大气污染扩散培训讲学.ppt

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1、大气污染扩散这种湍流混合和交换的结果造成污染物质从高浓度区向低浓度区输送，使它们逐渐被分散、稀释，我们称这样的过程为大气污染扩散过程。下面图（4－1）表示一个烟团在大小不同的湍涡中的扩散情况。一个烟团在大小不同的湍涡中的扩散情况。（a）表示烟团处于比它尺度小的湍涡之中，烟团一方面随风向下风方向飘动，同时由于湍涡的搅拌边缘不断与周围空气混合，缓慢的膨胀，同时烟团浓度不断地降低。（b）表示一个比烟团大的湍涡对扩散的作用，这时烟团主要被湍涡运动所挟带，本身增长不大。（c）表示尺度与烟团大小相仿的湍流作用

2、。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：①根据当地气象条件，对工艺设施的设计和布局提出合理建议，预防可能造成的污染；②根据大气质量标准和当地大气的扩散能力，提出排放标准（排放量和排放高度）；③进行污染气象条件的预报（污染潜势预报），防止可能发生的严重污染事件。第二节连续点源高斯扩散模式空气污染的形成和危害程度是以空气污染物的作用于受污

3、染体的浓度和时间决定的。因此，尽管具体的空气污染问题多种多样，各不相同，但都必须解决一个基本问题，就是要正确推断各种条件下污染浓度的分布及其随时间的变化。高斯扩散模式一个连续点源小尺度（10km）扩散模式——高斯扩散模式。高斯扩散模式是在假设污染物的浓度为正态分布的前提下导出的。通过大量的小尺度扩散试验，特别是在平原和比较平坦地区的试验表明，污染物质在大气中的扩散，其浓度分布基本接近正态分布。由湍流扩散梯度输送理论建立起来的扩散方程，在扩散系数为常数假定下，也可得到污染物浓度为正态分布形式的解。由

4、湍流研究的统计理论出发，在平稳和均匀湍流的假定下，也可以证明扩散粒子位移的概念服从正态分布。—、无界条件下的高斯模式假如排放源处于一个无界的、流场均匀的空间。这时我们以源为坐标原点，取x轴指向平均风速方向，以垂直于地面的方向为垂直向（即z轴），则y向称为横向。图（4—2）是连续高架点源无界（a）与有界（b）坐标示意图。在烟流横向和垂直向浓度为正态分布条件下，其空间分布可写成：式中C(x，y，z)表示在空间某点（x，y，z）某一时段的平均浓度，A（x）表示烟流中心轴线浓度。当y＝Z＝O时，则有下式：

5、C（x，0，0）=A（x）式中σy和σz分别表示此段时间内横向和垂直向浓度分布的标准差，即这两个方向的扩散参数。扩散参数是估算污染浓度最重要的参数之一。—、无界条件下的高斯模式根据质量守恒原理，在任意一个与x轴垂直的烟流截面上取一个小面元dydz，单位时间通过小面元的污染物质为CUdydz，根据连续性原理，单位时间通过整个截面的污染物应该等于源的排放量，即源强Q：将（4.1）式代入（4.2）式并进行积分有：其中U是常数，A＝A（x）与y、Z无关，最后可得到：把（4．3）代回到（4．1）则可得到无界

6、空间连续高架点源的高斯扩散公式：二、有界条件下的高斯模式设源高为H，以源所在地面的投影作为坐标原点，x轴仍指向平均风速方向（如图（4－2）b图所示）。这时空间某一点P（x，y，z）的浓度可看成是两部分浓度的叠加：一部分相当于无界时P点具有的浓度，另一部分是由于地面反射作用增加的浓度。这相当于不存在地面时位置在（0，0，H）的实源在P点造成的浓度以及因地面反射造成的相当于位置在（0，0，—H）的“虚源”在P点造成的浓度之和，如图（4－3）所示。实源的贡献是：实源的贡献是：虚源的贡献是：所以P（x，y

7、，z）点的浓度为：式中C（x，y，Z，H）为有效源高H的源在点P（x，y，z）处造成的浓度（mg／m3），Q为源强（mg／s），U为源高处平均风速（m／s），σy，σz分别为横向、垂直向扩散参数（m）。公式（4．5）是估算高架点源浓度分布常用的基本模式。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、H）：（b）地面轴线浓

8、度C（x、o、o、H）：(c）地面最大浓度及出现位置：假设σz/σy的值不随下风向距离x变化，可以推得高架源地面最大浓度为：而且最大值出现在满足下列关系的距离上：当扩散参数表示成幂函数形式时则地面最大浓度出现距离为：2．地面连续点源（a）地面浓度C（x,y,0，0）：（b）地面轴线浓度C（x,0,0，0）：高斯模式是应用得比较广泛的大气扩散模式。它适用的条件有以下几方面：①下垫面开阔、平坦、性质均匀。②扩散物质在扩散过程中不发生衰减，扩散物质与空气没有相对运动，地面对污染物起全反射