大气污染预测大气污染预测-扩散模式扩散模式5月月31日日无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式污染物浓度的估算污染物浓度的估算污染物浓度的估算污染物浓度的估算q 源强源强 计算或实测计算或实测 平均风速平均风速 多年的风速资料多年的风速资料 H 有效烟囱高度有效烟囱高度 、 扩散参数扩散参数烟云抬升的原因有两个：烟云抬升的原因有两个：是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直上是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直上升）；升）；是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。这两种动力引起的烟气浮力运动称这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升烟云抬升，烟云抬升有利，烟云抬升有利于降低地面的污染物浓度。于降低地面的污染物浓度。1.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 初始动量：初始动量： 速度、内径速度、内径浮力：烟温度浮力：烟温度烟气抬升烟气抬升烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算（1） Holland公式公式：当大气稳定度为中性，计算烟气抬升当大气稳定度为中性，计算烟气抬升高度时，经常使用霍兰徳公式：高度时，经常使用霍兰徳公式： Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下。公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下。在实际计算中，不稳定条件在实际计算中，不稳定条件(A、B稳定度稳定度)，H 需增加需增加1020；稳定条件稳定条件(D、E、F稳定度稳定度)， H 需减少需减少1020。kWkW抬升高度计算式抬升高度计算式 （2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件公式：适用不稳定及中性大气条件不稳定或中性大气下，布里格斯公式用来确定不同的热释放不稳定或中性大气下，布里格斯公式用来确定不同的热释放率和下风向距离条件下的烟气抬升高度：率和下风向距离条件下的烟气抬升高度：（3 3）我国）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法制订地方大气污染物排放标准的技术方法” (GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式在没有特别要求时，应优先使用在没有特别要求时，应优先使用国家标准规定的方法。国家标准规定的方法。 烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）例：某市远郊区电厂烟囱高例：某市远郊区电厂烟囱高160m，烟囱排出口内径，烟囱排出口内径5m，排烟速度，排烟速度12m/s。烟气温度。烟气温度135，周围大气，周围大气温度温度15 。大气稳定度。大气稳定度C级，源高处风速级，源高处风速6.12m/s。 试分别用霍兰德、布里格斯、国家标准公式计算烟气试分别用霍兰德、布里格斯、国家标准公式计算烟气抬升高度（假设下风向距离抬升高度（假设下风向距离x=2km）大气扩散参数（大气扩散参数（大气扩散参数（大气扩散参数（ y y， z z）的确定）的确定）的确定）的确定PG曲线法曲线法 帕帕斯斯奎奎尔尔(Pasquill)在在1961年年推推荐荐一一种种仅仅需需要要常常规规气气象象观观测测资资料料就就能能估估算算y，z的的方方法法，吉吉福福德德(Gifford)进进一一步步将将它它制制成成应应用用更更方方便便的的图图表表。应应用用观观测测到到的的风风速速、云云量量、云云状状和和日日照照等等天天气资料，气资料，将大气扩散稀释能力分为将大气扩散稀释能力分为6个等级个等级：A 极不稳定，极不稳定，B 不稳定，不稳定，C 弱不稳定，弱不稳定，D 中性，中性，E 弱弱稳稳定定，F 稳稳定定。若若稳稳定定级级别别为为AB，则则表表示示按按A 、B级级的的数据内插数据内插。该法的要点该法的要点：首先首先根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度级别；级别；然后然后从从图图4-4和和图图4-5中查得中查得（或表（或表4-4用内插法求出）用内插法求出）对应的扩散参数对应的扩散参数y和和z；最后最后将将y、z代入前面介绍的一系代入前面介绍的一系列扩散模式中，就可估计出各种情况下的浓度值。列扩散模式中，就可估计出各种情况下的浓度值。扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量，是影响污染物浓度扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量，是影响污染物浓度的重要参数。的重要参数。 扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定P PG G曲线法曲线法曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n根据常规资料确定稳定度级别根据常规资料确定稳定度级别扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定P PG G曲线法曲线法曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定 和和扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定扩散参数的确定P PG G曲线法曲线法曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n n估算地面最大浓度估算地面最大浓度估算地面最大浓度估算地面最大浓度 和它出现的距离和它出现的距离和它出现的距离和它出现的距离估算地面最大浓度估算地面最大浓度估算地面最大浓度估算地面最大浓度 和它出现的距离和它出现的距离和它出现的距离和它出现的距离设，则=100m若大气稳定度级别为B级，则 查右图知： =2km估算地面最大浓度估算地面最大浓度估算地面最大浓度估算地面最大浓度 和它出现的距离和它出现的距离和它出现的距离和它出现的距离在对应的约为110m例题例题例题例题例题例题例题例题扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法我国在修订我国在修订P-T法法基础上产生了国家标准法基础上产生了国家标准法(GB/T 13201-91)。 太阳高度角太阳高度角 （式（式4-29，地理纬度，倾角），地理纬度，倾角） 辐射等级辐射等级 稳定度稳定度 云量云量（加地面风速）（加地面风速） 该方法的技术路线是：根据时间、地理位置确定日倾角、该方法的技术路线是：根据时间、地理位置确定日倾角、太阳高度角，利用天气条件确定辐射等级，然后利用辐射太阳高度角，利用天气条件确定辐射等级，然后利用辐射等级和风速确定大气稳定度，最后查扩散参数幂函数表，等级和风速确定大气稳定度，最后查扩散参数幂函数表，确定扩散参数。确定扩散参数。 扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的选取扩散参数的选取n扩散参数的表达式为（取样时间，按表扩散参数的表达式为（取样时间，按表4-8查算）查算）n平原地区和城市远郊区，平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级向不稳定方向提半级n工业区和城市中心区，工业区和城市中心区，C提至提至B级，级，D、E、F向不稳定方向向不稳定方向提一级提一级n丘陵山区的农村或城市，同工业区丘陵山区的农村或城市，同工业区n取样时间大于，取样时间大于， 不变，不变，例：某冶炼厂烟囱高例：某冶炼厂烟囱高150m，烟气抬升高度，烟气抬升高度75m，SO2排放量排放量1000g/s 。估算风速。估算风速3m/s，大气稳定度，大气稳定度C级时地面最大浓度是多少？发生在什么位置？级时地面最大浓度是多少？发生在什么位置？ （分别用（分别用P-G法和国家标准方法计算）法和国家标准方法计算）第二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。第二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。第一步：确定出现地面最大浓度的第一步：确定出现地面最大浓度的Z向扩散参数。向扩散参数。第三步：确定出现地面最大浓度的第三步：确定出现地面最大浓度的y向扩散参数。向扩散参数。第四步：计算地面最大浓度。第四步：计算地面最大浓度。特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式在整层大气都具有同一稳定度（即温度层结构均一，实际在整层大气都具有同一稳定度（即温度层结构均一，实际中难以实现）、平坦地形的条件下应用高斯模式计算污染中难以实现）、平坦地形的条件下应用高斯模式计算污染物浓度。物浓度。如果整个大气层不均匀，污染物扩散所涉及的温度层结不如果整个大气层不均匀，污染物扩散所涉及的温度层结不止一个，或者地表粗糙度高，地势起伏大就需要特殊处理。止一个，或者地表粗糙度高，地势起伏大就需要特殊处理。下面讨论两种特殊情况：封闭型扩散和熏烟型扩散。下面讨论两种特殊情况：封闭型扩散和熏烟型扩散。一、封闭型扩散模式一、封闭型扩散模式有上部逆温层的扩散模式有上部逆温层的扩散模式所谓封闭型扩散就是指在上部存在逆温层的气象条件下，所谓封闭型扩散就是指在上部存在逆温层的气象条件下，污染物受到上部逆温层限制，只能在地面和逆温层之间扩污染物受到上部逆温层限制，只能在地面和逆温层之间扩散的情况散的情况在封闭型扩散中，假定：在封闭型扩散中，假定：n污染物完全不向逆温层扩散；污染物完全不向逆温层扩散； n上部逆温层对污染物起全反射作用，可用像源法处理；上部逆温层对污染物起全反射作用，可用像源法处理； n污染源在地面和逆温层之间形成无穷多个像对，污染物污染源在地面和逆温层之间形成无穷多个像对，污染物浓度是实源和无穷多虚源的贡献之和。浓度是实源和无穷多虚源的贡献之和。 由式由式4-9得：得：地面轴线上的污染物浓度为：地面轴线上的污染物浓度为： DD-HD-H2D-H封闭型扩散模式封闭型扩散模式封闭型扩散模式封闭型扩散模式简化计算：简化计算：例：位于北纬例：位于北纬40，东经，东经117 的的某化工厂烟囱高某化工厂烟囱高50m，H2S排放量排放量9kg/h ,排放筒直径，烟气出口温度排放筒直径，烟气出口温度50。出。出口气速口气速12m/s。距地面。距地面10m处风速为处风速为4m/s，早春，早春2月上月上午午8时，天气晴朗，环境气温时，天气晴朗，环境气温15，距地面距地面500m处出现处出现逆温，试问在下风向逆温，试问在下风向5000m、8000m处处H2S浓度有多大浓度有多大？第二步：确定第二步：确定H计算计算QV、QH-计算计算50m处风速处风速-计算计算H。第一步：确定大气稳定度第一步：确定大气稳定度查太阳倾角查太阳倾角-计算太阳高度角计算太阳高度角-确定辐射等级确定辐射等级-查出大气稳定度查出大气稳定度第三步：确定第三步：确定XD计算计算z，按远郊区查表，按远郊区查表4-8，反算，反算XD。第四步：按第四步：按4-9计算计算5000m处处H2S浓度。浓度。第五步：按第五步：按4-9计算计算XD 处处H2S浓度；按浓度；按4-36计算计算2XD 处处H2S浓度。然后内插，确定浓度。然后内插，确定 5000m处处H2S 浓度。浓度。熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟过程熏烟过程：早晨太阳升起后，地面得到来自太阳的辐射早晨太阳升起后，地面得到来自太阳的辐射逐渐加热，夜间产生的逆温层逐渐抬升，当逆温破坏到逐渐加热，夜间产生的逆温层逐渐抬升，当逆温破坏到烟流下边缘以上时，使烟流发生向下的强烈混合，地面烟流下边缘以上时，使烟流发生向下的强烈混合，地面污染物浓度增大，产生熏烟过程。熏烟过程一般多在早污染物浓度增大，产生熏烟过程。熏烟过程一般多在早晨发生，持续时间不超过晨发生，持续时间不超过2小时小时。熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式地面浓度地面浓度地面浓度地面浓度hf逆温层消失高度；逆温层消失高度；yf熏烟条件下熏烟条件下Y向向扩扩散参数散参数即即hf=H时时例题例题例题例题 参照【例参照【例参照【例参照【例4-64-6】烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟囱高度的计算烟囱高度的计算n（1）达到达到大气污染物大气污染物稀释扩散的作用；稀释扩散的作用；n（2）尽量）尽量节省投资节省投资（造价正比于（造价正比于H H2 2 ）；）；n（3 3）地面浓度）地面浓度不超过不超过环境空气质量标准环境空气质量标准。 1、按地面最大浓度计算、按地面最大浓度计算 2 2、按一定保证率的计算法、按一定保证率的计算法、按一定保证率的计算法、按一定保证率的计算法由地面最大浓度计算法由地面最大浓度计算法HS较矮，当较矮，当u时，地面浓度可能超标；时，地面浓度可能超标；由由地地面面绝绝对对最最大大浓浓度度计计算算法法HS较较高高，无无论论u多多大大，地地面面浓浓度度不不超标，但烟囱造价高。超标，但烟囱造价高。从从环环保保和和经经济济两两方方面面来来看看，在在选选择择一一个个可可接接受受的的保保证证率率后后，、稳稳定定度度取取一一定定值值后后代代入入上上述述公公式式，可可得得某某一一保保证证率率的的气气象象条条件件下下的烟囱高度，较前面较合理。的烟囱高度，较前面较合理。3 3、P P值法值法值法值法根根据据“指指定定大大气气污污染染物物排排放放标标准准的的技技术术方方法法”GB/T13201-91中中规规定的点源烟尘允许排放率计算式：定的点源烟尘允许排放率计算式：式中：式中：Qe烟尘允许排放速率，烟尘允许排放速率，t/h；Pe烟尘排放控制系数，烟尘排放控制系数，t/(hm2)；H有效源高，有效源高，m。烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题烟囱高度计算公式的校核烟囱高度计算公式的校核 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封闭型或熏烟型模式校核烟气抬升高度的选取烟气抬升高度的选取n优先采用国家标准中的推荐公式（也有人认为一般选霍氏公优先采用国家标准中的推荐公式（也有人认为一般选霍氏公式）。式）。烟流下洗现象的防止烟流下洗现象的防止 为避免烟流因受周围建筑物的影响而产生的烟流下洗现象，为避免烟流因受周围建筑物的影响而产生的烟流下洗现象，烟囱高度应为周围建筑物的烟囱高度应为周围建筑物的2倍以上。倍以上。 为避免烟囱本身对烟流产生的下洗现象，烟囱出口气速不得为避免烟囱本身对烟流产生的下洗现象，烟囱出口气速不得低于该高度处平均风速的低于该高度处平均风速的1.5倍。一般宜在倍。一般宜在2030 m/s。 烟温宜在烟温宜在100以上。以上。公式中与气象有关的参数取值方法：公式中与气象有关的参数取值方法：的的取取值值：取取多多年年平平均均值值；取取某某一一保保证证率率的的值值：如如已已知知3m/s的的频频率率为为80%，取取3m/s可可保保证证有有80%不不超超标标，而而地面平均最大浓度可能比规定标准更低。地面平均最大浓度可能比规定标准更低。烟囱出口直径的计算：烟囱出口直径的计算：w例：例：地处丘陵的某炼油厂进行扩建，拟新建一烟囱排放污染地处丘陵的某炼油厂进行扩建，拟新建一烟囱排放污染物。烟囱排放条件为：出口内径物。烟囱排放条件为：出口内径3m，出口速度，出口速度15m/s，烟，烟温温140 ，大气温度，大气温度17 ， H2S排放量排放量7.2kg/h。离该厂。离该厂2500m处有一城镇，大气中处有一城镇，大气中H2g/m3，为使该城镇，为使该城镇H2S的浓的浓度低于度低于10 g/m3 ，问要建多高的烟囱才能满足要求？设计，问要建多高的烟囱才能满足要求？设计风速取风速取3m/s。提示：烟气抬升采用霍兰德公式。提示：烟气抬升采用霍兰德公式。高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算1、Holland公式公式2、Briggs公式公式3、 (GB/T13201-91)中的公式中的公式大气扩散参数（大气扩散参数（大气扩散参数（大气扩散参数（ y y， z z）的确定）的确定）的确定）的确定1、确定大气稳定度级别、确定大气稳定度级别2、由表、由表4-4或或4-8确定确定 y y， z z烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算烟囱高度的计算按地面最大浓度计算按地面最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算