环境物理

第九章环境物理Contents环境污染物的物理扩散过程2典型物理污染分析4环境物理学的地位和作用31环境污染物对流理论339.1环境物理学的地位和作用9.1.1环境物理学学科性质9.1.2研究内容、研究目的9.1.3环境物理学的学科地位9.1.1环境物理学学科性质1.物理环境：各种物质运动过程中能量的交换和转化，构成了物理环境。2.环境物理学：研究物理环境和人类之间的相互作用。3.物理性污染：噪声、电磁辐射、光、热污染等。思考：物理性污染与化学性污染和生物性污染的不同之处？9.1.2研究内容、研究目的1.研究内容：环境问题的物理原理（污染物迁移及分布的规律）；大自然中的物理变化引起人类生存环境的改变；研究环境问题时所采用的物理原理与方法。2.研究目的：为人类创造一个适宜的物理环境。3.学科分类：环境物理学根据研究的对象可分为环境声学、环境光学、环境热学、环境电磁学和环境空气动力学等分支学科。9.1.3环境物理学的学科地位环境物理学是在物理学的基础上发展起来的一门新兴学科，是环境科学的重要组成部分。9.2环境污染物的物理扩散过程9.2.1环境大气扩散理论9.2.2污染物在水体中的扩散理论9.2.3声波传播的衰减规律9.2.4污染物在土壤中的迁移扩散理论9.2.5电磁波传播和衰减规律9.2.1环境大气扩散理论1.概念：大气稳定度：指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。大气湍流：大气存在着不同于主流方向的各种不同尺度的次生运动或漩涡运动，这种大气的无规则运动称为大气湍流。2.影响大气扩散的主要因素大气污染程度取决于哪些因素？排放污染物的源参数、气象条件和近地层下垫面的状况动力因素：风和湍流风的影响①污染物总是由上风向被输送到下风向，污染严重的区域集中在下风向；②风速越大，单位时间内污染物的混合几率越大，冲淡稀释作用越好。③一般来说，大气中污染物浓度与污染物的总排放量成正比，而与风速成反比。湍流热力湍流和机械湍流风和湍流对污染物的稀释和扩散起着决定性的作用。热力因素温度层结：指垂直方向上的气温分布。气温直减率：气温随高度的变化特征。单位（通常取100m）高差气温变化率的负值。干绝热直减率：干空气在绝热上升或下降过程中，每升高或下降单位高差（通常取100m）的温度变化率的负值。波浪型锥形平展型爬升型漫烟型气象因素逆温：大气对流层中气温随高度递减，由于近地面的大气层情况比较复杂，有时会出现气温随高度递增的情况。辐射和云地理因素下垫面山谷风海陆风3.湍流扩散理论梯度输送理论湍流统计理论相似理论4.大气污染物扩散模式大气污染源的分类大气污染物扩散模式扩散模式①大气污染源的分类有四种分类法按污染源存在形式：固定污染源、移动污染源；按污染源排放方式：高架源、面源、线源；按污染源排放时间：连续源、间断源、瞬时源；按污染源产生类型：工业污染源、家庭炉灶、汽车排气。②大气污染物扩散模式坐标系正态分布（高斯模式）假设下的扩散模式的假定污染物浓度在x轴上的分布符合高斯分布（正态分布）；风速是均匀的、稳定的；源强是连续均匀的；在扩散过程中污染物质量是守恒的。白榆树白榆树小苗③扩散模式点源扩散模式a．无限空间中点源扩散高斯模式b．高架连续点源的扩散模式σ高架连续点源地面上任一点浓度：地面轴线浓度：c．地面连续点源扩散模式：线源扩散模式当风向与线源垂直时连续排放的无限长线源下风向浓度模式为：当风向与线源不垂直时，若风向与线源交角45，线源下风向浓度模式为：9.2.2污染物在水体中的扩散理论推流迁移分散作用污染物在水体中的扩散稀释模式推流迁移指污染物在水流作用下产生的迁移作用。分散作用污染物在河流水体中的分散作用有三种方式：分子扩散、湍流扩散（紊流扩散）和弥散。①分子扩散（moleculardiffusion）由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象称分子扩散。②湍流扩散在一定雷诺数下，流体表现在时间和空间上的随机脉动运动，流体中含有大量不同尺度的涡旋(eddy)。③弥散作用空间各点湍流流速（或其他状态）的时平均值与流速时平均值的空间平均值的系统差别所产生的分散现象。•污染物在水体中的扩散稀释模式①污染物在河流中的扩散稀释②污染物排入湖泊的扩散模式③大气复氧④污染物由河口入海的扩散模式污染物在河流中的扩散稀释①污染物在河流中的扩散稀释分散排放扩散稀释x轴处浓度最大，其增量为：②污染物排入湖泊的扩散模式对于长条形湖泊，污染物从一边流入，一边流出，污染物的停留时间为：T=V/Q式中：V-湖泊的贮水量，立方米；Q-流入湖中的平均流量(包括河水和污染物)，立方米/天或立方米/小时；如果污染物质不发生分解，处在完全混合的情况下，湖泊中污染物浓度为：③大气复氧在消耗水中溶解氧的同时，由于水中的氧不是饱和状态，空气中的氧也就不断溶入地面水中以补充水中的溶解氧，这一过程称为复氧。④污染物由河口入海的扩散模式9.2.3声波传播的衰减规律声波的衰减通常包括五个方面：①声能随距离的发散传播引起的衰减Ad；②空气吸收引起的衰减Aa；③地面吸收引起的衰减Ag；④屏障引起的衰减Ab；⑤气象条件引起的衰减Am。总的衰减值A则是各种衰减的总和：即9.2.4污染物在土壤中的迁移扩散理论污染物在土壤中迁移扩散理论污染物在地下水中的迁移扩散•污染物在土壤中迁移扩散理论物质迁移:指各元素在土壤中的转移和再分配。主要分为溶解迁移、还原迁移、螯合迁移、悬粒迁移和生物迁移5种方式。•污染物在地下水中的迁移扩散渗流迁移扩散迁移渗流-扩散迁移9.2.5电磁波传播时变电场与时变磁场之间的相互转化作用，在空间形成了电磁波。当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线因特网、无线局域网、卫星定位以及光纤通信等信息技术都是利用电磁波作为媒介传输信息的。电磁波的衰减9.3环境污染物对流理论城市热岛效应通俗地讲就是城市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的这种现象。辐射对流平衡理论9.4典型物理污染分析噪声污染电磁辐射光污染热污染放射性污染噪声污染①噪声不需要的声音——超过人们生活和社会活动所允许的程度②噪声的危害损伤听力（80dB）干扰睡眠对人体生理机能引起不良反应干扰语言交谈和通讯联络特强噪声损坏仪器设备和建筑结构③声压级、声强级和声功率级LI＝10lg（I/Io）空气中Io＝10-12W/m2声强级Lp＝10lg（p2/po2）=20lg(p/po)空气中po＝20μPa声压级LW＝10lg（W/Wo）空气中Wo＝10-12W声功率级对于给定的声源，其声功率是不变的④噪声的评价A计权声级A计权声级是对频率进行计权后求得的总声压级。适用于连续而稳定的噪声。等效连续A声级等效于在相同的时间间隔T内与不稳定噪声能量相等的连续稳定噪声的A声级dttttLpA21)(1.012eq10t-t110lgLNiLeqiANL11.0101lg10昼夜等效声级101.01.010831085lg10ndLLeqL声级A测得的噪声能量平均00:0700:22:L声级A测得的噪声能量平均00:2200:07:Lnd•电磁辐射人为电磁辐射天然电磁辐射天然电磁辐射小结环境物理学学科性质和地位环境污染物的物理扩散过程环境污染物对流理论典型物理污染分析山谷风白天海风状况夜间陆风状况高斯模式的坐标系城市热岛效应示意图