第三章污染扩散基本理论.
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污染气象学课件-扩散理论
一 湍流擴散方程
dq dt
(qu)
x
(qv) y
(dq dt
x
(Kx
q) x
y
(Ky
q) y
z
(Kz
q) z
二 方程的簡化與求解
1 無風暫態點源
假定大氣的靜止的，湍流擴散係數為常數， 各向同性，則
q(x,
y,
z,
t)
8(
Q Kt )3/ 2
exp[
1 4Kt
(r2 )]
湍能擴散項
Si Ri chemis
源幹 化 排濕 學 放沉 反 項降 應
分子擴散項 忽略不計
拉格朗日方法
考慮一微粒 t位於 x ，隨後，其軌跡由X (x,t,t)描述
設粒子於t時間在一體積元的機率為
(x1, x2, x3,t)dx1dx2dx3 (x,t)d x
(x,t)為時間t，粒子位置的概率密度函數，並有
中性大氣：參量 非中性大氣： 和u* 。
u* HT
1 基本數學處理
用量綱分析的方法可得到：
垂直風速
dZ dt
bu*
(
Z L
)
(1)
式中b和 為待定的普適常數和普適函數，中性時， 1
進一步假設相應的水準位移的增長率等於在 Z 高度處的
平均風速，表示為
水準風速
d X u(cZ ) dt
(2)
2 中性層結的平均位移
2 y
y2 (T )
2v2
T 0
t
0 RL ( )d dt
定常均勻的湍流場中，粒子的湍流擴散範圍取 決於湍流脈動速度方差和拉格朗日相關性。
2.泰勒公式的另一種形式（自學）
y2(T) 2v2
空气污染物扩散机理分析
空气污染物扩散机理分析
空气污染物扩散机理分析
空气污染已经成为一个全球性的问题，严重影响人们的健康和环境的质量。
了解空气污染物的扩散机理对于制定有效的污染防治措施至关重要。
首先，空气污染物的扩散是由气象条件和污染物本身的特性共同决定的。
气象条件包括风速、风向、湍流强度和大气稳定度等。
风速和风向是最重要的因素，它们决定了污染物从源头传输到其他地区的路径。
湍流强度决定了空气中的混合程度，较高的湍流强度有助于将污染物快速稀释和分散。
大气稳定度是指空气的垂直运动性质，不稳定的大气条件会导致污染物上升到大气中层，而稳定的大气条件则会使污染物停留在地面附近。
其次，污染物的物理和化学特性也会影响其扩散。
物理特性包括污染物的粒径、密度和挥发性等。
较小的粒径会使污染物更容易悬浮在空气中，并且具有较长的传输距离。
挥发性污染物会以气态形式存在于大气中，因此更容易扩散。
化学特性包括污染物的反应活性和稳定性。
反应活性较高的污染物会与大气中的其他组分发生化学反应，从而影响其扩散行为。
最后，地形和建筑物也会对空气污染物的扩散产生影响。
地形的高低起伏会影响地面风速的分布，从而改变污染物的传输路径。
建筑物会阻挡风的传播，并产生垂直和水平的湍流，使污染物在其周围积聚。
综上所述，了解空气污染物的扩散机理对于制定有效的污染防治措施至关重要。
风速、风向、湍流强度和大气稳定度等气象条件，污染物的物理和化学特性，以及地形和建筑物等因素都会影响空气污染物的扩散行为。
只有全面了解这些因素，才能更好地预测和控制空气污染物的扩散过程，从而保护人类健康和环境的质量。
大气污染物扩散的理论和试验研究
3、大气污染物的控制措施和未 来展望
3、大气污染物的控制措施和未来展望
为了减轻大气污染物的危害，需要采取一系列控制措施，包括减少污染物排 放、加强污染物治理、优化能源结构等。未来，随着科技的不断进步和环保政策 的完善，大气污染物的控制措施将更加严格，主要表现在以下几个方面：
3、大气污染物的控制措施和未来展望
2、大气污染物扩散的影响因素
2、大气污染物扩散的影响因素
通过对比分析监测数据和气象资料，我们发现风向、风速、温度和湿度对阳 泉市区大气污染物扩散具有显著影响。其中，风向和风速的影响最为显著，当风 向与污染源方向一致时，污染物扩散范围更广；而当风速增大时，污染物扩散速 度更快。此外，温度和湿度的变化也会影响大气污染物的扩散。
四、结论与展望
然而，数值模拟也存在一定的局限性和不确定性。例如，模型的参数选择和 气象数据的准确性都会对模拟结果产生影响。此外，由于实际环境的复杂性和不 确定性，数值模拟结果可能无法完全反映实际情况。
四、结论与展望
展望未来，钢铁工业大气污染物扩散数值模拟研究可以从以下几个方面展开： 1、加强多种因素的综合考虑。除了气象和地形因素，还需要考虑钢铁厂的排 放特征、生产工艺、能源结构等多方面因素对污染物扩散的影响。
3、大气污染物扩散的影响因素和规律
理论分析和结论根据试验结果，可以对大气污染物扩散的理论进行分析和验 证。通过将试验数据与理论模型进行比较，可以评估模型的准确性和可靠性。同 时，还可以进一步分析不同因素对大气污染物扩散的影响机制和程度，为制定更 加有效的污染防治措施提供理论支持。
3、大气污染物扩散的影响因素和规律
三、模拟结果分析
3、地形因素对污染物扩散也有一定影响。对于复杂地形，污染物可能在山体 背面等地区聚集，形成“污染窝”。因此，在钢铁厂的选址和布局过程中，应尽 量避免在山体背面或低洼地带建设工厂。
三组污染物扩散理论 ppt课件
三种理论体系比较
正是： 久思旧理非良策，破局还得看今朝。 毕竟“扩散理论”路在何方， 且听四组下回分解。
2020/4/10
to be continued…
谢谢您的观赏 THE END
环保热下的冷思考
2020/4/10
传说学霸都爱刷题
那么，╰(*°▽°*)╯
• 非中心差分
– 显式
X t(t)X(t) Xt(tt)
– 隐式
X t(t)X(t tt)X(t)
动力过程
• 动量守恒 • 静力平衡方程（非静力平衡） • 连续方程（质量守恒） • 热力学方程（能量守恒） • 水汽守恒 • 气体定律 • 动力学保守变量守恒
基本概念
初始时刻 P, T, Q, U
四 有风连续点源－贴近实际 重点掌握
q t u x q v y q w q z x ( K x x q ) y ( K y y q ) z ( K z q z )
ü坐标原点在烟囱口，平均风沿x轴方向
ü水平方向上扩散远小于输送作用
ü连续点源，为定常条件
垂直扩散系数
0.06
02:00
小结
对于梯度输送理论本身： 通量与梯度之间的线性关系只是一种假定 K不是流体的物理属性而是运动属性 当前，中小尺度数值模式大多采用高阶闭 和，大尺度区域的扩散输送问题仍然采用 K闭合。
对于不同的求解计算途径： • 解析解：简单实用，广泛应用于环评工作领域，
适用于均匀定常大气状况，有一定局限
定常均匀的湍流场中，粒子的湍流扩散范围取 决于湍流脉动速度方差和拉格朗日相关性。
小结
•扩散问题统计处理的根本目标是找出描述粒 子位移的概率分布，即上述扩散粒子散布方 差，再找出概率分布函数的具体形式。其难 点在于湍流场的非定常，非均一性。
污染物的大气扩散
总之，风速越大，湍流就越强，污染物的稀释 扩散速率就越快，大气污染物的浓度就越低。因此， 风和湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接 因子，也是最有效的因子。
第十四页，课件共56页
二、大气稳定度对污染物扩散的影响
（一）气温直减率
指单位（通常取100m）高差气温变化率的负值，用g表示，公式如下：
dT dZ
第五页，课件共56页
大气边界层（或摩擦层）：对流层的下层，厚度为1~2km，其中气流受地面 阻滞和摩擦影响很大。
自由大气：在大气边界层以上的气流，几乎不受地面摩擦的影响。 近地层：从地面到50~100m的一层。在近地层中，垂直方向上的热量和动 量的交换甚微，所以上下气温只差很大，可达1~2℃。在近地层以上，气流受
平展型
爬升型
漫烟型
第十七页，课件共56页
(1)波浪型。这种烟流呈波浪状，污染物扩散良 好，发生在全层不稳定大气中，即g－g d ﹥0时。
多发生在晴朗的白天，地面最大浓度落地点距离 烟囱较近，浓度较大。
（2）锥型。这种烟流呈圆锥形，发生在中性条件下，即g－g d ≈0.垂直扩散比平展型好，比波浪型差。
第二页，课件共56页
第一节、大气圈垂直结构及气象要素
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
环境大气或地球大气 （简称大气）：地球表 面环绕着一层很厚的气 体。
大气圈：自然地理学将受 地心引力而随地球旋转的 大气层。
大气圈的垂直结构：指 气象要素的垂直分布情 况，如气温、气压、大 气密度和大气成分的垂 直分布等。
根据气温垂直于下 垫面（即地球表面 情况）方向上的分 布，可将大气圈分 为5层（如图2-1）：
特点是：气温随高度升高而迅速降低，其顶部气温可达-83℃以下。因此大气的
第十四页，课件共56页
二、大气稳定度对污染物扩散的影响
（一）气温直减率
指单位（通常取100m）高差气温变化率的负值，用g表示，公式如下：
dT dZ
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大气边界层（或摩擦层）：对流层的下层，厚度为1~2km，其中气流受地面 阻滞和摩擦影响很大。
自由大气：在大气边界层以上的气流，几乎不受地面摩擦的影响。 近地层：从地面到50~100m的一层。在近地层中，垂直方向上的热量和动 量的交换甚微，所以上下气温只差很大，可达1~2℃。在近地层以上，气流受
平展型
爬升型
漫烟型
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(1)波浪型。这种烟流呈波浪状，污染物扩散良 好，发生在全层不稳定大气中，即g－g d ﹥0时。
多发生在晴朗的白天，地面最大浓度落地点距离 烟囱较近，浓度较大。
（2）锥型。这种烟流呈圆锥形，发生在中性条件下，即g－g d ≈0.垂直扩散比平展型好，比波浪型差。
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第一节、大气圈垂直结构及气象要素
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
环境大气或地球大气 （简称大气）：地球表 面环绕着一层很厚的气 体。
大气圈：自然地理学将受 地心引力而随地球旋转的 大气层。
大气圈的垂直结构：指 气象要素的垂直分布情 况，如气温、气压、大 气密度和大气成分的垂 直分布等。
根据气温垂直于下 垫面（即地球表面 情况）方向上的分 布，可将大气圈分 为5层（如图2-1）：
特点是：气温随高度升高而迅速降低，其顶部气温可达-83℃以下。因此大气的
环境工程导论 第3章 大气污染-王树众
②悬浮微粒：固体微粒（悬浮灰、尘、花粉、细菌、冰晶）、颗粒状液 体（水滴、云雾、）。影响大气的能见度，削弱太阳的辐射强度。 ③水蒸气：含量不大，构成天气现象（云、雾、雨、霜、露）。
2. 大气污染
国际标准化组织(ISO) 定义：“空气污染，通常是指由于人类活 动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境。”
度。）
空气过剩系数：实际空气量/理论空气量，用于固定装置。
空燃比A/F:空气量/燃料量（质量），用于移动装置。（汽油理论A/F ＝15，甲烷理论A/F＝17.2）。
良好的燃烧工况还必须满足以下三个基本条件（3T）：
①足够的温度。着火温度，燃烧维持较高温度。
②充足的时间。才能保证燃料的充分燃烬。
③充分的混合。混合不良将产生不完全燃烧产物，相当缺氧燃烧。用湍流 度衡量。
3. 雾(fog): 微小液体颗粒。水雾、油雾、酸雾、碱雾，＜100μm。 气象学中是指造成能见度＜l km的小水滴悬浮体。 气溶胶态污染物通常＜500μm。
＞100μm的颗粒易于沉降，造成的危害较小。
＜100μm的所有固体颗粒物：总悬浮微粒(TSP) ①飘尘: ＜l0μm，粒度小，质量轻，不易沉降；
(2) 液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：
① 煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边 聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的
空心焦粒；
②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大 的物质，结焦。
(3) 固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞
其明确了：
(1)形成大气污染的原因：自然因素、人为因素；(2)造成大气污染的必要条件：即污
2. 大气污染
国际标准化组织(ISO) 定义：“空气污染，通常是指由于人类活 动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境。”
度。）
空气过剩系数：实际空气量/理论空气量，用于固定装置。
空燃比A/F:空气量/燃料量（质量），用于移动装置。（汽油理论A/F ＝15，甲烷理论A/F＝17.2）。
良好的燃烧工况还必须满足以下三个基本条件（3T）：
①足够的温度。着火温度，燃烧维持较高温度。
②充足的时间。才能保证燃料的充分燃烬。
③充分的混合。混合不良将产生不完全燃烧产物，相当缺氧燃烧。用湍流 度衡量。
3. 雾(fog): 微小液体颗粒。水雾、油雾、酸雾、碱雾，＜100μm。 气象学中是指造成能见度＜l km的小水滴悬浮体。 气溶胶态污染物通常＜500μm。
＞100μm的颗粒易于沉降，造成的危害较小。
＜100μm的所有固体颗粒物：总悬浮微粒(TSP) ①飘尘: ＜l0μm，粒度小，质量轻，不易沉降；
(2) 液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：
① 煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边 聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的
空心焦粒；
②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大 的物质，结焦。
(3) 固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞
其明确了：
(1)形成大气污染的原因：自然因素、人为因素；(2)造成大气污染的必要条件：即污
污染物在水体中的扩散
Ix， Iy， Iz，：扩散通量；Em：分子扩散系数；c：浓度。 分子扩散各向同性，“－”表示质点的迁移指向负梯度方向。
②湍流扩散：
由湍流物质点状态瞬时值相对平均值的随机脉动引起；
c c I’x= -EX—, I’y= -Ey—, x y
c I’z= -Ez— z
I，x ， I，y ， I，z：湍流扩散导致的污染物质量通量；Ex, Ey, Ez ：湍流扩散系数；c：湍流扩散所传递物质的平均浓度。湍 流运动各项异性。
2、二维稳态模型：
Dx 2c/ x2+Dy 2c/ y2－ux c/ x－uy c/ y－ kc=0 (2)
在均匀流场中其解析解为： C(x,y)=Q/4 h(x/ux)2√(Dx Dy))*[exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux) ]*exp(-kx/ux)
式中：m=
1
4 KD X u2 x
当x=0， c=c0
时，
上式的解为（ 取负值） C=c0exp{uxx/2Dx[1－(1+4kDx/ux2)1/2]} 弥散项忽略，则一维稳态模型 解为：c=c0exp(-Kxx/ux)
式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q)
Q为河流流量；c1为河流中污染物的本底浓度；q为排入河流的污水的流 量；c2为无水中的某污染物浓度；c为污染物的浓度；Dx纵向弥散系数； ux断面平均流速；K污染物的衰减速度常数
进入水体污染物有两大类：保Biblioteka 物质和非保守物质 污染物衰减
衰减发生在非持久污染物的溶解氧化过程中 和放射性物质衰变过程中。持久性污染物不 发生衰减。 衰减过程基本符合一级反应动力学规律： dc — =－kc dt
Kc为反映速度常数
②湍流扩散：
由湍流物质点状态瞬时值相对平均值的随机脉动引起；
c c I’x= -EX—, I’y= -Ey—, x y
c I’z= -Ez— z
I，x ， I，y ， I，z：湍流扩散导致的污染物质量通量；Ex, Ey, Ez ：湍流扩散系数；c：湍流扩散所传递物质的平均浓度。湍 流运动各项异性。
2、二维稳态模型：
Dx 2c/ x2+Dy 2c/ y2－ux c/ x－uy c/ y－ kc=0 (2)
在均匀流场中其解析解为： C(x,y)=Q/4 h(x/ux)2√(Dx Dy))*[exp(y-uyx/ux)2/4Dyx/ux) ]*exp(-kx/ux)
式中：m=
1
4 KD X u2 x
当x=0， c=c0
时，
上式的解为（ 取负值） C=c0exp{uxx/2Dx[1－(1+4kDx/ux2)1/2]} 弥散项忽略，则一维稳态模型 解为：c=c0exp(-Kxx/ux)
式中c0=(Qc1+qc2)/(Q+q)
Q为河流流量；c1为河流中污染物的本底浓度；q为排入河流的污水的流 量；c2为无水中的某污染物浓度；c为污染物的浓度；Dx纵向弥散系数； ux断面平均流速；K污染物的衰减速度常数
进入水体污染物有两大类：保Biblioteka 物质和非保守物质 污染物衰减
衰减发生在非持久污染物的溶解氧化过程中 和放射性物质衰变过程中。持久性污染物不 发生衰减。 衰减过程基本符合一级反应动力学规律： dc — =－kc dt
Kc为反映速度常数
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、
第三章污染扩散基本理论
梯度输送理论借鉴分子扩散，然而对于湍流运动， 通量与梯度之间的线性关系只是一种假定
K不是流体的物理属性而是运动属性，随着运动 性质的变化而变化，K的确定存在一定困难
当前，中小尺度数值模式大多采用高阶闭合， 大尺度区域的扩散输送问题仍然采用K闭合。
§3.3 湍流统计理论的 基本处理
湍流统计理论-拉格朗日途径
欧拉方法和拉格朗日方法比较
欧拉方法－污染物平流扩散方程
qi t
x j
u jqi
Di
2qi x j x j
Ri (q1, q2........qN ,T ) Si (x,t)
局
子
学
变
项
扩
反
源 项
化
散
应
项
项
项
将 u j u j u' j代入方程，并求雷诺平均(参考stull,第三章)
从研究个别微团（粒子）的运 动途径入手，通过研究湍流脉动场的 统计性质（如相关，湍强，湍谱）来 描述流场中扩散物质的散布规律。
个别粒子的随机运动无法描述，大量 粒子的集合趋向一个稳定的统计分布。
首要问题： 初始t=0时刻，从源发出的大量粒子经过 T时间后散布如何？ 不能回答某一个粒子的位移距离，但可 以给出T时刻粒子在每个位置出现的概 率，即能否求出随机函数y(t)的概率分布。
4 kr
上式可见浓度 q与Q正比，而与时间无关，与距
离r成反比，与扩散系数成反比。
3 有风瞬时点源
采用移动坐标和原坐标解决有风与 无风差别（平均风速沿x轴）
可得：
q(x,
y,
z,t)
(2
Q
)3/ 2 x
y z
exp{[
(
第三章 污染扩散基本理论
t = t0 +D t
考虑一微粒 t 位于 x ，其轨迹由 X ( x, t , t ) 描述
设粒子于t 时间在一体积元的机率为
( x1, x2 , x3 , t )dx1dx2dx3 ( x, t )d x
t，粒子位置的概率密度函数，并有 ( x, t为时间 )
qi qi qi qi (u ' qi ') (v ' qi ') (w ' qi ') u v w t x y z x y z
平流输送项
湍能扩散项
Si Ri chemis
源 排 放 项 干 湿 沉 降 化 学 反 应 分子扩散项 忽略不计
qi qi qi qi (u ' qi ') (v ' qi ') (w ' qi ') u v w t x y z x y z
微粒从一点迁移到另一 点的概率密度
q( x, t )
Q( x, t , t0 ) q( x0 , t0 ) d x0 t Q( x, t , t ') S ( x ', t ')dt ' d x '
Q y z q( x, y, z, t ) exp[( )] 2 2 2 y 2 z 2 u y z
此式称为斐克扩散解,讨论如下: ⑴ 污染浓度与源强成正比; ⑵ 离源距离越远,浓度越低; ⑶ 扩散系数越大,浓度越低; ⑷ 污染物在横风向及垂直向符合正态分布
2 2
表征湍流扩散能力，是粗糙度Z0、平均风速U、 温度梯度△T/△Z及离地高度Z的函数 动量扩散系数Km，物质扩散系数K Kx,Ky～1.6×104cm2/s；Kz～5×103cm2/s , Kx,Ky基本保持不变（10km以内），Kz垂直 分布不均匀 随着大气层结稳定度的不同，扩散系数分布特 征亦有明显变化
空气污染学高斯扩散基本公式课件
05
高斯扩散模型与其他模型的 比较
与其它空气质量模型的比较
模型选择依据
高斯扩散模型在空气污染学中应用广泛，选择该模型主要基 于其简单易懂、易于计算的特点。与其它复杂的空气质量模 型相比，高斯扩散模型能够提供快速且准确的污染物浓度预测。
适用范围
高斯扩散模型适用于中低强度、平稳气象条件下的污染物扩 散。对于强风、湍流等复杂气象条件，可能需要更复杂的模型。
由于气象条件在空间和时间上都 是变化的，因此使用高斯扩散模 型计算出的结果与实际结果存在
误差。
湍流的影响
由于模型假设大气流动为层流，忽 略了湍流的影响，这也会导致计算 结果与实际结果存在误差。
障碍物的影响
由于模型中假设下风向没有障碍物， 而实际情况中下风向往往存在障碍 物，这也会导致计算结果与实际结 果存在误差。
公式的应用场景
01
02
03
点源污染
适用于单个污染源产生的 污染物扩散情况，如烟囱 排放。
线源污染
适用于较长线状污染源产 生的污染物扩散情况，如 道路交通排放。
面源污染
适用于较大面积的污染源 产生的污染物扩散情况， 如农田施肥。
03
高斯扩散模型的应用实例
实例一：城市空气质量预测
总结词
利用高斯扩散模型预测城市空气质量，需要考虑气象 条件、地形地貌、污染物排放等多种因素。
详细描述
在城市环境中，由于建筑物密集、气象条件复杂，污染 物在大气中的扩散受到多种因素的影响。高斯扩散模型 能够综合考虑这些因素，对城市空气质量进行较为准确 的预测。例如，在预测PM2.5浓度时，需要考虑风向、 风速、温度、湿度等气象条件，以及地形地貌特征，如 山脉、河流等对气流的影响。同时，还需要考虑城市中 不同功能区的污染物排放情况，如工业区、商业区、居 民区的排放差异。
大气污染控制工程第三版期末复习考试重点
大气污染控制工程第三版期末复习考试重点《大气污染控制工程》复习要点第一章概论第一节：大气与大气污染1、大气的组成：干洁空气、水蒸气和各种杂质。
2、大气污染：系指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利，或危害了生态环境。
P3（名词解释/选择）3、按照大气污染范围分为：局部地区污染、地区性污染、广域污染、全球性污染。
4、全球性大气污染问题包括温室效应、臭氧层破坏和酸雨等三大问题。
P3（填空）5、温室效应：大气中的二氧化碳和其他微量气体，可以使太阳短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为“温室效应”。
P3第二节：大气污染物及其来源1、大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为两类：气溶胶状态污染物，气体状态污染物。
P42、气体状态污染物：硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、有机化合物、硫酸烟雾、光化学烟雾3、对于气体污染物，有可分为一次污染物和二次污染物。
P54、大气污染物的来源可分为自然污染源和人为污染源两类。
P75、人为污染源有各种分类方法。
按污染源的空间分布可分为：点源、面源、线源。
P76、人为污染源：生活污染源、工业污染源、交通运输污染源7、对主要大气污染物的分类统计：燃料燃烧、工业生产、交通运输和氮氧化物。
8、中国的大气环境污染以煤烟型为主，主要污染物为颗粒物、SO2第三节：大气污染的影响1、大气污染物侵入人体的主要三条途径：表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气2、大气污染物的影响：①对人体健康的影响②对植物的伤害③对器物和材料的影响④对大气能见度和气候的影响第四节：大气污染综合防治1、大气污染综合防治：实质上就是为了达到区域环境空气质量控制目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。
大气中污染物的扩散
地面最大浓度估算
由 和 H
| z xxcmax
H 2Biblioteka 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
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2－16查
算）
y
1xa1 , z
exp(
y2
2
2 y
) exp[
(H
vt x
2
2 z
/
u)2
]
vt
d
2 p
p
g
18
地面反射系数
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 Hs H
Hs ――烟囱几何高度
H ――抬升高度
烟气抬升
初始动量： 速度、内径
x 3x *
H =0.332QH3/5 Hs2/5
x*=0.33QH
3/5
H
3/5 s
u
6
/
5
烟气抬升高度的计算
抬升高度计算式 （续）
（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 2100kW 和 (Ts Ta ) 35K 时
H
H = 2 (1 .5vs D 0 .0 1Q H ) u
(4)当10m 高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于1.5m /s时
H
=
5
.5
污染物在水体中扩散的规律
污染物在水体中扩散的规律
水体中污染物的扩散规律是一个复杂的过程，它受到水体的物理特性、污染物的物理特性以及水体中的其他物质的影响。
首先，水体的物理特性会影响污染物的扩散。
水体的流速、温度、混合程度等都会影响污染物的扩散。
流速越快，污染物的扩散越快；温度越高，污染物的扩散越快；混合程度越高，污染物的扩散越快。
其次，污染物的物理特性也会影响污染物的扩散。
污染物的大小、形状、密度、溶解度等都会影响污染物的扩散。
污染物的大小越小，扩散越快；污染物的形状越细长，扩散越快；污染物的密度越大，扩散越慢；污染物的溶解度越高，扩散越快。
最后，水体中的其他物质也会影响污染物的扩散。
水体中的有机物、无机物、悬浮物等都会影响污染物的扩散。
有机物会吸附污染物，减缓污染物的扩散；无机物会与污染物发生化学反应，影响污染物的扩散；悬浮物会影响水体的流速，从而影响污染物的扩散。
总之，水体中污染物的扩散规律是一个复杂的过程，它受到水体的物理特性、污染物的物理特性以及水体中的其他物质的影响。
因此，要想准确预测污染物在水体中的扩散规律，就必须考虑到这些因素，并结合实际情况，进行科学的分析和计算。
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湍流扩散项
欧拉方法－污染物平流扩散方程
大气边界层平均量方程- 湍流闭合问题
大气运动基本方程组（状态方程、质量 守恒（连续方程）、动量守恒 （动量方程 三个分量）、热量方程、水汽守恒（标量守 恒））七个方程联立解七个变量，多了湍流 脉动量，出现湍流扩散项如何表达，即闭合 问题
欧拉方法－污染物平流扩散方程
( x, t )d x 1
概率密 度函数
( x, t )
微粒从一点迁移到另一 点的概率密度
Q ( x , t , t ) ( x , t ) d x
m
M个粒子，则在 x 点的平均浓度为
q( x,t ) i ( x, t )
非中心差分
显式 隐式
X (t) X(t)X(tt) t t X (t) X(tt)X(t) t t
动量守恒 静力平衡方程（非静力平衡） 连续方程（质量守恒） 热力学方程（能量守恒） 水汽守恒(标量守恒) 气体定律 动力学保守变量守恒
基本概念
初始时刻 P, T, Q, U (初值) 应用时间 发展方程
2 q0 2 y q0 e 10
2 y0
利用烟流半宽定义有 2 y0 4.3 y Z轴也有相似的 z，z0 。
y 和 z称为扩散参数。具有如下性质：
qi qi qi qi (u ' qi ') (v ' qi ') (w ' qi ') u v w t x y z x y z
平流输送项
湍能扩散项
Si Ri chemis
源 排 放 项 干 湿 沉 降 化 学 反 应 分子扩散项 忽略不计
qi qi qi qi (u ' qi ') (v ' qi ') (w ' qi ') u v w t x y z x y z
拉格朗日方法：粒子位移统计量，数 学处理容易，但使用范围有限，不能 处理非线性化学反应问题
瞬时浓度 平均浓度（需指明平均时段方有意义）
X轴：平均风向方向 Y轴：平均风向横截面
大量观测事实表明，污染物以烟流形式排放，并 处在随机的湍流运动中，其浓度分布通常符合在 平均烟流轴两侧呈现正态分布的规律。
第三章
空气污染物散布的基本理论处理
梯度输送理论
湍流统计理论
相似理论
空气污染物扩散过程由湍流运动和气 流平均速度差决定 '
uj uj u j
常用两种方法描述： 欧拉方法 拉格朗日方法
欧拉方法：相对固定坐标系描述污染物 的输送和扩散。采用雷诺平均的扩散方 程，存在不闭合问题（技术难点）
拉格朗日方法：跟随流体移动粒子来描 述污染浓度变化。采用粒子运动统计方 法，适用于平稳和均匀湍流，存在局限
时间发展方程 (P, T, Q, U)
初始状态 t0
计算出新的状态 Dt 时间后 (时间步长)
新状态 t = t0 + D t
基本概念
初始状态 t0
Dt 即模式的时间步长。可从
天气预报的几分钟，例如3 分钟，到气候模式的半小时 不等
t = t0 +2D t etc... 最终状态 t = t0 + 预报时间
数值模拟概念模型
altitude
△z △y △x
沿经纬和垂直方向 划分离散化网格
大气上界
200 hPa 400 hPa
大气分层
（本例31层）
600 hPa
80 半显式
X (t) X(tt)X(tt) t 2t 1 X (tt)X (t) X(tt)X(t) 2 t t t
将 u j u j u ' j 代入方程，并求雷诺平均(参考stull,第三章)
qi 2 qi ' ' (u j qi ) u j q i Di Ri ( q1 q '1 ,........ qN q ' N , T ) Si ( x, t ) t x j x j x j x j
云宽2y0：沿横风向，污染 物浓度下降到等于轴线浓 度1/10处的两点间距离。 标准差 y:在某下风距离， 污染物在y向位移的方差， 表征与平均值的偏离程度。
当浓度在y轴分布为正态（高斯）分布时，可得
y2
2 2 y
q q0e
2 y
qy q
2
表征污染物浓度与平 均值的偏离程度，与 大气扩散能力密切相 关，称为扩散参数
Si Ri chemis
解析解：采取各种近似简化条件 数值解：考虑风场、湍流场、源强的时 空分布，考虑干湿沉积过程及 化学反应
解析解：简单实用，广泛应用于环评业务工作领 域，适用于均匀定常大气状况，有一定局限 数值解：考虑风场、湍流场、源强的时空变化， 考虑干湿沉积过程及化学反应，物理过程全面， 计算复杂，通常在大气科学相关研究领域进行研 究，近年来应用于气象及环境相关业务部门
i 1
q( x, t )
Q( x, t, t ) q( x , t ) d x Q( x, t , t ') S ( x ', t ')dt ' d x '
0 0 0 0 t t0
欧拉方法：流体速度统计量，容易测 量，但有闭合问题，能够解决化学反 应等问题
t = t0 +D t
考虑一微粒 t 位于 x ，其轨迹由 X ( x, t , t ) 描述 设粒子于t 时间在一体积元的机率为
( x1, x2 , x3 , t )dx1dx2dx3 ( x, t )d x
t，粒子位置的概率密度函数，并有 ( x, t为时间 )
欧拉方法和拉格朗日方法比较
欧拉方法－污染物平流扩散方程
qi 2 qi u j qi Di Ri (q1 , q2 ........qN , T ) Si ( x, t ) t x j x j x j
局 地 变 化 项 平 流 项 分 子 扩 散 项 化 学 反 应 项 源 项
欧拉方法－污染物平流扩散方程
大气边界层平均量方程- 湍流闭合问题
大气运动基本方程组（状态方程、质量 守恒（连续方程）、动量守恒 （动量方程 三个分量）、热量方程、水汽守恒（标量守 恒））七个方程联立解七个变量，多了湍流 脉动量，出现湍流扩散项如何表达，即闭合 问题
欧拉方法－污染物平流扩散方程
( x, t )d x 1
概率密 度函数
( x, t )
微粒从一点迁移到另一 点的概率密度
Q ( x , t , t ) ( x , t ) d x
m
M个粒子，则在 x 点的平均浓度为
q( x,t ) i ( x, t )
非中心差分
显式 隐式
X (t) X(t)X(tt) t t X (t) X(tt)X(t) t t
动量守恒 静力平衡方程（非静力平衡） 连续方程（质量守恒） 热力学方程（能量守恒） 水汽守恒(标量守恒) 气体定律 动力学保守变量守恒
基本概念
初始时刻 P, T, Q, U (初值) 应用时间 发展方程
2 q0 2 y q0 e 10
2 y0
利用烟流半宽定义有 2 y0 4.3 y Z轴也有相似的 z，z0 。
y 和 z称为扩散参数。具有如下性质：
qi qi qi qi (u ' qi ') (v ' qi ') (w ' qi ') u v w t x y z x y z
平流输送项
湍能扩散项
Si Ri chemis
源 排 放 项 干 湿 沉 降 化 学 反 应 分子扩散项 忽略不计
qi qi qi qi (u ' qi ') (v ' qi ') (w ' qi ') u v w t x y z x y z
拉格朗日方法：粒子位移统计量，数 学处理容易，但使用范围有限，不能 处理非线性化学反应问题
瞬时浓度 平均浓度（需指明平均时段方有意义）
X轴：平均风向方向 Y轴：平均风向横截面
大量观测事实表明，污染物以烟流形式排放，并 处在随机的湍流运动中，其浓度分布通常符合在 平均烟流轴两侧呈现正态分布的规律。
第三章
空气污染物散布的基本理论处理
梯度输送理论
湍流统计理论
相似理论
空气污染物扩散过程由湍流运动和气 流平均速度差决定 '
uj uj u j
常用两种方法描述： 欧拉方法 拉格朗日方法
欧拉方法：相对固定坐标系描述污染物 的输送和扩散。采用雷诺平均的扩散方 程，存在不闭合问题（技术难点）
拉格朗日方法：跟随流体移动粒子来描 述污染浓度变化。采用粒子运动统计方 法，适用于平稳和均匀湍流，存在局限
时间发展方程 (P, T, Q, U)
初始状态 t0
计算出新的状态 Dt 时间后 (时间步长)
新状态 t = t0 + D t
基本概念
初始状态 t0
Dt 即模式的时间步长。可从
天气预报的几分钟，例如3 分钟，到气候模式的半小时 不等
t = t0 +2D t etc... 最终状态 t = t0 + 预报时间
数值模拟概念模型
altitude
△z △y △x
沿经纬和垂直方向 划分离散化网格
大气上界
200 hPa 400 hPa
大气分层
（本例31层）
600 hPa
80 半显式
X (t) X(tt)X(tt) t 2t 1 X (tt)X (t) X(tt)X(t) 2 t t t
将 u j u j u ' j 代入方程，并求雷诺平均(参考stull,第三章)
qi 2 qi ' ' (u j qi ) u j q i Di Ri ( q1 q '1 ,........ qN q ' N , T ) Si ( x, t ) t x j x j x j x j
云宽2y0：沿横风向，污染 物浓度下降到等于轴线浓 度1/10处的两点间距离。 标准差 y:在某下风距离， 污染物在y向位移的方差， 表征与平均值的偏离程度。
当浓度在y轴分布为正态（高斯）分布时，可得
y2
2 2 y
q q0e
2 y
qy q
2
表征污染物浓度与平 均值的偏离程度，与 大气扩散能力密切相 关，称为扩散参数
Si Ri chemis
解析解：采取各种近似简化条件 数值解：考虑风场、湍流场、源强的时 空分布，考虑干湿沉积过程及 化学反应
解析解：简单实用，广泛应用于环评业务工作领 域，适用于均匀定常大气状况，有一定局限 数值解：考虑风场、湍流场、源强的时空变化， 考虑干湿沉积过程及化学反应，物理过程全面， 计算复杂，通常在大气科学相关研究领域进行研 究，近年来应用于气象及环境相关业务部门
i 1
q( x, t )
Q( x, t, t ) q( x , t ) d x Q( x, t , t ') S ( x ', t ')dt ' d x '
0 0 0 0 t t0
欧拉方法：流体速度统计量，容易测 量，但有闭合问题，能够解决化学反 应等问题
t = t0 +D t
考虑一微粒 t 位于 x ，其轨迹由 X ( x, t , t ) 描述 设粒子于t 时间在一体积元的机率为
( x1, x2 , x3 , t )dx1dx2dx3 ( x, t )d x
t，粒子位置的概率密度函数，并有 ( x, t为时间 )
欧拉方法和拉格朗日方法比较
欧拉方法－污染物平流扩散方程
qi 2 qi u j qi Di Ri (q1 , q2 ........qN , T ) Si ( x, t ) t x j x j x j
局 地 变 化 项 平 流 项 分 子 扩 散 项 化 学 反 应 项 源 项