大氣污染擴散基礎知識（大氣污染治理技術）

大氣污染基本知識大氣的基本物理性質大氣的基本性質連續(xù)性流動性可壓縮性黏性大氣流體大氣的基本物理性質大氣的物理狀態(tài)由四個基本物理量來表示：溫度T氣壓P質量m體積V狀態(tài)方程：描述大氣中這幾個物理量之間的關系式。1.干空氣的狀態(tài)方程

1.干空氣的狀態(tài)方程由于V=1/ρd（其中ρd為干空氣密度），所以干空氣狀態(tài)方程可寫成如下形式：2.濕空氣的狀態(tài)方程P=Pd+Pw式中：

P——濕空氣的總氣壓；Pd和Pw——分別為干空氣和水汽的分壓。ρ=ρd+ρw2.濕空氣的狀態(tài)方程因為Pw/P值很小，故所以，濕空氣的狀態(tài)方程亦可簡化為理論計算中，凡遇到空氣密度問題，一般都用狀態(tài)方程進行計算和分析。

氣象要素——風大氣擴散基礎知識一、主要的氣象要素氣象要素——表示大氣狀況的物理量和物理現(xiàn)象。與大氣污染關系密切的氣象要素主要有：（1）氣溫（2）氣壓（3）空氣濕度（氣濕）（4）風（5）云量云狀（6）能見度風風：空氣在水平方向上運動。包括風向和風速。

測風儀風向風向：是指風的來向，而不是指風的去向。

通常采用8方位或16方位來表示風的方向。某企業(yè)測定風向的簡易裝置。

主要氣象要素大氣污染基本知識大氣擴散基礎知識一、主要的氣象要素氣象要素——表示大氣狀況的物理量和物理現(xiàn)象。與大氣污染關系密切的氣象要素主要有：（1）氣溫（2）氣壓（3）空氣濕度（氣濕）（4）風（風向、風速）（5）云量云狀（6）能見度

（1）氣溫

天氣預報中：

距地面1.5m高、百葉箱內測得的氣溫。表示方法：攝氏溫度（℃）和熱力學溫度（K）。t（K）=t（℃）+273.15（2）氣壓任一點的氣壓值等于該地單位面積上所承受的垂直空氣柱的質量。

（單位：Pa）

1atm＝101326Pa=760mmHg=1013.26mb

近地層高度每升高100米，氣壓平均降低約12.4毫巴（1mb=100Pa)。（3）濕度

表示大氣中水汽含量和空氣潮濕程度的物理量，常用絕對濕度表示。絕對濕度——空氣中水蒸氣分壓力與同溫度下飽和水氣壓的比值，用百分比表示。濕度是決定云、霧、降水等天氣狀態(tài)的重要因素。

（4）風向、風速

風：水平方向的空氣運動。

風向：風的來向，用8方位或16方位表示。

（4）風向、風速

風速：單位時間內空氣在水平方向上運動的距離，單位用m/s或km/s表示。通常氣象臺站測定的風向風速都是指一定時間的平均值。

(km/s)

F——風力級（0～12級）

（5）云

云：是大氣中的水汽凝結現(xiàn)象，是漂浮在空中的大量小水滴、小冰晶或兩者的混合物。從污染的角度考慮，主要關心云量和云高。

云量是云遮蔽天空的層數(shù)。在我國，將天空分為10等份，有幾分天空被云遮蓋，云量就是幾。如：云占天空的1/10，云量記為1。云高：是指云底距地面的垂直距離。

高云（5000m以上）低云（2500米以下）中云（2500～5000m）（6）能見度

在當時的天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景中看到或辨認出目標物的最大水平距離（0~9級，相應距離為50～50000米）

，單位：m、km。

能見度的大小反應了大氣的混濁現(xiàn)象，反映出大氣中雜質的多少。大氣中的霧、水汽、煙塵等，都可使能見度降低。

大氣擴散基礎知識

城市下墊面對大氣污染物擴散的影響影響大氣污染物擴散的因素（1）風對大氣污染物擴散和輸送的影響（2）湍流對大氣污染物的影響（3）大氣穩(wěn)定度與逆溫對大氣污染的影響（4）城市下墊面對大氣污染物擴散的影響（5）地形對大氣污染擴散的影響（6）海陸風對大氣污染物擴散的影響（7）降水對大氣污染擴散城市下墊面對大氣污染物擴散的影響城市下墊面的特點：人口密集、工業(yè)集中、能耗水平高；城市建筑物、水泥路面熱容大，白天吸收太陽輻射快，夜間放熱慢；城市上空籠罩著一層煙霧和二氧化碳，地面有效輻射冷卻效應減弱。后果：城市平均氣溫比鄉(xiāng)村高，氣壓比鄉(xiāng)村低，形成一股從周圍農村吹向城市的特殊氣流——熱島環(huán)流或城市風。由城市熱島效應示意圖可知：城市中心的氣溫高于郊區(qū)，城郊居民區(qū)的氣溫高于農田。城市熱島效應：城市化的發(fā)展導致城市中的氣溫高于外圍郊區(qū)，使城市猶如一個溫暖的島嶼的現(xiàn)象。由于城市熱島的存在，引起空氣在城市上升，在郊區(qū)下沉，在城市與郊區(qū)之間形成小型的熱力環(huán)流，稱為城市風。由于城市風的出現(xiàn)，城區(qū)工廠排出的污染物隨上升氣流而上升，籠罩在城市上空，并由高空流向郊區(qū)，將郊區(qū)工廠的大氣污染物帶到城區(qū)，加上城區(qū)污染源多，使城市的空氣污染更加嚴重。將污染嚴重的工業(yè)企業(yè)布局在城市風的影響范圍之外，避免這些工廠排出的污染物從近地面流向城區(qū)。（4）城市下墊面對大氣污染物擴散的影響大氣擴散基礎知識大氣擴散參數(shù)（σy、σz）的估算大氣擴散參數(shù)（σy、σz）的估算σy、σz下風向距離地面粗糙度大氣穩(wěn)定度大氣擴散參數(shù)（σy、σz）的估算P-G擴散曲線法——帕斯奎爾穩(wěn)定度級別P-G擴散曲線法——吉福德圖表下風向距離與水平擴散參數(shù)關系圖下風向距離與鉛直擴散參數(shù)關系圖P-G擴散曲線法確定σy、σzxσyxσz大氣擴散基礎知識大氣穩(wěn)定度對大氣污染的影響大氣穩(wěn)定度定義：表示大氣中任一高度上的空氣塊在豎直方向上的相對穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度對煙流擴散的影響大氣穩(wěn)定度對煙流擴散有很大影響，不同穩(wěn)定度導致從煙囪排出的煙羽形狀不同。右圖為與穩(wěn)定度有關的五種典型煙流。（a）波浪型（翻卷型）大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對流強烈多出現(xiàn)于太陽光較強的晴朗中午在污染源附近濃度較大，但能很快擴散，污染物很少著地。排入大氣的煙云上下翻滾，沿主導風流動擴散很快，恰似波浪（b）錐型大氣處于中性或弱穩(wěn)定狀態(tài)多出現(xiàn)于多云或陰天的白天，強風的夜晚或冬季夜間煙云離開排放口一定距離后，云軸仍基本保持水平，外形似一個橢圓錐。擴散速度比波浪型低，污染物輸送較遠（c）扇型（長帶型）在煙囪出口處于逆溫層中，上下層大氣均屬于強穩(wěn)定狀態(tài)，幾乎無湍流發(fā)生；多出現(xiàn)于弱晴朗的夜晚和早晨；污染物能傳送到較遠的地方，遇山或高大建筑物阻擋時，污染物不易擴散稀釋，在逆溫層下的污染物濃度較大。（d）爬升型（上揚型、屋脊型）多出現(xiàn)于日落后，因地面有輻射逆溫大氣穩(wěn)定。高空受冷空氣影響大氣不穩(wěn)定；煙云的下側邊緣清晰，呈平直狀，而其上部出現(xiàn)湍流擴散；若煙囪高度處于不穩(wěn)定層時，煙氣中污染物不向下擴散，只向上方擴散，這種煙型對地面污染較輕。（e）漫煙型（熏煙型）多發(fā)生在日出之后8~10點之間，由于地面增熱，低層空氣被加熱，使下層輻射逆溫被逐漸破壞，而此時上層大氣仍處于逆溫狀態(tài)；煙囪上面的逆溫層就像一個“鍋蓋”，阻止煙氣向上擴散，大量下沉；在污染源附近的下風向，地面污染物濃度很高，造成嚴重污染。大氣穩(wěn)定度對煙流擴散的影響大氣穩(wěn)定度對煙流擴散有很大影響，不同穩(wěn)定度導致從煙囪排出的煙羽形狀不同。右圖為與穩(wěn)定度有關的五種典型煙流。

風對大氣污染物擴散和輸送的影響大氣污染基本知識大氣擴散基礎知識風對大氣污染物擴散和輸送的影響影響方面：風向、風速。風向：影響污染物的水平遷移擴散方向，風總是不斷將污染物向下風方向輸送，污染區(qū)總是分布在下風方向，高污染濃度常出現(xiàn)在污染源的下風向。風速：決定了大氣擴散稀釋作用的強弱和對污染物輸送距離的遠近。

風速越大，單位時間內混入煙氣中的清潔空氣愈多，大氣擴散稀釋作用越強；風速越大，污染物輸送的距離越遠，使污染物濃度變低。通常，污染物在大氣中的濃度與平均風速成反比，風速增大一倍，下風向污染物濃度將減小一半。風對大氣污染物擴散和輸送的影響風速廓線——風速隨高度變化的曲線1）對數(shù)律風速廓線表達式：式中：

——某高度z處的平均風速，m/s；u*——摩擦速度，m/s；k——卡門常數(shù)，k=0.44；z0——地面粗糙度，cm。地面類型z0具有代表性的z0草原農作物地面分散的樹林分散的大樓（城市）密集的大樓（大城市）1～1010～3030～100100～40040031030100＞300風速廓線模式—對數(shù)律風速廓線和指數(shù)律風速廓線。風速廓線——風速隨高度變化的曲線2）指數(shù)律風速廓線數(shù)學表達式：式中：

——欲求高度z上的風速，m/s；

——已知高度z1上的風速，

m——風速指數(shù)，隨湍流強度加強而降低。穩(wěn)定度極不穩(wěn)定不穩(wěn)定弱不穩(wěn)定中性弱穩(wěn)定穩(wěn)定m0.100.150.200.250.300.30不同穩(wěn)定度的m值大氣污染基本知識大氣擴散基礎知識

海陸風對大氣污染物擴散的影響影響大氣污染物擴散的因素（1）風對大氣污染物擴散和輸送的影響（2）湍流對大氣污染物的影響（3）大氣穩(wěn)定度與逆溫對大氣污染的影響（4）城市下墊面對大氣污染物擴散的影響（5）地形對大氣污染擴散的影響（6）海陸風對大氣污染物擴散的影響（7）降水對大氣污染擴散海陸風對大氣污染物擴散的影響1、海風的形成特點白天，海域吸收太陽輻射增溫比陸地慢，水陸的溫差引起空氣密度差，即白天水域上的空氣密度比鄰近陸面上的空氣密度大，陸面上熱而輕的空氣上升，水域上的空氣流向陸地補充，形成海風。2、陸風的形成特點夜晚，陸地降溫比海域快，水面上的空氣密度比陸面上的小，空氣上升，陸面上的空氣流向水面，形成陸風。海陸風對大氣污染物擴散的影響海陸風是一種局地熱力環(huán)流。白天陸地上的污染物隨氣流上升后，在上層流向海洋，下沉后有可能部分的被海風帶回陸地；同時，夜間被陸風吹向海洋的污染物，白天也有可能部分的返回陸地，形成重復污染。海陸風對大氣污染物擴散的影響海邊工廠必須考慮海陸風的影響。山谷風對大氣污染擴散的影響大氣擴散基礎知識山谷風對大氣污染擴散的影響谷風的形成特點：——白天，山坡吸收太陽輻射增溫比山谷快，山坡氣溫比谷地上同高度的大氣溫度高，氣流沿坡上升，形成由谷地吹向山坡的風，稱為谷風。山谷風對大氣污染擴散的影響山風的形成特點：——夜晚，山坡和山頂比谷地冷卻得快，使山坡和山頂?shù)睦淇諝忭樕狡孪禄焦鹊?，形成山風。山風山谷風形成示意圖晝夜山谷風對大氣污染擴散的影響在山區(qū)夜間，由于輻射冷卻和山風帶至谷中的冷空氣在谷底積聚，形成很強的逆溫層，大氣非常穩(wěn)定。使位于山谷盆地的工廠排放的大氣污染物長期停留谷中難以向外輸送，不易擴散，有可能造成嚴重的大氣污染。因此，山區(qū)建廠時煙囪要有一定高度；建在山下的工程煙囪不得靠近山腳。大氣污染基本知識大氣擴散基礎知識高斯公式的計算例題例題某工廠燃煤10t/h，含硫量為3%，燃燒后有80%的SO2自煙囪排出，若排氣筒有效高度為50m，煙囪出口高度處的風速為5m/s，大氣穩(wěn)定度為中性，在排氣筒下風向500m處，垂直平均風向軸線水平距離50m處的地面所增加的SO2濃度值是多少？（σy=35.7m，σz=17.7m）

SO2的源強：Q=133333.33mg/s

；u=5m/s；σy=35.7m；σz=17.7m；H=50m；x=500m；y=50m；z=0m污染物濃度估算——高斯模式大氣污染基本知識大氣擴散基礎知識一、煙氣在大氣中擴散的計算大氣擴散的基本問題，是研究湍流和煙流傳輸與污染物濃度衰減的關系問題。為了推斷各種條件下污染物傳輸及濃度時空分布規(guī)律，必須將各種污染源、氣象參數(shù)以及下墊面條件下大氣污染過程模式化。

高斯在分析了大量擴散試驗資料的基礎上，應用湍流統(tǒng)計理論得到了正態(tài)分布假設下的擴散模式，即——高斯模式。1、高架連續(xù)點源的高斯擴散模式高斯模型圖（1）高斯模式的建立

假定條件：污染物的平均濃度在y、z軸上的分布符合正態(tài)分布；擴散物質在擴散過程中不發(fā)生衰減，與空氣無相對運動（污染物質量守恒）；在擴散的整個空間中風速是均勻、穩(wěn)定的；污染源的源強為連續(xù)的，均勻的。（2）高架連續(xù)點源擴散模式（高斯模式）式中：C(x,y,z,H)——有效源高H的源在下風向空間點(x,y,z)處造成的濃度（mg/m3）；

H——有效源高，m；Q——源強，單位時間污染源排放的污染物（mg/s）；

——為源高處平均風速（m/s），m/s；

——分別為橫向、豎向方向上任一點煙氣分布曲線的標準偏差，即擴散系數(shù)（m）。根據(jù)高斯模式可求出下風向任一點污染物的濃度當y=0時，C（x，0，z，H）即為煙流中心線上污染物的濃度；當z=0時，C（x，y，0，H）即為污染物的地面濃度；當y=0，z=0時，C（x，,0，0，H）即為煙流地面中心線上污染物的濃度；當z=0，H=0時，C（x，y，0，0）即為地面連續(xù)點源的污染物地面濃度；當y=0，z=0，H=0時，C（x，0，0，0）即為地面連續(xù)點源地面中心線上污染物的濃度。1）地面上任意一點濃度C(x,y,0,H)模式2）地面軸線濃度C(x,0,0,H)模式3）地面最大濃度

廠址選擇大氣污染擴散基礎知識廠址選擇從防止大氣污染的角度考慮，理想的建廠位置：污染物背景濃度?。淮髿鈹U散稀釋能力強；

排放的污染物被輸送到城市或居民區(qū)的可能性最小的地方。廠址選擇（1）背景濃度

背景濃度是指該地區(qū)已有的污染物濃度水平。它是由當?shù)仄渌廴驹春瓦h距離輸送來的污染物造成的。背景濃度超過環(huán)境空氣質量標準的地區(qū)不宜建廠。背景濃度沒有超過環(huán)境空氣質量標準，加上擬建廠造成的污染物濃度以后，若超過環(huán)境空氣質量標準，短期內又無法克服的，也不宜建廠。（2）風向和風速氣候資料

污染源相對居住區(qū)來說，應設在最小頻率風向的上側，使居住區(qū)受害時間最少；

盡量減少各工廠的重復污染，不宜把各污染源配置與最大頻率風向一致的直線上；煙囪及無組織排放量大或廢氣毒性大的工廠，應使其與居住的距離更遠些；污染源應位于農作物和經濟作物抗害能力最弱的生長季節(jié)的主導風向的下側。廠址選擇3）大氣溫度層結的影響由于一般污染物多在距離地面幾百米范圍內進行擴散，所以，離地面幾百米以內的大氣溫度層結對污染物的擴散稀釋過程有重要影響。對污染物擴散最不利的是近地層輻射逆溫和上部逆溫，因此應收集有關逆溫層厚度、高度、強度、出現(xiàn)頻率和持續(xù)時間資料。廠址選擇（3）大氣溫度層結的影響逆溫對高架源污染影響分為兩種情況：高架源出口在逆溫層之中。逆溫層鉛直湍流微弱，鉛直擴散慢，污染源附近的地面濃度反而低。遠距離的地面濃度比沒有逆溫層時要高，高濃度的范圍也大。近地面的逆溫破壞時產生熏煙型擴散，造成高濃度，但時間短，30—60min。高架源排煙口高于逆溫層頂。產生屋脊型擴散，這種情況對擴散最為有利。（3）大氣溫度層結的影響逆溫層對近地面源影響很大，往往在近距離內造成很高的污染物濃度。工廠常用跑、冒、滴、漏等無組織排放，逆溫時地面風速很小，擴散稀釋速率很慢，結果在廠區(qū)內及附近造成高濃度污染。廠址選擇（4）對地形的考慮選擇廠址時應考慮的地形因素有：若山谷很深，且其走向與盛行風交角在45～135°間，谷內風速經常很小，不利于污染物擴散，若有效源高不能超過經常出現(xiàn)靜風及微風的高度，則不宜建廠；有效源高不可能超過下坡風厚度和背風坡湍流區(qū)時，煙流會被氣流下壓導向地面，或因為強烈的鉛直混合擴散到地面，從而引起地面高濃度，不宜建廠；谷底四周山坡上有居民局及農田的，而有效源高又不可能超過山高時，煙氣將直接吹向坡地，造成高濃度，這種谷地不宜建廠。（4）對地形的考慮四周有高地形環(huán)繞的山谷凹地中，經常出現(xiàn)強而厚的逆溫層的地方不宜建廠；煙流雖能過山，但仍可能在背風面形成污染時，不能將居民點布置在背風面污染區(qū)中；在海陸風較穩(wěn)定的大型水域沿岸或山地交界的靠山地段不利于污染物的輸送與稀釋，這類地區(qū)不宜建廠。大氣擴散基礎知識

煙氣抬升高度?H煙氣抬升高度?H煙囪的有效高度H

H=Hs+?HHs?H煙囪的幾何高度煙氣的抬升高度

產生煙云抬升的原因煙云抬升的原因：1煙囪出口處的煙流具有初始動量2出口處煙流溫度高于周圍空氣而產生的凈浮力煙氣本身的因素1環(huán)境大氣因素2下墊面等因素3影響煙云抬升的因素煙氣抬升的過程①噴出階段：這個階段主要依靠煙流本身的初始動量向上噴射。②浮升階段：由于煙流的熱力作用，煙氣密度比空氣小，產生浮力上升。③瓦解階段：當煙氣上升到一定高度后，煙流與空氣混合，失去動量和浮力隨風飄動，發(fā)生較大的波動。④變平階段：這時煙流完全變平，在大氣湍流的作用下，上下左右擴散，使煙流愈擴愈大

煙氣抬升高度?H的估算大氣擴散基礎知識煙氣抬升高度?H的估算煙囪霍蘭德公式1國家標準中規(guī)定的公式2布里吉斯公式3煙氣抬升高度?H的估算1霍蘭德公式煙氣抬升高度?H的估算該式適宜于