大气大气污染浓度估算模式

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 大气污染物扩散模式,1.湍流扩散的基本理论,2.高斯扩散模式,3.污染物浓度的估算方法,4.特殊气象条件下的扩散模式,5.城市及山区的扩散模式,6.烟囱高度设计,1,第一节 湍流扩散的基本理论,扩散的要素,风,：,平流输送为主，风大则湍流大,湍流：扩散比分子扩散快10,5,10,6,倍,湍流的基本概念,湍流大气的无规则运动,风速的脉动,风向的摆动,起因与两种形式,热力：温度垂直分布不均（不稳定）,机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度,2,湍流扩散理论,主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系,1.,梯度输送理论,类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比,2.,湍流统计理论,泰勒,图,4-1,，正态分布,萨顿实用模式,高斯模式,3.,相似理论,3,第二节 高斯扩散模式,高斯模式的有关假定,坐标系,右手坐标，,y,为横风向，,z,为垂直向,四点假设,a,污染物浓度在,y,、,z,风向上分布为正态分布,b,全部高度风速均匀稳定,c,源强是连续均匀稳定的,d,扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）,4,高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,5,无界空间连续点源扩散模式,由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布,方差的表达式,由假定,d,源强积分式,（单位时间物料守恒）,6,高斯烟流的形态,7,高斯烟流的浓度分布,高斯烟流中心线上的浓度分布,8,高架连续点源扩散模式,镜像全反射,-,像源法,实源：,像源：,9,高架连续点源扩散模式,10,高架连续点源扩散模式,11,颗粒物扩散模式,粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算,大于15m的颗粒物：倾斜烟流模式,地面反射系数,12,第三节 污染物浓度的估算,q,源强 计算或实测,平均风速 多年的风速资料,H,有效烟囱高度,、 扩散参数,1.,烟气抬升高度的计算,初始动量： 速度、内径,烟温度 浮力,烟气抬升产生原因,13,1.烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式,（1）,Holland,公式,：,Holland,公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下,适用于中性大气层结条件，非中性层结时需作修正：,不稳定时,H,增加,10,20%,；,稳定时,H,减小,10,20%,。,14,1.烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式（,续）,（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件,15,1.烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式,（续）,（3）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)中的公式,（环评导则HJ/T2.2-93）,16,2/5,3/5,0.292,城区及近郊区,2/5,3/5,0.332,农村或城市远郊区,2/3,1/3,1.303,城区及近郊区,2/3,1/3,1.427,农村或城市远郊区,地表状况（平原）,表4-2 系数 的值,17,2、扩散参数的确定,PG曲线法,P,G,曲线,Pasquill,常规气象资料估算,Gifford,制成图表,18,2、扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用, 根据常规资料确定稳定度级别,稳定度级别：,A为强不稳定、D为中性、F为稳定。,19,2、扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用, 利用扩散曲线确定 和 （取样时间10min）,20,2、扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用, 浓度估算,地面最大浓度估算,21,2、扩散参数的确定中国国家标准规定的方法,（一）稳定度分类方法,改进的PT法,太阳高度角,（式,4-29,，地理纬度，倾角）,辐射等级 稳定度,云量,（加地面风速）,22,2、扩散参数的确定中国国家标准规定的方法,（二）扩散参数的选取,扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）,平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级,工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向提一级,丘陵山区的农村或城市，同工业区,(三)污染物浓度与取样时间的关系：大于0.5h， 不变， 则,23,24,第四节 特殊气象条件下的扩散模式,主要指气象条件与高斯模式不一样,（,温度层结构均一，实际中难以实现）,1、封闭型扩散模式,相当于两镜面之间无穷次全反射,实源和无穷多个虚源贡献之和,n,为反射次数，在地面和逆面,实源在两个镜子里分别形成,n,个像,25,1、封闭型扩散模式,计算简化：,26,2、熏烟型扩散模式,假设：,D,换成,h,f,（垂向均匀分布）；,q,只包括进入混合层部分，,则仍可用上面公式,27,2、熏烟型扩散模式,28,第五节 城市及山区扩散模式,城市大气扩散模式,1.线源扩散模式,29,第五节 城市及山区扩散模式,2.面源扩散模式,大气排放规范里规定条件：烟囱高,40m,；,单个排放量,0.04t/h,30,第五节 城市及山区扩散模式,2.面源扩散模式（续）,简化为点源的面源扩散模式（续）,形心上风向距,x,0,处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好与正方形宽度相等,烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍,（正态分布： ）,确定 、 之后即可按点源计算面源浓度,31,第五节 城市及山区扩散模式,2.面源扩散模式（续）,窄烟流模式,某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向两侧单元对其影响很小,某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强决定,32,第五节 城市及山区扩散模式,山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立,对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多,ERT,模式,高斯模式，只对有效源高进行修正,NOAA,和,EPA,模式,NOAA,以高斯模式为基础，对有效源高进行修正,EPA,与,NOAA,相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正,33,第六节 区域大气环境质量模型,区域大气环境质量取决于,区域污染物排放总量,区域大气污染源分布,区域大气污染源源高,区域大气扩散能力,区域污染物排放总量 区域大气环境容量,区域大气环境容量：指某区域自然环境空气对某种大气,污染物的容许承受量或负荷量。,其取决:区域面积、其在横风向上的宽度、混合层高度、风速,34,一、箱式大气环境质量模式,基本假设：在估算大气污染物浓度时，把所研究的区域看成是“箱底”，箱子的高度就是该区域的混合层高度，而污染物在箱子内处处相等。,根据整个箱子大气污染物的输入、输出，,大气污染物的质量守恒方程：,当k=0，排放稳定时上式的解为：,35,当时间t，大气污染物浓度随时间的变化趋于稳定。,此时的大气污染物浓度称为平衡浓度 ，上式（4-66）,可写为：,如果衰减不能忽略，则（4-65）式的解为：,这时箱体内的平衡浓度 为：,适用于估算城市或较大区域较长时间的大气污染物平均浓度。,36,二、多源大气环境质量模式,区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度 与各污染源对该点浓度的贡献值之和：,可根据污染源和气象条件选用相应计算模式。,计算时注意坐标变换。,37,三、制定地方大气污染排放标准的技术方法中 排放总量的计算方法,1.,总量控制区内气态污染物排放总量限值的计算方法,按如下公式计算,其中：,源高30m,年,排放总量：,源高30m排放总量：,其中：,38,2. 二氧化硫排放标准制定方法,（1） SO,2,排放率14kg/h，烟囱30m时：,按式（4-71）式（4-74）计算。,按取（GB3095-1996）中相应的日平均浓度值作为实施值，取相应等级年均值作为目标值。,（2） SO,2,点源,排放量限值,按式（4-77）式（4-80）计算。,（3）采暖期 SO,2,排放总量限值：按下式计算。,（4）低架源 SO,2,排放总量限值：按下式计算。,39,3. 烟尘排放标准制定方法,点源烟尘允许排放率计算式如下：,式中： 烟尘允排放率，t/h；,烟尘排放控制系数，t/(h.m,2,),按所在行政区及功能,区查表4-10,H排气筒有效高度，m。,40,第七节 烟囱高度的设计,一、烟囱高度的计算,要求：,（1）,达到稀释扩散的作用,（2）,造价最低，,造价正比于H,2,（3）地面浓度不超标,（一）按地面最大浓度计算,b,C,C,C,-,=,0,max,0,C,标准浓度,b,C,本底浓度,0,C,标准浓度,b,C,本底浓度,41,烟囱高度的计算,（二）按地面绝对最大浓度计算,42,烟囱高度的计算,（三）按一定保证率的计算法,取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数,（四）P值法,国标GB/T 13201-91,43,二、,烟囱设计中的几个问题,1.上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核（高烟囱）,2. 烟气抬升高度的选取,3. 优先采用国家标准中的推荐公式,4. 气象参数的取值： 多年均值； 取某一保证频率的值,5. 烟流下洗、下沉现象,44,6. 烟囱高度设计中应注意一下具体要求,（1）,45,