大氣高斯擴(kuò)散

1、1.湍流擴(kuò)散的基本理論湍流擴(kuò)散的基本理論2.高斯擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式3.污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4.特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式5.城市及山區(qū)的擴(kuò)散模式城市及山區(qū)的擴(kuò)散模式6.煙囪高度設(shè)計(jì)煙囪高度設(shè)計(jì)擴(kuò)散的要素?cái)U(kuò)散的要素n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n湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快10105 510106 6倍倍n風(fēng)、湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴(kuò)散的最直接因素。風(fēng)、湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴(kuò)散的最直接因素。湍流的基本概念湍流的基本概念 n 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) w風(fēng)速的脈動(dòng)（上、下）風(fēng)速的

2、脈動(dòng)（上、下）w風(fēng)向的擺動(dòng)（左、右）風(fēng)向的擺動(dòng)（左、右）起因與兩種形式起因與兩種形式 n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）n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1.1.梯度輸送理論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2.2.湍流統(tǒng)計(jì)理論湍流統(tǒng)計(jì)理論 泰勒泰勒圖圖4-1，正態(tài)分布，正態(tài)分布 薩頓實(shí)用模式薩頓實(shí)用模式 高斯模式（應(yīng)用最為廣泛）高斯模式（應(yīng)用

3、最為廣泛）愛因斯坦在在1905年發(fā)表了發(fā)表了5篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文，其中篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文，其中3篇論文篇論文震撼了世界，掀起了一場影響百年的物理革命，分別為：震撼了世界，掀起了一場影響百年的物理革命，分別為： 1、關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)，討論了光量子以，討論了光量子以及光電效應(yīng)；及光電效應(yīng)；這篇論文為構(gòu)成量子力學(xué)基石的光的波粒二重性獲得這篇論文為構(gòu)成量子力學(xué)基石的光的波粒二重性獲得廣泛接受鋪平了道路。廣泛接受鋪平了道路。 2、關(guān)于熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜止液體中懸浮小粒子關(guān)于熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，被認(rèn)為是第二篇，被認(rèn)為是第

4、二篇“對世界產(chǎn)生革命性影響對世界產(chǎn)生革命性影響”的的論文。該文是對現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)力學(xué)的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，其導(dǎo)出的論文。該文是對現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)力學(xué)的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，其導(dǎo)出的方法可用于模擬空氣污染物的行為或股票市場漲落走勢。方法可用于模擬空氣污染物的行為或股票市場漲落走勢。 利用這一愛因斯坦式的技術(shù)，能夠節(jié)省分離大利用這一愛因斯坦式的技術(shù)，能夠節(jié)省分離大DNA片段所片段所需用的時(shí)間，較之當(dāng)前所用的方法，可省時(shí)需用的時(shí)間，較之當(dāng)前所用的方法，可省時(shí)2/3，而且更，而且更廉價(jià)且設(shè)備更便攜。廉價(jià)且設(shè)備更便攜。 3、物體的慣性是否決定其內(nèi)能物體的慣性是否決定其內(nèi)能，建立在狹義相對論基礎(chǔ)上，建立在狹義相對論基礎(chǔ)上，表明質(zhì)量和

5、能量可互換，后來推出最著名的科學(xué)方程：表明質(zhì)量和能量可互換，后來推出最著名的科學(xué)方程：E=mc2。 4.論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué) 5.分子大小的新測定分子大小的新測定 2003年年1905年，年輕的阿爾伯特愛因斯坦改變了我們思考空間、時(shí)間和物質(zhì)的方式。 2005年是阿爾伯特愛因斯坦關(guān)鍵性科學(xué)發(fā)現(xiàn)一百周年， 聯(lián)合國大會(huì)于2004年6月通過了2005年為“國際物理年國際物理年”的決議的決議 n坐標(biāo)系坐標(biāo)系 右手坐標(biāo)系（右手坐標(biāo)系（食指食指x軸；中指軸；中指y軸；拇指軸；拇指z軸軸），原點(diǎn)：），原點(diǎn)：為無界點(diǎn)源或地面源的排放點(diǎn)，或者高架源排放點(diǎn)在地面上的為無界點(diǎn)源或地面源的排放點(diǎn)，或者高架源

6、排放點(diǎn)在地面上的投影點(diǎn)投影點(diǎn)；x為主風(fēng)向；為主風(fēng)向；y為橫風(fēng)向；為橫風(fēng)向；z為垂直向?yàn)榇怪毕騨高斯模式的高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)四點(diǎn)假設(shè) wa污染物濃度在污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布風(fēng)向上分布為正態(tài)分布wb全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定（全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定（大氣湍流場是均勻的、定常的）大氣湍流場是均勻的、定常的）wc源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的wd擴(kuò)散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）擴(kuò)散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化） 高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系2222( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu 平均風(fēng)速，平均風(fēng)速，m/s； q源強(qiáng)，源強(qiáng)， g/s；y側(cè)向

7、擴(kuò)散參數(shù)，污染物在側(cè)向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在y方向分布的方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，標(biāo)準(zhǔn)偏差，m；z豎向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在豎向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在z方向分布的方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，標(biāo)準(zhǔn)偏差，m；三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式 高架源須考慮到地面對擴(kuò)散的影高架源須考慮到地面對擴(kuò)散的影響。根據(jù)假設(shè)可認(rèn)為地面就象鏡響。根據(jù)假設(shè)可認(rèn)為地面就象鏡子一樣對污染物起全反射作用，按子一樣對污染物起全反射作用，按全反射原理，可用全反射原理，可用 “像源法像源法”處理處理把把P點(diǎn)污染物濃度看成為兩部分（實(shí)源和像源）作用之和。點(diǎn)污染物濃度看成為兩部分（實(shí)源和像源）作用之和。 建立三個(gè)坐標(biāo)系：建立三個(gè)坐標(biāo)系：1、以

8、實(shí)源在地面的投影點(diǎn)為原點(diǎn)；、以實(shí)源在地面的投影點(diǎn)為原點(diǎn)；P點(diǎn)點(diǎn)坐標(biāo)為（坐標(biāo)為（x，y，z）；）； 2、以實(shí)源為原點(diǎn)；、以實(shí)源為原點(diǎn)；3、以像源為原點(diǎn)。、以像源為原點(diǎn)。（1）實(shí)源貢獻(xiàn)：）實(shí)源貢獻(xiàn)：P點(diǎn)在以實(shí)源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)為點(diǎn)在以實(shí)源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)為（z-H）。不考慮地面的影響，實(shí)源在）。不考慮地面的影響，實(shí)源在P點(diǎn)形成的污染物濃度點(diǎn)形成的污染物濃度為：為：2222()( , , ,)exp ()222yyyzqyzHc x y z Hu n實(shí)源的貢獻(xiàn)實(shí)源的貢獻(xiàn)2222()( , , ,)exp ()222yyyzqyzHc x y z Hu n實(shí)源的貢獻(xiàn)實(shí)源的貢獻(xiàn) 1（

9、2）像源貢獻(xiàn)：）像源貢獻(xiàn)：P點(diǎn)在以像源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐點(diǎn)在以像源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)為（標(biāo)為（z+H），像源在），像源在P點(diǎn)形成的污染物濃度為：點(diǎn)形成的污染物濃度為：2222()( , , ,)exp ()222yzyzqyzHc x y z Hu n像源的貢獻(xiàn)像源的貢獻(xiàn)2222()( , , ,)exp ()222yzyzqyzHc x y z Hu n像源的貢獻(xiàn)像源的貢獻(xiàn) 2222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實(shí)際濃度實(shí)際濃度222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyz

10、qyzHzHc x y z Hu n實(shí)際濃度實(shí)際濃度（x,y,z,H）2222( , ,0,)exp()exp()22yzyzqyHc x yHu 地面濃度模式：取地面濃度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得2222( , ,0,)exp()exp()22yzyzqyHc x yHu 地面濃度模式：取地面濃度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu 地面軸線濃度模式：再取地面軸線濃度模式：再取y y=0=0代入上式代入上式22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu 地面軸線濃度模式：再取地面軸線濃度模式：再取y y=0=

11、0代入上式代入上式22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu yz上式，上式，x增大，則增大，則、 增大，第一項(xiàng)減小，第二增大，第一項(xiàng)減小，第二項(xiàng)增大，必然在某項(xiàng)增大，必然在某x 處有最大值處有最大值地面最大濃度模式：地面最大濃度模式：考慮地面軸線濃度模式考慮地面軸線濃度模式22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu yz上式，上式，x增大，則增大，則、 增大，第一項(xiàng)減小，第二增大，第一項(xiàng)減小，第二項(xiàng)增大，必然在某項(xiàng)增大，必然在某x 處有最大值處有最大值yz上式，上式，x增大，則增大，則、 增大，第一項(xiàng)減小，第二增大，第一項(xiàng)減小，第二項(xiàng)增大，必然在某項(xiàng)增大，必然在某x 處有

12、最大值處有最大值地面最大濃度模式：地面最大濃度模式：考慮地面軸線濃度模式考慮地面軸線濃度模式222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實(shí)際濃度實(shí)際濃度222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實(shí)際濃度實(shí)際濃度地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式 yzconstd ( ,0,0,)0dzc xHmax22zyqcuH emax|2czx xH地面最大濃度模式（續(xù)）：地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)設(shè)（實(shí)際中成立）（實(shí)際中成立）由此求得由此求得yzconstd

13、( ,0,0,)0dzc xHmax22zyqcuH emax|2czx xH地面最大濃度模式（續(xù)）：地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)設(shè)（實(shí)際中成立）（實(shí)際中成立）由此求得由此求得2222( , , ,0)exp ()22yzyzqyzc x y zu 地面源高斯模式（令地面源高斯模式（令H H0 0）：）：相當(dāng)于無界源的相當(dāng)于無界源的2 2倍（鏡像垂直于地面，源強(qiáng)加倍）倍（鏡像垂直于地面，源強(qiáng)加倍）2222( , , ,0)exp ()22yzyzqyzc x y zu 地面源高斯模式（令地面源高斯模式（令H H0 0）：）：相當(dāng)于無界源的相當(dāng)于無界源的2 2倍（鏡像垂直于地面，源強(qiáng)加倍）倍（鏡像

14、垂直于地面，源強(qiáng)加倍）kzy設(shè) zyk則)2exp(A)2exp(Q222222zzzzHHku上式變?yōu)椋荷鲜阶優(yōu)椋海ǎǎǎǎ?2222222222222212)2exp(1)2exp(1A)2exp(1)2exp(1AzzzzzzzzzzHHHHH令令=0211022Hz2Hz22max2QQ) 1exp(QHeueuuyzzyzzy粒徑小于粒徑小于15m的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算大于大于15m的顆粒物：傾斜煙流模式的顆粒物：傾斜煙流模式 地面反射系數(shù)地面反射系數(shù)2222(1)(/ )( , ,0,)exp()exp222tyzyza qyHv x uc x

15、yHu 2pp18tdgv2222( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu 222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實(shí)實(shí)際際濃濃度度222222()()( , , ,)exp()expexp2222yyzyzqyzHzHc x y z Hu n實(shí)實(shí)際際濃濃度度2222( , ,0,)exp()exp()22yzyzqyHc x yHu 地面濃度模式：取地面濃度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得2222( , ,0,)exp()exp()22yzyzqyHc x yHu 地面濃度模式：取地面濃

16、度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得yzconstd ( ,0,0,)0dzc xHmax22zyqcuH emax|2czx xH地面最大濃度模式（續(xù)）：地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)設(shè)（實(shí)際中成立）（實(shí)際中成立）由此求得由此求得yzconstd ( ,0,0,)0dzc xHmax22zyqcuH emax|2czx xH地面最大濃度模式（續(xù)）：地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)設(shè)（實(shí)際中成立）（實(shí)際中成立）由此求得由此求得22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu 地面軸線濃度模式：再取地面軸線濃度模式：再取y y=0=0代入上式代入上式22( ,0,0,)exp()2zyzqH

17、c xHu 地面軸線濃度模式：再取地面軸線濃度模式：再取y y=0=0代入上式代入上式q 源強(qiáng)源強(qiáng) 計(jì)算或?qū)崪y計(jì)算或?qū)崪y 平均風(fēng)速平均風(fēng)速 多年的風(fēng)速資料多年的風(fēng)速資料 H 有效煙囪高度有效煙囪高度 、 擴(kuò)散參數(shù)擴(kuò)散參數(shù)uyz煙云抬升的原因有兩個(gè)：煙云抬升的原因有兩個(gè)：是煙囪出口處的煙流具有一初始動(dòng)量（使它們繼續(xù)垂直是煙囪出口處的煙流具有一初始動(dòng)量（使它們繼續(xù)垂直上升）；上升）；是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。這兩種動(dòng)力引起的煙氣浮力運(yùn)動(dòng)稱這兩種動(dòng)力引起的煙氣浮力運(yùn)動(dòng)稱煙云抬升煙云抬升，煙云抬升有，煙云抬升有利于降低地面的污染物濃度。利于降低地面的污

18、染物濃度。1.煙氣抬升高度的計(jì)算煙氣抬升高度的計(jì)算 初始動(dòng)量：初始動(dòng)量： 速度、內(nèi)徑速度、內(nèi)徑浮力：煙溫度浮力：煙溫度煙氣抬升煙氣抬升sHHHsHH煙囪幾何高度煙囪幾何高度抬升高度抬升高度有效源高有效源高sHHHsHH煙囪幾何高度煙囪幾何高度抬升高度抬升高度有效源高有效源高（1） Holland公式公式：當(dāng)大氣穩(wěn)定度為中性，計(jì)算煙氣抬升當(dāng)大氣穩(wěn)定度為中性，計(jì)算煙氣抬升高度時(shí)，經(jīng)常使用霍蘭徳公式：高度時(shí)，經(jīng)常使用霍蘭徳公式： 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。公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下。在實(shí)際計(jì)算中，不穩(wěn)定條件在實(shí)際計(jì)算中，不穩(wěn)定條件(A、

19、B穩(wěn)定度穩(wěn)定度)，H 需增加需增加1020；穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件(D、E、F穩(wěn)定度穩(wěn)定度)， H 需減少需減少1020。3ssaHs1(1.52.7)(1.59.6 10)sv DTTHDv DQTuukWkW抬升高度計(jì)算式抬升高度計(jì)算式 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)QxxHQxuxxHQHxQHu（2）Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件公式：適用不穩(wěn)定及中性

20、大氣條件不穩(wěn)定或中性大氣下，布里格斯公式用來確定不同的熱釋放不穩(wěn)定或中性大氣下，布里格斯公式用來確定不同的熱釋放率和下風(fēng)向距離條件下的煙氣抬升高度：率和下風(fēng)向距離條件下的煙氣抬升高度：（3 3）我國）我國“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法” (GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式在沒有特別要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用在沒有特別要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法。 12Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12100kW()35K =0.35 1700kW2100kW1700 =() 4002(1.50.

21、01)0.04 =sQTTHn QHuTQP QTTTTQQHHHHv DQHu (1)當(dāng)和時(shí)(2)當(dāng)時(shí)HHsH1 / 43 / 8aH8(1700)1700kW35K2(1.50.01) = 10m1.5m /s d =5.5(0.0098)dQuQTv DQHuTHQz(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)例：某市遠(yuǎn)郊區(qū)電廠煙囪高例：某市遠(yuǎn)郊區(qū)電廠煙囪高160m，煙囪排出口內(nèi)徑，煙囪排出口內(nèi)徑5m，排煙速度，排煙速度12m/s。煙氣溫度。煙氣溫度135，周圍大氣，周圍大氣溫度溫度15 。大氣穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度C級，源高處風(fēng)速級，源高處風(fēng)速6 12m/s。

22、試分別用霍蘭德、布里格斯、國家標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算煙氣試分別用霍蘭德、布里格斯、國家標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算煙氣抬升高度（假設(shè)下風(fēng)向距離抬升高度（假設(shè)下風(fēng)向距離x=2km）PG曲線法曲線法 帕斯奎爾在帕斯奎爾在1961年年推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測資料就能估算推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測資料就能估算y，z的方法，吉福德的方法，吉福德(Gifford)進(jìn)一步將它制成應(yīng)用更方便的進(jìn)一步將它制成應(yīng)用更方便的圖表。圖表。應(yīng)用觀測到的風(fēng)速、應(yīng)用觀測到的風(fēng)速、云量、云狀和日照云量、云狀和日照等天氣資料，等天氣資料，將將大氣擴(kuò)散稀釋能力分為大氣擴(kuò)散稀釋能力分為6個(gè)等級個(gè)等級：A 極不穩(wěn)定，極不穩(wěn)定，B 不穩(wěn)定，不穩(wěn)定，C 弱不穩(wěn)

23、定，弱不穩(wěn)定，D 中性，中性，E 弱穩(wěn)定，弱穩(wěn)定，F(xiàn) 穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為AB，則表示按，則表示按A 、B級級的數(shù)據(jù)內(nèi)插的數(shù)據(jù)內(nèi)插。該法的要點(diǎn)該法的要點(diǎn)：首先首先根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度級別；級別；然后然后從從圖圖4-4和和圖圖4-5中查得中查得（或表（或表4-4用內(nèi)插法求出）用內(nèi)插法求出）對應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)對應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)y和和z；最后最后將將y、z代入前面介紹的一系代入前面介紹的一系列擴(kuò)散模式中，就可估計(jì)出各種情況下的濃度值。列擴(kuò)散模式中，就可估計(jì)出各種情況下的濃度值。擴(kuò)散參數(shù)是表征湍流擴(kuò)散劇烈程度的物理量，

24、是影響污染物濃度擴(kuò)散參數(shù)是表征湍流擴(kuò)散劇烈程度的物理量，是影響污染物濃度的重要參數(shù)。的重要參數(shù)。 PG曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用n根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別PG曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用n利用擴(kuò)散曲線確定利用擴(kuò)散曲線確定 和和yzPG曲線的應(yīng)用曲線的應(yīng)用n地面最大濃度估算地面最大濃度估算Hmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲線（圖曲線（圖4-5）反查出）反查出w由由曲線（圖曲線（圖4 4- -4 4）查）查w由式（由式（4 4- -1010）求出）求出yHmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲線（圖曲線（圖4-5）反查

25、出）反查出w由由曲線（圖曲線（圖4 4- -4 4）查）查w由式（由式（4 4- -1010）求出）求出y我國在修訂我國在修訂P-T法法基礎(chǔ)上產(chǎn)生了國家標(biāo)準(zhǔn)法基礎(chǔ)上產(chǎn)生了國家標(biāo)準(zhǔn)法(GB/T 13201-91)。 太陽高度角太陽高度角 （式（式4-29，地理緯度，傾角），地理緯度，傾角） 輻射等級輻射等級 穩(wěn)定度穩(wěn)定度 云量云量（加地面風(fēng)速）（加地面風(fēng)速） 該方法的技術(shù)路線是：根據(jù)時(shí)間、地理位置確定日傾角、該方法的技術(shù)路線是：根據(jù)時(shí)間、地理位置確定日傾角、太陽高度角，利用天氣條件確定輻射等級，然后利用輻射太陽高度角，利用天氣條件確定輻射等級，然后利用輻射等級和風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度，最后查擴(kuò)散參數(shù)

26、冪函數(shù)表，等級和風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度，最后查擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表，確定擴(kuò)散參數(shù)。確定擴(kuò)散參數(shù)。 擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的選取n擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時(shí)間擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時(shí)間0.5h，按表，按表4-8查算）查算）n平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級向不穩(wěn)定方向提半級n工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至提至B級，級，D、E、F向不穩(wěn)定方向向不穩(wěn)定方向提一級提一級n丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)n取樣時(shí)間大于取樣時(shí)間大于0.5h， 不變，不變，1221,aayzxx2121()qyyz例：某冶煉廠煙囪高例：某冶煉廠煙

27、囪高150m，煙氣抬升高度，煙氣抬升高度75m，SO2排放量排放量1000g/s 。估算風(fēng)速。估算風(fēng)速3m/s，大氣穩(wěn)定度，大氣穩(wěn)定度C級時(shí)地面最大濃度是多少？發(fā)生在什么位置？級時(shí)地面最大濃度是多少？發(fā)生在什么位置？ （分別用（分別用P-G法和國家標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算）法和國家標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算）第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風(fēng)向距離。第二步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的下風(fēng)向距離。第一步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的第一步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的Z向擴(kuò)散參數(shù)。向擴(kuò)散參數(shù)。第三步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的第三步：確定出現(xiàn)地面最大濃度的y向擴(kuò)散參數(shù)。向擴(kuò)散參數(shù)。第四步：計(jì)算地面最大濃度。第四步：計(jì)算地面最大濃度。在整層大

28、氣都具有同一穩(wěn)定度（即溫度層結(jié)構(gòu)均一，實(shí)際在整層大氣都具有同一穩(wěn)定度（即溫度層結(jié)構(gòu)均一，實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)）、平坦地形的條件下應(yīng)用高斯模式計(jì)算污染中難以實(shí)現(xiàn)）、平坦地形的條件下應(yīng)用高斯模式計(jì)算污染物濃度。物濃度。如果整個(gè)大氣層不均勻，污染物擴(kuò)散所涉及的溫度層結(jié)不如果整個(gè)大氣層不均勻，污染物擴(kuò)散所涉及的溫度層結(jié)不止一個(gè)，或者地表粗糙度高，地勢起伏大就需要特殊處理。止一個(gè)，或者地表粗糙度高，地勢起伏大就需要特殊處理。下面討論兩種特殊情況：封閉型擴(kuò)散和熏煙型擴(kuò)散。下面討論兩種特殊情況：封閉型擴(kuò)散和熏煙型擴(kuò)散。一、封閉型擴(kuò)散模式一、封閉型擴(kuò)散模式有有上部逆溫層的擴(kuò)散模式上部逆溫層的擴(kuò)散模式所謂封閉型擴(kuò)散就

29、是指在上部存在逆溫層的氣象條件下，所謂封閉型擴(kuò)散就是指在上部存在逆溫層的氣象條件下，污染物受到上部逆溫層限制，只能在地面和逆溫層之間擴(kuò)污染物受到上部逆溫層限制，只能在地面和逆溫層之間擴(kuò)散的情況散的情況在封閉型擴(kuò)散中，假定：在封閉型擴(kuò)散中，假定：n污染物完全不向逆溫層擴(kuò)散；污染物完全不向逆溫層擴(kuò)散； n上部逆溫層對污染物起全反射作用，可用像源法處理；上部逆溫層對污染物起全反射作用，可用像源法處理； n污染源在地面和逆溫層之間形成無窮多個(gè)像對，污染物污染源在地面和逆溫層之間形成無窮多個(gè)像對，污染物濃度是實(shí)源和無窮多虛源的貢獻(xiàn)之和。濃度是實(shí)源和無窮多虛源的貢獻(xiàn)之和。 22(2)exp2zyzqHnD

30、Cu 由式由式4-9得：得：地面軸線上的污染物濃度為：地面軸線上的污染物濃度為： 二 次 反 射 一 次 反 射 無 反 射 o o o 地 面 和 逆 溫 層 底 對 煙 云 多 次 反 射 DD-HD-H2D-H簡化計(jì)算：簡化計(jì)算：例：位于北緯例：位于北緯40，東經(jīng)，東經(jīng)117 的的某化工廠煙囪高某化工廠煙囪高50m，H2S排放量排放量9kg/h ,排放筒直徑排放筒直徑0.5m，煙氣出口溫度，煙氣出口溫度50。出口氣速出口氣速12m/s。距地面。距地面10m處風(fēng)速為處風(fēng)速為4m/s，早春，早春2月月上午上午8時(shí)，天氣晴朗，環(huán)境氣溫時(shí)，天氣晴朗，環(huán)境氣溫15，距地面距地面500m處出處出現(xiàn)逆

31、溫，試問在下風(fēng)向現(xiàn)逆溫，試問在下風(fēng)向5000m、8000m處處H2S濃度有多濃度有多大？大？第二步：確定第二步：確定H計(jì)算計(jì)算QV、QH-計(jì)算計(jì)算50m處風(fēng)速處風(fēng)速-計(jì)算計(jì)算H。第一步：確定大氣穩(wěn)定度第一步：確定大氣穩(wěn)定度查太陽傾角查太陽傾角-計(jì)算太陽高度角計(jì)算太陽高度角-確定輻射等級確定輻射等級-查出大氣穩(wěn)定度查出大氣穩(wěn)定度第三步：確定第三步：確定XD計(jì)算計(jì)算z，按遠(yuǎn)郊區(qū)查表，按遠(yuǎn)郊區(qū)查表4-8，反算，反算XD。第四步：按第四步：按4-9計(jì)算計(jì)算5000m處處H2S濃度。濃度。第五步：按第五步：按4-9計(jì)算計(jì)算XD 處處H2S濃度；按濃度；按4-36計(jì)算計(jì)算2XD 處處H2S濃度。然后內(nèi)插，

32、確定濃度。然后內(nèi)插，確定 5000m處處H2S 濃度。濃度。熏煙過程熏煙過程：早晨太陽升起后，地面得到來自太陽的輻射早晨太陽升起后，地面得到來自太陽的輻射逐漸加熱，夜間產(chǎn)生的逆溫層逐漸抬升，當(dāng)逆溫破壞到逐漸加熱，夜間產(chǎn)生的逆溫層逐漸抬升，當(dāng)逆溫破壞到煙流下邊緣以上時(shí)，使煙流發(fā)生向下的強(qiáng)烈混合，地面煙流下邊緣以上時(shí)，使煙流發(fā)生向下的強(qiáng)烈混合，地面污染物濃度增大，產(chǎn)生熏煙過程。熏煙過程一般多在早污染物濃度增大，產(chǎn)生熏煙過程。熏煙過程一般多在早晨發(fā)生，持續(xù)時(shí)間不超過晨發(fā)生，持續(xù)時(shí)間不超過2小時(shí)小時(shí)。2.15152.158oyyfyH tgHhf逆溫層消失高度；逆溫層消失高度；yf熏煙條件下熏煙條件下

33、Y向擴(kuò)散參數(shù)向擴(kuò)散參數(shù)即即hf=H時(shí)時(shí)線源擴(kuò)散模式線源擴(kuò)散模式面源擴(kuò)散模式面源擴(kuò)散模式封閉山谷擴(kuò)散示意圖封閉山谷擴(kuò)散示意圖山谷擴(kuò)散山谷擴(kuò)散煙囪高度的計(jì)算煙囪高度的計(jì)算n（1）達(dá)到達(dá)到大氣污染物大氣污染物稀釋擴(kuò)散的作用；稀釋擴(kuò)散的作用；n（2）盡量）盡量節(jié)省投資節(jié)省投資（造價(jià)正比于（造價(jià)正比于H H2 2 ）；）；n（3 3）地面濃度）地面濃度不超過不超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 1、按地面最大濃度計(jì)算、按地面最大濃度計(jì)算 max22()ezyqCuHyzs02e () zbyqHHu CCbCCC0max在0.51.0之間取0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度max22()ezyqCuHyzs0

34、2e () zbyqHHu CCbCCC0max在0.51.0之間取0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度0C標(biāo)準(zhǔn)濃度bC本底濃度2、按地面絕對最大濃度計(jì)算、按地面絕對最大濃度計(jì)算1BHu（代入sBHHu2maxcsd0dCBuHu（危危險(xiǎn)險(xiǎn)風(fēng)風(fēng)速速危危險(xiǎn)險(xiǎn)風(fēng)風(fēng)速速）1BHu（代入sBHHu2maxcsd0dCBuHu（危危險(xiǎn)險(xiǎn)風(fēng)風(fēng)速速危危險(xiǎn)險(xiǎn)風(fēng)風(fēng)速速）此時(shí)sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代入下式可得代入下式可得sc02e()zybqHu cc此時(shí)sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代入下式可得代入下式可得sc02e()zybqHu c

35、c代入到代入到410：uBHHuBHs/將煙氣抬升公式簡化為將煙氣抬升公式簡化為uBBHuHKeuBHussyzs/2)/(Q2222max)0()/2(1/d222222maxuBHuBBHuHKudsss2B0/dmaxHHuBHHuudss此時(shí)令yzsyzseHueHu22absm2Q)2(Q2代入到代入到式式由地面最大濃度計(jì)算法由地面最大濃度計(jì)算法HS較矮，當(dāng)較矮，當(dāng)u時(shí)，地面濃度可能超標(biāo)；時(shí)，地面濃度可能超標(biāo)；由由地面絕對最大濃度計(jì)算法地面絕對最大濃度計(jì)算法HS較高，無論較高，無論u多大多大，地面濃度不，地面濃度不超標(biāo)，但煙囪造價(jià)高。超標(biāo)，但煙囪造價(jià)高。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面來看，在選擇

36、一個(gè)可接受的保證率后，從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面來看，在選擇一個(gè)可接受的保證率后，、穩(wěn)定度取一定值后代入上述公式，可得某一保證率的氣象條件穩(wěn)定度取一定值后代入上述公式，可得某一保證率的氣象條件下的煙囪高度，較前面較合理。下的煙囪高度，較前面較合理。根據(jù)根據(jù)“指定大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法指定大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”GB/T13201-91中中規(guī)定的點(diǎn)源煙塵允許排放率計(jì)算式：規(guī)定的點(diǎn)源煙塵允許排放率計(jì)算式：6210HPQeeHPQHees610式中：式中：Qe煙塵允許排放速率，煙塵允許排放速率，t/h；Pe煙塵排放控制系數(shù)，煙塵排放控制系數(shù)，t/(hm2)；H有效源高，有效源高，m。煙囪高度計(jì)算

37、公式的校核煙囪高度計(jì)算公式的校核 上述計(jì)算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強(qiáng)的地區(qū)，需要上述計(jì)算公式按錐形高斯模式導(dǎo)出，在逆溫較強(qiáng)的地區(qū)，需要用封閉型或熏煙型模式校核用封閉型或熏煙型模式校核煙氣抬升高度的選取煙氣抬升高度的選取n優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦公式優(yōu)先采用國家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦公式（也有人認(rèn)為（也有人認(rèn)為一般選霍氏公一般選霍氏公式）。式）。煙流下洗現(xiàn)象的防止煙流下洗現(xiàn)象的防止 為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，為避免煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，煙囪高度應(yīng)為周圍建筑物的煙囪高度應(yīng)為周圍建筑物的2倍以上。倍以上。 為避免煙囪本身對煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口氣

38、速不得為避免煙囪本身對煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口氣速不得低于該高度處平均風(fēng)速的低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍。一般宜在倍。一般宜在2030 m/s。 煙溫宜在煙溫宜在100以上。以上。公式中與氣象有關(guān)的參數(shù)取值方法：公式中與氣象有關(guān)的參數(shù)取值方法：的取值：的取值：取多年平均值；取某一保證率的值：如已知取多年平均值；取某一保證率的值：如已知3m/s的頻率為的頻率為80%，取，取3m/s可保證有可保證有80%不超標(biāo)，而不超標(biāo)，而地面平均最大濃度可能比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)更低。地面平均最大濃度可能比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)更低。yz值在 0.51.0 間，即：當(dāng) Hs100m 時(shí)，5 . 0yz；當(dāng) Hs100m 時(shí)，0 .

39、 16 . 0yz。 煙囪出口直徑的計(jì)算：煙囪出口直徑的計(jì)算：例：例：地處丘陵的某煉油廠進(jìn)行擴(kuò)建，擬新建一煙囪排放污染地處丘陵的某煉油廠進(jìn)行擴(kuò)建，擬新建一煙囪排放污染物。煙囪排放條件為：出口內(nèi)徑物。煙囪排放條件為：出口內(nèi)徑3m，出口速度，出口速度15m/s，煙，煙溫溫140 ，大氣溫度，大氣溫度17 ， H2S排放量排放量7.2kg/h。離該廠。離該廠2500m處有一城鎮(zhèn)，大氣中處有一城鎮(zhèn)，大氣中H2S現(xiàn)狀濃度是現(xiàn)狀濃度是0.5g/m3，為，為使該城鎮(zhèn)使該城鎮(zhèn)H2S的濃度低于的濃度低于10 g/m3 ，問要建多高的煙囪才，問要建多高的煙囪才能滿足要求？設(shè)計(jì)風(fēng)速取能滿足要求？設(shè)計(jì)風(fēng)速取3m/s。

40、提示：煙氣抬升采用霍蘭德公式。提示：煙氣抬升采用霍蘭德公式。9 . 0yz取一、所需氣候資料一、所需氣候資料 1、風(fēng)向和風(fēng)速氣候資料：、風(fēng)向和風(fēng)速氣候資料： 如圖是如圖是風(fēng)速和風(fēng)向頻率復(fù)合圖風(fēng)速和風(fēng)向頻率復(fù)合圖，矢線長度代表風(fēng)向頻率大小，矢線末端的風(fēng)速羽代表平均風(fēng)速）矢線長度代表風(fēng)向頻率大小，矢線末端的風(fēng)速羽代表平均風(fēng)速）靜風(fēng)（風(fēng)速靜風(fēng)（風(fēng)速1.0m/s）或微風(fēng)（風(fēng)速為或微風(fēng)（風(fēng)速為12m/s）情況大氣通風(fēng)條件差，情況大氣通風(fēng)條件差，容易引起高濃度污染，尤其是長時(shí)間靜風(fēng)會(huì)使污染物大量積累，引起嚴(yán)重容易引起高濃度污染，尤其是長時(shí)間靜風(fēng)會(huì)使污染物大量積累，引起嚴(yán)重污染。因此，在空氣污染分析中不僅應(yīng)

41、統(tǒng)計(jì)靜風(fēng)頻率，有條件還要統(tǒng)計(jì)靜污染。因此，在空氣污染分析中不僅應(yīng)統(tǒng)計(jì)靜風(fēng)頻率，有條件還要統(tǒng)計(jì)靜風(fēng)持續(xù)時(shí)間。風(fēng)持續(xù)時(shí)間。 2、大氣穩(wěn)定度的氣象資料、大氣穩(wěn)定度的氣象資料可根據(jù)可根據(jù)p-T法，利用已知的氣象資料對當(dāng)?shù)卮髿夥€(wěn)定度進(jìn)行分類，法，利用已知的氣象資料對當(dāng)?shù)卮髿夥€(wěn)定度進(jìn)行分類，統(tǒng)計(jì)出月（年、季）各穩(wěn)定度頻率，作出必要的圖表。統(tǒng)計(jì)出月（年、季）各穩(wěn)定度頻率，作出必要的圖表。3、混合層高度的確定、混合層高度的確定 混合層高度是影響混合物鉛直擴(kuò)散的重要參數(shù)混合層高度是影響混合物鉛直擴(kuò)散的重要參數(shù)。具體指出污染。具體指出污染物在鉛直方向的擴(kuò)散范圍。物在鉛直方向的擴(kuò)散范圍。混合層愈高，則污染物垂直擴(kuò)散

42、的范圍越大。受太陽輻射的影混合層愈高，則污染物垂直擴(kuò)散的范圍越大。受太陽輻射的影響，午后混合層高度最大。響，午后混合層高度最大。 H T 早晨探空曲線 干絕熱過程線 日最高地溫 最大混合層高度 圖 確定最大混合層高度示意圖 二、長期平均濃度的估算（略）二、長期平均濃度的估算（略）在廠址選擇和環(huán)境評價(jià)中，人們更關(guān)心的長期平均濃度的分布。在廠址選擇和環(huán)境評價(jià)中，人們更關(guān)心的長期平均濃度的分布。氣象部門提供的風(fēng)向資料是按氣象部門提供的風(fēng)向資料是按16方位給出的，每個(gè)方位相當(dāng)于方位給出的，每個(gè)方位相當(dāng)于一個(gè)一個(gè)22.5的扇形。因此，可按每個(gè)扇形計(jì)算長期平均濃度。推的扇形。因此，可按每個(gè)扇形計(jì)算長期平均濃度。推導(dǎo)時(shí)作以下假定：導(dǎo)時(shí)作以下假定：（1）同一扇形內(nèi)各角度的風(fēng)向頻率相同，即在同一扇形內(nèi)同一）同一扇形內(nèi)各角度的風(fēng)向頻率相同，即在同一扇形內(nèi)同一距離上，污染物濃度在距離上，污染物濃度在y方向是相等的。方向是相等的。（2）當(dāng)吹某一扇形風(fēng)時(shí)，全部污染物都落在