大氣污染濃度估算模式

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倍倍湍流的基本概念湍流的基本概念 n 湍流湍流大氣的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)大氣的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) w風(fēng)速的脈動(dòng)風(fēng)速的脈動(dòng)w風(fēng)向的擺動(dòng)風(fēng)向的擺動(dòng)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

2、（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(lèi)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(lèi)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?qǐng)D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 高斯模式高斯模式 3.3.相似理論相似理論 高斯模式的有關(guān)假定高斯模式的有關(guān)假定n坐標(biāo)系坐標(biāo)系 右手坐標(biāo)，右手坐標(biāo)，y為橫風(fēng)向，為橫風(fēng)向，z為垂直向?yàn)榇怪毕騨四點(diǎn)假設(shè)四點(diǎn)假設(shè) wa

3、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)系由正態(tài)分布假定，得下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布由正態(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)式方差的表達(dá)式由假定由假定d 源強(qiáng)積分式源強(qiáng)積分式 （單位時(shí)間物料守恒）（單位時(shí)間物料守恒） 22( , , )( )eeaybzc x y zA x2200ddyy c yc y2200ddzz c zc zd d quc y z222

4、2( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu 2222( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu 鏡像全反射鏡像全反射-像源法像源法n實(shí)源：實(shí)源： n像源：像源：( , , ,)c x y z Hz( , , ,)c x y z Hz2222()( , , ,)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)2222()( , , ,)exp ()222yzyzqyzHc x y z Hu n像源的貢獻(xiàn)像源的貢獻(xiàn)2222

5、()( , , ,)exp ()222yzyzqyzHc x y z Hu n像源的貢獻(xiàn)像源的貢獻(xiàn)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 地地面面濃濃度度模模式式：取取z z0 0代代入入上上式式，得得2222( , ,0,)exp()exp()22yzyzqyHc x yHu 地地面面濃濃度度模模式式：

6、取取z z0 0代代入入上上式式，得得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=0代入上式代入上式22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xHu yz上上式式，x增增大大，則則、 增增大大，第第一一項(xiàng)項(xiàng)減減小小，第第二二項(xiàng)項(xiàng)增增大大，必必然然在在某某x 處處有有最最大大值值地地面面最最大大濃濃度度模模式式：考考慮慮地地面面軸軸線線濃濃度度模模式式22( ,0,0,)exp()2zyzqHc xH

7、u yz上上式式，x增增大大，則則、 增增大大，第第一一項(xiàng)項(xiàng)減減小小，第第二二項(xiàng)項(xiàng)增增大大，必必然然在在某某x 處處有有最最大大值值yz上上式式，x增增大大，則則、 增增大大，第第一一項(xiàng)項(xiàng)減減小小，第第二二項(xiàng)項(xiàng)增增大大，必必然然在在某某x 處處有有最最大大值值地地面面最最大大濃濃度度模模式式：考考慮慮地地面面軸軸線線濃濃度度模模式式 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 ( ,0,0,)0dzc xHmax22zyqcuH

8、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 地地面面源源高高斯斯模模式式（令令H H0 0）：相相當(dāng)當(dāng)于于無(wú)無(wú)界界源源的的2 2倍倍（鏡鏡像像垂垂直直于于地地面面，源源強(qiáng)強(qiáng)加加倍倍）2222( , , ,0)exp ()22yzyzqyzc x y zu 地地面面源源高高斯斯模模式式（令令H H0 0）：相相當(dāng)當(dāng)于于無(wú)無(wú)界界源源的的2 2倍倍（鏡鏡像像垂垂直直于于地地面面，源源強(qiáng)強(qiáng)加加倍倍）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

9、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w 地面反射系數(shù)地面反射系數(shù)2222(1)(/ )( , ,0,)exp()exp222tyzyza qyHv x uc x yHu 2pp18tdgvq 源強(qiáng)源強(qiáng) 計(jì)算或?qū)崪y(cè)計(jì)算或?qū)崪y(cè) 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)uyz1.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)徑煙溫度煙溫度 浮力浮力煙氣抬升煙氣抬升sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升升高高度度有有效效源源高高sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升

10、升高高度度有有效效源源高高抬升高度計(jì)算式抬升高度計(jì)算式 （1） Holland公式公式：適用于中性大氣條件適用于中性大氣條件（穩(wěn)定時(shí)減小，（穩(wěn)定時(shí)減小，不穩(wěn)時(shí)增加不穩(wěn)時(shí)增加1020） HollandHolland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3ssaHs1(1.52.7)(1.59.6 10)sv DTTHDv DQTuu抬升高度計(jì)算式（抬升高度計(jì)算式（續(xù)）續(xù)）（2 2）BriggsBriggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件 H1 1/32/3sH1 1/32/3sH21000kW 10 =0.

11、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抬升高度計(jì)算式抬升高度計(jì)算式 （續(xù)）（續(xù)）（ 3 3 ） 我 國(guó)） 我 國(guó) “ 制 訂 地 方 大 氣 污 染 物 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) 的 技 術(shù) 方制 訂 地 方 大 氣 污 染 物 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) 的 技 術(shù) 方法法”(GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式 12Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12100kW()35K =0.35

12、 1700kW2100kW1700 =() 4002(1.50.01)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)PG曲線法曲線法PG曲線曲線Pasquill常規(guī)氣象資料估算常規(guī)氣象資料估算Gifford制成圖表制成圖表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(jí)別根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級(jí)別PG曲線

13、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由由曲曲線線（圖圖4-5）反反查查出出w由由曲曲線線（圖圖4 4- -4 4）查查w由由式式（4 4- -1 10 0）求求出出yHmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲曲線線（圖圖4-5）反反查查出出w由由曲曲線線（圖圖4 4- -4 4）查查w由由式式（4 4- -1 10 0）求求出出y穩(wěn)定度分類(lèi)方法穩(wěn)定度分類(lèi)方法n改進(jìn)的改進(jìn)的PT法法 太陽(yáng)高度角太陽(yáng)高度角 （式（式4-29，地

14、理緯度，傾角），地理緯度，傾角） 輻射等級(jí)輻射等級(jí) 穩(wěn)定度穩(wěn)定度 云量云量（加地面風(fēng)速）（加地面風(fēng)速） 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(jí)向不穩(wěn)定方向提半級(jí)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(jí)，級(jí)，D、E、F向不穩(wěn)定方向向不穩(wěn)定方向提一級(jí)提一級(jí)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主要指氣象條件與高

15、斯模式不一樣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)際中溫度層結(jié)構(gòu)均一，實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)）難以實(shí)現(xiàn)） 封閉型擴(kuò)散模式封閉型擴(kuò)散模式n相當(dāng)于兩鏡面之間無(wú)窮次全反射相當(dāng)于兩鏡面之間無(wú)窮次全反射n實(shí)源和無(wú)窮多個(gè)虛源貢獻(xiàn)之和實(shí)源和無(wú)窮多個(gè)虛源貢獻(xiàn)之和 nn為反射次數(shù)，在地面和逆面為反射次數(shù)，在地面和逆面n實(shí)源在兩個(gè)鏡子里分別形成實(shí)源在兩個(gè)鏡子里分別形成n個(gè)像個(gè)像22(2)exp2zyzqHnDCu 計(jì)算簡(jiǎn)化：計(jì)算簡(jiǎn)化：1.當(dāng)當(dāng)（尚尚未未到到封封閉閉階階段段）w（煙煙流流半半寬寬度度）w查查PG曲曲線線w4-9式式計(jì)計(jì)算算 地地面面軸軸線線濃濃度度Dxx2.15zDHDx1.當(dāng)當(dāng)（尚尚未未到到封

16、封閉閉階階段段）w（煙煙流流半半寬寬度度）w查查PG曲曲線線w4-9式式計(jì)計(jì)算算 地地面面軸軸線線濃濃度度Dxx2.15zDHDx011d1DzDD2.當(dāng)當(dāng)，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數(shù)數(shù)為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD011d1DzDD2.當(dāng)當(dāng)，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數(shù)數(shù)為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD2.當(dāng)當(dāng)，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數(shù)數(shù)為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuDDD2xxx3. DxxD2xx內(nèi)內(nèi)插插（假

17、假定定變變化化為為線線性性），按按z值值插插值值DD2xxx3. DxxD2xx內(nèi)內(nèi)插插（假假定定變變化化為為線線性性），按按z值值插插值值假設(shè)：假設(shè)： D 換成換成h hf f（垂向均勻分布）；（垂向均勻分布）；q q只包括進(jìn)入混合層部分，只包括進(jìn)入混合層部分， 則仍可用上面公式則仍可用上面公式 22211exp()d22( , ,0,)exp(), ()/22pFfzyffyfqPPyx yHPhHuh2.15152.158oyyfyH tgH城市大氣擴(kuò)散模式城市大氣擴(kuò)散模式1.線源擴(kuò)散模式線源擴(kuò)散模式w無(wú)無(wú)限限長(zhǎng)長(zhǎng)線線源源n風(fēng)風(fēng)向向和和線線源源不不垂垂直直時(shí)時(shí) （交交角角 4 45 5o

18、 o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHuw無(wú)無(wú)限限長(zhǎng)長(zhǎng)線線源源n風(fēng)風(fēng)向向和和線線源源不不垂垂直直時(shí)時(shí) （交交角角 4 45 5o o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHu2122L21( ,0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPuw有限長(zhǎng)線源有限長(zhǎng)線源2122L21( ,0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPuw有限長(zhǎng)線源有限長(zhǎng)線源2.面源擴(kuò)散模式面源

19、擴(kuò)散模式w大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高40m；單個(gè)排放量單個(gè)排放量 O3SOx or NOx + NH3 + OH - (NH4)2SO4 or NH4NO3SO2 + OH - H2SO4NO2 + OH - HNO3VOC + OH -Orgainic PM OH Air Toxics(POM, PAH, Hg(II), etc.) Fine PM(Nitrate, Sulfate, Organic PM) NOx + SOx + OH (Lake Acidification, Eutrophication) MeteorologyProcessorEmis

20、sionProcessorAir QualityModelSMOKEorRAMSorPAVEMeteorologyProcessorEmissionProcessorAir QualityModelSMOKEorRAMSorPAVE/asmdnerl/models3/n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常的假定難以成立n對(duì)風(fēng)向穩(wěn)定、研究尺度不大、地形較為開(kāi)闊及起伏不大的地區(qū)，濃對(duì)風(fēng)向穩(wěn)定、研究尺度不大、地形較為開(kāi)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w ERT模式模式高斯模式，只對(duì)有效源高進(jìn)行修正高斯模式，只對(duì)有效源高進(jìn)行修正w NOAA和和EPA模式模式NOAA以高斯模式為基礎(chǔ)，對(duì)有效源高進(jìn)行修正以高斯模式為基礎(chǔ)，對(duì)有效源高進(jìn)行修正EPA與與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)行了地形高度修正煙囪高度的計(jì)算煙囪高度的計(jì)算要求：要求：n（1）達(dá)到稀釋擴(kuò)散的作用達(dá)到稀釋擴(kuò)散的作用n（2）造價(jià)最低，造價(jià)最低， 造價(jià)正比于造價(jià)正比于H H2 2n（3 3）地面濃度不超標(biāo)）地面濃度不超標(biāo) n按地面最大濃度計(jì)算按