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大气污染物扩散模式.pptx

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第04章大气污染扩散模型环境保护概论ppt课件

第04章大气污染扩散模型环境保护概论ppt课件
平衡浓度为：
第六节 区域大气环境质量模型
多源大气环境质量模型 区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度和各
污染源对该点浓度的贡献值之和：
《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中排放总量 限值的计算方法
第七节 厂址的选择和烟囱的设计
如果用y0表示烟流半宽度，z0表 示烟流半高度，则有：
封闭型扩散模式
计算简化：
熏烟型扩散模式
假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分，
则仍可用上面公式
熏烟型扩散模式
第五节 城市及山区扩散模式
城市大气扩散模式
1.线源扩散模式
风向与线源垂直时
边缘效应
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
简化为点源的面源扩散模式（续） 形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好
与正方形宽度相等
烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍
（正态分布：
）
确定 、 之后即可按点源计算面源浓度
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
窄烟流模式
某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向 两侧单元对其影响很小
定状态，σ较大，即σ与稳定度密切相关。
扩散参数的确定
P－G曲线法
P－G曲线:Pasquill常规气象资料估算；Gifford制成图表
方法要点
将大气稳定度分为6个等级： A — 极不稳定，B —不稳定，C — 弱不稳定， D — 中性，E — 弱稳定，F —稳定。
太阳辐射
稳定级别 下风距离
P-G曲线图 P-G 表
Eutrophication)
Acid Rain

大气污染物的迁移扩散PPT幻灯片

大气污染物的迁移扩散PPT幻灯片
7
例：甲烷在对流层平均浓度c=1.55ppm，不随时间变 化，则FCH4=RCH4=1.5×1014 mol/y，求停留时间。
x (p) p 部 全 m 16 分 部 0 V V ,W W x (p)p 部 全 b 19 分 部 0
x (pp ) 部 全 h m 1 8 分 部 0 x (p) p 部 全 t 1 1 分 部 0 2
6
储库（reservoir）：气体和微粒在大气中的留存（形式）。 停留时间（t） ：某种组分在大气储库中存在的平均时间称为平 均停留时间或停留时间。
ti=Mi/Fi或Ri
源强Fi = 天然源排放速率+人为源排放速率= 源速率 汇强Ri = 干沉降速率+湿沉降速率+化学反应去除速率
+向平流层输入速率 = 汇速率
素等）； （8）放射性物质。
15
三、影响大气污染物迁移的因素
1、风和大气湍流的影响
A、影响污染物在大气中扩散的三个因素： 风：气块规则运动时水平方向速度分量，使污染物向下风
向扩散； 湍流：使污染物向各个方向扩散； 浓度梯度：使污染物发生质量扩散。
三种作用中风和湍流起主导作用。
16
（一）大气水平运动
第二节 大气污染物的迁 移扩散
1
一、盒子模型
1、气体循环：大气组分通过大气圈与其它圈层发生的物理、
化学、生物过程进行物质交换、转换。
➢ 源（source）大气组分产生的途径和过程。
天然源：由自然界发生的物理、化学、生物过程向大气输
送物质：
扬尘（地面土石风化，大气颗粒物来源）
火山（H2S、SO2、COS、HCl、HF、颗粒物SPM，可传 送到平流层）
过程。
11

大气污染物扩散模式

大气污染物扩散模式
根据逆温的生成过程，可把逆温现象分为五类：辐射逆温、 地形逆温、下沉逆温、锋面逆温和平流逆温。
四、烟流型与大气稳定度的关系
波浪型（不稳）
锥型（中性or弱稳）
扇型（逆温） 爬升型（下稳，上不稳） 漫烟型（上逆、下不稳）
第二节 高斯扩散模式
一、高斯模式的有关假定
（一）坐标系 原点为排放点或高架源排放点在地面上的
三、高架连续点源扩散模式
（一）实际浓度
镜像全反射---->像源法
实源： c(x, y, z, H z)
像源： c(x, y, z, H z)
实源的贡献
c(x, y, z, H ) Qq exp( y2 ) exp[ (z H )2 ]
2 u y z
2
2 y
2
2 y
像源的贡献
c(x,
车流量 Ql = 平均车速 ×每辆车单位时间污染物排放量
c(x,0,0)
2Ql
2 u
z
• exp
H
2 e
2
2 z
（三）形成原因与两种形式 热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度
二、大气稳定度
（一）概念
指气层的稳定度，即大气中某一高度上的气团在垂直方 向上相对稳定的程度。
受密度层结和温度层结共同作用。
外力使气块上升或下降 气块去掉外力
气块减速，有返回趋势，稳定 气块加速上升或下降，不稳定 气块停在外力去掉处，中性
H
2 2
1
2
（五）地面连续点源扩散模式（令H＝0）：
c(x,
y, z, 0)
Qq
u y z
exp[(
y2
2
2 y

《大气扩散浓度估算》课件

《大气扩散浓度估算》课件

高斯模型适用于简单地形和平稳气象条件下的扩散模拟 。
拉格朗日模型适用于模拟复杂流动场和污染物迁移转化 过程。
03 大气扩散浓度估算方法
估算方法分类
直接测量法
通过在目标区域设置监测站点，直接测量大气中 的污染物浓度。
模型模拟法
利用数学模型和计算机模拟技术，预测大气中污 染物的扩散和浓度分布。
经验估算法
《大气扩散浓度估算》ppt课件
• 大气扩散基本概念 • 大气扩散模型 • 大气扩散浓度估算方法 • 大气扩散浓度估算案例分析
• 大气扩散浓度估算的挑战与展望 • 大气扩散浓度估算的实际应用
01 大气扩散基本概念
大气扩散的定义
总结词
大气扩散是指污染物在大气中由高浓度向低浓度自然传播、分散的过程。
大气扩散浓度估算的展望
01 02 03
大数据和人工智能技术的应用
随着大数据和人工智能技术的发展，未来可以利用这些技 术对大量的监测数据进行处理和分析，提高数据的质量和 利用效率。同时，可以利用人工智能技术对大气扩散模型 进行优化和改进，提高模型的预测精度和适用性。
多源数据的融合和应用
未来可以利用更多的数据源，如卫星遥感数据、无人机监 测数据等，对大气扩散过程进行全方位的监测和评估。通 过多源数据的融合和应用，可以更全面地了解大气扩散的 规律和影响因素，为估算结果的准确性提供保障。
大气扩散的影响因素
总结词
大气扩散的影响因素主要包括气象条件、地形地貌和排放源特征等。
详细描述
气象条件如风向、风速、温度层结等对大气扩散有重要影响，风速决定了污染物的扩散速度，温度层结影响污染 物的垂直扩散；地形地貌如山丘、河流等也会影响污染物的扩散；排放源特征如排放高度、排放强度等也会对大 气扩散产生影响。

第三章大气扩散ppt课件

第三章大气扩散ppt课件

风向玫瑰图是气象学上对风向研究 的一种方法和手段，它反映过去风 向发生的频率，预示未来风向发生 频率的趋势。
根据公式计算出各风向的污染系数， 绘成风玫瑰图， 污染系数越大，下风向的污染就越 严重。
方位 N
风向
频率 14
/％ 平均
风速 3
/m·s-1 污染
系数 4.7
相对 污染
系数 21
/％
风向频率及污染系数实例
大。
排放到大气中的污染物质，在湍流作用下被 扩散和稀释。湍流运动造成大气中各组分间 的强烈混合。当污染物由污染源排入大气中 时，高浓度部分污染物由于湍流混合，不断 被清洁空气渗入，同时又无规则地分散到其 他方向去，使污染物不断地被稀释、冲淡。
比如我们日常所看到的，烟囱中冒出的烟气 总是向下风方向飘去，并不断地向四周扩散， 这就是大气对污染物的输送和稀释扩散过程。
2．湍流(Turbulent Flow)
所谓大气湍流，是指大气中无规则的、三维的小尺度运动。 即风除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱 运动，风对污染物的稀释作用，实际上是由于风的无规则阵
性和摆动造成大气湍流所引起的。（有点象分子的热运动）
大气湍流表现为气流的速度和方向随时间和空间位置的不同 而呈随机变化，并由此引起温度、湿度以及污染物浓度等气 象属性的随机涨落。
风对污染物的作用有两点：一是对污染物沿下风方 向的转移，二是在转移过程中对污染物浓度的稀释 作用。 为综合反映某一地区风向频率和平均风速对大气污 染影响的程度，常用污染系数来表达：
污染系数＝ 风向频率 平均风速
气象预报的风速指的是距地面10m高处 在一定时间内观测到的平均风速。
风向频率是指在一定时间内自某个方位（东、

空气污染物的扩散模式

空气污染物的扩散模式
風向

線 污染源
若二者之間的夾角為θ， 且θ大於450，則濃度分佈 須修正為：
2 2Q 1 H C x, o, H exp 2 z u z sin
19
空氣污染物的衰減
放射性物質的衰減可依一階衰減率定律表示當放射性物質 的衰減量為原來質量的一半，其所經歷的時間稱為半衰期 (half-life)
20
模式的限制
1. 模式假設煙柱為穩定狀態，如果氣流隨時間的變化量極大 ( 如風向及風速 )，則公式並不適用。 2. 公式中考慮了「鏡像法」，但當污染物接觸地面時，地表 土壤、植物及建築物等能吸收部份的空氣污染物，亦會阻 礙反射作用，另外污染物中的粒狀物質會發生沉降作用， 因此模式的正確性受到限制。 3. 擴散模式中並未考慮空氣污染物的衰減。先前一次衰減率 定律對碳氫化合物及氮氧化物等無法用一次微分方程加以 說明。此外，模式中亦未考慮到其他污染物的生成。 4. 雖然擴散係數的求取過程考慮了氣象因素，然而忽略了溫 度對擴散係數的影響或其他諸如污染物本身的物理及化學 特性等。同時模式亦未考慮地形對濃度擴散的效應。
21
固定盒模式(Fixed-Box Model)
模式的假設有： 1. 城市為四方形，其中 x 軸方位平行風向。 2. 大氣擾動所造成空氣污染物的混合，完全發生於混 合層高 H 以下，而 H 以上則沒有混合。 3. 使得盒中污染物的濃度呈現均一。 4. x 軸方向的風速定值，不因時間、高程、及地點等 而變。 5. 城市上風處的背景濃度為固定值 b。 6. 城市空氣污染物的溢散率為 Q。 7. 沒有污染物自盒的頂面或平行風向的平面進出。 8. 污染物在大氣中沒有衰減或產生的現象。
vs h d u
1.4

大气污染物扩散模式


三、高架连续点源扩散模式
高架源须考虑到地面对扩散的影 响。根据假设④可认为地面就象镜 子一样对污染物起全反射作用，按 全反射原理，可用 “像源法”处理 ——把P点污染物浓度看成为两部分（实源和像源）作用之和。
建立三个坐标系：1、以实源在地面的投影点为原点；P点 坐标为（x，y，z）； 2、以实源为原点；3、以像源为原点。 （1）实源贡献：P点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为 （ z-H ）。不考虑地面的影响，实源在 P 点形成的污染物浓度 为：
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用

利用扩散曲线确定 y 和 z
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用

地面最大浓度估算
由 H 和 z |x x
H z 2
cmax
由 z ~ x 曲线（图4-5）反查出 xcmax 由 y ~ x 曲线（图4-4）查 y 由式（4-10）求出Cmax
该法的要点： 首先根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度 级别；然后从图4-4和图4-5中查得（或表4-4用内插法求出） 对应的扩散参数σy和σz；最后将σy、σz代入前面介绍的一系 列扩散模式中，就可估计出各种情况下的浓度值。
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用

根据常规资料确定稳定度级别
则 y k z
上式变为：
‘
＝
Q
2 uk z
exp(
H2
2 2 z
)
A
2 z
exp(
H2
2 2 z
)
1 ’ H2 1 H 2 ‘ ＝A（ ) 2（ exp( )） 2 ） exp( 2 2 2 z z 2 z z 1 ’ H2 1 H2 H2 1 ’ ＝A（ ) 2 exp( )（ ） （ 2 ） 2 ） exp( 2 2 2 2 z z 2 z 2 z z z

空气污染学--高斯扩散基本公式 ppt课件

[erf ( L0 y L0 y ) erf ( )] ppt课件 2 y 2 y
24
二 面源扩散公式

在水平方向呈面块状散布的污染物排放源, 称面源。如散布 很集中而高度低、源强小的居民区污染源，可视为面源。 面源扩散公式，原则上可由点源扩散公式沿x和y方向积分 而得。


假设面源源强为 Q A x , y m g / m 2 s ，自整个上风方的半
ppt课件 27
此时，我们要在上游方向确定出虚拟点源的位置。 即在这一点上，使虚拟点源的扩散参数恰等于该面 源的初始扩散参数 y z 。 这样，可得高架源 0 0 地面浓度为
1 QA y2 q x , y , 0; H exp u y y0 z 2 y 4.3 y
y
0
y0 a 4 .3 2 .15
29
ppt课件
于是上式变成：
2 2 QA y H A q x, y ,0; H A exp exp 2 2 a 2 a z u y z 2 y 4 .3 4 .3
总贡献：
源强
有效源高
Q y2 ( z H )2 ( z H )2 q( x, y, z；H ) exp( 2 ) {exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 z 2 z 2 u y z
平均风速
扩散参数
ppt课件 9
烟流有效源高：H=hs+△h
hs:烟囱高度和 △h:烟流抬升高度
要求定出公式中初始扩散幅
y0 , z0
z0
H 2.15
若面源高度不相等，需再加 z 0项。同理可取

大气污染物扩散模式ppt课件


高斯分散方式
高斯分散方式的坐标系
二、无界空间延续点源分散方式
c(x,y,z)2πu qyzexp[(2y 2y 22z2z2)]
ū — 平均风速，m/s； q—源强， g/s； σy—侧向分散参数，污染物在y方向分布的规范偏向，m； σz—竖向分散参数，污染物在z方向分布的规范偏向，m；
三、高架延续点源分散方式 高架源须思索到地面对分散的影
丘陵山区的乡村或城市，同工业区
取样时间大于0.5h， 不变，
例：某冶炼厂烟囱高150m，烟气抬升高度75m， SO2排放量1000g/s 。估算风速3m/s，大气稳定度 C级时地面最大浓度是多少？发生在什么位置？ 〔分别用P-G法和国家规范方法计算〕 第一步：确定出现地面最大浓度的Z向分散参数。
第二步：确定出现地面最大浓度的下风向间隔。
我国在修订P-T法根底上产生了国家规范法(GB/T 13201-91)。
该方法的技术道路是：根据时间、地理位置确定日倾角、 太阳高度角，利用天气条件确定辐射等级，然后利用辐射 等级和风速确定大气稳定度，最后查分散参数幂函数表， 确定分散参数。
太阳高度角 云量
〔式4-29，地理纬度，倾角〕
辐射等级
稳定度
分散参数确实定－P－G曲线法
P－G曲线的运用 利用分散曲线确定 和y z
分散参数确实定－P－G曲线法
P－G曲线的运用
地面最大浓度估算
由H
和 H
| 2 z xxcmax
z
由z ~x 曲线（图4-5）反查出xcmax
由y ~x 曲线（图4-4）查y
由式（4-10）求出Cmax
分散参数确实定－中国国家规范规定的方法
kW
➢Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下。 在实践计算中，不稳定条件(A、B稳定度)，ΔH 需添加10％～20％； 稳定条件(D、E、F稳定度)， ΔH 需减少10％～20％。

第五章 大气扩散参数 ppt课件


③
根据已知的有效源高H，由
z
x xm
H 2
式计算得到
z
x xm 值；
④ 在图3.10(b)中相应稳定度扩散级别的P—G扩散曲线上，由
x=xm的值读出相应的 y 值；
⑤ 将所得的 y ， z 及已知的源强、平均风速和有效源高代人
⑥
qm
2Q
euH2
z y
式，便可估算该气象状况下的地面最大浓度
三 扩散曲线法的完善
（1）风向脉动标准差（EPA，1990）
对不稳定类A, B， C, 随风速增加向 中性类移；
对稳定类E, F, 随 风速增加向中性 类移；
以风速做细致调整，观测数据在粗糙度z0=15cm， 10m高度处测量得到。采样时间为15min。
如果风向发生转折，为了尽量减小风向转折的影响， 应该将长时间段分成小段进行计算，例如将60min的 时间划分为15min一段，最终小时量值：
4N n n)(2
n)u 2
• ( w2 u2
)1 n
最早，但有局限性
萨顿基于拉氏相关函数和泰勒公式导出（萨顿） 广义扩散参数; 他的功绩在于将大气扩散参数与 可测量的气象参量联系起来；
经验系数N , n , m 需要通过风速梯度观测才能确 定; 萨顿曾在平坦地形做了小尺度扩散观测实验, 直接利用这些数据计算高架连续点源的扩散浓度 将比实际观测值偏高。数理推导也不严密，应用 也很不方便。现今已经停用。
3 不同源高和不同下垫面的应用
P-G扩散曲线实验依据：平坦理想条件，大 量低矮源扩散试验。
就不同源高的应用，有两方面问题：一是 使用不同的稳定度判据划分稳定度类，不 同高度层有不同的频率分布；
另—是对于不同的源根据相应实验基础得 出的扩散曲线均有差异。
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第四章 大气污染物扩散模式
教学内容: 1.湍流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 3.污染物浓度的估算方法 4.特殊气象条件下的扩散模式 5.城市及山区的扩散模式 6.烟囱高度设计和厂址选择 重 点: 高斯扩散模式，污染物浓度的估算，烟囱高度的设计 教学目标: 通过本节的内容的学习，使学生达到如下要求：（1）掌握高斯 扩散模式理论（2）学会污染物浓度的估算（3）掌握烟囱高度的设计（4） 熟悉厂址选择的程序
高架连续点源扩散模式
地 面 浓 度 模 式 ： 取 z＝ 0代 入 上 式 ， 得
c(x, y,0,H
)
q π u y
z
exp(
y 2
2
2 y
)
e
x
p
(
H 2
2
2 z
)
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式
c(x,0,0,H) q
πuyz
exp(2H 2z2)
地面最大浓度模式：
考虑地面轴线浓度模式
c(x,0,0, H ) q exp( H 2 )
第一节 湍流扩散的基本理论
扩散的要素 风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快105～106倍
湍流的基本概念 湍流——大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动
起因与两种形式 热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度
湍流扩散理论
大气扩散的基本问题主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度 衰减的关系 1.梯度输送理论 ➢ 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 2.湍流统计理论 ➢ 泰勒－>图4-1，正态分布 ➢ 萨顿实用模式 ➢ 高斯模式：高斯在大量实测数据的基础上，应用湍流统计理
x*=0.33QH3/5Hs3/5u6/5
烟气抬升高度的计算
（3）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91) 中的公式
( 1 ) 当 Q H 2 1 0 0 k W 和 (Ts Ta ) 3 5 K 时
v t d 1 p 2 8 p g
地面反射系数
第三节 污染物浓度的估算
q 源强 计算或实测
u 平均风速 多年的风速资料
H 有效烟囱高度
y 、 z 扩散参数
1.烟气抬升高度的计算 有 效 源 高
H H s H
H s ― ― 烟 囱 几 何 高 度 H― ― 抬 升 高 度 烟气抬升
初始动量： 速度、内径 烟温度 －>浮力
烟气抬升高度的计算
抬升高度计算式（续） （2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件
当QH 21000kW时 x 10Hs x 10Hs
H=0.362QH1/3
x2/3
1
u
H=1.55QH1/3
H 2/3 s
1
u
当 QH21000kW 时
x3x*
H=0.362QH1/3x1/3u1
x3x*
H=0.332QH3/5Hs2/5
c(x,y,z,H ) q ex p [ (y2(zH )2)]
2 π uy z
2y 2 2z 2
实 际 浓 度
c ( x ,y ,z ,H ) 2 π u q yze x p ( 2 y 2 y 2 ) { e x p [ ( z 2 H y 2 ) 2 ] e x p [ ( z 2 H z 2 ) 2 ] }
q u c d y d z
c 未 知 数 ： 浓 度 ， 待 定 函 数 A ( x ) ， 待 定 系 数 a ,b （ 2 1 2 ）
积 分 ， 可 以 解 出 四 个 未 知 数 ： 得 到 高 斯 模 式
c ( x , y , z ) 2 π u q y z e x p [ ( 2 y 2 y 2 2 z 2 z 2 ) ]
烟气抬升高度的计算
抬升高度计算式
（1） Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时 减小，不稳时增加10％～20％）
H v s u D ( 1 . 5 2 . 7 T s T s T a D ) u 1 ( 1 . 5 v s D 9 . 6 1 0 3 Q H ) ➢Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下
πu y z
2
2 z
上 式 ， x增 大 ， 则 y 、 z增 大 ， 第 一 项 减 小 ， 第 二 项增大，必然在某x 处有最大值
高架连续点源扩散模式
地面最大浓度模式（续）：
设
y
z
const （
实
际
中
成
立
）
dc(x,0,0,H ) 0
d z
由此求得
c m ax
2q π u H 2e
z y
高斯扩散模式
高斯扩散模式的坐标系
无界空间连续点源扩散模式
由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布
c ( x , y , z ) A ( x ) e a y 2 e b z 2
方差的表达式
y 2 c d y
z2cdz
2 0
y
2 z
0
0c d y
0 cdz
由假定d 源强积分式
（单位时间物料守恒）
H
| z x x c m a x
2
地面源高斯模式（令H＝0）：
c(x,
y,z,0)
q
πuyz
exp[(2y2y2
2z2z2
)]
相当于无界源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
颗粒物扩散模式
粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散计算 大于15μm的颗粒物：倾斜烟流模式
c(x,y,0 ,H )2 (1 π u a y )q ze x p ( 2 y2 y 2)e x p [ (H 2 v tx z 2/u )2]
高斯烟流的浓度分布
高斯烟流中心线上的浓度分布
高架连续点源扩散模式
镜像全反射----, H z )
像源：
c ( x , y , z , H z )
实 源 的 贡 献
c(x,y,z,H)2πuqyzexp[(2y2y2(z2H y2)2)]
像 源 的 贡 献
论得到了正态分布假设下的扩散模式，即高斯模式，也是目 前应用较广的模式
第二节 高斯扩散模式
高斯模式的有关假定 坐标系 原点为高架点源排放点在地面的投影点，x轴正方向为平均风向，y为横 风 向，在水平面上垂直于x轴，z轴垂直于水平面xoy，向上为正向。 四点假设 a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 b．全部高度风速均匀稳定 c．源强是连续均匀稳定的 d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）