大氣擴(kuò)散課件

大氣擴(kuò)散過程污染源大氣大氣環(huán)境質(zhì)量排放遷移擴(kuò)散受體影響第十三章大氣擴(kuò)散導(dǎo)讀書目1.[美]S.R.漢納、GA布里吉斯、R.P.小霍斯克爾著，大氣擴(kuò)散手冊(cè)蔣維楣等譯。南京：水利電力部環(huán)境保護(hù)辦公室，1982.82.HowardE.Hesketh《AIRPOLLUTIONCONTROLTraditionalandHazardousPollutants》,TechnomicPublishingCompany,Inc.19913.蔣維楣、曹文俊、蔣瑞賓編，空氣污染氣象學(xué)教程，北京：氣象出版社，1993.114.史寶忠編著，建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1993.15.郭英起、段英編著，大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)，北京：氣象出版社，1993.2大氣污染物擴(kuò)散模式1.湍流擴(kuò)散的基本理論簡(jiǎn)介2.點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式3.煙流抬升高度4.擴(kuò)散參數(shù)δy和δz的選擇確定5.特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式6.城市及山區(qū)的擴(kuò)散模式第二節(jié)湍流擴(kuò)散的基本理論擴(kuò)散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快105～106倍湍流的基本概念

湍流——大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)

風(fēng)速的脈動(dòng)風(fēng)向的擺動(dòng)起因與兩種形式

熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）機(jī)械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度湍流擴(kuò)散理論主要闡述湍流與煙流傳播及湍流與物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系1.梯度輸送理論K理論類比于分子擴(kuò)散，污染物的擴(kuò)散速率與負(fù)濃度梯度成正比固定空間某一點(diǎn)為研究對(duì)象2.湍流統(tǒng)計(jì)理論泰勒－>圖13-8，正態(tài)分布，研究對(duì)象流體的個(gè)別微團(tuán)、質(zhì)點(diǎn)薩頓使用模式高斯模式

3.相似理論2.湍流統(tǒng)計(jì)理論湍流擴(kuò)散理論研究手段與實(shí)驗(yàn)方法研究手段1.

數(shù)學(xué)方法分析2.實(shí)測(cè)法——最基礎(chǔ)方法地形條件、氣象手段、實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)方法

1.示蹤劑濃度測(cè)量法

2.光學(xué)輪廓法

3.激光測(cè)煙法

4.“標(biāo)記粒子”軌跡法第三節(jié)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式一、高斯模式與大氣擴(kuò)散1、為什么采用高斯模式

1）與其它擴(kuò)散模式（k模式、統(tǒng)計(jì)模式和相似模式）相比，數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)捷；

2）物理概念與湍流的隨機(jī)性相一致；

3）計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)資料吻合度高；

4）高斯模式是k和u為常數(shù)時(shí)的菲克擴(kuò)散方程的解；

5）其它的理論公式最后處理階段，包含有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性。

《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》第二單元：大氣擴(kuò)散參數(shù)與煙云抬升高度及有效源高計(jì)算；專題討論“平均風(fēng)速U的不同取值對(duì)地面軸線濃度計(jì)算精度的影響”。第三單元：專題討論“靜風(fēng)條件下塵粒地面濃度擴(kuò)散模式”使學(xué)生全面理解三類參數(shù)：（擴(kuò)散參數(shù)δy和δz，有效源高He和平均風(fēng)速U）的物理意義，確保計(jì)算精度。對(duì)現(xiàn)有教材內(nèi)容的深化和擴(kuò)展。要求學(xué)生理解掌握高斯模式，會(huì)正確選用模式第一單元：

高斯模式的理論基礎(chǔ)和各項(xiàng)假設(shè)的內(nèi)在含義；高斯模式變形模式的推導(dǎo)；專題討論“高斯模式的適用條件”。三單元教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目的第三節(jié)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式二、高斯模式的有關(guān)假定坐標(biāo)系右手坐標(biāo)，y為橫風(fēng)向，z為垂直向四點(diǎn)假設(shè)

a．污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布b．風(fēng)只在一個(gè)方向作穩(wěn)定的水平流動(dòng)，在x軸方向上，平流輸送作用遠(yuǎn)大于擴(kuò)散作用；c．源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．?dāng)U散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）

高斯擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系二、無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式由正態(tài)分布假定，得下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布方差的表達(dá)式由假定4－>源強(qiáng)積分式（單位時(shí)間物料守恒）

未知數(shù)：濃度c，待定函數(shù)A（x），待定系數(shù)a，b（）積分，可以解出四個(gè)未知數(shù)：得到高斯模式高斯煙流的形態(tài)三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式鏡像全反射---->像源法實(shí)源：像源：實(shí)源的貢獻(xiàn)像源的貢獻(xiàn)實(shí)際濃度四、幾種特殊情況下的計(jì)算公式地面濃度模式：z＝0代入上式，

地面軸線濃度模式：z＝0、再取y=0代入上式地面最大濃度模式：

考慮地面軸線濃度模式

上式，增大，則、增大，第一項(xiàng)減小第二項(xiàng)增大，必然在某x處有最大值四、幾種特殊情況下的計(jì)算公式地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)（實(shí)際中成立）由此求得地面源高斯模式（令H＝0）：相當(dāng)于無限源的2倍（鏡像垂直于地面，源強(qiáng)加倍）

五、高斯模式使用條件的討論（第一單元）

1.

是空間位置和有效源高的函數(shù)。是某一時(shí)段的平均值，其平均時(shí)段與u和σyσz的相同。2.源強(qiáng)Q無論高架源還是地面源連續(xù)排放穩(wěn)定的點(diǎn)源，源強(qiáng)Q為定值（g/s）mg/s。五、高斯模式使用條件的討論（第一單元）3.平均風(fēng)速討論題：1）當(dāng)風(fēng)速=0的時(shí)候，高斯公式會(huì)怎么樣？2）假定（2）中風(fēng)速是個(gè)常量?實(shí)際上成立嗎？高斯公式要求≥1m/s,當(dāng)＜1m/s時(shí)就不用高斯模式而用其它模式處理

變量實(shí)際計(jì)算時(shí)風(fēng)速如何取?煙流抬升相對(duì)穩(wěn)定后整個(gè)煙云垂直范圍內(nèi)的平均風(fēng)速五、高斯模式使用條件的討論（第一單元）4.污染物假定（4）可以推知地面對(duì)污染物進(jìn)行全反射，高斯模式是一種正態(tài)分布假設(shè)條件下的湍擴(kuò)散模式。因此該模式適用的污染物必須是氣態(tài)污染物或粒徑較小的微粒。對(duì)于dp＞5μm的粒子在擴(kuò)散時(shí)就有明顯的重力沉降速度，并且塵粒一旦到達(dá)地面，地面不能對(duì)其全反射。因此，顆粒物擴(kuò)散濃度計(jì)算時(shí)，在有風(fēng)條件（≥1m/s）下可采用考慮了重力沉降作用的“傾斜煙云模式”。五、高斯模式使用條件的討論（第一單元）5.地形不規(guī)則的地形不能應(yīng)用高斯擴(kuò)散模式。高斯模式適合的地形必須是平坦，并且尺度范圍較?。ǎ?5km）。6其他

模式中的有效源高He

擴(kuò)散參數(shù)σy、σz，我們將在下面兩節(jié)分別加以討論。第四節(jié)煙流抬升高度q源強(qiáng)－>計(jì)算或?qū)崪y(cè)

平均風(fēng)速－>多年的風(fēng)速資料

H有效煙囪高度

、擴(kuò)散參數(shù)

顆粒物擴(kuò)散模式粒徑小于15um的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算大于15um的顆粒物：傾斜煙流模式地面反射系數(shù)第三節(jié)煙流抬升高度一、煙流抬升過程與影響煙流抬升高度的因素

1.煙流抬升階段（1）噴出階段依靠煙流初始動(dòng)量向上噴射；（2）浮升階段煙流的熱力浮力而上升；（3）瓦解階段煙流與空氣混合，失去動(dòng)量和浮力開始隨風(fēng)飄動(dòng)；（4）變平階段煙流完全變平，隨風(fēng)飄動(dòng)。影響抬升因素?zé)熈鞯臒崃蛣?dòng)力性質(zhì)，氣象條件和地形條件第三節(jié)煙流抬升高度一、煙流抬升過程與影響煙流抬升高度的因素

2.影響煙流抬升高度的因素

(1)排放源及排放煙氣的性質(zhì)初始動(dòng)量流速和煙囪口內(nèi)徑溫度差浮力項(xiàng)(2)環(huán)境大氣的性質(zhì)煙流與周圍大氣的混合速率（3）下墊面性質(zhì)與煙流抬升動(dòng)力效應(yīng)υs≥2u煙氣抬升高度的計(jì)算二、抬升高度計(jì)算式

（1）

Holland公式：適用于中性大氣條