大氣環(huán)境影響二

大氣環(huán)境影響二1第一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)湍流擴散的基本理論一、湍流的基本概念1概念：在低層大氣中，空氣的運動由一個接一個的迅速的陣風起伏所組成，大小與方向隨時都在變化，運動很不規(guī)則，我們把這種不規(guī)則的運動稱為大氣湍流大氣湍流與一般工程上遇到的湍流有明顯的不同。流體在管內流動時，湍渦的大小是被限制著的。大氣中空氣的流動則是沒有約束的。只要極小的平均風速就會有很大的雷諾數(shù)；實際上可以認為，低層大氣的流動通常都是處于湍流狀態(tài)。形成和發(fā)展取決于兩種因素：動力或機械的因素-機械湍流；熱力因素引起-熱力湍流；2第二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日2.大氣湍流運動的描述：統(tǒng)計理論描述，某種屬性的時間平均值可用下式表示：直角坐標系中，任意瞬時速度湍流特性可以用湍流強度來表示湍流強度的定義3第三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日相對湍流強度4第四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日風向擺動可用風向方位角的方差或標準差描述湍流運動的兩種描述方法歐拉法：連續(xù)介質，整個流場中各個給定空間點不同質點的運動要素隨時間的變化－－簡便拉格朗日法：典型流體質點的運動生命兩種湍流：鉛直方向氣溫分布不均產(chǎn)生的湍流-熱力湍流，主要取決于大氣穩(wěn)定度。鉛直方向風速分布不均及地面粗造度產(chǎn)生的湍流，叫機械湍流。主要取決于風速梯度和地面粗造度。湍流有極強的擴散能力：比分子擴散快105-106倍。與煙團尺度相近，擴散最好，太大-搬運，太小—擴散差。5第五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日二、湍流擴散理論梯度輸送理論，統(tǒng)計擴散理論，相似擴散理論1梯度擴散理論在湍流擴散煙流中取微小體積元dxdydz,研究其中由于平均流動和湍流擴散發(fā)生的物質交換情況。ABCDA’B’C’D’6第六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日單位時間內沿x方向微元內污染物的凈變化量為：同理，在y方向和z方向的凈變化量分別為：單位時間內微元內總的變化量為微元內的污染物質量為Cdxdydz,單位時間內的變化量表現(xiàn)為為：（5-1）（5-2）7第七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日據(jù)質量守恒定律（5-1）=（5-2）：考慮到湍流引起的濃度和速度起伏，需將c=c+c’，u=u+u’，v=v+v’，w=w+w’等關系式代入（5-3），對兩邊取平均，整理后得到：（5-3）湍流擴散的梯度理論把湍流擴散過程與分子擴散過程類比，假定湍流脈動的濃度通量正比于平均濃度梯度，即：（5-4）8第八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日將上式代入（5-4）中，得到湍流擴散的微分方程：取x軸與平均風向一致，z軸鉛直向上，v=w=0,假定流場均勻，將平均濃度表示為c,則上式變?yōu)椋海?-5）（5-6）有風條件下連續(xù)點源的解：空間某固定點的濃度C不隨時間而變濃度僅是空間坐標的函數(shù)9第九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日X方向上的風平流輸送引起的物質質量傳遞遠遠超過擴散作用方程（5-6）簡化為：邊界條件：x=y=z=0時，C→∞x,y,z→∞時，C→0連續(xù)條件：假定污染物在擴散過程中沒有衰減或增生,而保持恒定,于是通過下風向任一y-z平面的污染物量等于源強Q（5-7）10第十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日在上述條件下有風連續(xù)點源的解為：式中：（5-30）式（5-30）是假定污染物在無限空間中擴散，不受任何界面限制的條件下導出的，又稱為無界情況下的擴散模式---無界空間連續(xù)點源高斯模式。11第十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日4高架連續(xù)點源高斯模式考慮地面影響像源法—全反射原理P點濃度由實源（0、0、H）和像源（0、0、-H）產(chǎn)生的濃度之和（1）高架連續(xù)點源高斯模式推導實源的作用：P點在以實源排放點（有效源高處）為原點的坐標系中（無限空間）中的鉛直坐標（距煙流中心線的鉛直距離）為（-(H-z)=z-H），不考慮地面影響時在P點產(chǎn)生的濃度按（5-30）計算。（5-31）12第十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日像源的作用：P點在以像源排放點（負的有效源高處）為原點的坐標系（無限空間）中的鉛直坐標（距像源產(chǎn)生的煙流中心線的鉛直距離）為（z+H），其在P點產(chǎn)生的濃度也按（5-30）計算。P點的實際濃度應為實源和像源作用之和（5-32）（5-33）13第十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日地面濃度擴散模式，z＝0時地面軸線濃度擴散模式，z=0,y=0時地面最大濃度模式（5-34）（5-35）x→大→大→小→大C-出現(xiàn)最大值14第十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日對x求導,并令（5－35）＝0，計算最大落地濃度和距離（5-36）（5-37）（5-38）（5-39）（5-40）化簡為下列常用的形式：15第十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日地面連續(xù)點源擴散模式，H=05.煙流寬度和煙流高度煙流半寬y0的定義是沿y軸方向從濃度軸線（x軸線）到濃度下降為軸線濃度1/10的距離假定濃度分布符合正態(tài)分布（5-42）坐標yi處濃度16第十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日→同理：K理論把湍流擴散比擬分子擴散為缺乏嚴格物理依據(jù)的。湍流場均勻定常，實際大氣很難滿足；梯度理論僅是一種半經(jīng)驗性的理論；現(xiàn)在使用的大多數(shù)大氣擴散模式都是由其進一步推導出高斯模式的不足之處：17第十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)有效煙囪高度的計算一、有效源高定義從地面最大濃度計算模式（5-37）看出，地面最大濃度Cmax和有效源高H的平方成反比有效源高H等于煙囪實體高度Hs與煙流抬升高度△H之和。有風時熱煙流的抬升大體分以下幾個階段：噴出階段；浮升階段；瓦解階段；變平價段18第十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日變平階段瓦解階段浮生階段噴出階段煙氣抬升的各個階段19第十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日二、煙流抬升高度公式HJ/T2.2-93《環(huán)境影響評價技術導則大氣環(huán)境》推薦公式：⑴有風時，中性和不穩(wěn)定條件下煙氣抬升高度H(m)①當煙氣熱釋放率Qh大于或等于2100kJ/s，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值T大于或等于35k時：20第二十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日②當1700kJ/s<Qh<2100kJ/s時③當Qh1700kJ/s或者T<35k時：21第二十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日⑵有風時，穩(wěn)定條件下：⑶靜風和小風時：dTa/dZ取值時宜小于0.01k/m。例題5-1“導則計算值”居中22第二十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日三、地面絕對最大濃度風速是變化的風速對地面濃度有雙重影響（5-40）風速增大時地面濃度減小風速增大時煙流抬升高度減小，地面最大濃度反而增大煙流抬升公式可以表示為（5-69）23第二十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日地面最大濃度：對平均風速求導數(shù)，24第二十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日Cabsm使所有地面最大濃度中的極大者，地面絕對最大濃度；出現(xiàn)絕對最大濃度的風速-------危險風速；危險風速下，煙流抬升高度和煙囪幾何高度相等，△H=Hs25第二十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日第六節(jié)點源環(huán)境濃度估算一、帕斯圭爾擴散曲線法1擴散曲線的要點①劃分大氣穩(wěn)定度的方法根據(jù)云量、云狀、太陽輻射狀況和地面風速等常規(guī)氣象資料，將大氣的擴散稀釋能力劃分為A-F六個穩(wěn)定度等級。P131表5-5所示②給出了確定擴散參數(shù)的方法P-G曲線，用常規(guī)氣象資料就可以確定擴散參數(shù)的值③正態(tài)濃度分布假設下的污染物環(huán)境濃度計算模式為帕斯圭爾曲線法的污染物環(huán)境濃度計算模式P-G擴散曲線法26第二十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日2帕斯奎爾擴散曲線法的應用（1）根據(jù)常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度級別①穩(wěn)定度級別中：A-極不穩(wěn)定、B-不穩(wěn)定、C-微不穩(wěn)定、D-中性、E-微穩(wěn)定、F-穩(wěn)定。②A-B表示A、B級別數(shù)據(jù)內插③夜間定義為日落前一小時至日出后一小時的時段④不論何種大氣狀況，夜間前后各一小時算作中性，即D級穩(wěn)定度⑤強太陽輻射對應于碧空下太陽高度角60°的條件，弱太陽輻射相當于碧空下太陽高度角從15°到35°。在確定太陽輻射時云量應與太陽高度一起考慮。27第二十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日（2）利用擴散曲線確定σy和σz圖5-17和圖5-18解決書籍復制誤差，英國氣象局給出表5-6具體數(shù)值（3）濃度計算確定擴散參數(shù)后,代入正態(tài)分布假設下的擴散模式(5-33)中,即可計算出高架連續(xù)點源下風向各點的污染物濃度。模式中的風速一般取源高處的平均風速。地面濃度分布圖的繪制劃分單元，計算各點的濃度值，繪制等濃度曲線圖28第二十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日二、我國推薦的大氣污染物環(huán)境濃度估算方法1大氣穩(wěn)定度分類采用修訂的帕斯圭爾穩(wěn)定度分類法（P·S）（1）太陽高度角計算

h0＝arc[sinφsinδ+cosφcosδcos(15t+λ-300)式中：φ，λ—分別為當?shù)氐牡乩斫?jīng)度和緯度，度δ—赤緯太陽傾角，度（可按當時月份與日期從附表9上查出）

t—觀測時的北京時間，小時。29第二十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日（2）確定太陽輻射等級由云量和太陽高度角確定表5-7（3）確定大氣穩(wěn)定度的等級太陽輻射等級和地面風速確定大氣穩(wěn)定度的等級表5-82擴散參數(shù)σy和σz確定α1-橫向擴散回歸指數(shù)；α2-鉛直擴散回歸指數(shù)；γ1-橫向擴散參數(shù)回歸系數(shù)；γ2-鉛直擴散參數(shù)回歸系數(shù)；X-距排氣筒下風向的水平距離，m.查附表11得到，遵循以下幾條30第三十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日（1）平原地區(qū)農村及城市遠郊區(qū)的擴散參數(shù)A、B、C直接查出D、E、F級穩(wěn)定度，需向不穩(wěn)定方向提高半級（2）工業(yè)區(qū)或城區(qū)中屬于甲類排放標準的電源，其擴散參數(shù)選取方法A、B不提級C、D、E、F，向不穩(wěn)定方向提高1級（3）丘陵山區(qū)的農村和城市選取方法同工業(yè)區(qū)或城區(qū)3地面濃度的計算31第三十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期日作業(yè)題：1.位于北緯40°，東經(jīng)120°的某城市遠郊區(qū)（丘陵）有一火力發(fā)電廠，煙囪高度Hs=120m，煙囪排放口的直徑D=1.5m，排放的SO2的源強Q=800kg/h，排氣溫度Ts=413K，煙氣出口Vs=18m/s。8月15號17點（北京時間），云量5/4，氣溫303K，地面10m高處的風速2.8m/s。試求；（1）地面軸線最大濃度及其出現(xiàn)距離；（2）地面軸線1500處的濃度。32第三十二頁，共