄下，但要設(shè)dos 下的autoexec.bat 檔下的path。2.

41、 執(zhí)行iscst3 的指令為：iscst3 輸入檔的檔名 輸出檔的檔名 例如：iscst3 test -st.inp test -st.out3.2.3 控制(control)路徑的參數(shù)輸入control 路徑范圍 co starting  (1)co titleone a simple example problem for the iscst model  (2)co modelopt  dfault  

42、;rural  conc    (3)co avertime  3  24  period  (4)co pollutid  so2  (5)co runornot  run  (6)co finished  (7) (1) 開始輸入co 路徑(starting)，為強(qiáng)制性輸入；(2)此行(a simple example problem for the iscst

43、model)所描述的文字會(huì)形成輸出檔中的標(biāo)題；(3)此范例是采用模式預(yù)設(shè)(dfault)的作業(yè)控制、指定計(jì)算污染濃度值(conc)與指定使用鄉(xiāng)村型(rural)擴(kuò)散系數(shù)(參數(shù)的輸入順序可掉換，且空白鍵的個(gè)數(shù)無規(guī)定)；(4)此范例是指定計(jì)算周期(period)為3 小時(shí)(3)和24 小時(shí)(24)的平均濃度；(5)此範(fàn)例指定模擬的污染物為二氧化硫(so2)；(6)此范例指定執(zhí)行完整(run)的模式運(yùn)算；(7)此為co 路徑的結(jié)束(finished)，為強(qiáng)制性輸入。3.2.4 污染源路徑(source pathway)的參數(shù)輸入so starting  (1)so lo

44、cation  s tack1 point  0.0   0.0     0. 0  (2) * point source           qs  hs    ts   vs  

45、0;ds *paremeters:            -   -   - -    - -   - - so srcparam  stack1 1.00  35. 0  4 32.0 &

46、#160;1 1.7  2.4  (3) so buildhgt  stack1 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34.  so buildhgt  stack1 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34

47、. 34. 34. 34. 34.  so buildhgt  stack1 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. 34. ( 4)so buildwid  stack1 35.43 36.45 36.37 35.18 32.92 29.66 25.

48、50 20.56 so buildwid  stack1 15.00 20.56 25.50 29.66 32.92 35.18 36.37 36.45 so buildwid  stack1 35.43 33.33 35.43 36.45  0.00 35.18 32.92 29.66 so buildwid

49、0; stack1 25.50 20.56 15.00 20.56 25.50 29.66 32.92 35.18 so buildwid  stack1 36.37 36.45 35.43 33.33  (5) *                 

50、        winter  spring  summer fall so emisfact stack1 season   0.50    0.5 0      1.00     0. 75  (6)-1* 

51、;                       jan  feb mar apr  may jun jul  aug sep oct  nov  dec so emisfact s

52、tack1 month  0. 1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.5  0. 5  0.6  0. 7  1.0   1.0   1. 0  (6)-2 *        &

53、#160;                 1   2   3   4   5   6   7   8   9  10  11  

54、12 so emisfact stack1 hrofdy  0.0  0.0 0.0  0.0  0.0  0.5  1. 0 1.0  1.0 1.0  1.0 1.0 *              

55、;           13  14  15  16  17  18  19  20  21  22   23  24 so emisfact stack1 hrofdy 1.0  1.0&

56、#160; 1.0 1.0  1.0  0.5  0.0 0.0  0.0  0. 0  0.0   0.0 * or, equivalently:              1-5    6

57、0;   7-17   18  19 -24 so emisfact stack1 hrofdy  5*0.0  0. 5  1 1*1.0  0.5   6*0.0  (6)-3 *           &#

58、160;stab. cat.:     a       b      c      d     e      f (6 ws cat.) so emisfact stack1

59、60;star   6*0.5  6*0. 6   6* 0.7    6* 0.8   6*0.9    6*1. 0  (6)-4 so emisfact stack1 seashr  enter 24 hourly scalars for ea

60、ch of the four                            seasons (winter, spring, summer, fall)  (6)-5 so emisunit  

61、;1.0e3  gr ams/sec   milli grams/m*3 (7) so houremis  emis.dat  stack1  (8) so srcgroup  all  (9) so finished  (10)(1) 開始(starting)輸入so 路徑，為強(qiáng)制性輸入 (2) a. 此范例之污染源代碼(id)為“stack1”(最多可設(shè)定8 個(gè)字

62、元，其位置 7要在其他關(guān)鍵字之前，如此可以定義此污染源的形態(tài))、污染源為點(diǎn)源(point)、污染源之x、y、z 坐標(biāo)為(0.0 0.0 0.0) 。b. z坐標(biāo)為選項(xiàng)性，內(nèi)定為0 公尺，若要輸入，則co terrhgts 一定要輸入。c. 污染源坐標(biāo)在點(diǎn)源和體源時(shí)為其中心坐標(biāo)、在面源為西南角坐標(biāo)，輸入可以為utm 座或使用者自定之坐標(biāo)等。(3) a. 此范例之開頭=“*”，為注解。b. 污染源編號(hào)(id)為“stack1”。c. 污染源排放率(qs)=1.00(g/s)、煙囪高度(hs)=35.0(m)、排氣溫度(ts)=432(k)、排氣速度(vs)=11.7(m/s)、煙囪內(nèi)徑=2.4(m

63、)。 (4) a. 此范例輸入極坐標(biāo)之36 方位的建筑物高度：34. 34. 34. .。b. 若值均相同，亦可輸入so buildhgt 36*34.0。c. 輸入順序由風(fēng)吹方向開始，以順時(shí)鐘方向，每增加10 度，輸入一個(gè)值。(5) a. 此范例輸入極坐標(biāo)之36 方位的建筑物寬度(35.43,36.45,36.37,etc)。b. 輸入順序由風(fēng)吹方向開始，以順時(shí)鐘方向，每增加10 度，輸入一個(gè)值。(6) a. 此范例，如(6)-1 所示，其污染源代碼為stack1、欲輸入每一季(season)的排放率、其值為冬天0.50、春天0.50、夏天1.00、秋天0.75。b. 范例(6)-2 至(6

64、)-5 為輸入每一月(month)、一天中每一小時(shí)(hrofdy)、每一穩(wěn)定度(star)與每一季中每一小時(shí)(seashr)的排放率范例。(7) a. 此范例中，用1.0×10-3(1.0e3)倍來轉(zhuǎn)換濃度的輸出單位(從克(gram)至毫克(milligrams)、排放率單位輸出的標(biāo)簽為grams/sec、濃度輸出的標(biāo)簽為milligrams/m*3。b. 各標(biāo)簽最多可達(dá)40個(gè)字元，且標(biāo)簽的輸入不可有空白格。c. 模式可以允許同時(shí)輸出污染平均濃度值與沉降量。(8) a. 此范例中，儲(chǔ)存小時(shí)排放資料的檔名為emis.dat、欲模擬污染源代碼為stack1，污染源代碼必須和so location 中所定的污染源代碼相同。b. emis.dat 的格式如下，年、月、日、時(shí)、污染源代碼、排放率、適用點(diǎn)源的煙囪排氣溫度(k)、煙囪排氣速度(m/s)。so  houremis  88  8 16