4大气扩散浓度估算模式

2. 霍兰德(Holland)公式
vs D T 1 1.5 2.7 H D 1.5vs D 9.6 103 QH u Ts u


T QH 0.35Pa Qv Ts
D: 烟囱出口内径，m; QH: 烟气的热释放率，kW Pa: 大气压力，hPa
2(1.5vs D 0.01QH ) H u
（4）当10m高处的年平均风速小于或等于1.5m/s时：
dTa H 5.5Q 0.0098 dz
1/ 4 H
3 / 8
dTa/dz为排放源高度以上气温直减率，取值不得 小于0.01K/m。
例4-2 某城市火电厂烟囱高度100m，出口内径5m。出口烟气流 速12.7m/s，温度140℃，流量250m3/s。烟囱出口处平均风速 4m/s，大气温度20℃，当地气压978.4hPa，试确定烟气抬升高 度及有效源高。
(2) 利用国家标准HJ/T2.2-93中规定的方法：
QH 0.35Pa Qv T 140 20 0.35 978 .4 250 24875 kW Ts 140 273
因为QH>21000kW，所以取城市近郊区的值 即n0=1.303, n1=1/3, n2=2/3


u2 J Qv vs
Ta vsTa 0.28 0.43 1 g (d / dz) gT
H 0.65( H m Ht )
u: 烟囱出口处的平均风速，m/s; vs: 烟气出口流速，m/s; Qv: 实际排烟率，m3/s; Ta: 环境大气温度，K; ∆T: 烟气温度与大气温度之差，K;(∆T=Ts-Ta); Ts: 烟囱出口处的烟气温度，K; g: 重力加速度，9.81m/s2; dθ/dz: 大气位温梯度，0.0033℃/m。
vi
2 d pi p g
18
颗粒物的地面反射系数，按表4-1查取； 颗粒的重力沉降速度，m/s； 颗粒直径，m； 颗粒密度，kg/m3； 空气粘度，Pa.s； 重力加速度，m/s2。
表4-1 地面反射系数α
i
粒径范围 /µm 平均粒径 /µm 反射系数α
1
2
3
4
5
0-14
15-30
31-47
100 902 exp 2 32.12 3.14 5 65.6 32.1 5.93105 g / m 3
第三节 污染物浓度的估算
H2 ( x,0,0, H ) exp 2 2 u y z z Q
像源的贡献：
y 2 ( z H )2 Q 2 exp 2 2 2u y z 2 z 2 y
y 2 ( z H ) 2 ( z H )2 Q exp ( x, y , z , H ) exp exp 2 2 2 2u y z 2 z 2 z2 y
吉福德（Gifford）
1. 根据常规气象资料确定稳定度级别
表4-4 稳定度级别划分表 地面风速u10 /m.s-1 <2 白天太阳辐射 强 A 中 A-B 弱 B 阴天的白 天或夜间 D 有云的夜晚 薄云遮天或低云≥5/10 云量≤4/10
2-3
3-5 5-6 >6
A-B
B C C
B
B-C C-D D
三. 高架连续点源扩散模式
H z-H x P z+H
图4-3 高架连续点源高斯模式推导示意图
P点的污染物浓度是两部分贡献之和：一部分是不存在地面时P点 所具有的污染物浓度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染 物浓度。这相当于不存在地面时由位置在(0,0,H)的实源和在(0,0,-H) 的像源在P点所造成的污染物浓度之和(H为有效源高)。
z
实源 Z+H
P(x,y,z) Z-H Z 反射区
H
H
虚源 有效源高H=Hs+△H
实源的贡献：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z在新坐标系中为（z-H）,不考虑地面的影 响，则：
y 2 ( z H )2 Q 1 exp 2 2 2u y z 2 z 2 y
1 H 1.55QH/ 3 H s2 / 3 u 1
（2）当QH<21000kW时：
x<3x*
1 H 0.362QH/ 3 x1/ 3 u 1
x>3x*
3 H 0.332QH/ 5 H s2 / 5 u 1
2 x* 0.33QH/ 5 H s3/ 5 u 6 / 5
大气稳定度
机械湍流： 垂直方向风速分布不均匀和地面粗糙度
风速梯度和地面粗糙度
二. 湍流扩散理论简介
湍流统计理论
平均风
泰勒(G.I.Tayler)
y
微粒
y
变动速度v
σy O
微粒的轨迹
t=T O
浓度
时间t或距离x
烟的平均形状
图4-1 由湍流引起的扩散
第二节 高斯扩散模式
一. 高斯(Gauss)模式的有关假定
烟气从烟囱排出，有风时，大致有四个阶段:
浮升阶段 瓦解阶段 变平阶段
喷 出 阶 段
ΔH
Hs
图 烟气抬升与扩散
1. 博赞克特(Bosanguet)公式
Qv T Qv vs 4.77 H t 6.37g 3 ln J 2 2 / J 2 Hm u Ta 1 0.43u / vs u
H2 ( x,0,0, H ) exp 2 2 u y z z Q
3. 地面最大浓度(即地面轴线最大浓度)模式：
2Q z max 2 u H e y
z
x xmax
H 2
四. 地面连续点源扩散模式
y2 z 2 ( x, y, z,0) exp 2 2 u y z 2 z2 y Q
（2）当1700kW<QH<2100kW时：
QH 1700 H H1 H 2 H1 400
2(1.5vs D 0.01QH ) 0.048 (QH 1700 ) H1 u u
H2 0.332Q
3/ 5 H
H
2/ 5 s
u
1
（3）当QH≤1700kW或∆T<35K时：
48-75
76-100
7
22
38
60
85
1.0
0.8
0.5
0.3
0Baidu Nhomakorabea
例4-1 某污染源排放的SO2的量为100g/s，有效源高为90m， 烟囱出口处平均风速为5m/s。在当时的气象条件下，正下风方 向1000处的σy=65.6m，σz=32.1m，试求正下风方向1000处 SO2的地面浓度。
解：
H2 ( x,0,0, H ) exp 2 2 u y z z Q
C
C D D
D
D D D
E
D D D
F
E D D
注：地面风速系指距地面10m高度处平均风速。
（1）稳定度级别中，A为强不稳定，B为不稳定，C为弱不稳定， D为中性，E为较稳定，F为稳定
（2）稳定度级别A～B表示按A、B级的数据内插
（3）夜间定义为日落前一小时至日出后一小时 （4）不论何种天气状况，夜间前后各一小时算作中性
（一）坐标系
z
x
(x,0,0)
(x,-y,z)
y (x,-y,0) o
图4-2 高斯模式的坐标系
（二）四点假设
1. 污染物浓度在y, z轴上的分布符合高斯分布（正态 分布）； 2. 在全部空间中风速是均匀的，稳定的； 3. 源强是连续均匀的； 4. 在扩散过程中污染物质的质量是守恒的。
二. 无界空间连续点源扩散模式
第四章
大气扩散浓度估算模式
内容简介
湍流扩散的基本理论 高斯扩散模式 污染物浓度的估算 特殊气象条件下的扩散模式 城市及山区的扩散模式 区域大气环境质量模型 烟囱高度的设计 厂址选择
第一节 湍流扩散的基本理论
一. 湍流概念简介
大气的无规则运动称为大气湍流，风速的脉动 （或涨落）和风向的摆动都是湍流作用的结果。 热力湍流： 垂直方向温度分布不均匀
不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%；稳定条件，减少10%-20%
表4-2 美国规定不同稳定度下的校正系数 稳定度级别 ∆H校正系数 A、B 1.15 C 1.10 D 1.0 E、F 0.85
3. 布里格斯(Briggs)公式
（1）当QH>21000kW时：
x<10Hs
x>10Hs
1 H 0.362QH/ 3 x 2 / 3 u 1
一. 烟气抬升高度的计算
H=Hs+∆H
H：烟囱的有效高度，m； Hs：烟囱的几何高度，m；
∆H：烟气抬升高度，m。
产生烟气抬升的原因：
烟囱出口烟气具有的初始动量 烟温高于周围气温而产生的浮力
烟气出口流速和烟囱内径 烟温与周围大气的温差
烟气抬升高度∆H由动力抬升高度Hm和浮力抬升高度Ht组成
∆H=Hm+Ht
n 1 H n0QH1 H sn2 u 1 1.303 24875/ 3 1002 / 3 41 204.9m
则有效源高
H=Hs+∆H=100+204.9=304.9m
二. 扩散参数的确定
（一）P－G扩散曲线法
帕斯奎尔（Pasquill）
H2 ( x,0,0, H ) exp 2 2 u y z z Q
2 y2 Q z ( x, y , z ) exp 2 2 2 2u y z 2 z y
式中：
σy、σz ρ u Q 污染物在y、z方向分布的标准差，m； 任一点处污染物的浓度，g/m3； 平均风速，m/s； 源强，g/s。
解： (1) 利用Holland公式：
140 20 vs D Ts Ta 12.7 5 1 . 5 2. 7 5 86.1m H D 1.5 2.7 4 140 273 u Ts
则有效源高 H=Hs+∆H=100+86.1=186.1m
4. 中国国家标准(《环境影响评价技术导则——大 气环境》HJ/T2.2-93)中规定的公式
（1）当QH≥2100kW和∆T≥35K时：
H n0Q H u
n1 H n2 s
1
n0、n1、n2: 系数，按表4-3选取。
表4-3 系数n0、n1、n2的值
QH/kW QH≥21000kW 2100≤QH<21000kW 且∆T≥35K 地表状况(平原) 农村或城市远郊区 城市及近郊区 农村或城市远郊区 城市及近郊区 n0 1.427 1.303 0.332 0.292 n1 1/3 1/3 3/5 3/5 n2 2/3 2/3 2/5 2/5
五. 颗粒物扩散模式
y2 H vi x / u 2 (1 i )Qi exp ( x, y,0, H ) exp 2 2 2 2 z i 2u y z y
vi x H u
式中：αi vi dpi ρp µ g
（5）强太阳辐射对应于碧空下的太阳高度角大于60°的条件， 弱太阳辐射相当于碧空下太阳高度角为15°～35°；在中纬度地 区，仲夏晴天的中午为强太阳辐射，寒冬晴天中午为弱太阳辐射； 云量将减少太阳辐射，云量应与太阳高度一起考虑 （6）对于乡村地区比较可靠，对城市地区不可靠
1. 地面浓度模式：
y2 H2 exp ( x, y,0, H ) exp 2 2 2 2 u y z y z Q
2. 地面轴线浓度模式：
H2 ( x,0,0, H ) exp 2 2 u y z z Q