1、1第四章第四章 大氣擴散濃度估算模式大氣擴散濃度估算模式教學內容教學內容1湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論2高斯擴散模式高斯擴散模式3污染物濃度的估算方法污染物濃度的估算方法4特殊氣象條件下的擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式5城市及山區的擴散模式城市及山區的擴散模式6煙囪高度設計煙囪高度設計7 7廠址選擇廠址選擇2第第4 4章章 大氣擴散濃度估算模式大氣擴散濃度估算模式 1 1、教學要求、教學要求 要求了解湍流擴散的基本理論，理解和掌握要求了解湍流擴散的基本理論，理解和掌握高斯擴散模式、煙囪高度的設計和廠址的選高斯擴散模式、煙囪高度的設計和廠址的選擇。擇。 2 2、教學重點、教學重點 掌握

2、影響污染物稀釋擴散法控制的有關條件；掌握影響污染物稀釋擴散法控制的有關條件；污染物濃度估算的高斯模式，煙囪高度的設污染物濃度估算的高斯模式，煙囪高度的設計方法。計方法。 3 3、教學難點、教學難點 污染物稀釋擴散法控制，污染物濃度估算的污染物稀釋擴散法控制，污染物濃度估算的高斯模式。高斯模式。31 湍流擴散的基本理論湍流擴散的基本理論 一一、湍流概念簡介、湍流概念簡介 擴散的要素擴散的要素風風：平流輸送為主，風大則湍流大平流輸送為主，風大則湍流大湍流：擴散比分子擴散快湍流：擴散比分子擴散快10105 510106 6倍倍1、什么是、什么是湍流湍流？ 除在水平方向運動外，還會由上、下、左、右方向

3、的除在水平方向運動外，還會由上、下、左、右方向的亂運動，風的這種特性和擺動稱為大氣湍流。（亂運動，風的這種特性和擺動稱為大氣湍流。（有點有點象分子的熱運動象分子的熱運動） 或者說湍流是大氣的無規則運動或者說湍流是大氣的無規則運動 。2、湍流與擴散的關系、湍流與擴散的關系 把湍流想象成是由許多湍渦形成的，湍渦的不規則運把湍流想象成是由許多湍渦形成的，湍渦的不規則運 動而形成它與分子運動極為相似。動而形成它與分子運動極為相似。3.3.湍流湍流起因有兩種形式起因有兩種形式 ：熱力：溫度垂直分布不均（不穩定）熱力：溫度垂直分布不均（不穩定）機械：垂直方向風速分布不均勻及地面粗糙度機械：垂直方向風速分布

4、不均勻及地面粗糙度4 4.4.湍流運動的判據湍流運動的判據雷諾數雷諾數雷諾還找到了由層流運動轉換到湍流運動的判據雷諾還找到了由層流運動轉換到湍流運動的判據雷諾數（雷諾數（Re）臨界雷諾數臨界雷諾數試驗（圓管）表明：試驗（圓管）表明：當當Re2000時的流體流動是時的流體流動是 湍流湍流當當Re0.1m/s則則Re6000所以通常認為大氣運動都是湍流運動所以通常認為大氣運動都是湍流運動LURe5二、湍流擴散理論簡介二、湍流擴散理論簡介 1.1.梯度輸送理論梯度輸送理論 2.湍流統計理論湍流統計理論6 3. 3.研究湍流的主要方法研究湍流的主要方法 目前研究湍流的主要方法有兩種：目前研究湍流的主要

5、方法有兩種： 一種是半經驗理論方法一種是半經驗理論方法，它是通過解運動方程等來研，它是通過解運動方程等來研究邊界層大氣運動；究邊界層大氣運動； 是模仿氣體分子運動與氣體宏觀運動的理論處理方法，是模仿氣體分子運動與氣體宏觀運動的理論處理方法，結合經驗事實，采用適當的參數。結合經驗事實，采用適當的參數。 雖然這個理論本身還很粗糙，但能夠解決一些實際問雖然這個理論本身還很粗糙，但能夠解決一些實際問題題(如物體在流體中運行的阻力如物體在流體中運行的阻力)，所以許多應用科學家，所以許多應用科學家和工程技術人員對此比較感興趣和工程技術人員對此比較感興趣 另一種是湍流統計理論方法另一種是湍流統計理論方法，即

6、物理上把湍流視為大，即物理上把湍流視為大大小小不同尺度湍渦的迭加，用數學來描述則是把湍大小小不同尺度湍渦的迭加，用數學來描述則是把湍流看成無窮多個頻率各異的波迭加而成，采用數理統流看成無窮多個頻率各異的波迭加而成，采用數理統計途徑，來分析研究湍流內部結構。計途徑，來分析研究湍流內部結構。 將流體的不規則運動視為隨機運動的集合，以數理統將流體的不規則運動視為隨機運動的集合，以數理統計學的方法來研究湍流內部的結構，許多基礎理論科計學的方法來研究湍流內部的結構，許多基礎理論科學家就致力于這方面的研究。學家就致力于這方面的研究。7 2高斯擴散模式高斯擴散模式一、高斯模式的有關假定一、高斯模式的有關假定

7、1.坐標系坐標系 坐標系取排放點（無界源、地面源或高架源排放點）在坐標系取排放點（無界源、地面源或高架源排放點）在地面的投影點為原點，主風向為地面的投影點為原點，主風向為x軸，軸，y軸在水平面內垂直于軸在水平面內垂直于x軸，正方向在軸，正方向在x軸的左側，軸的左側，z軸垂直于水平面，向上為正，即軸垂直于水平面，向上為正，即右手坐標系。食指右手坐標系。食指x軸；中指軸；中指y軸；拇指軸；拇指z軸。此坐標系軸。此坐標系中，煙流中心與中，煙流中心與x軸重合或煙流在軸重合或煙流在oxy平面的投影為平面的投影為x軸。軸。2.2.四點假設四點假設 a污染物濃度在污染物濃度在y、z風向上分布為正態分布風向上

8、分布為正態分布b全部高度風速均勻穩定全部高度風速均勻穩定c源強是連續均勻穩定的源強是連續均勻穩定的d擴散中污染物是守恒的（不考慮轉化）擴散中污染物是守恒的（不考慮轉化） 8 高斯擴散模式坐標系高斯擴散模式坐標系 高斯擴散模式的坐標系93、無無界界情情況況下下的的擴擴散散模模式式 有正態分布假設可寫出濃度分布函數 22,bzayzyxeexAC 由統計理論可寫出方差表達式 0022cdycdyyy 0022cdzcdzzz 根據假設的連續性條件可寫出 cdydzuQ 10u上式中：上式中： 平均風速；平均風速； Q源強是指污染物排放速率。與空氣中污染物質的濃度成正源強是指污染物排放速率。與空氣中

9、污染物質的濃度成正比，它是研究空氣污染問題的基礎數據。通常：比，它是研究空氣污染問題的基礎數據。通常： （）瞬時點源的源強以一次釋放的總量表示；）瞬時點源的源強以一次釋放的總量表示； （）連續點源以單位時間的釋放量表示；）連續點源以單位時間的釋放量表示； （）連續線源以單位時間單位長度的排放量表示；）連續線源以單位時間單位長度的排放量表示； （）連續面源以單位時間單位面積的排放量表示。）連續面源以單位時間單位面積的排放量表示。 y側向擴散參數，污染物在側向擴散參數，污染物在y方向分布的方向分布的標準偏差，是距離標準偏差，是距離y的函數，的函數，m； z豎向擴散參數，污染物在豎向擴散參數，污染物

10、在z方向分布的方向分布的標準偏差，是距離標準偏差，是距離z的函數，的函數，m；未知量未知量濃度濃度c、待定函數待定函數A(x)、待定系數待定系數a、b；式、組成一方程組，四個方程式有四個未知數，式、組成一方程組，四個方程式有四個未知數，故方程式可解。故方程式可解。11 由 查 表 或 將 式 級 數 展 開 可 得 ： 02320042222adyeyadyedyeayayay 代 入 式 ：aaay2124232 ，221ya ； 同 理 得 ：221zb 12將、代入中，得： yzzyzyzzyyzyzyuxAuxAzdeydeuxAdzedyexAudydzeexAuQzyzyzy222

11、2222222222222222222 其中： uQxAzy2 再將、代入式得 無界狀況下，下風向任意位置的污染物濃度（g/m3） 2222,22exp2zyzyzyxzyuQC 13 三、高架連續點源擴散模式三、高架連續點源擴散模式 高架源既考慮到地面的影響，又考慮到高出地面一定高高架源既考慮到地面的影響，又考慮到高出地面一定高度的排放源。地面對污染物的影響很復雜，如果地面對污度的排放源。地面對污染物的影響很復雜，如果地面對污染物全部吸收，則式仍適用于地面以上的大氣，但根據染物全部吸收，則式仍適用于地面以上的大氣，但根據假設可認為地面就象鏡子一樣對污染物起全反射作用，假設可認為地面就象鏡子一

12、樣對污染物起全反射作用，按全反射原理，可用：按全反射原理，可用：“像源法像源法”處理這類問題。可以把處理這類問題。可以把P點污染物濃度看成為兩部分作用之和，一部分實源作用，點污染物濃度看成為兩部分作用之和，一部分實源作用，一部分是虛源作用。見下頁圖：相當于位置在（一部分是虛源作用。見下頁圖：相當于位置在（0，0，H）的實源和位置在（的實源和位置在（0，0，-H）的像源，當不存在地面時在的像源，當不存在地面時在P點產生的濃度之和。點產生的濃度之和。（1）實源作用：由于坐標原點原選在地面上，現移到源高）實源作用：由于坐標原點原選在地面上，現移到源高為為H處，相當于原點上移處，相當于原點上移H，即原

13、式中的即原式中的Z在新坐標系中在新坐標系中為（為（Z-H）,不考慮地面的影響，則：不考慮地面的影響，則： 2222122exp2zyzyHzyuQC14實源 虛源 H H P(x,y,z) 反射區 Z+H Z-H Z 有效源高H=Hs+H 15（2）像源作用：源高H，P點距像源產生的煙流中心線的距離為Z+H，則： 2222222exp2zyzyHzyuQC （3）P點的實際濃度為兩源作用之和： 222222212exp2exp2exp2zzyzyHzHzyuQCCC 即高架連續點源正態分布假設下的擴散模式。 （4）高架連續點源正態分布下地面濃度擴散模式 Z=0時即得地面濃度模式： 22222e

14、xp2exp, 0 ,zyzyHyuQHyxC 16（5）高架連續點源正態分布下地面軸線濃度模式 222exp, 0 , 0 ,zzyHuQHxC （6）高架連續點源正態分布下地面最大濃度模式及位置 y、z是距離x的函數（而x是t 的函數） ，且隨x的增大而增大， 在上式中zyuQ隨x增大而減小，而222expzH隨x的增大而 增大，兩項共同作用的結果必將在某一距離x上出現最大濃度Cmax。 求最大濃度利用求極值的方法，即0dxdc，作一些近于實際的 假設常數）(constzy，即y、z隨x增加的倍數相同。 17由 02exp22zzyzzHuQddddc 得 yzeHuQC2max2 且最大

15、濃度出現于滿足下列關系的下風處： 222Hz 2maxHXCXz 則風速不變時，可導出2maxeuHQc 18 以上模式適用于氣態污染物和粒徑小于以上模式適用于氣態污染物和粒徑小于10m的飄塵，對于大的飄塵，對于大10m的顆粒物，由于自身的沉降作用，濃度分布將有所改變。的顆粒物，由于自身的沉降作用，濃度分布將有所改變。7、傾斜煙云模式傾斜煙云模式在預測上述顆粒時，假設沉積和無沉積有相同的分布形式，但在整個煙云在預測上述顆粒時，假設沉積和無沉積有相同的分布形式，但在整個煙云離開源以后，便以重力終端速度下降（離開源以后，便以重力終端速度下降（ut）,此時，只要將高斯模式中有此時，只要將高斯模式中有

16、效源高效源高H用用( ) ) 來置換即可得到傾斜煙云模式。來置換即可得到傾斜煙云模式。 5、地面連續點源擴散模式 令H=0 的地面連續點源擴散模式 22222exp2expzyzyzyuQC 可見地面源所造成的濃度為無界情況下濃度的2 倍。 6、地面源下風向地面軸向濃度 當y=0，z=0，H=0 得：zyxueQc0,0,0, uxuHt19222222,2exp2exp2exp2ztztyzyHzyxuxuHzuxuHzyuQCut t 0 x H uxt 20 四、顆粒物擴散模式四、顆粒物擴散模式 粒徑小于粒徑小于15m的顆粒物可按氣體擴散計算的顆粒物可按氣體擴散計算 大于大于15m的顆粒

17、物：傾斜煙流模式的顆粒物：傾斜煙流模式w 地面反射系數地面反射系數2222(1)(/ )( , ,0,)exp()exp222tyzyza qyHv x uc x yHu 2pp18tdgv21 3污染物濃度的估算污染物濃度的估算一一.煙氣抬升高度的計算煙氣抬升高度的計算 初始動量：初始動量： 速度、內徑速度、內徑煙溫度煙溫度 浮力浮力煙氣抬升煙氣抬升sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升升高高度度有有效效源源高高sHHHsHH煙煙囪囪幾幾何何高高度度抬抬升升高高度度有有效效源源高高22 一一.煙氣抬升高度的計算煙氣抬升高度的計算 抬升高度計算式抬升高度計算式 1. Holland公式：

18、適用于中性大氣條件公式：適用于中性大氣條件（穩（穩定時減小，不穩時增加定時減小，不穩時增加1020） HollandHolland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強的公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強的情況下情況下3ssaHs1(1.52.7)(1.59.6 10)sv DTTHDv DQTuu23一、煙氣抬升高度的計算一、煙氣抬升高度的計算 抬升高度計算式（抬升高度計算式（續）續）2.Briggs2.Briggs公式：適用不穩定及中性大氣條件公式：適用不穩定及中性大氣條件 H1 1/32/3sH1 1/32/3sH21000kW 10 =0.362 10 =1.55當時sQx

19、HHQxuxHHQHuH1 1/31/3H3/52/5Hs6 /5 3/53/5Hs21000kW 3 * =0.362 3 * =0.332 *=0.33當時QxxHQxuxxHQHxQHu24一、煙氣抬升高度的計算一、煙氣抬升高度的計算 抬升高度計算式抬升高度計算式 （續）（續）3 .3 . 我 國我 國 “ 制 訂 地 方 大 氣 污 染 物 排 放 標 準 的 技 術 方制 訂 地 方 大 氣 污 染 物 排 放 標 準 的 技 術 方法法”(GB/T13201-91)(GB/T13201-91)中的公式中的公式 12Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12 1 0 0 kW(

20、)3 5 K = 0 .3 5 1 7 0 0 kW2 1 0 0 kW1 7 0 0 =() 4 0 02 (1 .50 .0 1)0 .0 4 =sQTTHn QHuTQP QTTTTQQHHHHv DQHu ( 1 ) 當和時( 2 ) 當時HHsH1 / 43 / 8aH8(1 7 0 0 )1 7 0 0 kW3 5 K2 (1 .50 .0 1) = 1 0 m1 .5m /s d = 5 .5(0 .0 0 9 8)dQuQTv DQHuTHQz( 3 ) 當或時( 4 ) 當高 處 的 年 平 均 風 速 小 于 或 等 于時25 二、擴散參數的確定二、擴散參數的確定 1、PG

21、曲線法曲線法PG曲線曲線Pasquill常規氣象資料估算常規氣象資料估算Gifford制成圖表制成圖表261.擴散參數的確定擴散參數的確定PG曲線法曲線法 PG曲線的應用曲線的應用根據常規資料確定穩定度級別根據常規資料確定穩定度級別271.擴散參數的確定擴散參數的確定PG曲線法曲線法 PG曲線的應用曲線的應用利用擴散曲線確定利用擴散曲線確定 和和yz281.擴散參數的確定擴散參數的確定PG曲線法曲線法 PG曲線的應用曲線的應用地面最大濃度估算地面最大濃度估算Hmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲曲線線（圖圖4-5）反反查查出出w由由曲曲線線（圖圖4 4- -4

22、4）查查w由由式式（4 4- -1 10 0）求求出出yHmax|2czx xzHzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲曲線線（圖圖4-5）反反查查出出w由由曲曲線線（圖圖4 4- -4 4）查查w由由式式（4 4- -1 10 0）求求出出y292.擴散參數的確定中國國家標準規定的擴散參數的確定中國國家標準規定的方法方法 穩定度分類方法穩定度分類方法改進的改進的PT法法 太陽高度角太陽高度角 （式（式4-29，地理緯度，傾角），地理緯度，傾角） 輻射等級輻射等級 穩定度穩定度 云量云量（加地面風速）（加地面風速） 302.擴散參數的確定中國國家標準規定的擴散參數的確定中國國家標準規定的

23、方法方法 擴散參數的選取擴散參數的選取 擴散參數的表達式為（取樣時間擴散參數的表達式為（取樣時間0.5h，按表，按表4-8查算）查算）平原地區和城市遠郊區，平原地區和城市遠郊區，D、E、F向不穩定方向向不穩定方向提半級提半級工業區和城市中心區，工業區和城市中心區，C提至提至B級，級，D、E、F向向不穩定方向提一級不穩定方向提一級丘陵山區的農村或城市，同工業區丘陵山區的農村或城市，同工業區取樣時間大于取樣時間大于0.5h， 不變，不變，1221,aayzxx2121()qyyz314 特殊氣象條件下的擴散模式特殊氣象條件下的擴散模式 主要指氣象條件與高斯模式不一樣主要指氣象條件與高斯模式不一樣（

24、溫度層結構均一，溫度層結構均一，實際中難以實現）實際中難以實現） 封閉型擴散模式封閉型擴散模式相當于兩鏡面之間無窮次全反射相當于兩鏡面之間無窮次全反射實源和無窮多個虛源貢獻之和實源和無窮多個虛源貢獻之和 n為反射次數，在地面和逆面為反射次數，在地面和逆面實源在兩個鏡子里分別形成實源在兩個鏡子里分別形成n個像個像22(2)exp2zyzqHnDCu 32 一、封閉型擴散模式一、封閉型擴散模式 計算簡化計算簡化：1.當當（尚尚未未到到封封閉閉階階段段）w（煙煙流流半半寬寬度度）w查查PG曲曲線線w4-9式式計計算算 地地面面軸軸線線濃濃度度Dxx2.15zDHDx1.當當（尚尚未未到到封封閉閉階階

25、段段）w（煙煙流流半半寬寬度度）w查查PG曲曲線線w4-9式式計計算算 地地面面軸軸線線濃濃度度Dxx2.15zDHDx011d1DzDD2.當當，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數數為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD011d1DzDD2.當當，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數數為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuD2.當當，z z向向濃濃度度混混合合均均勻勻，z z分分布布函函數數為為D2xx22( , )exp()22yyqyc x yuDDD2xxx3. DxxD2xx內內插插（假假定定變變

26、化化為為線線性性），按按z值值插插值值DD2xxx3. DxxD2xx內內插插（假假定定變變化化為為線線性性），按按z值值插插值值33 二、熏煙型擴散模式二、熏煙型擴散模式 假設：假設： D 換成換成h hf f（垂向均勻分布）；（垂向均勻分布）；q q只包括進入混合只包括進入混合層部分，層部分， 則仍可用上面公式則仍可用上面公式 22211exp()d22( , ,0,)exp(), ()/22pFfzyffyfqPPyx yHPhHuh2.15152.158oyyfyH tgH34二、熏煙型擴散模式二、熏煙型擴散模式35 5 城市及山區擴散模式城市及山區擴散模式 一一、城市大氣擴散模式城市

27、大氣擴散模式1.線源擴散模式線源擴散模式w無無限限長長線線源源風風向向和和線線源源不不垂垂直直時時 （交交角角 4 45 5o o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHuw無無限限長長線線源源風風向向和和線線源源不不垂垂直直時時 （交交角角 4 45 5o o）22L2( , ,0,)exp()exp()d22zyyzqHyx yHyu 2L22( ,0,0,)exp()22sinzzqHxHu2122L21( ,0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPuw有有限限長長線線源源

28、2122L21( ,0,0,)exp()exp()d2222PPzzqHPxHPuw有有限限長長線線源源36 一一、城市大氣擴散模式城市大氣擴散模式 2.面源擴散模式面源擴散模式大氣排放規范里規定條件：煙囪高大氣排放規范里規定條件：煙囪高40m；單個排放量單個排放量 O3SOx or NOx + NH3 + OH - (NH4)2SO4 or NH4NO3SO2 + OH - H2SO4NO2 + OH - HNO3VOC + OH -Orgainic PM OH Air Toxics(POM, PAH, Hg(II), etc.) Fine PM(Nitrate, Sulfate, Orga

29、nic PM) NOx + SOx + OH (Lake Acidification, Eutrophication) 43第三代模式（第三代模式（Models3）MeteorologyProcessorEmissionProcessorAir QualityModelSMOKEorRAMSorPAVEMeteorologyProcessorEmissionProcessorAir QualityModelSMOKEorRAMSorPAVE/asmdnerl/models3/44二、山區擴散模式二、山區擴散模式山區流場由于受到復雜地形的熱力和動力因子影響，流山

30、區流場由于受到復雜地形的熱力和動力因子影響，流場均勻和定常的假定難以成立場均勻和定常的假定難以成立對風向穩定、研究尺度不大、地形較為開闊及起伏不大對風向穩定、研究尺度不大、地形較為開闊及起伏不大的地區，濃度基本上遵循正態分布規律，只是擴散參數的地區，濃度基本上遵循正態分布規律，只是擴散參數比平原地區大很多比平原地區大很多w ERT模式模式高斯模式，只對有效源高進行修正高斯模式，只對有效源高進行修正w NOAA和和EPA模式模式NOAA以高斯模式為基礎，對有效源高進行修正以高斯模式為基礎，對有效源高進行修正EPA與與NOAA相似，只是對所有穩定度級別都進行了地形高度修正相似，只是對所有穩定度級別

31、都進行了地形高度修正45 6 煙囪高度的設計煙囪高度的設計 煙囪不單是一排氣裝置，也是控制空氣污染、保護環境的重要設煙囪不單是一排氣裝置，也是控制空氣污染、保護環境的重要設備。煙囪高度、出口直徑、噴出速度等工藝參數應滿足減少對地備。煙囪高度、出口直徑、噴出速度等工藝參數應滿足減少對地面污染的需要。增加煙囪高度可以減輕污染源對局部地區的污染，面污染的需要。增加煙囪高度可以減輕污染源對局部地區的污染，大體上大體上C地面地面1/H2，但超過一定高度后再增加高度，對地面濃度，但超過一定高度后再增加高度，對地面濃度的影響甚微，而煙囪的造價卻隨高度增加而急劇增大（煙囪的造的影響甚微，而煙囪的造價卻隨高度增

32、加而急劇增大（煙囪的造價價H2），），所以并不是煙囪愈高愈好。所以并不是煙囪愈高愈好。設計煙囪高度的基本原則設計煙囪高度的基本原則是既要保證排放物造成的地面最大濃度或地面絕對最大濃度不超是既要保證排放物造成的地面最大濃度或地面絕對最大濃度不超過國家大氣質量標準，又應做到投資最省。過國家大氣質量標準，又應做到投資最省。一、煙囪高度計算一、煙囪高度計算煙囪高度的計算分為：煙囪高度的計算分為：精確計算法精確計算法；簡化計算法簡化計算法。煙囪高度一般按錐型擴散正態分布模式導出的簡化公式計算，據對地面濃度要煙囪高度一般按錐型擴散正態分布模式導出的簡化公式計算，據對地面濃度要求不同，有兩種計算法方法：（一

33、）保證地面最大濃度不超過允許濃度的計算求不同，有兩種計算法方法：（一）保證地面最大濃度不超過允許濃度的計算方法；（二）保證地面絕對最大濃度不超過允許濃度的計算方法。方法；（二）保證地面絕對最大濃度不超過允許濃度的計算方法。1.按地面最大濃度的計算方法按地面最大濃度的計算方法以地面最大濃度不超過規定為依據，保證地面最大濃度不超過允許濃度的計算以地面最大濃度不超過規定為依據，保證地面最大濃度不超過允許濃度的計算公式公式46由地面最大濃度模式yzeHuQC2max2 及 HHHS，可導出煙囪高度HCueQHyzSmax2 一般地面最大濃度不應超過最大允許濃度值C0（標準濃度） ， 設本底濃度為Cb，

34、 又為考慮今后的發展有一余地， 于是Ck值為bKCCkfPC0 ， 其中 f該項目可占的污染權重； k污染源密集系數； P地形因子。 則CmaxCk，那么設計的煙囪高度為：HCueQHykzS2 式中H根據自選的抬升公式計算； 可取當地煙囪高度的長度平均風速；yz一般取0.51.0。 47 一、煙囪高度的計算一、煙囪高度的計算2.按地面絕對最大濃度計算按地面絕對最大濃度計算maxCu（4-10）max(321)HHC出出現現極極大大值值maxCu（4-10）max(321)HHC出出現現極極大大值值1BHu（代入sBHHu2maxcsd0dCBuHu（危危險險風風速速危危險險風風速速）1BHu

35、（代入sBHHu2maxcsd0dCBuHu（危危險險風風速速危危險險風風速速）此時sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代代入入下下式式可可得得sc02e()zybqHucc此時sc2BHHHuabsm2ssc()2e2ezzyyqqCH BH u代代入入下下式式可可得得sc02e()zybqHucc483.根據一定保證率計算煙囪高度根據一定保證率計算煙囪高度由地面最大濃度計算法由地面最大濃度計算法HS較矮，較矮， 當當u時，時， 地面濃度超標；地面濃度超標；由地面絕對最大濃度計算法由地面絕對最大濃度計算法HS較高，無論較高，無論u多大，地面濃度多大，地面濃度

36、不超標，但煙囪造價高。不超標，但煙囪造價高。在確定保證率后，在確定保證率后，、穩定度取一定值后代入上述公式，可穩定度取一定值后代入上述公式，可得某一保證率的氣象條件下的煙囪高度，較前面較合理。得某一保證率的氣象條件下的煙囪高度，較前面較合理。4.根據點源煙塵允許排放率設計根據點源煙塵允許排放率設計（P值法計算煙囪高度）值法計算煙囪高度）根據根據“指定大氣污染物排放標準的技術方法指定大氣污染物排放標準的技術方法”GB/T13201-91中規定的點源煙塵允許排放率計算式中規定的點源煙塵允許排放率計算式：式中：式中：Qe煙塵允許排放速率，煙塵允許排放速率，t/h； Pe煙塵排放控制系數，煙塵排放控制

37、系數，t/(hm2)； H有效源高，有效源高，m。 由此得煙囪高度為：由此得煙囪高度為： 6210HPQeeHPQHees61049 二二、煙囪設計中的若干問題煙囪設計中的若干問題 1.分析擬建廠地區可能產生的煙型及頻率，正確選用煙囪高度計算公分析擬建廠地區可能產生的煙型及頻率，正確選用煙囪高度計算公式。式。煙型不同產生的地面最大濃度不同，煙囪高度的計算公式不同，因此確定煙型不同產生的地面最大濃度不同，煙囪高度的計算公式不同，因此確定煙型很重要。常用兩種方法：煙型很重要。常用兩種方法：1）選用最不利的煙型相應的煙囪高度計算公式；）選用最不利的煙型相應的煙囪高度計算公式；2）選擇保證一定的地面最

38、大濃度出現頻率和持續時間的煙型及相應的煙囪）選擇保證一定的地面最大濃度出現頻率和持續時間的煙型及相應的煙囪高度計算公式。高度計算公式。波型波型: 發生在天氣晴朗，風速不大，比較緩和的日子里，近距離造成短發生在天氣晴朗，風速不大，比較緩和的日子里，近距離造成短時間的污染濃度比錐形高。近地層中，低矮煙囪發熱量小的污染源以此煙時間的污染濃度比錐形高。近地層中，低矮煙囪發熱量小的污染源以此煙型為例，并應校核逆溫層情況。型為例，并應校核逆溫層情況。錐型錐型:100m左右的煙囪多發生此煙型。此煙型發生在溫度層結近中性或左右的煙囪多發生此煙型。此煙型發生在溫度層結近中性或中等到大風的情況，即發生在多云有風的

39、白天或有風的夜晚。中等到大風的情況，即發生在多云有風的白天或有風的夜晚。 平展型和漫煙型平展型和漫煙型: 較大的發電廠以漫煙型為主，夜間多為平展型，日較大的發電廠以漫煙型為主，夜間多為平展型，日出后一段時間發生漫煙型。出后一段時間發生漫煙型。 封閉型封閉型: 大于大于200m的較高煙囪以此型為主。觀測發現：當混合層厚度的較高煙囪以此型為主。觀測發現：當混合層厚度在在7601065m間時，它造成的地面最大濃度可達錐形的三倍，間時，它造成的地面最大濃度可達錐形的三倍，Cmax可持可持續續24小時，常出現在早晨和中午。小時，常出現在早晨和中午。50地面最大濃度與地面最大濃度與B/H關系很大，在某一比

40、值以后，污染濃度主要關系很大，在某一比值以后，污染濃度主要取決于取決于B，煙囪高度只起次要作用。此時靠增加煙囪高度只起次要作用。此時靠增加Hs減少污染濃度減少污染濃度不經濟。總之，目前不經濟。總之，目前Hs計算以錐形模式為主，對超高型煙囪無計算以錐形模式為主，對超高型煙囪無成熟可靠的方法。成熟可靠的方法。2.抬升公式很多，用何公式應按具體情況而定，一般選霍氏公式抬升公式很多，用何公式應按具體情況而定，一般選霍氏公式3.公式中與氣象有關的參數取值有兩種方法：公式中與氣象有關的參數取值有兩種方法：取多年平均值；取某一保障頻率的值：如已知取多年平均值；取某一保障頻率的值：如已知3m/s的頻的頻率為率

41、為80%，取，取3m/s可保證有可保證有80%不超標，而地面平均最大濃度不超標，而地面平均最大濃度可能比規定標準更低。可能比規定標準更低。yz值在 0.51.0 間，即：當 Hs100m 時，5 .0yz；當 Hs100m 時，0 .16 .0yz。 上述計算公式實際上會遇到許多問題，必須予以考慮，如上述模式僅適于錐形擴散上述計算公式實際上會遇到許多問題，必須予以考慮，如上述模式僅適于錐形擴散，實際是變化的，要根據建廠地區的氣象條件等來取值。，實際是變化的，要根據建廠地區的氣象條件等來取值。51（4）其其它它考考慮慮 Hs為周圍建筑物的1.52.5倍（避免建筑物背風面湍流影響） ； 煙氣出口速

42、度Vs應為2030m/s，并5.1uVs（避免下沉現象） ； 分散的煙囪不利于抬升，當需要幾個煙囪時，盡量采用多筒集合式煙囪。 廠址選擇和煙囪設計是一復雜的綜合性很強的問題，必須統觀多種因素， 才能得到較合理的方案。 （5）煙煙囪囪出出口口直直徑徑D的的計計算算 公式：svVQD4 其中：Qv煙氣排放量，m/s； Vs煙氣出口速度，m/s。 52 3-6 廠址選擇廠址選擇 一、選擇廠址所需的氣候資料一、選擇廠址所需的氣候資料 氣候資料是指氣象資料的常年統計形式。氣候資料是指氣象資料的常年統計形式。1、風向和風速氣候資料：、風向和風速氣候資料： 為了一目了然，常把風資料畫成風玫瑰圖。圖為了一目了

43、然，常把風資料畫成風玫瑰圖。圖a是是風向玫瑰圖風向玫瑰圖；圖；圖b風速風速玫瑰圖玫瑰圖是各個風向的平均風速絕對值。圖是各個風向的平均風速絕對值。圖c是是風速和風向頻率復合圖風速和風向頻率復合圖，該圖，該圖矢線長度代表風向頻率大小，矢線末端的風速羽代表平均風速，每一羽可表矢線長度代表風向頻率大小，矢線末端的風速羽代表平均風速，每一羽可表示示0.5或或1.0m/s。 。風向（風速）玫瑰圖：在風向（風速）玫瑰圖：在8個或個或16個方向上給出風向（風速）的相對頻率或個方向上給出風向（風速）的相對頻率或絕對值，用線段表示，連接各端點即成。絕對值，用線段表示，連接各端點即成。風玫瑰圖可按多年（風玫瑰圖可按

44、多年（5-10年或更長）的平均值作；也可按某月或某季的多年年或更長）的平均值作；也可按某月或某季的多年平均值作，山區地形復雜，風向、風速隨地形和高度而變，可做出不同地點平均值作，山區地形復雜，風向、風速隨地形和高度而變，可做出不同地點和高度的風玫瑰圖。和高度的風玫瑰圖。靜風（風速靜風（風速1.0m/s）或微風（風速為或微風（風速為12m/s）情況大氣通風條件差，容情況大氣通風條件差，容易引起高濃度污染，尤其是長時間靜風會使污染物大量積累，引起嚴重污染。易引起高濃度污染，尤其是長時間靜風會使污染物大量積累，引起嚴重污染。因此，在空氣污染分析中不僅應統計靜風頻率，有條件還要統計靜風持續時因此，在空

45、氣污染分析中不僅應統計靜風頻率，有條件還要統計靜風持續時間。間。 53圖a 風向玫瑰圖 圖b 風速玫瑰圖 NW N NE E S SE SW W S SE E SW W NW N NE 圖 c 風 速 和 風 向 頻 率 復 合 圖 542.大氣穩定度的氣象資料大氣穩定度的氣象資料 一般氣象臺沒有近地層大氣逆溫層結的詳細資料，但可據一般氣象臺沒有近地層大氣逆溫層結的詳細資料，但可據pasquill或我們廢氣排放制定標準中規定的方法。利用已知的氣或我們廢氣排放制定標準中規定的方法。利用已知的氣象資料進行分類，統計出月（年、季）各穩定度頻率，作出必要象資料進行分類，統計出月（年、季）各穩定度頻率，

46、作出必要的圖表。的圖表。3.混合層高度的確定混合層高度的確定 混合層高度是影響混合物鉛直擴散的重要參數混合層高度是影響混合物鉛直擴散的重要參數。由于溫度層結。由于溫度層結的晝夜變化，混合層高度也隨時間變化。混合層高度可看作氣塊的晝夜變化，混合層高度也隨時間變化。混合層高度可看作氣塊作干絕熱上升運動的上限高度。（即：干絕熱遞減率上限高度。作干絕熱上升運動的上限高度。（即：干絕熱遞減率上限高度。混合層愈高，則污染物垂直擴散的范圍越大。）具體指出污染物混合層愈高，則污染物垂直擴散的范圍越大。）具體指出污染物在鉛直方向的擴散范圍。受太陽輻射的影響，午后混合層高度最在鉛直方向的擴散范圍。受太陽輻射的影響

47、，午后混合層高度最大，在溫度大，在溫度高度圖上，從上午最大地面溫度作干絕熱線，與早高度圖上，從上午最大地面溫度作干絕熱線，與早晨溫度探空曲線的交點高度為午后混合層高度，即最大混合層高晨溫度探空曲線的交點高度為午后混合層高度，即最大混合層高度。見下頁圖示。度。見下頁圖示。 大范圍內的平均污染濃度，可以認為與混合層高度和混合層內大范圍內的平均污染濃度，可以認為與混合層高度和混合層內的平均風速的乘積成反比。通常定義的平均風速的乘積成反比。通常定義D為為通風系數通風系數。D單位單位時間內通過與平均風向垂直的單位寬度混合層的空氣層時間內通過與平均風向垂直的單位寬度混合層的空氣層。通風系。通風系數越大，污

48、染濃度越小。數越大，污染濃度越小。55H T 早晨探空曲線 干絕熱過程線 日最高地溫 最大混合層高度 圖 確定最大混合層高度示意圖 56 二、長期平均濃度的計算二、長期平均濃度的計算在廠址選擇和環境評價中，人們更關心的長期平均濃度的分在廠址選擇和環境評價中，人們更關心的長期平均濃度的分布。下面討論長期平均濃度的計算方法。布。下面討論長期平均濃度的計算方法。氣象隨提供的風向資料是按氣象隨提供的風向資料是按16方位給出的，每個方位相當于方位給出的，每個方位相當于一個一個22.5的扇形。因此，可按每個扇形計算長期平均濃度。的扇形。因此，可按每個扇形計算長期平均濃度。推導時作以下假定：推導時作以下假定

49、：（1）同一扇形內各角度的風向頻率相同，即在同一扇形內）同一扇形內各角度的風向頻率相同，即在同一扇形內同一距離上，污染物濃度在同一距離上，污染物濃度在y方向是相等的。方向是相等的。（2）當吹某一扇形風時，全部污染物都落在這個扇形里。）當吹某一扇形風時，全部污染物都落在這個扇形里。 B O C Q 污染源 x 57如上圖所示，當風向為OQ時，由假定（2）知BC弧上的總濃度為 dyCHyx, 0 , （側向積分濃度） 有假定，此時BC弧長的平均濃度C為 2122222, 0 , 0 ,216216221616212222222222zZyyzHzHyyzyHzyHyxBCHyxeuxQeydexu

50、QdyeeuQxdyCxLdyCC xxLBC1621805 .22半徑弧度弧長 58在 此 扇 形 外 ， 濃 度 為0。 如 果 某 個 方 位 的 風 向 頻 率 在 考 慮 時 段 內 為f% ， 則 整 個 時 段 內 該 風 向 的 平 均 濃 度 為 ： 2222116201. 02zHzeuxfQC 由 于 我 們 假 定 同 一 扇 形 中 同 一 弧 線 上 的 地 面 濃 度 相 等 ， 而 不 同 扇 形 內 的 風 向 頻 率 又 不 相等 ， 這 就 導 致 了 扇 形 邊 界 上 濃 度 不 連 續 。 這 顯 然 是 不 合 理 ， 為 了 解 決 這 種 不 連 續 性 ， 簡單 方 法 就 是 以 相 鄰 兩 扇 形 中 心 線 濃 度 為 基 準 作 線 性 內 插 ， 就 可 得 到 較 合 理 的 濃 度 分 布 ，也 就 對 假 定 作 了 修 訂 。 推 導 一 下 ： 某 地 面 濃 度 是 相 鄰 兩 扇 形 按 比 例 貢 獻 的 和 ， 即21CCC。 如 圖2-20所 示 ， a表 示 該點 所 在 扇 形 的 寬 度 ， y表 示 該 點 與 扇 形 中 心 線 的 橫 向 距 離 ， 線 性 比 例 項 可 用a-y/a表 示 。 5921CC 和分別為：ayaHuxfQCayaHuxf