(精选)大气污染物扩散模式
大气污染扩散及浓度估算模式概述
大气污染扩散及浓度估算模式概述大气污染是指空气中某些物质或能量的浓度超过了一定的标准，对人类健康、生态系统和环境产生一定危害的现象。
而大气污染扩散及浓度估算模式则是一种基于数学、物理学原理的模拟工具，用来描述和预测大气污染物在大气中的扩散传播过程及其浓度分布情况。
扩散模式的基本原理大气污染物的扩散传播是受到气象条件、地形地貌、大气污染物排放源等多种因素的影响。
因此，扩散模式一般包括了以下几个基本原理：1.对流扩散：大气中的对流运动是造成大气污染物扩散的主要因素之一。
通过对流运动，大气中的污染物会随着空气的流动在近地层逐渐扩散。
2.湍流扩散：湍流是大气中涡动和乱流的运动形式，对大气污染物的扩散传播起着重要作用。
湍流扩散模式一般基于大气边界层内的湍流动力学理论建立。
3.稳定度影响：大气的稳定度会影响大气污染物的扩散情况。
在稳定的大气层中，扩散较小，而不稳定的大气层则容易形成污染物下沉和较大范围的扩散。
4.地形地貌影响：地形地貌会对大气污染物的扩散产生重要的影响，如山脉、山谷等地形特征会对污染物传播产生局部影响。
浓度估算模式的发展随着大气环境科学的发展和计算机技术的进步，大气污染扩散及浓度估算模式得到了长足的发展。
目前，常用的大气污染扩散及浓度估算模式主要包括了以下几种：1.高斯模型：高斯模型是最简单的扩散模型之一，假设大气污染物的传播呈现高斯分布。
其适用于平坦地形、均匀排放源的情况。
2.拉格朗日模型：拉格朗日模型是一种基于粒子运动轨迹的扩散模式，可以更准确地描述污染物的扩散传播路径。
3.欧拉模型：欧拉模型是一种基于流体动力学方程的扩散模型，适用于描述大气边界层内的湍流扩散过程。
4.数值模拟模型：数值模拟模型是最常用的大气污染扩散及浓度估算模式之一，利用数值计算方法对复杂的大气扩散传播过程进行模拟。
应用及展望大气污染扩散及浓度估算模式在环境保护、城市规划、应急响应等领域具有重要的应用意义。
通过对大气污染物的扩散传播过程进行模拟和预测，可以帮助政府及相关部门制定合理的环境政策和控制措施。
大气污染扩散模型
第一节大气污染物的扩散一、湍流与湍流扩散理论1.湍流低层大气中的风向是不断地变化，上下左右出现摆动；同时，风速也是时强时弱，形成迅速的阵风起伏。
风的这种强度与方向随时间不规则的变化形成的空气运动称为大气湍流。
湍流运动是由无数结构紧密的流体微团——湍涡组成，其特征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍然遵循一定的规律。
大气湍流的流动特征尺度一般取离地面的高度，比流体在管道内流动时要大得多，湍涡的大小及其发展基本不受空间的限制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而达到湍流状态。
所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气流受下垫面影响，湍流运动更为剧烈。
大气湍流造成流场各部分强烈混合，能使局部的污染气体或微粒迅速扩散。
烟团在大气的湍流混合作用下，由湍涡不断把烟气推向周围空气中，同时又将周围的空气卷入烟团，从而形成烟气的快速扩散稀释过程。
烟气在大气中的扩散特征取决于是否存在湍流以及湍涡的尺度(直径)，如图5－7所示。
图5－7（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢，其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；图5－7（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散，由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图5－7（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；图5－7（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。
实际上烟云的扩散过程通常不是仅由上述单一情况所完成，因为大气中同时并存的湍涡具有各种不同的尺度。
根据湍流的形成与发展趋势，大气湍流可分为机械湍流和热力湍流两种形式。
机械湍流是因地面的摩擦力使风在垂直方向产生速度梯度，或者由于地面障碍物(如山丘、树木与建筑物等)导致风向与风速的突然改变而造成的。
大气污染物扩散模式
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)
u y z
exp[(
y2
2
2 y
大气污染物迁移与扩散模拟模型
大气污染物迁移与扩散模拟模型近年来，随着工业化的迅猛发展，大气污染问题成为世界各国共同面临的挑战。
大气污染物的迁移与扩散模拟模型的研究，对于理解和预测大气污染物的传播路径和浓度分布具有重要意义。
大气污染物的迁移与扩散过程受到多种因素的影响，包括气象条件、地形地貌和污染源的特征等。
为了将这些复杂情况模拟并预测大气污染物的迁移与扩散，研究者们开发了各种模拟模型。
在大气污染物迁移与扩散模拟模型中，气象条件起着重要的作用。
气象因素如风速、风向和大气稳定度可以直接影响污染物的传播路径和浓度分布。
通过使用气象数据，可以对大气污染物的迁移与扩散进行预测和模拟。
此外，地形和地貌也对大气污染物的传播具有重要影响。
地形中的山脉、山谷和河流等地貌特征会影响风的流动，从而改变污染物的传播路径和浓度分布。
通过对地形和地貌的建模，并与气象数据结合，可以更准确地模拟大气污染物的迁移与扩散过程。
污染源的特征也是影响大气污染物迁移与扩散的重要因素。
不同污染源的类型和排放强度将影响污染物在大气中的浓度分布。
对于不同类型的污染源，研究者们利用不同的排放模型进行模拟和预测。
通过与实际监测数据进行对比验证，可以提高模拟模型的准确性。
在大气污染物迁移与扩散模拟模型的研究中，数学模型和计算机模拟技术起着核心作用。
利用数学和物理方程来描述气象条件、地形地貌和污染源的特征，再结合计算机模拟技术进行模拟计算和预测。
这些模型可以提供各种研究大气污染问题的工具和方法。
近年来，随着计算机性能的提升和数据获取的便捷，大气污染物迁移与扩散模拟模型的研究也得到了迅猛发展。
研究者们不断改进和完善模型，提高其预测准确性和适用性。
同时，也将模型与实际监测数据相结合，对模拟结果进行验证和修正，以提高模拟模型的可靠性。
大气污染物迁移与扩散模拟模型的研究对于环境管理和政策制定具有重要意义。
通过预测和模拟大气污染物的传播路径和浓度分布，可以为各国政府提供科学依据，制定相关政策和措施来减少大气污染。
大气污染控制工程_第四章_大气污染浓度估算模式
太阳高度角
云量
日射等级
稳定度
风速
② 利用扩散曲线确定扩散参数 y 和 z
水平扩散参数
垂直扩散参数
P－G曲线的应用
地面最大浓度估算
由 H 和 z
x xm
H 2
z
由 z ~ x 曲线（图 曲线（图4-5） 反查出 xcmax 由 y ~ x 曲线（图 曲线（图4-4）查 y
( 1 ) 当 Q H 2 1 0 0 k W 和 (Ts Ta ) 3 5 K 时 H n 0Q H
n1
Hs
n2
u
1
Q H = 0 .3 5 Pa Q V
T Ts H 1)
T Ta Ts
(2)当1700 kW Q H 2100 kW 时 Q H 1700 2 400 2 (1 .5 v s D 0 .0 1Q H ) 0 .0 4 8 ( Q H 1 7 0 0 ) H 1= u u (3)当 Q H 1700 kW 或 T 35K 时 H =H 1 (H 2 (1 .5 v s D 0 .0 1Q H ) u ( 4 ) 当 1 0 m 高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于 1 .5 m /s 时 H = H = 5 .5 Q H 1 / 4 ( d Ta 0 .0 0 9 8 ) 3 / 8 dz
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
三、高架点源地面扩散模式
大气污染物扩散模式
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、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 • 取样时间大于0.5h， 不变，
z
y y ( 2 )q 1
2 1
例：在C级大气稳定条件下,求高架点源下风向800米处的扩散参数.
2 qL H2 ( x,0,0, H ) exp( 2 ) 2 z 2 π u z sin
有限长线源
2qL H 2 P2 1 P2 ( x,0,0, H ) exp( ) exp( )dP P 2 z 1 2π 2 2 π u z
37
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式 大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量<0.04t/h
像源的贡献
q y 2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2 π u y z
实际浓度
q y2 ( z H )2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp( 2 ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 y 2 z 2 πu y z
z y
图4-5
图4-4
式4-10
27
例题4-3
计算地面最大浓度.
28
2.中国国家标准规定的方法
• （１）稳定度分类方法
太阳高度角 （式4-29） 辐射等级 稳定度
地面风速
云量
29
2.中国国家标准规定的方法
• （２）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）
空气污染物的扩散模式
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
第04章 大气污染扩散模型——环境保护概论课件PPT
积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式
c(x, y, z)
q
2 u y z
exp[(
y2
2
2 y
z2
2
2 z
)]
高斯烟流的形态
c(x, y, z) q exp[( y 2 z 2 )]
2 u y z
2
2 y
2
2 z
高架连续点源扩散模式
镜像全反射---->像源法 实源： c(x, y, z, H z) 像源： c(x, y, z, H z)
湍流扩散理论
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
➢ 欧拉坐标，固定空间某一点为研究对象 ➢ 理论基础：质量守恒定律，把扩散类似分子扩散，污染物
的扩散速率与负浓度梯度成正比，脉动值用平均值代替。
2.湍流统计理论
➢ 拉格朗日方法，空间微团为研究对象 ➢ 理论基础：解决扩散参数时用二元相关理论：方差、概率 ➢ 泰勒公式；萨顿实用模式；高斯模式
H
n 0Q H n1
H
n2 s
1
u
Q H =0.35
Pa Q V
T Ts
T Ta Ts
(2)当1700kW QH 2100kW 时
H
=H
1
(H
2
H 1)
QH
1700 400
H 1=
2 (1 .5vs D
u
0 .0 1Q H )
0.048(Q H u
1700)
(3)当 QH 1700kW 或 T 35K时
exp(
H2
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
第三章 第四节大气扩散模式
大气环境污染的扩散
大气环境污染的程度，首先决定于污染源
排放的污染物特性和排放总量，其次还与
气象要素、地形等因素有关，其中以气象
要素的影响最为突出。
一、影响大气污染扩散的气象因素 影响污染物在大气中运动的气象 因素主要有风、湍流、逆温和大 气稳定度等。
1、风
风是指空气在水平方向的运动。风的运动规律可
用风向和风速描述。风向是指风吹来的方向。可
用8个方位或16方位表示。风速是指空气在单位时 间内水平运动的距离。 排入大气中的污染物在风的作用下，会沿着下风 向迁移、输送、扩散和稀释，风速越大，污染物 被输送的距离越远，其浓度越低。 大气污染不仅受风向，也受风速的影响。
某一风向频率越大，其下风向受污染的机 率就越高；反之机率越低。也就是说，大 气污染程度与风向频率成正比。 某一风向的风速越大，则下风向的污染程 度越小，因为来自上风向的污染物输送、 扩散和稀释能力加大，使大气中污染物浓 度降低，即大气污染程度与风速成反比。
逆温又静风的条件下。
根据逆温生成的过程，可将逆温分为：
辐射逆温 下沉逆温 平流逆温 锋面逆温
湍流逆温
（1）辐射逆温
在晴空无云（或少云）的夜晚，当风速较小（小于3
米/s）时，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近
地面的气温也随之下降。越接近地面的空气降温越 大，而远离地面的空气降温较小，因而形成了自地 面开始向上的逆温层，如图所示，称作辐射逆温。 随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎
明时达最强。一般日出后，太阳辐射逐渐增强，地
面很快增温，逆温便逐渐自下而上消失。
辐射逆温的生消过程
图为辐射逆温在一昼夜间从生成到消失的过程。 (a)是下午时递 减温度层结；(b)是日落前1h逆温开始生成的情况；随着地面辐 射的增强，地面迅速冷却，逆温逐渐向上发展，黎明时达到最强 (图c)；日出后太阳辐射逐渐增强，地面逐渐增温，空气也随之自 下而上增温，逆温便自下而上的逐渐消失(图d)；大约在上午10 点钟左右逆温层完全消失(图e)。
主要污染物在大气中的扩散与迁移
主要污染物在大气中的扩散与迁移随着城市化的进程加快，汽车尾气、工厂排放等各种污染源不断释放出来的废气大量排入空气中，成为人们面临的主要环境问题。
主要污染物在大气中不断扩散与迁移，直接关系到我们的环境质量和健康安全。
因此，了解主要污染物在大气中的扩散与迁移，对于我们控制空气污染、保护环境，具有重要的意义。
一、主要污染物的种类大气污染物是指在大气中出现的，对环境和公共健康产生不利影响的化学物质和颗粒物。
据统计，目前大气中主要的污染物种类有：二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、可吸入颗粒物。
二、扩散与迁移的方式污染物在空气中的扩散和迁移主要分为三个方面：1、大气稳定度在相同的气流速度和大气的水平运动下，大气稳定度的高低对其传播影响较大。
稳定大气容易形成温度逆压力，温度逆压力会阻碍爆散体向上扩散，使得To垂直高度大约在500m左右;不稳定大气比较会出现垂直波动，更有利于污染物向上扩散。
2、气象条件气象条件主要包括风速、风向以及气团的边界条件等。
共定性地说，风速越大，扩散就越广，污染物要达到同样的浓度阻力或距离的时间也越短。
气象条件的变化，决定了污染物在大气中运动的轨迹。
3、地形条件地形条件对大气运动的影响主要表现在水平流与地面之间的摩擦，如平地与山地，山谷与山间盆地，山地与山地之间的相互影响等。
山区的气流是垂直于地面的，在山草地之间的山谷流线受到制约更强，所以容易出现污染物浓度最大的区域。
山地之间的空气动力学过程比较复杂，需要做详细的大气模型来进行相应的分析。
三、主要污染物的扩散与迁移1、二氧化硫的扩散与迁移二氧化硫是一种颜色无味的气体，臭味难闻，极易接触到鼻黏膜和气管，引起咳嗽、喘息等不适症状。
二氧化硫主要来自于煤炭的燃烧，工业污染等。
二氧化硫的扩散和迁移主要受到地形和大气条件的影响。
处于山区的东南沿海地区，由于地形起伏的影响，山顶易形成对流污染层，增加了空气中的二氧化硫浓度；而在平原地区，则以扩散为主，吸附在颗粒物上进行迁移运输。
大气污染物扩散模式的应用研究综述
A review of the development and application of air pollutant dispersion models ning , Beij ing 100012) Abstract:
Chinese Resear ch A cademy of Envir onmental Science, B eij ing 100012; 2. Chines e A cademy f or Envir onmental PlanT he air po llutant dispersio n mo dels w ere used to simulate char acteristics o f transpo rtat ion and diffu-
工业污染源的排污对大气环境质量有直接的影 响, 同时也直接影响了周围居民的身体健康及生活。 但由于高成本和相关实验的难度 , 对污染物浓度进 行准确的动态分时空监测不是十分可行[ 1] 5393 , 因此 大气污染物扩散模式被广泛地用来模拟预测污染物 的扩散分布情况 , 评估大气环境质量。 大气污染物扩散模式结合污染物浓度和气象资 料定量分析污染物在大气中的输送、 扩散特征。最 初, 模式的研究理论核心是高斯扩散理论 , 应用范围 [ 2] 20 是小尺度 。随着研究的逐渐深入和计算机的发 展, 开始利用计算机进行数值计算 , 突破了高斯扩散 理论均匀平稳湍流的限制 , 可以求解非均匀、 非定常 的污染物扩散问题, 且模式的适用范围向中尺度、 大 尺度扩展。目前 , 数值计算已经成为研究的主流方 法, 研究范围也在逐步扩大。 大气污染物扩散模式的应用受地形、 气象、 大气 污染物的物理化学特征、 污染源特征等多种因素的 制约 , 不同的扩散模式都有各自不同的考虑因素和 适用范围 , 选择恰当的扩散模式能较为准确地模拟 污染物的扩散及分布 , 用于城市环境空气质量预报。 目前 , 已经有许多发展成熟的污染物扩散模式应用
空气污染扩散模式
z y
x
風速 u
點污染源 質量流率 Q
C
Q uyz
exp
1 2
y 2y2
z 2 z2
地面上點污染源的濃度分布圖
然工業上污染物皆是從煙囪上排放污染物出來，在考慮煙囪
有 效 高 度 (He) 後 ， 可 藉 由 z 軸 之 座 標 轉 換 (coordinate transformation)，由 z 轉換變成 z－He，則濃度分布方程式可 重新修正。經積分後得污染物濃度隨不同位置的分布情形：
度。 越小代表探討樣本的一致性(uniformity)越明顯，因此 分布的曲線將愈向中央集中，其所表現出來特性即是曲線最
大值會愈高，反之，若 越大，則意味探討樣榜的差異愈大，
因此曲線的分布會較平緩，且最大值會下降。
(4) 若將方程式(1)針對 x 作無限積分則可得其積分值為 1，亦即
著時間而改變，故 C t 0
(2) 氣流的流動屬於一維(one dimension)現象，僅在 x 方向流動，
則 v = w = 0。
(3) 在氣流流動的方向濃度之擴散，若比較對流(convection)與擴
散(diffusion)對空氣污染物散佈的效應，則後者可忽略不計，
即
Dx
2C x 2
(17)
污染物離開煙囪口後因本身具有速度同時其溫度較外界為高因此在擴散的過程中仍會持續上浮一段距離此上浮的距離加上煙囪本身的高度稱之為煙囪有效高度stackeffectiveheight空氣污染物隨著向下風處擴散因其擴散的空間明顯增大因此污染物濃度急速降低但氣象條件為穩定時則例外
空氣污染擴散模式
1. 空氣污染物的擴散現象 一般而言，空氣污染物是以噴煙型態排放到大氣中，而後以 煙柱形狀散佈。 在三維(three dimension)的散佈過程中，污染物沿著順風方向 被帶到下風處。通常以 x 軸代表風流動的方向，z 代表離地面 的高度。
大气污染物扩散模式
第四章大气扩散浓度估算模式第一节湍流扩散的基本理论一湍流1定义：大气的无规则运动风速的脉动风向的摆动2•类型：按形成原因热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）引起，取决于大气稳定度“匚机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起3 •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倍二湍流扩散理论（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•梯度输送理论通过与菲克扩散理论类比建立起来的（菲克定律：单位时间内通过单位断面上的物质的数量与浓度梯度呈正比）类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比式中，F —污染物的输送通量k —湍流扩散系数 C —污染物的浓度X —与扩散截面垂直的空间坐标（扩散过程的长度）——浓度梯度:x要求得各种条件下某污染物的时、空分布，由于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能是在特定的条件下求出近似解，再根据实际情况进行修正。
2•湍流统计理论泰勒首先将统计理论应用在湍流扩散上图4-1显示：从原点0放出的粒子，在风沿着x方向吹的湍流大气中扩散。
粒子的位置用y表示，则结论为：①y随时间变化，但其变化的平均值为零②若从原点放出很多粒子，则在x轴上粒子的浓度最高，浓席分布以x轴为对称轴，并符合正态分布。
萨顿实用模式：解决污染物在大气中扩散的实用模式高斯模式：应用湍流统计理论得出正态分布假设下的扩散模式3•相似理论第二节高斯扩散模式坐标系的建立一右手坐标系二高斯模式的有关假定1污染物浓度在 y 、z 轴上的分布为正态分布;f (y)二1 二八2二exp(-22 2)2rf(z)二exp(匚 z • 2 二化合、分解及地面吸收、吸附 & - x f 丿，CX1原点0:无界点源或地面源， 0为污染物的排放点高架源，0为污染物的排放点在地面上的投影点补充：点源高架源 连续源 固定源 线源 地面源间歇源流动源面源2.x 轴：正向为平均风向，烟流中心线与 x 轴重合3. y 轴：垂直于x 轴4. z 轴：垂直于xoy 平面匚y ,匚z —分别为污染物在y 和z 方向上分布的标准差,2•全部高度风速均匀稳定，即风速 U 为常数; 3•源强是连续均匀稳定的，源强Q 为定值；4•扩散中污染物是守恒的，不考虑转化，即烟云在扩散过程中没有沉降、作用发生；—=05•在x 方向上，输送作用远远大于扩散作用，即U \ex6.地面足够平坦。
大气污染物扩散模型研究及应用
大气污染物扩散模型研究及应用大气污染一直是世界性的问题。
各种污染源不断增多，对人们的健康和环境造成了巨大危害。
如何有效地控制大气污染，一直是各国政府、科研机构和媒体关注的焦点。
而大气污染物扩散模型的研究和应用，正成为有效控制大气污染的一种重要手段。
大气污染物扩散模型研究的概述大气污染物扩散模型可以给出污染物浓度的分布、传输和化学反应等信息。
其原理是利用掌握了各种环境参数（如风速、风向、湍流强度、气温、大气压力、相对湿度等）和大气组分的动力学及化学知识，建立数学模型，模拟污染物在大气中的运动、扩散和化学反应过程，以预测空气质量和污染来源。
大气扩散模型的主要类型有：Euler模型、Lagrangian模型和Euler-Lagrangian模型。
其中，Euler模型是通过求解二元方程（即连续质量方程和Navier-Stokes方程）来描述污染物在大气中的输运规律的数值模型，其我们所熟知的复杂数学模型基于丰富的计算化学数据和考虑环境变量的推荐符号来进行计算。
大气污染物扩散模型应用的范围和意义大气污染物扩散模型应用的范围非常广泛。
其在环境污染监测、环境影响评价、污染源排放控制、气象预测、建筑防火设计等领域都有其重要作用。
另外，扩散模型可以评估和标识环境的敏感性，使环境师能够更好地了解环境问题和进行风险评估。
举个例子：在环境影响评价中，大气污染物扩散模型可以预测化工厂扩建工程等的排放对周围环境的影响，帮助规划环境保护和改善措施，减缓环境恶化的影响。
另外，成品油加油站等配有加油站扩建工程中，也需要考虑污染物扩散模型，预测加油站排放对周围环境的影响，避免环境污染和危害。
总之，大气污染物扩散模型的应用具有重要的实践意义，对于有效控制大气污染，保障人类健康和环境品质具有重要作用。
大气污染物扩散模型的研究进展随着各种环境问题的日益严重，大气污染物扩散模型的研究也得到了广泛发展。
近年来，大气污染物扩散模型在以下方面取得了重要进展。
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地 面 轴 线 浓 度 模 式 ： 再 取 y=0代 入 上 式
c(x,0,0,H)πuqyzexp(2H 2z2)
地面最大浓度模式：
考虑地面轴线浓度模式q NhomakorabeaH2
c(x,0,0,H)
πuyz
exp(2z2)
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
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
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
（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 kW 和 (Ts Ta ) 3 5 K 时
H
n 0Q H n1 H
n2 s
1
u
T Q H = 0 .3 5 PaQ V T s
T
(2)当 1700kW Q H 2100kW 时
当 QH21000kW时
x10Hs
H=0.362QH1/3x2/3u1
x10Hs
H=1.55QH1/3Hs2/3u1
当QH 21000kW时
x3x*
H=0.362QH1/3
x1/3
1
u
x3x*
H=0.332QH3/5
H2/5 s
x*=0.33QH3/5
H3/5 s
6/5
u
烟气抬升高度的计算
抬升高度计算式 （续）
积 分 ， 可 以 解 出 四 个 未 知 数 ： 得 到 高 斯 模 式
c(x,y,z)2πu qyzexp[(2y 2y 22z2z2)]
高斯烟流的形态 c(x,y,z)2πu qyzexp[(2y 2y 22z2z2)]
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---->像源法
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)eay2ebz2
方差的表达式
y 2cdy
2 y
0
0 cdy
z2cdz
2 z
0
0 cdz
由假定d 源强积分式
（单位时间物料守恒） q
ucdydz
c 未 知 数 ： 浓 度 ， 待 定 函 数 A ( x ) ， 待 定 系 数 a ,b （ 2 1 2）
李艳广
大气污染物扩散模式
1
大气污染物扩散模式
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
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naturally扩散快105～106倍
c (x ,y ,z,H ) q e x p (y 2){ e x p [ (z H )2] e x p [ (z H )2]}
2 π uy z
2y 2
2y 2
2z 2
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)πuqyzexp(2y 2y 2)exp(2H 2z2)
➢ 泰勒－>正态分布 ➢ 萨顿实用模式 ➢ 高斯模式
第二节 高斯扩散模式
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
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]
vt
d p2 pg 18
地面反射系数
第三节 污染物浓度的估算
实源： c(x,y,z,Hz)
像源： c(x,y,z,Hz)
实 源 的 贡 献
c(x,y,z,H )2πu qyzex p [ (2 y 2y 2(z2 H y 2)2)]
像 源 的 贡 献
c(x,y,z,H )2πu qyzexp[ (2 y 2y 2(z2 H z 2)2)]
实 际 浓 度
H v s u D ( 1 .5 2 .7 T s T s T aD ) 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
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
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
（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％）
地面最大浓度模式（续）：
设 y z const （实际中成立）
dc(x,0,0,H) 0
dz
由此求得
cmax
2q πuH2e
z y
H
| 2 z xxcmax
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
Ta Ts
H
=H
1
( H
2
H
1) Q
H
1700 400
H
1=
2 (1 .5 v sD
u
0 .0 1Q H )
0 .0 4 8 (Q H u
1700)
(3)当 Q H 1700kW 或 T 35K 时
H = 2 (1 .5 v sD 0 .0 1Q H ) u
( 4 ) 当 1 0 m 高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于 1 .5 m /s时
H
=
5
.5
Q
( 1 / 4
H
d Ta dz
0 .0 0 9 8 ) 3 /8
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