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第04章 大气污染浓度估算模式-1

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《大气污染控制工程》第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式

《大气污染控制工程》第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式

➢有效源高 He称为烟囱的有效高度（烟轴高度） He由烟囱几何高度Hs和烟流抬升高度ΔH组成
He=Hs+ΔH 要得到He，需求出ΔH（烟气抬升高度）。
➢烟气抬升ΔH 烟气从烟囱排出，有风时，大致有四个阶段:(见下页图) a）喷出阶段；b）浮升阶段；c）瓦解阶段；d）变平阶段
浮升阶段
的技术方法》
（P点源排放控制系数，表4-9,4-10）
二、烟囱设计中的几个问题
对于设计的高烟囱（大于200m），若所在地区上部逆温 出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式（封闭型 或熏烟型模式）校核地面污染物浓度
烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环 优先采用国家标准中的推荐公式
气象参数的选取 多年平均值；某一保证频率的值
取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数国标gbt1320191制定地方大气污染物排放标准的技术方法p点源排放控制系数表49410二烟囱设计中的几个问题对于设计的高烟囱大于200m若所在地区上部逆温出现频率较高时则应按有上部逆温的扩散模式封闭型或熏烟型模式校核地面污染物浓度排气筒高度不低于其所属建筑物高度的2倍避免烟气受背风面涡流区影响总量控制区二氧化硫排放速率超过14kgh氮氧化物超过9kgh或一氧化碳超过180kgh时排气筒高度须超过30m
瓦解阶段
变平阶段
喷
出
ΔH
阶
段
Hs
图 烟气抬升与扩散
喷出阶段:烟气依靠本身的初始动量垂直向上喷射，该阶段的距离约为几至十几倍烟 囱的直径；
浮升阶段:烟气和周围空气之间因温差而产生的密度差所形成的浮力而使烟流上升， 上升烟流与水平气流之间的速度差异而产生的小尺度湍涡使得两者混合后的温差 不断减小，烟流上升趋势不断减缓，逐渐趋于水平方向；

大气污染扩散及浓度估算模式概述(PPT 49张)

大气污染扩散及浓度估算模式概述(PPT 49张)

第三节 扩散参数的估计
上述高斯扩散中，欲计算出大气污染物浓度及其分
布，则必须知道源强Q、平均风速U，有效源高H和 大气扩散参数σy和σz。其中Q和U往往是通过测量或 由工程设计给出，于是问题归结于如何给出有效源 高和大气扩散参数。下面我们首先讨论扩散参数的 估算方法。 扩散参数（σy、σz）是下风向距离x，大气稳定度、 地面粗糙度等的函数。目前广泛使用的确定扩散参 数的方法是根据大量扩散试验总结出来的经验方法 和经验公式。
的基本模式。需要说明的是模式中的H是指 有效源高，有关有效源高的问题将在下面进 行专门讨论。式中平均风速是指烟云扩散范 围内的平均风速，通常可简单地取排放面高 度处的风速。
三、几个常用的大气扩散模式
1．高架连续点源： （a）地面浓度C（x、y、、o、o、H）：
练习题
1、求以下污染气体的浓度单位换算关系（mg/m3ppm)在
标准状态下：CO、O3、NO2、NO。 2 大气中CO2的通量浓度为340ppm,问1Nm3空气中含CO2多 少克？ 2、成人每次吸入的空气质量平均为500cm3,j假若每分钟呼 吸15次，空气中颗粒物的浓度为200µg/m3，试计算每小时 沉积于肺胞中的颗粒屋质量。已知该颗粒物在肺胞中的 沉降 系数为0.12。 4、据估计某平原城市远郊区燃烧的垃圾以每秒3克的速度向 四周排放氢氧化物为主的的污染物。当时气象状况为：风速 7m/s，夜间、阴天。请问此垃圾堆正下风向3km处的污染物 浓度是多少？此距离上偏离X轴线200m处浓度是多少？
一个烟团在大小不同的湍涡中的扩散情况。
（c）表示尺度与烟团大 小相仿的湍流作用。这时， 烟团被湍涡拉开撕裂而变形。 这是一种比较快的扩散过程。
从应用角度研究大气污染扩散，就是找出不同气象条件下， 污染物在大气中的搬运规律，以求最大限度地减低空气污染 的程度。利用这些规律可以解决下述一些问题：

大气污染控制工程04大气扩散浓度估计模式

大气污染控制工程04大气扩散浓度估计模式
(x,y,z,0)u Q yzexp (2y [2y 22z2z2)]
(x)2uQ yzex p(2y [2y 22z2z2)]
比较两式可见，地面连续点源所造成的污染物浓度
恰是无界空间连续点源所造成的浓度的两倍。镜像垂直于
地面，源强加倍。
整理课件
五、颗粒物扩散模式
排气筒排放的粒径大于15μm的颗粒物，由于明显的重力沉降作
ห้องสมุดไป่ตู้整理课件
高斯模式的有关假定-坐标系
整理课件
2、四点假设
(1)污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布(正态分 布)；
(2)在全部空间中风速是均匀的、稳定的 (3)源强是连续均匀的 (4)在扩散过程中污染物质量是守恒的。
对后述的模式，只要没有特别指明，以上四点假设条 件都是遵守的。
整理课件
二、无限空间连续点源扩散的高斯模式
用，可按倾斜烟流模式计算地面浓度。
(x ,y ,0 ,H )(1 )Q e x (y p 2){ e(H x v p tx/u [)2]
2uy z
2y 2
2z 2
α： 颗 粒 的 地 面 反 射 系 数 ， 表 4 - 1 查 （89页） 0-0.8
vt：颗粒的重力沉降速度，m/s dp: 颗粒直径，m ρp：颗粒密度，kg/m3 g ：重力加速度， m/s2 整理课件
中推荐的公式 由于影响烟流抬升的因素多而复杂，还没 有一个通用的计算公式。现在所用都是的 经验或半经验公式。
整理课件
1、霍兰德公式
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 3 Q 0 H )
式中 vs :烟气出口流速 m/s D：烟囱出口内径 m

大气污染控制工程 第十课

大气污染控制工程 第十课
fP (C0 − Cb ) ， 其中 f－该项目可占的污染权重； k
2Qσ z − ∆H eπ uCkσ y
y
σ 式中ΔH 根据自选的抬升公式计算；ū 可取当地烟囱高度的长度平均风速； z σ 一般
取 0.5～1.0。
3
2.按地面绝对最大浓度计算 按地面绝对最大浓度计算
→ C max ↓ （4-10）
P
e
6
− ∆ H
6
二、烟囱设计中的若干问题 1.分析拟建厂地区可能产生的烟型及频率 分析拟建厂地区可能产生的烟型及频率
，正确选用烟囱高度计算公式。 正确选用烟囱高度计算公式 烟型不同产生的地面最大浓度不同，烟囱 高度的计算公式不同，因此确定烟型很重要。 常用两种方法： 1) 选用最不利的烟型相应的烟囱高度计算公式 2) 选择保证一定的地面最大浓度出现频率和持 续时间的烟型及相应的烟囱高度计算公式。
干绝热过程线 最大混合层高度
日最高地温
图 确定最大混合层高度示意图
T
21
§3-6 厂址选择
一、选择厂址所需的气候资料 3、混合层高度的确定： 大范围内的平均污染浓度，可以认为与混合 层高度和混合层内的平均风速的乘积成反比。 通常定义Dū为通风系数 Dū －单位时间内 为通风系数。 通过与平均风向垂直的单位宽度混合层的空气 层。通风系数越大，污染浓度越小。
22
二、长期平均浓度的计算
在厂址选择和环境评价中，人们更关心的长期 关心的长期 平均浓度的分布。下面讨论长期平均浓度的计算方 平均浓度 O Q 法。 x 污 染 源 气象随提供的风向资料是按16方位给出的，每 C 个方位相当于一个22.5º的扇形。因此，可按每个扇 形计算长期平均浓度。推导时作以下假定 假定： 假定 （1）同一扇形内各角度的风向频率相同，即在同 一扇形内同一距离上,污染物浓度在y方向是相等的。 （2）当吹某一扇形风时，全部污染物都落在这个 扇形里。

4大气扩散浓度估算模式

4大气扩散浓度估算模式

H2 ( x,0,0, H ) exp 2 2 u y z 大浓度)模式：
2Q z max 2 u H e y
z
x xmax
H 2
四. 地面连续点源扩散模式
y2 z 2 ( x, y, z,0) exp 2 2 u y z 2 z2 y Q
（2）当1700kW<QH<2100kW时：
QH 1700 H H1 H 2 H1 400
2(1.5vs D 0.01QH ) 0.048 (QH 1700 ) H1 u u
H2 0.332Q
3/ 5 H
H
2/ 5 s
u
1
（3）当QH≤1700kW或∆T<35K时：
吉福德（Gifford）
1. 根据常规气象资料确定稳定度级别
表4-4 稳定度级别划分表 地面风速u10 /m.s-1 <2 白天太阳辐射 强 A 中 A-B 弱 B 阴天的白 天或夜间 D 有云的夜晚 薄云遮天或低云≥5/10 云量≤4/10
2-3
3-5 5-6 >6
A-B
B C C
B
B-C C-D D
kw24875273140201402509783510024875303一pg扩散曲线法帕斯奎尔pasquill吉福德gifford根据常规气象资料确定稳定度级别表44稳定度级别划分表地面风速u10ms1白天太阳辐射阴天的白天或夜间有云的夜晚薄云遮天或低云510云量41023ab1稳定度级别中a为强不稳定b为不稳定c为弱不稳定d为中性e为较稳定f为稳定2稳定度级别ab表示按ab级的数据内插3夜间定义为日落前一小时至日出后一小时4不论何种天气状况夜间前后各一小时算作中性5强太阳辐射对应于碧空下的太阳高度角大于60的条件弱太阳辐射相当于碧空下太阳高度角为1535

第四章大气扩散浓度估算 54页PPT文档

第四章大气扩散浓度估算 54页PPT文档

∵ 由查表或将式级数展开可得：
eay2 dy eay2 dy

0
0
2a
y 2eay2 dy 0

3
4a 2

3
代入②式： 2y

4a 2

1 2a
，a 1
22y
……………⑤；
2a
同理得：b
1
2z2
……………⑥
将①、⑤、⑥代入④中，得：

城区及近郊
1.303
1/3
2/3
21000>Qh ≥2100
农村或城市远郊区 0.332
3/5
2/5
且 ΔT≥35K
城区
0.292
3/5
2/5
当
Z2≤200m，u

u1(
Z2 Z1
)m
；
当
Z2>200m，u

u1(
200)m Z1
式中：u1-附近气象台（站）高度5 年平均风速，m/s；m-
。
Z1-附近气象台（站）高度5 年平均风速，m/s；Z2-烟囱出口处高度，m；
1）只考虑动力上升的烟羽抬升公式
a.勒普公式： 1.5Vsd


u

2）以热力抬升为主的公式
a.霍兰德(Holland)公式：
b.史密斯公式： dVus1.4
H

usD(1.52.7Ts Ta
u
Ts
D)
(1.5usD9.79106Qh)/ u
（1）实源作用：由于坐标原点原选在地面上，现移到源高为H处， 相当于原点上移H，即原式⑧中的Z在新坐标系中为（Z-H）,不考 虑地面的影响，则：

大气扩散浓度估算模式

大气扩散浓度估算模式

§第三节 污染物浓度的估算
2. 扩散参数的确定
（1）P－G曲线法
P－G曲线由.根据常规气象资料估算 再由Gifford制成方便的图表
§第三节 污染物浓度的估算 P－G曲线的应用

根据常规资料确定稳定度级别
§第三节 污染物浓度的估算

利用扩散曲线确定 y和 z
§第三节 污染物浓度的估算
H =0.362QH x u
1/3 2/3 1/3 2/3
1 1
H =1.55QH H s u
H =0.332QH 3/5 H s 2/5
3/5 3/5 6 / 5
x*=0.33QH H s u
§第三节 污染物浓度的估算
（3）我国国家标准（GB/T13201-91)中规定的公式


0
源强积分式
（单位时间物料守恒）
q




ucdydz
§第二节 高斯扩散模式
q y2 z2 c( x, y , z ) exp[ ( )] 2 2 2 y 2 z 2πu y z
§第二节 高斯扩散模式
高斯烟流中心线上的浓度分布
§第二节 高斯扩散模式
3. 高架连续点源扩散模式
熏烟型的污染示意图
§第四节 特殊气象条件下的扩散模式
• 例题4-6： • 某电厂烟囱有效高度150m，SO2排放量151g/s。 夜间和上午地面风速为4m/s，夜间云量3/10。 若清晨烟流全部发生熏烟现象，确定下风向 16km处的地面轴线浓度。
例题4-6
• 解：夜间u=4m/s、云量=3/10时，由表4-3查 得稳定度为E级。由E级和x=16km查表4-4得 σy=544m，σz=100m。则求得：

大气污染控制工程课件大气扩散浓度估计模式

大气污染控制工程课件大气扩散浓度估计模式
x＜10Hs △H=0.362 QH1/3x2/3u-1
x＞10Hs △H =1.55 QH1/3 Hs 2/3 u-1 当QH＜21000 kW时,
x＜3x* △H =0.362 QH1/3x1/3 u-1 x＞3x* △H =0.332 QH3/5Hs 2/5
x* = 0.33 QH2/5 Hs 5/3 u -6/5 x*：大气湍流特征距离 x＞x* 时， 大气湍流对烟 气抬升起主要作用。
2

Q
2 u y z
exp[( y2
2
2 y

(z H)2
2
2 z
)]
P点的实际污染物浓度应为实源和像源作用之和，即
ρ =ρ 1+ρ 2
(x, y, z, H)
Q
y2
(z H)2
(z H)2
exp[( ){exp[
] exp[
]}
2 u y z
2
2 y
H2
2
2 z
)
(2)地面轴线浓度模式
地面浓度是以x轴为对称的，轴线x上具有最大值、 向两侧（如y方向）逐渐减小，由式 (4—8)在y＝0 时得到地面轴线浓度。
(x,0,0, H )

Q
u y z
exp(
H2
2
2 z
)
(3)地面最大浓度(地面轴线最大浓度)模式
σy和σz是(x距,0离,0x,的H函) 数，u而Q且y随z exx的p增(大2H而2z2增) 大。
高斯公式要求u≥1m/s, 当u＜1m/s时就不用高斯模 式而用其它模式处理。
变量 实际计算时风速如何取 ? 烟流抬升相对稳定后 整个烟云垂直范围内的平均风速。
六、高斯模式使用条件

大气污染物的浓度预测模式课件

大气污染物的浓度预测模式课件

横 向 扩 散 参 数 幂 函 数 表 达 式 数 据
（ 取 样 时 间 为 小 时 ）
0.5
稳定度等级
α
2
γ
2
下风距离,m 0~300 300~500 >500 0~500 >500 0~500 >500
1.12154 A 1.52360 2.10881 B 0.964435 1.09356 0.941015 1.00770 0.917595 0.838628 C~D 0.756410 0.815575 0.826212 D 0.632023 0.555360 0.776864 D~E 0.572347 0.499149 0.788370 E 0.565188 0.414743 0.784400 F 0.525969 0.322659
地面浓度扩散模式
我们时常关心的是地面浓度而不是任一点的浓度。 当z＝0时，由
( z H e )2 ( z H e )2 Q y2 C ( x, y, z ) exp( 2 ) {exp ) exp ) } 2 2 2 u y z 2 y 2 z 2 z
0.0799904 0.00854771 0.000211545 0.127190 0.0570251 0.114682 0.0757182 0.106803 0.126152 0.235667 0.136659 0.104634 0.400167 0.810763 0.111771 0.528992 1.03810 0.0927529 0.433384 1.73241 0.0620765 0.370015 2.40691
高斯扩散模式中σy、σz的确定P117
（1）有风情况下扩散参数σy和σz的确定(u10≥1.5m/s)

4大气污染浓度估算模式

4大气污染浓度估算模式

4大气污染浓度估算模式气污染是指空气中存在的有害物质的浓度超过了对人类和环境健康的安全限值。

为了准确估算大气污染浓度，科研人员提出了多种模式，以下介绍四种常用的大气污染浓度估算模式。

1.高斯模型高斯模型是一种常用的空气污染浓度估算模式，也被称为点源模型。

这种模型假设污染物在大气中的传输和扩散过程符合高斯分布，即呈现出一个钟形曲线。

它通过输入源点的位置、排放速率、周围环境条件等参数，估算出不同距离和方向上的浓度。

高斯模型适用于估算点源的扩散浓度，如烟囱排放的污染物。

2.插值模型插值模型是一种基于测量而非计算的方法，用于估算大范围区域内的污染物浓度。

它通过采集分布在空间上的有限浓度数据点，并通过数学插值技术来推断其他地点的浓度。

插值模型可以更好地描述污染物随空间变化的趋势和分布规律。

常用的插值方法包括反距离权重插值法、克里金插值法等。

3.气象-扩散模型气象-扩散模型是一种综合考虑大气环境条件和物质扩散规律的模型。

它根据气象因素（如风速、风向、湍流强度等）和地理地形（如高度、植被覆盖等）等参数，模拟污染物的输送和扩散过程。

气象-扩散模型可以提供更准确的大范围区域内的污染物浓度预测，适用于城市、地区或国家层面的空气质量评估。

4.化学传输模型化学传输模型是一种综合考虑化学反应和扩散过程的模型，用于估算大范围区域内的污染物浓度。

它通过输入大气环境条件、污染物排放源的位置和排放量等参数，模拟和计算污染物在大气中的传输、转化和沉降过程。

化学传输模型可以评估不同化学物质的影响，预测和分析复杂的气象和污染过程。

这四种大气污染浓度估算模式各有优势和适用范围，可以根据具体情况选择合适的模型进行预测和分析。

大气污染物的浓度预测模式PPT课件

大气污染物的浓度预测模式PPT课件
大气环境影响评价
1. 大气环境影响评价概述
2. 大气污染源调查与评价
3. 污染气象参数调查
4. 大气环境质量状况调查
5. 大气污染物的浓度预测模式
6. 大气环境污染控制管理
5. 大气污染物的浓度预测模式
点源扩散的高斯模式
点源扩散高斯模式中参数的选取 非点源大气污染物扩散预测 特殊情况下大气污染物预测模式
(5-20)
3. 非点源大气污染物扩散预测
（1）连续线源扩散模式 ： （P113）
在高斯模式中，连续线源等于连续点源在线源长度上的 积分。直线型线源等简单情形，可求出连续线源浓度的解
析公式（线源与风向垂直、平行、成一定角度）。
（2）连续面源扩散模式： （P114）
积分法 虚点源法（后退点源）
γ2——铅直扩散参数回归系数； x—— 距排气筒下风向水平距离，m；
稳定度等级 A B B~C C C~D D D~E E F
α
1
γ
1
下风距离,m 0~1000 >1000 0~1000 >1000 0~1000 >1000 0~1000 >1000 0~1000 >1000 0~1000 >1000 0~1000 >1000 0~1000 >1000 0~1000 >1000
推导得到地面浓度模式：
He2 y2 C ( x, y,0) exp( 2 ) exp( 2 ) u y z 2 y 2 z Q
掌握
地面轴线浓度扩散模式
地面浓度以X轴为对称，X轴上具有最大值，向两侧（Y 方向）逐渐减小。因此，地面轴线浓度是我们所关心的。
当y=0，z＝0时，由
高斯扩散模式中σy、σz的确定P117

第4章 大气污染浓度估算模式1

第4章 大气污染浓度估算模式1

48～75 60 0.3
76～100 85 0
第三节 污染物浓度的估算
1、烟气抬升高度的计算
烟囱有效高度 H=烟囱实际高度 Hs+烟气抬升高度 ∆H
产生烟气抬升有两方面的原因： 产生烟气抬升有两方面的原因： • 烟囱出口烟气具有一定的初始动量：初始动量的大小决定于烟气 烟囱出口烟气具有一定的初始动量： 出口流速与烟囱出口内径。 出口流速与烟囱出口内径。 • 由于烟温高于周围气温而产生一定的浮力。浮力大小主要取决于 由于烟温高于周围气温而产生一定的浮力。 烟气于周围环境的温差。 烟气于周围环境的温差。 • 平均风速、风速垂直且编辑大气稳定度等对烟气抬升均有影响。 平均风速、风速垂直且编辑大气稳定度等对烟气抬升均有影响。
常用的烟气抬升计算公式
霍兰德(Holland)公式 霍兰德(Holland)公式 (Holland) 适用于中性大气 用于非中性大气时： 用于非中性大气时： • 对于不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%； 对于不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%； 10% • 对于稳定条件，烟气抬升高度减少10%-20%； 对于稳定条件，烟气抬升高度减少10%-20%； 10%
vsD Ts − Ta 1 ∆H = (1.5 + 2.7 D) = (1.5vs D + 9.6 ×10−3QH ) Ts u u
参数符号见教材P90。 参数符号见教材 。
普遍认为，霍兰德公式比较保守，特别是当烟囱高、热释放率强时偏差更大 普遍认为，霍兰德公式比较保守，特别是当烟囱高、
Briggs公式 Briggs公式 适用因此分析方法到处得用实测资料推算的常规项。 适用因此分析方法到处得用实测资料推算的常规项。计算至于实测 值比较接近，应用较广。 值比较接近，应用较广。 适用于不稳定和中性大气条件下： 适用于不稳定和中性大气条件下：

大气污染课后答案4章

大气污染课后答案4章

四章大气扩散浓度估算模式4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。

设有效源高为H，污染源到峭壁的距离为L，峭壁对烟流扩散起全反射作用。

试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。

当吹北风时，这一模式又变成何种形式？解：吹南风时以风向为x轴，y轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。

若不存在峭壁，则有现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和。

实源虚源因此+=刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。

4.2 某发电厂烟囱高度120m，内径5m，排放速度13.5m/s，烟气温度为418K。

大气温度288K，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s。

试用霍兰德、布里格斯（x<=10Hs）、国家标准GB/T13201－91中的公式计算烟气抬升高度。

解：霍兰德公式。

布里格斯公式且x<=10Hs。

此时。

按国家标准GB/T13201－91中公式计算，因QH>=2100kW，Ts－Ta>=130K>35K。

（发电厂位于城市近郊，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3）4.3 某污染源排出SO2量为80g/s，有效源高为60m，烟囱出口处平均风速为6m/s。

在当时的气象条件下，正下风方向500m处的，试求正下风方向500m处SO2的地面浓度。

解：由《大气污染控制工程》P88（4－9）得4.4解：阴天稳定度等级为D级，利用《大气污染控制工程》P95表4－4查得x=500m 时。

将数据代入式4－8得。

4.4 在题4.3所给的条件下，当时的天气是阴天，试计算下风向x=500m、y=50m处SO2的地面浓度和地面最大浓度。

解：阴天稳定度等级为D级，利用《大气污染控制工程》P95表4－4查得x=500m 时。

将数据代入式4－8得。

4.5 某一工业锅炉烟囱高30m，直径0.6m，烟气出口速度为20m/s，烟气温度为405K，大气温度为293K，烟囱出口处风速4m/s，SO2排放量为10mg/s。

第04章 大气污染浓度估算模式1

第04章 大气污染浓度估算模式1

颗粒物扩散模式
粒径小于15µm的颗粒物可按气体扩散计算 的颗粒物可按气体扩散计算 粒径小于 大于15µm的颗粒物：倾斜烟流模式 的颗粒物： 大于 的颗粒物
(1 + a ) q y2 ( H − vt x / u ) 2 c( x, y , 0, H ) = exp( − 2 ) exp[ − ] 2σ y 2σ z2 2πuσ yσ z d p2 ρp g vt = 18µ
Q
∫ ∫
−∞
∞
∞ −∞
uCdydz
= Q
u y 2 z 2 C (x, y , z ) = exp − + 4πx k y k z 4 x k y k z
由于x=ut，并令: σ y2 = 2kyt，σz2 = 2kzt。 可得高斯公式的标准形式 ，并令 由于
σ 增大，第一项减小， 上式，x增大，则 σ y 、 z 增大，第一项减小，第二 增大， 上式， 增大 项增大，必然在某x 项增大，必然在某 处有最大值
高架连续点源扩散模式
地面最大浓度模式（续）： 地面最大浓度模式（
设
σy
实际中成立） σ z = const （实际中成立）
dc( x,0,0, H ) =0 dσ z
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式 =0代入上式 地面轴线浓度模式：
H2 c( x,0, 0, H ) = exp( − 2 ) 2σ z πuσ yσ z q
地面最大浓度模式： 地面最大浓度模式：
考虑地面轴线浓度模式
H2 c( x,0,0, H ) = exp( − 2 ) 2σ z πuσ yσ z q
由高斯假定2： 由高斯假定 ：大气是稳定且有主导风向
∂C = 0 ②污染物的浓度分布不再随时间的变化 ∂t 有主导风向，如果设为x方向 在另外两个方向速度应为零， 方向， 有主导风向，如果设为 方向，在另外两个方向速度应为零，

大气污染控制工程 大气扩散浓度估算模式

大气污染控制工程 大气扩散浓度估算模式
1.利用高斯扩散模式计算污染物浓度
• 主要参数：
uQ、 、H、x、y、 zy、 z
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四、污染物浓度的估算
2.烟气抬升高度的计算
有效源高
• 起因与两种形式
热力：温度垂直分布不均。 机械：风速分布不均匀
及地面粗糙度。
• 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。
3
一、大气污染物扩散的基本描述
2.湍流扩散的基本理论
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，将浓度梯度作为物质扩散的驱动力； ➢ 应用欧拉法研究每一空间位置上运动质点的特征量； ➢ 基本参数：湍流扩散系数K；气象资料：风速及K的垂直廓线； ➢ 限制条件：小尺度湍涡。
拉格朗日法(质点系法)：跟踪 并研究每个流体质点的运动情 况，把它们综合起来以掌握整 个流体运动的规律。
5
一、大气污染物扩散的基本描述
3.大气污染物浓度估算模式
概念：模拟大气污染物的输送、扩散、迁移过程，预测在 不同污染源条件、气象条件及下垫面条件下某污染物浓度 时空分布的数学模型，是大气中污染物迁移和扩散规律的、 简单化的数学描述。 应用：城市、区域、全球的气象、气候和大气污染研究。
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三、高斯扩散模式
2.高斯扩散模式的假定
① 污染物浓度在y、z风 向上分布为正态分布; ② 全部高度风速均匀稳 定; ③ 源强是连续均匀稳定 的; ④ 扩散中污染物质量守 恒 ⑤ （不考虑转化）。
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三、高斯扩散模式
3.高斯扩散模式的推导
x方向的扩散通量； k—— 湍流扩散系数,
m2/s。
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✓ 作为法规模型支持空气质量评估和大气污染控制规划制定； ✓ 作为研究工具识别大气输送与扩散机理。
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y 、 z 是 y、 z 对x微分，令 x = 0 ，得：
' '
H =
2
( y ' z y z ' ) z 2
y z
2
假定 y = m z y
= m z
代入上式
'
H = 2 z
2
z
x = xmax
max
Q H 2 = exp( ) 2 2 z u y z
H = 2
（4－11） （4－10）
地面连续点源扩散模式
高架连续点源扩散模式
Q y2 ( z -H ) 2 ( z H )2 ( x，y，z，H ) = exp( ) exp[ ] exp[ ]（4－7） 2 2 2 2 y 2 z 2 z 2 u y z
扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法
稳定度分类方法

改进的P－T法 太阳高度角 （书97页式4-29，地理纬度，倾角） 辐射等级 云量 稳定度
（加地面风速）
扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法
扩散参数的选取

扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）
s y = 1 x a ,s z = x a
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
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 s y 和 s 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
max
Q H 2 = exp( ) 2 2 z u y z
z
地面连续点源扩散模式：（由4－7式，令H=0得到）
Q y2 ( x，y，0，0) = exp( ) 2 2 y u y z
（4－12）
相当于无界源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍） 前面介绍:无界空间连续点源扩散模式
Q y2 z2 ( x，y，z ) = exp ( ) 2 2 2 z 2 u y z 2 y
= 8.569 103 (mg / m3 )
②下风向500m点浓度贡献：
Q H2 ( x,0,0, H ) = exp( ) 2 2 z uexp( ) 2 3.14 5.98 38.7 17.8 2 17.8 = 0.023( mg / m3 )
H = vs D T T 1 (1.5 2.7 s a D) = (1.5vs D 9.6 10 3 QH ) Ts u u

Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下， 偏差较大，适用于中小型烟源。
烟气抬升高度的计算
（2）布里格斯（Briggs）公式：适用不稳定及中性大气条件
当QH 21000kW时 x 10 H s x 10 H s
当QH 21000kW时 x 3x * x 3x * H =0.362QH1/3 x1/3 u H =0.332QH 3/5 H s 2/5
6 / 5 1
H =0.362QH x u
1/3 2/3 1/3 2/3
（4－9）
（3）地面最大浓度及位置： 考虑地面轴线浓度模式
Q H2 ( x，0，0，H ) = exp （ ） 2 2 z u y z
Q H2 = exp( ) 2 2 z u y z
y、 z
是距离X函数，上式对X取偏微分
y ' z ' H 2 z ' Q = exp 2 2 3 x u y z z y z y
高斯模式的有关假定

坐标系
右手坐标，y为横风向，z为垂直向

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）
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 ay2 bz2 任一点的浓度分布 ( x，y，z) = A( x)e e 方差的表达式 2 y
解：（1）利用Holland公式：
vs D Ts Ta 13.5 5 418 288 H = D = 5 m = 96.2m 1.5 2.7 1.5 2.7 Ts 4 418 u
（2）利用Briggs公式计算热释放速率：
T 2 418 288 QH = 0.35PaQV = 0.35 1013.25 5 13.5 kW Ts 418 4
x = xmax
H = 2

表4-4
帕斯奎尔曲线的 y 和 z 值
(m)
补充：例题 某化工厂投产后，烟气中SO2排放量8×104mg/s， 排气筒高度50m。平均烟气抬升高度10m，风速4m/s， 试预测距地面10m，大气稳定度D级①设排气筒下风向 500m，距排气筒平均风向轴线水平垂直距离50m处一个点 所增加SO2浓度。②对下风向500m的点浓度贡献。
H = n0Q H u = 1.303 292361/ 3 1202 / 3 41 m = 236.9m
n1 H n2 s
1
可见，不同公式的计算有相当大的差别。 Holland公式的计算结果明显偏小，Briggs公式的结果最大。
2.扩散参数的确定
P－G扩散曲线法
P－G曲线: Pasquill常规气象资料估算 s y 和 s z Gifford制成图表

像源的贡献：
Q y2 ( z +H ) 2 2 = exp ( ) 2 2 2 z 2 u y z 2 y
Q y2 ( z -H ) 2 ( z H )2 ( x，y，z，H ) = exp( ) exp[ ] exp[ ] 2 2 2 2 y 2 z 2 z 2 u y z
解：①计算排气筒距地面几何高度50m处风速
H = 50 10 = 60m
P80查表3－3，大气稳定度D级,城市 m = 0.25 H Z 50 u = u1 ( )m = u10 ( s )m = 4 ( )0.25 = 5.98m / s Z1 10 10 由下风向距离500m，稳定度D级，计算
1 1
H =1.55QH H s u
x*=0.33QH 3/5 H s3/5 u
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
补充例题：
某发电厂烟囱高度120m，内径5m，排烟速度13.5m/s， 烟气温度418K。大气温度288K，大气为中性层结， 源高处的平均风速为4m/s。用Holland、Briggs（x 10Hs） 和国家标准GB/T 13201-91中的公式计算烟气抬升高度。
q 源强
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 烟气温度：浮力
烟气抬升高度的计算
抬升高度计算式
（1）霍兰德 （Holland）公式：适用于中性大气条件 （修正：稳定时减小10％～20％ ，不稳时增加10％～20％）
湍流扩散的特点

湍流扩散比分子扩散快105～106倍 风：平流输送为主，风大则湍流大
湍流扩散理论
主要阐述湍流与烟流传输过程中污染物浓度衰减的变化 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
萨顿实用模式
高斯模式:正态分布
4.2 高斯扩散模式
= 29236kW 21000kW
而且x 10Hs，因此：
H = 0.362Q x u = 0.362 29236 10 120 41 m = 314.8m
1/3 H 2/3 1/3 2/3
1
（3）利用国家标准（GB/T 13201-91）中规定的方法： 因为QH>21000kW,且（Ts-Ta）>35K，所以取城市近郊区的值。 则：
=

0
y 2 dy


0
dy
z2 =




0
z 2 dz


0
dz
由假定d
源强积分式
（单位时间物料守恒）
p 未知数：浓度c，待定函数A(x)，待定系数a,b（ = 2 s ） 四个方程式有四个未知数，故方程式可解。 Q A( x) = 2 u y z 积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式
（4－7）
高架连续点源扩散模式
Q y2 ( z -H ) 2 ( z H )2 ( x，y，z，H ) = exp( ) exp[ ] exp[ ] 2 2 2 2 y 2 z 2 z 2 u y z
（1）地面浓度模式： 上式中，z=0，地面浓度：
1 2 2


平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级 工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向 提一级 丘陵山区的农村或城市，同工业区 s 取样时间大于0.5h， z 不变，
Q y2 H2 ( x，y，0，H ) = exp( 2 ) exp （ ） （4－8） 2 2 y 2 z u y z
（2）地面轴线浓度模式：（X轴上浓度） 上式中，y=0，z=0， 2
( x，0，0，H ) =
Q H exp （ ） 2 2 z u y z