第四章大气扩散浓度估算54页PPT文档
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第04章大气污染扩散模型环境保护概论ppt课件
平衡浓度为：
第六节 区域大气环境质量模型
多源大气环境质量模型 区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度和各
污染源对该点浓度的贡献值之和：
《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中排放总量 限值的计算方法
第七节 厂址的选择和烟囱的设计
如果用y0表示烟流半宽度，z0表 示烟流半高度，则有：
封闭型扩散模式
计算简化：
熏烟型扩散模式
假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分，
则仍可用上面公式
熏烟型扩散模式
第五节 城市及山区扩散模式
城市大气扩散模式
1.线源扩散模式
风向与线源垂直时
边缘效应
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
简化为点源的面源扩散模式（续） 形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好
与正方形宽度相等
烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍
（正态分布：
）
确定 、 之后即可按点源计算面源浓度
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
窄烟流模式
某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向 两侧单元对其影响很小
定状态，σ较大，即σ与稳定度密切相关。
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
方法要点
将大气稳定度分为6个等级： A — 极不稳定，B —不稳定，C — 弱不稳定， D — 中性，E — 弱稳定，F —稳定。
太阳辐射
稳定级别 下风距离
P-G曲线图 P-G 表
Eutrophication)
Acid Rain
第六节 区域大气环境质量模型
多源大气环境质量模型 区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度和各
污染源对该点浓度的贡献值之和：
《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中排放总量 限值的计算方法
第七节 厂址的选择和烟囱的设计
如果用y0表示烟流半宽度，z0表 示烟流半高度，则有：
封闭型扩散模式
计算简化：
熏烟型扩散模式
假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分，
则仍可用上面公式
熏烟型扩散模式
第五节 城市及山区扩散模式
城市大气扩散模式
1.线源扩散模式
风向与线源垂直时
边缘效应
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
简化为点源的面源扩散模式（续） 形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好
与正方形宽度相等
烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍
（正态分布：
）
确定 、 之后即可按点源计算面源浓度
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
窄烟流模式
某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向 两侧单元对其影响很小
定状态，σ较大，即σ与稳定度密切相关。
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
方法要点
将大气稳定度分为6个等级： A — 极不稳定，B —不稳定，C — 弱不稳定， D — 中性，E — 弱稳定，F —稳定。
太阳辐射
稳定级别 下风距离
P-G曲线图 P-G 表
Eutrophication)
Acid Rain
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：
大气扩散浓度估算模式
• 由此可以求出下方向任一点的浓度。 • 1）地面浓度模式 • 令z＝0，得
y2 H2 exp x , y ,0, H exp 2 2 2 2 令y＝0、z＝0，得
第四章 大气扩散浓度估算模式
• • • • • • • 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 大气扩散 高斯扩散模式 污染物浓度的估算方法 特殊气象条件下的扩散模式 城市及山区的扩散模式 烟囱高度设计 厂址选择
4.1 大气扩散
• 污染物进入大气后，随着大气的运动发生迁移、扩 散稀释及降解转化。
• 4.2.4 无界空间连续点源扩散模式
• 正态分布函数
x, y, z A x e
• 式中
ay 2
e
bz 2
a
• 则
1 2
2 y
b
1
2 2 z
2 y2 Q z x, y , z exp 2 2 2 2 2 u y z y z
• 4.1.2.2 湍流扩散
• 1）大气的无规则运动称为大气湍流。根据其成因可把湍流 分为两类：
• 热力湍流：垂直方向温度分布不均匀，使空气发生垂直运动 并进一步发展形成。其强度主要取决于大气稳定度。 • 机械湍流：由于垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起 的湍流。其强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。
H2 x ,0,0, H exp 2 u y z 2 z Q
• 3）地面最大浓度模式
max
z 2Q 2 uH e y
z
x x max
H 2
• 4.2.6 地面连续点源扩散模式 • 令H=0，得
y2 H2 exp x , y ,0, H exp 2 2 2 2 令y＝0、z＝0，得
第四章 大气扩散浓度估算模式
• • • • • • • 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 大气扩散 高斯扩散模式 污染物浓度的估算方法 特殊气象条件下的扩散模式 城市及山区的扩散模式 烟囱高度设计 厂址选择
4.1 大气扩散
• 污染物进入大气后，随着大气的运动发生迁移、扩 散稀释及降解转化。
• 4.2.4 无界空间连续点源扩散模式
• 正态分布函数
x, y, z A x e
• 式中
ay 2
e
bz 2
a
• 则
1 2
2 y
b
1
2 2 z
2 y2 Q z x, y , z exp 2 2 2 2 2 u y z y z
• 4.1.2.2 湍流扩散
• 1）大气的无规则运动称为大气湍流。根据其成因可把湍流 分为两类：
• 热力湍流：垂直方向温度分布不均匀，使空气发生垂直运动 并进一步发展形成。其强度主要取决于大气稳定度。 • 机械湍流：由于垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起 的湍流。其强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。
H2 x ,0,0, H exp 2 u y z 2 z Q
• 3）地面最大浓度模式
max
z 2Q 2 uH e y
z
x x max
H 2
• 4.2.6 地面连续点源扩散模式 • 令H=0，得
4大气扩散
8
2
2
第四章 大气扩散浓度估算模式
4.2.3 高架连续点源扩散的高斯模式 必须考虑地面的影响，认为污染物在地面全部反射， 采用像源法处理，由实源和虚源污染物浓度叠加而成。 坐标系：以污染源在地面的投影为坐标原点，则：
Q y (z H ) C实 ( x, y, z ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 y 2 z 2 u y z
例：已知，Hs＝100m，d＝5m，ū＝12m/s，Ts＝1000C， Ta＝200C，Qn＝250m3/s，求抬升高度。 解：q H
C p (Ts Ta )Qn
1.298 (373 293) 250 25960kW
H n0 q H H s u
n1 n2
1
1.3 25960 69.1m
u ——平均风速，m/s；
Q——源强，g/s
7
第四章 大气扩散浓度估算模式
4个方程，4个未知数, 解积分，得：
a
1 2 y
2
b
1 2 z
2
Q A( x) 2 u y z
Q y z C ( x, y, z ) exp( 2 ) exp( 2 ) 2 y 2 z 2 u y z
26
第四章 大气扩散浓度估算模式
27
第四章 大气扩散浓度估算模式
c、影响抬升的因素 ①、初始动量，取决于烟流出口速度v和烟囱出口内径 初始动量大，烟气向上的惯性大，可获得较大的抬升 高度
②、烟温高于周围气温而产生的浮力 烟气温度高于周围大气之间的温差，Ts-Ta，
③、风速 另外，风速垂直切变、大气稳定度、地面粗糙度
第四章 大气扩散浓度估算模式
第四章 大气扩散浓度估算模式 4.1、湍流扩散理论简介 *、梯度输送理浓度估算模式
2
2
第四章 大气扩散浓度估算模式
4.2.3 高架连续点源扩散的高斯模式 必须考虑地面的影响，认为污染物在地面全部反射， 采用像源法处理，由实源和虚源污染物浓度叠加而成。 坐标系：以污染源在地面的投影为坐标原点，则：
Q y (z H ) C实 ( x, y, z ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 y 2 z 2 u y z
例：已知，Hs＝100m，d＝5m，ū＝12m/s，Ts＝1000C， Ta＝200C，Qn＝250m3/s，求抬升高度。 解：q H
C p (Ts Ta )Qn
1.298 (373 293) 250 25960kW
H n0 q H H s u
n1 n2
1
1.3 25960 69.1m
u ——平均风速，m/s；
Q——源强，g/s
7
第四章 大气扩散浓度估算模式
4个方程，4个未知数, 解积分，得：
a
1 2 y
2
b
1 2 z
2
Q A( x) 2 u y z
Q y z C ( x, y, z ) exp( 2 ) exp( 2 ) 2 y 2 z 2 u y z
26
第四章 大气扩散浓度估算模式
27
第四章 大气扩散浓度估算模式
c、影响抬升的因素 ①、初始动量，取决于烟流出口速度v和烟囱出口内径 初始动量大，烟气向上的惯性大，可获得较大的抬升 高度
②、烟温高于周围气温而产生的浮力 烟气温度高于周围大气之间的温差，Ts-Ta，
③、风速 另外，风速垂直切变、大气稳定度、地面粗糙度
第四章 大气扩散浓度估算模式
第四章 大气扩散浓度估算模式 4.1、湍流扩散理论简介 *、梯度输送理浓度估算模式
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》课件
高斯模型适用于简单地形和平稳气象条件下的扩散模拟 。
拉格朗日模型适用于模拟复杂流动场和污染物迁移转化 过程。
03 大气扩散浓度估算方法
估算方法分类
直接测量法
通过在目标区域设置监测站点，直接测量大气中 的污染物浓度。
模型模拟法
利用数学模型和计算机模拟技术，预测大气中污 染物的扩散和浓度分布。
经验估算法
《大气扩散浓度估算》ppt课件
• 大气扩散基本概念 • 大气扩散模型 • 大气扩散浓度估算方法 • 大气扩散浓度估算案例分析
• 大气扩散浓度估算的挑战与展望 • 大气扩散浓度估算的实际应用
01 大气扩散基本概念
大气扩散的定义
总结词
大气扩散是指污染物在大气中由高浓度向低浓度自然传播、分散的过程。
大气扩散浓度估算的展望
01 02 03
大数据和人工智能技术的应用
随着大数据和人工智能技术的发展，未来可以利用这些技 术对大量的监测数据进行处理和分析，提高数据的质量和 利用效率。同时，可以利用人工智能技术对大气扩散模型 进行优化和改进，提高模型的预测精度和适用性。
多源数据的融合和应用
未来可以利用更多的数据源，如卫星遥感数据、无人机监 测数据等，对大气扩散过程进行全方位的监测和评估。通 过多源数据的融合和应用，可以更全面地了解大气扩散的 规律和影响因素，为估算结果的准确性提供保障。
大气扩散的影响因素
总结词
大气扩散的影响因素主要包括气象条件、地形地貌和排放源特征等。
详细描述
气象条件如风向、风速、温度层结等对大气扩散有重要影响，风速决定了污染物的扩散速度，温度层结影响污染 物的垂直扩散；地形地貌如山丘、河流等也会影响污染物的扩散；排放源特征如排放高度、排放强度等也会对大 气扩散产生影响。
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
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
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
气体扩散浓度计算模型介绍ppt课件
24
模型验证情况
ⅡT Heavy Gas Models瞬时泄漏扩散模 型对Thorney Island Tests系列试验下风 向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模 拟验证，ⅡT Heavy Gas Models连续泄 漏扩散模型对Maplin Sands Tests系列试 验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进 行了模拟验证，两个试验的模拟结果都是 较好的，基本上反映了重气的扩散情形。
的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大，而在大气湍流的
作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释，同时由于初始泄漏云团与周围环境的温度差异
而进行热量交换；
★非重气扩散转变：随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散；
★大气湍流扩散阶段(被动扩散)：即大气湍流对云团的扩散起支配作用。
4
常见的泄露形式: 管道破损后的连续喷射——烟羽
5
常见的泄露源: 爆炸形成瞬时泄露——烟团
6
扩散过程研究
不同性质气体在不同条件下表现出不同 的特征
观察者对过程特征的选取
7
重气扩散过程
四个阶段
★初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形；
★重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气间
11
气体泄漏扩散研究方法
试验法
风洞实验法
试验法
模型法
试验数据
问题特点
比例
验证
模型
特征提取与模化
风洞实验
12
气体扩散浓度计算模型分类
重气泄漏扩散的数值模拟方法依据各自的 建模原理以及复杂程度可分为五类 :
模型验证情况
ⅡT Heavy Gas Models瞬时泄漏扩散模 型对Thorney Island Tests系列试验下风 向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模 拟验证，ⅡT Heavy Gas Models连续泄 漏扩散模型对Maplin Sands Tests系列试 验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进 行了模拟验证，两个试验的模拟结果都是 较好的，基本上反映了重气的扩散情形。
的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大，而在大气湍流的
作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释，同时由于初始泄漏云团与周围环境的温度差异
而进行热量交换；
★非重气扩散转变：随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散；
★大气湍流扩散阶段(被动扩散)：即大气湍流对云团的扩散起支配作用。
4
常见的泄露形式: 管道破损后的连续喷射——烟羽
5
常见的泄露源: 爆炸形成瞬时泄露——烟团
6
扩散过程研究
不同性质气体在不同条件下表现出不同 的特征
观察者对过程特征的选取
7
重气扩散过程
四个阶段
★初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形；
★重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气间
11
气体泄漏扩散研究方法
试验法
风洞实验法
试验法
模型法
试验数据
问题特点
比例
验证
模型
特征提取与模化
风洞实验
12
气体扩散浓度计算模型分类
重气泄漏扩散的数值模拟方法依据各自的 建模原理以及复杂程度可分为五类 :
大气扩散浓度估算
数据处理软件介绍
数据处理软件是用于处理和分析大气扩散浓度数据的软件。
数据处理软件可以对收集的大气扩散浓度数据进行处理、分析和可视化。这些软件通常具有强大的数据处理和分析功能，可 以帮助研究人员更好地理解大气扩散规律和污染物扩散机制。通过数据处理和分析，可以进一步优化大气扩散浓度估算的准 确性和可靠性。
THANKS
感谢观看
估算方法
采用工业园区的大气扩散模型，结合园区内的污染源分布、排放强 度和气象条件等数据，对工业园区的大气扩散浓度进行估算。
案例分析
以某钢铁工业园区为例，通过建立大气扩散模型，对园区内不同厂区 的污染物排放进行了监测和估算，并对周边居民的影响进行了评估。
山区案例
山区特点
山区地形复杂，气流运动多变，污染物在山区的扩散受到地形的影 响较大。
数据获取的挑战
1 2
监测站点分布
监测站点分布不均可能导致数据获取不全或数据 代表性不足。
数据质量
数据质量参差不齐，可能影响估算结果的准确性。
3
数据处理方法
数据处理方法的差异可能导致估算结果的不一致 性。
技术发展的展望
数值模型
数值模型在大气扩散浓度估算中 具有重要地位，未来可进一步发 展精细化、高分辨率的数值模型。
03
大气扩散浓度估算应用
城市规划
城市通风廊道规划
基于大气扩散浓度估算， 合理规划城市通风廊道， 引导空气流通，降低污染 物浓度。
工业区布局优化
根据大气扩散模拟结果， 合理安排工业区的位置， 尽量减少对居民区的负面 影响。
绿地系统规划
结合大气扩散模拟，规划 城市绿地，发挥绿地对空 气质量的净化作用。
总结词
统计回归法是一种基于统计分析的浓度估算方法，通过建立污染物浓度与气象因 素、地形因素等之间的回归模型，预测污染物扩散浓度。
大气浓度扩散估算模式课件
排污许可证管理
03
依据核定的排放总量，发放排污许可证，对排污单位实施许可
管理，确保污染物排放符合总量控制要求。
空气质量预报与预警
气象资料分析
收集历史气象资料，分析气象要素与污染物扩散的关系，建立气 象条件数据库。
模式预测
利用大气浓度扩散估算模式，结合实时的气象数据，对未来一定 时间内的空气质量进行预测。
THANKS
感谢观看
模型建立
结合工业园区内的生产工艺、排放源强、地形地貌等信息，构建污染物扩散模型，考虑 气象条件、地形和局地小气候等因素对污染物扩散的影响。
结果分析
分析不同排放情景下，园区周边环境中的污染物浓度分布，评估园区对周边环境的污染 影响程度，为工业园区的规划和管理提供科学依据。
大气污染联防联控模拟案例
案例概述
应用
用于模拟和分析湍流状态下的大气污染物扩散过程，有助于更好地理 解污染物的扩散机制。
污染物扩散模型
定义
污染物扩散模型是用来模拟和预测污染物在大气中扩散的数学模型。
原理
通过建立数学方程来描述污染物的扩散过程，利用数值方法求解方 程，得到污染物浓度的空间分布和时间变化。
应用
广泛应用于大气污染防治、环境影响评价和城市规划等领域，为决 策者提供科学依据。
扩散和传输过程。
未来展望
随着科技的不断进步和应用需求 的提高，大气浓度扩散估算模式 将继续发展，考虑更多的影响因 素和复杂条件，提高模拟精度和
实用性。
02
大气浓度扩散估算模式的理论基 础
大气对流扩散理论
定义
应用
大气对流扩散理论是研究在大气流动 过程中，污染物如何在大气中传播、 扩散和稀释的理论。
第四章 大气污染浓度估算模式1
地面连续点源扩散模式
对高架连续点源模式令有效源高 H
0，可得：
y2 Q z 2 c( x, y, z, 0) exp 2 2 2 2 z u y z y
地面连续点源造成的污染物浓度恰好是无界空间连续点源所造成的浓度的2倍。
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
风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素
2、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 主要有三种广泛应用的领域： 梯度输送理论、湍流统计理论、相似理论
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
• 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
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。
常用的烟气抬升计算公式
霍兰德(Holland)公式 适用于中性大气
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%；
• 对于稳定条件，烟气抬升高度减少10%-20%；
颗粒物扩散模式
对于排气筒排放的粒径小于15 m的颗粒物，其地面浓度可按气体
扩散模式计算。
对于粒径大于15 m的颗粒物，由于具有明显的重力沉降作用，将
是浓度分布有所改变，可以按倾斜烟流模式计算地面浓度：
(1 a ) q y2 ( H vt x / u ) 2 c( x, y ,0, H ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 y 2 z 2πu y z d p2 p g vt 18
湍流统计理论
对高架连续点源模式令有效源高 H
0，可得：
y2 Q z 2 c( x, y, z, 0) exp 2 2 2 2 z u y z y
地面连续点源造成的污染物浓度恰好是无界空间连续点源所造成的浓度的2倍。
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
风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素
2、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 主要有三种广泛应用的领域： 梯度输送理论、湍流统计理论、相似理论
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
• 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
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。
常用的烟气抬升计算公式
霍兰德(Holland)公式 适用于中性大气
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%；
• 对于稳定条件，烟气抬升高度减少10%-20%；
颗粒物扩散模式
对于排气筒排放的粒径小于15 m的颗粒物，其地面浓度可按气体
扩散模式计算。
对于粒径大于15 m的颗粒物，由于具有明显的重力沉降作用，将
是浓度分布有所改变，可以按倾斜烟流模式计算地面浓度：
(1 a ) q y2 ( H vt x / u ) 2 c( x, y ,0, H ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 y 2 z 2πu y z d p2 p g vt 18
湍流统计理论
《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
瓦解阶段:烟体不断膨胀过程中使得大气湍流作用明显加强，烟体结构瓦解，逐渐失 去抬升作用的；
变平阶段:在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。
烟囱高度的计算
计算方法2:按地面绝对最大浓度计算
Cmax
2q ( z uH 2e y
)
（4-10）Cmax
u
H H (3 21) Cmax
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
1. 大气稳定度的概念 指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
定性理解：
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
不稳定条件下有利于扩散
大气稳定度与烟流 型的关系
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上
考虑地面轴线浓度模式
c(x,
y,
z,
H
)
q
u y
z
exp(
H2
2
2 z
)
上式，x增大，则 、y 增z 大，第一项减小，第二 项增大，必然在某x 处有最大值
第三章 大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式
扩散的要素
水平方向：风（平流输送）为主 垂直方向：湍流（脉动风速） 风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快
变平阶段:在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。
烟囱高度的计算
计算方法2:按地面绝对最大浓度计算
Cmax
2q ( z uH 2e y
)
（4-10）Cmax
u
H H (3 21) Cmax
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
1. 大气稳定度的概念 指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
定性理解：
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
不稳定条件下有利于扩散
大气稳定度与烟流 型的关系
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上
考虑地面轴线浓度模式
c(x,
y,
z,
H
)
q
u y
z
exp(
H2
2
2 z
)
上式，x增大，则 、y 增z 大，第一项减小，第二 项增大，必然在某x 处有最大值
第三章 大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式
扩散的要素
水平方向：风（平流输送）为主 垂直方向：湍流（脉动风速） 风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快
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
27
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。
13
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）。
14
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。
15
✓ 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。
• 主要参数：
uQ、 、H、x、y、 zy、 z
27
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。
13
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）。
14
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。
15
✓ 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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浮升阶段
瓦解阶段
变平阶段
喷
出
ΔH
阶
段
Hs 图 烟气抬升与扩散
2、影响烟云抬升的因素
影响烟云抬升的因素很多，这里只考虑几种重要因素：
（1）烟气本身的因素
a）烟气出口速度（Vs）：决定了烟起初始动力的大小；
b）热排放率（QH）—烟囱口排出热量的速率
为
QH 越 高 烟 云 QH
抬升的浮力就越大，大多数烟 ，其中α=1/4～1，常取α为2/3。
a.
当 Qh≥2100KJ/s且△T≥35K 时，
n Q H n1 n2 0h s
/ u ，其中Qh
0.35PaQvT
/ Ts
表 系数n0、n1、n2 的取值（见书 P91表 4-2）
Qh(KJ/s)
下垫面情况（平原地区） n0
n1
n2
Qh≥21000
农村或城市远郊区
1.427
1/3
2/3
城区及近郊
b. 当1700kJ/s<Qh<2100kJ/s时，HH1(H2 H1)(Qh410700)0
式中：H1 2(1.5usD0.01Qh)/u0.04(8Qh 170)/0u
△H2-由布里吉斯公式求得。
c. 当Qh ≤1700kJ/s或者△T<35K时，H2(1.5usD0.01Qh)/u
d.
凡地面以上10m高处ū≤1.5m/s的地区，H5.5Qh1/4
(3)源强，即污染物的排放速率；
浓 度
(4) 源的高度。
在源强等条件相同的情况下,源 高对地面污染物的影响见右图 所示。
H—有效源高
H1 H2 H3
H3>H2>H1 离源距离
一、高斯扩散模式的基本形式
• x轴沿平均风向水平延伸， • y轴在水平面上垂直于X轴， • Z轴垂直xy平面向上延伸 • 烟云中心平均路径沿X轴或平行Y轴移动。
(二)高斯模式的有关假定
• 1.烟羽的扩散在水平和垂直方向都是正态分布； • 2.在扩散的整个空间风速是均匀的、稳定的； • 3.污染源排放是连续的、均匀的； • 4.污染物在扩散过程中没有衰减和增生，在x方向，
x1/3
1
u
；
x>3x*
H
0.33Qh3/5
x2/5
1
u
13
c. 康凯维（Concawe）公式： 2.70Q3h2 /u4
适用于Qh<8.374×103KJ/s，近于中性稳定度，中小型烟源的抬升高度计算。
3）我国（GB/T13201-91）“制定地方大气污染物排放标准的技术方 法”推荐的抬升公式：
Ts-烟气出口温度，K； Ta-环境大气平均温度，K，取当地近5年平均值。
霍兰德公式校正分数取值
适用条件：中性大气条件；对于非中性大气条件，进行修正： 不 稳 定 大 气 → 增 加 （ 10% ～ 20% ） △ H ； 稳 定 大 气 → 减 少 （10%～20%）△H。不适于：计算大型的热排放源或高于100m 烟囱的抬升高度。
有效源高
一、有效源高
烟囱的有效高度H （烟轴高度，它由烟囱几何高度Hs和烟流 （最大）抬升高度ΔH组成，即H=Hs+ΔH），要得到H，只要求 出ΔH即可。ΔH：烟囱顶层距烟轴的距离，随x而变化的。 1、烟气抬升 （1）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： （2）烟云抬升的原因有两个： ①是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直上 升）； ②是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。 这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升，烟云抬升有利于 降低地面的污染物浓度。
第四章 大气扩散浓度估算
• 环境科学与工程学院 • 二O一O年三月
§4-1 烟气抬升高度
通过烟囱排出的烟气通常都具有一定的速度和温度。在 动力及浮力作用下，烟气在离开烟囱口以后，仍然要向上冲 出一定的高度，然后再沿风的方向扩散开。烟气在水平方向 的扩段称为烟羽。烟羽轴线与烟囱口间的距离称为烟羽抬升 高度
b.布里吉斯（Briggs）公式
适用于不稳定大气条件和中性大气x<10Hs
H0.36Q2h1/3
x2/3
1
u
；
x>10Hs
H1.55Qh1/3
x2/3
1
u
当Qh<20920KJ/s
时：（x*
0.33Qh2/5
x3/5
6/5
u
）
x<3x*
H0.36Q2h1/3
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
式中：us-烟气出口流速，m/s；
D-烟囱出口处的内径，m；
ū-烟囱出口处的平均风速，m/s； Qh-烟囱的热排放率，KJ/s；
云
抬
升
模
式
认
（2）环境大气因素
2
s 3
a）烟囱出口高度处风速 ， 越大，抬升高度愈低；
b）大气稳定度
不稳时，抬升较高；中性时，抬升稍高；稳定时，抬升低。
c）大气湍流的影响
大气湍流越强，抬升高度愈低。
（3）下垫面等因素的影响
3、烟云最大抬升高度的经验计算
抬升高度的计算公式很多，但由于影响抬升高度的因素很多， 所以目前大多数烟羽抬升公式是凭经验的，且各有其特点（局限 性），因此应尽量选择该公式的导出条件和我们的计算条件相仿的。 下面介绍几个常见公式：
（2）抬升公式很多，用何公式应按具体情况而定，一般选霍氏公 式或中国推荐公式。
§4-2 污染物落地浓度
一、污染源
污染源对污染物的影响很
大，从污染源考虑污染物浓度 主要有以下几方面：
(1) 污染物指的化学组分及性
质，各组分间是否易发生化学 地
反应形成二次污染物等；
面
(2)
源的几何形状和排放方式；
轴 线
(dTa 0.009)83/8 dZ
DTa/dZ为排放源高度以上的气温直减率，取值不得小于0.01K/m。
4、烟云抬升高度的测定
选用烟气抬升高度计算公式前往往根据实例， 根据实测时烟囱参数代入各种公式进行计算， 选用与实测值近似的公式，或将公式中系数作 以修改。目前已知的测定方法有照相法、气球 测高法、激光雷达法等。
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；