高斯煙羽模型 的參數(shù)選取和地形影響

模型假設：1、 坐標系高斯模型的坐標系如圖2.1所示，原點為排放點(若為高架源，原點為排放點在地面的投影)，x軸正向為風速方向，y軸在水平面上垂直于x軸，正向在x軸的左側，z軸垂直于水平面xoy,向上為正向。在此坐標系下煙流中心線或煙流中心線在xoy面的投影與x軸重合。圖2.1高斯模式的坐標系2、模型假設污染物的濃度在y、z軸上的分布是高斯分布(正態(tài)分布)的；污染源的源強是連續(xù)且均勻的，初始時刻重金屬云團內(nèi)部的濃度、溫度呈均勻分布；擴散過程中不考慮重金屬云團內(nèi)部溫度的變化，忽略熱傳遞、熱對流及熱輻射；泄漏重金屬顆粒氣體是理想氣體，遵守理想氣體狀態(tài)方程；在水平方向，大氣擴散系數(shù)呈各向同性；取x軸為平均擴散方向，整個擴散過程中地勢一致且不發(fā)生較大的變化地面對重金屬顆粒發(fā)生吸收或吸附作用；整個過程中，重金屬顆粒云團內(nèi)部不發(fā)生任何化學反應等。3、模型公式推導由正態(tài)分布假設可以導出下風向任意一點X(x,y,z)處重金屬氣體濃度的函數(shù)為：X(x,y,z)=A(x)e一ay2e—bz2由概率統(tǒng)計理論可以寫出方差的表達式為：卜y2XdyfXdy0卜Xdz由假設可以寫出源強的積分公式3)Q=卜卜uXdydz3)—g—g式中：b、b為泄漏氣體在y、z方向分布的標準差，單位為m；X(x,y,z)yz為任一點處重金屬顆粒氣體的濃度，單位為kg/m3；u為平均風速，單位為m/sQ為源強(即重金屬排放速度)，單位為kg/s；將(1)式代入(2)式，積分可得：1a— 2b2y1a— 2b2yb二丄2b2z將(1)式和4)4)Q式代入(3)式，積分可得Qt PA(x)=2兀ubb 2nutbb 2nSbbyz yz yzP為污染源在傳播過程中的源強總量；S為傳播的距離再將(4)式和(5)式代入(1)式，可得：(\y2.z25)PX(x,y,z)= exp2兀SbbyzC+ (6)I2b2 2b2I'y z丿-上式為無界空間連續(xù)點源擴散的高斯模型公式改進公式。其中：X(x,y,z)為下風向x米、橫向y米、地面上方z米處的擴散的氣體濃度,單位為kg/m3；Q為源強(即源釋放速率)，單位為kg/s；u為平均風速，單位為m/s；t為泄漏后是時間，單位為s；H為泄漏源有效高度，單位為m；y為橫向距離，單位為m；z為垂直方向距離，單位為m。如：式中，令z=0，即可得到地面氣體濃度計算公式：PX(xPX(x,y,0,H)= exp兀Sddyz-丄(丄)2dyexp無界空間的煙羽模型的解(11)其中，X(x,y,O)為下風向x米、橫向y米處的地面擴散重金屬顆粒濃度,單位為kg/m3。5、擴散系數(shù)的選?。簲U散系數(shù)d、d、d的大小與大氣湍流結構、離地高度、地面粗糙度、泄xyz漏持續(xù)時間、抽樣時間間隔、風速以及離開泄漏源的距離等因素有關。大氣的湍流結構和風速在大氣穩(wěn)定度中考慮。大氣穩(wěn)定度由10米高度以上的風速、白天的太陽輻射或夜間的云量等參數(shù)決定。按照Pasquill的分類方法，隨著氣象條件穩(wěn)定性的增加，大氣穩(wěn)定度可以分為A、B、C、D、E、F六類。其中A、B、C三類表示氣象條件不穩(wěn)定，E、F兩類表示氣象條件穩(wěn)定，D類表示中性氣象條件，也就是說氣象條件的穩(wěn)定性在穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間。A、B、C三種類型的穩(wěn)定度中，A類表示氣象條件極其不穩(wěn)定，B類表示氣象條件中等程度不穩(wěn)定，C類表示氣象條件弱不穩(wěn)定。E和F兩種類型的穩(wěn)定度中，E類表示氣象條件弱穩(wěn)定，F(xiàn)類表示氣象條件中等程度穩(wěn)定。大氣穩(wěn)定度具體分類方法見下表1、表2。表1Pasquill大氣穩(wěn)定度的確定地面風速(m/s)白天日照夜間條件強中等弱陰天且云層薄，或低空云量為4/8天空云量為3/8<2AA-BB2~3A-BBCEF3~4BB-CCDE4~6CC-DDDD>6CDDDD表2日照強度的確定天空云層的情況日照角>60°日照角<60°且>35°日照角>15°且<35°天空云量為4/8，或高空有薄云強中等弱天空云量為5/8-7/8，云層高度為2134-4877m中等弱弱

天空云量為5/8-7/8，云層高度＜2134m弱弱弱表1和表2中的云量是指當?shù)靥炜諏痈采w率。例如，云量為3/8是指當?shù)?/8的天空有云層覆蓋。日照角是指當?shù)靥柟饩€與地平線之間的夾度。例如，陽光垂直照射地賣弄時的日照角為90°。一般來說，隨著大氣穩(wěn)定度的增加，擴散系數(shù)減小。根據(jù)Hanna和Drivas的建議，化學危險品事故泄漏擴散系數(shù)與大氣穩(wěn)定度類型和下風向的關系如下表3。表3擴散系數(shù)的計算方法大氣穩(wěn)定度A0.22x/(]+^QQQ\x^0.2xB0」6x/(l+O.OOOU)°S0A2xCOJU/(l+0.0001x)fli0.08x/(l+0.0002^)ft5DO.D8jr/(l+0,OOOU)0i0.06x/(l+0.00l5x)°5E0.06x/(l+0.000lx)°S0.03x/d+0.0003a)F0.04a/(]+0.000[x)°JO.Qf6V(1+0.0003^)4、地勢的作用在該模型的影響：以上式中的重金屬顆粒云團有效高度是指泄漏氣體形成的氣云基本上變成水平狀的時候氣云中心的離地高度。在上式中假定為污染源的地勢海拔。實際上，泄漏源有效高度就等于泄漏源幾何高度加泄漏煙云抬升高度。影響煙云抬升高度的因素有很多，主要包括：泄漏氣體的初始速度和方向、初始溫度、泄漏口直徑、環(huán)境風速及風速歲高度的變化率、環(huán)境溫度及大氣穩(wěn)定度。有效源高：H有效源高：H二H+AHS其中，Hs為泄漏源幾何架高，AH為煙云抬升高度實驗表明，泄漏源抬升高度可以用下面公式近似計算：AH=2.4Vd/VS

其中，V是氣云釋放速度，單位為m/s；d是泄漏出口直徑，單位為m；VS為環(huán)境風速，單位為m/s；當?shù)匦胃哂跓焽栌行Ц叨龋?x,0,h,H)=texp(x,0,h,H)=texpyz(H-h》 T——2c2Z.(12)h為地形高度，亦計算點地面高于煙囪底的高度，當h>H時，煙流中心直TT接落于地面計算點