线源面源扩散模式

第七章理想条件下空气污染物散布的模式处理一、城市大气扩散模式1、线源扩散模式（1）无限长线源扩散模式在平坦地形上，一条平直的繁忙的公路可以看作一无限长线源。它在横风向产生的浓度是处处相等的。一条线是由无限多个点组成的。一无限长线源可看成是由无限多个点源组成的。点源的源强可以用单位长线源源强表示。线源在某一空间点产生的浓度，相当于所有点源(单位长度线源)在这空间点产生的浓度之和。它相当于一个点源在这空间点产生浓度对y轴的积分。因此，把点源扩散的高斯模式对变量y积分，可获得线源扩散模式。2222222exp22exp2expzzlyzzylHuQdyyHuQC第三节、连续线源、面源和体源扩散计算公式φUUxUyUx=sinφUH=0（2)有限长线源扩散模式当估算有限长线源产生的环境浓度时，必须考虑有限长线源两端引起的“边缘效应”。随着接收点距线源距离的增加，边缘效应将在更大的横风距离上起作用。当风向垂直于有限长线源时，通过所关心的接收点作垂直于有限长线源的直线，该直线与有跟长线源的交点选作坐标原点，直线的下风方向为x轴。线源的范围为从y1延伸到y2。有限线源扩散模式为：yyppzzlypypdppHuQC2211222125.0exp212exp2；式中：例∶在阴天情况下，风向与公路垂直，平均风速为4m/s，最大交通量为8000辆/h，车辆平均速度为64km/h，每辆车排放的CO量为0.02g/s，试求距公路下风向300米处的CO浓度。（汽车排气口离地0.4m）解：把公路作为一无限长线源，源强为QL=8000辆/小时×2×10-2g/s÷64000m/s=2.5×10-3g/(m·s)稳定度：阴天---日射等级为0（表3.6)风速为4m/s稳定度为D等级（表3.7)X=300m处，纵向的扩散参数为12.1m（表3.8)C(300,0,0,H=0.4）=4.12×10-5g/m3一级标准：日平均：4mg/m3小时平均：10mg/m3把浓度相当于烟流中心线浓度的1／10处到烟流中心线的距离称为烟流半宽度(在y方向)或烟流半高度(在z方向)。烟流宽度和高度的定义及烟流按正态分布的规律，可以推导出扩散参数与烟流宽度及烟流高度的关系。C2y0C0/10C0C0/10图5-8烟流宽度示意图zyzy15.215.200；15.2Hhz2、面源扩散模式面源：城市中小工厂、生活锅炉、居民炉灶等数量众多、分布面广、排放高度低的污染源，可以作为面源处理。dxdyHyuQHqzAyzyAAA222021exp21exp;0,0,0222221exp)(21exp)(;0,,00zAyyzyyAAAHyuQHyxq1）先定出，然后计算出自面源中心（等效点源位置）向上风向推移的虚点源的位置2）可以定初始扩散幅为，带入。00,zy3.40ay222221exp)3.4(21exp)3.4(;0,,zAyzyAAAHayauQHyxq例：某市划分面源单元为1000m*1000m，其中一个单元的SO2排放量为10g/s，当时的风速为3m/s，风向为南风。平均有效源高为15m，使用虚拟点源的面源扩散模式计算这一单元北面临近单元中心处的SO2的地面浓度（稳定度等级为B）。解：1、虚拟点源的位置=1000/4.3=232.56m面源中心到虚拟点源的距离：Xy0=1586.62、计算受体点的扩散参数3、计算受体点的浓度WO’3.40ay3、体源扩散公式体源：污染物自低矮烟道或房屋的排气系统排放，常会受到附近建筑物的空气动力学效应的影响，或者在一些工厂的无组织排放和泄露排放情形里，可采用体源扩散型式处理。作业：1、一个边长为500m的近地面源，h=5m，源强为0.1mg/m2s,求证下风向2km出的地面浓度。U=3m/s,2、某年4月15日，北京时间14点，上海（31°10´N,121°26´E），总云量为10，低云量为0，工业区一污染源，有效源高100米，源强10g/s,平均风速为3m/s，求下风向700m出的地面浓度。63.089.04.0,15.0xxzy63.089.04.0,15.0xxzy第四节、点源特殊扩散模式4.1封闭型扩散模式H图5-7高架连续点封闭型扩散模式γ0Hshγ0XDkknzzyzynhHznhHzyuQC2222222)2(exp2)2(exp)]2(exp[2把浓度相当于烟流中心线浓度的1／10处，二点间的距离称为烟流宽度(在y方向)或烟流高度(在z方向)。把浓度相当于烟流中心线浓度的1／10处到烟流中心线的距离称为烟流半宽度(在y方向)或烟流半高度(在z方向)。烟流宽度和高度的定义及烟流按正态分布的规律，可以推导出扩散参数与烟流宽度及烟流高度的关系。C2y0C0/10C0C0/10图5-8烟流宽度示意图zyzy15.215.200；15.2Hhz封闭型扩散模式简化1、xXD,可按一般扩散模式估算2、x≥2XD（垂直方向均匀分布的距离）)]2(exp[222yyyhuQC3、2XD≥x≥XD的距离上，污染物取x=XD，和x=2XD两点浓度的对数内插值计算。例：某工厂位于40°N、120°E的某市。该厂烟囱排放二氧化硫的速率为7.6kg/h，烟囱的有效源高为42.6m，地面风速为2.8m/s，1000m以上存在明显的逆温层，求此时下风向轴线上距离1000m、5000m、8000m处的污染物浓度（稳定度为B类）。解：1）计算XD=(1000-42.6)/2.15=445(m)由B类稳定度查表3.11a=1.09356，r=0.057025XD=(445/0.057025)1/1.09356=3625(m)15.2Hhz2)x=1000m处，xXDq(1000,0,0,42.6)=)]2(exp[22zzyHuQ计算扩散参数（表3.11)，Q=7.6kg/h=7600000mg/3600s=2111mg/s计算结果：0.0108mg/m32)x=5000m处，2XDxXD采用内插值法：分别计算X=XD=3625m处和X=2XD=7250m处的质量浓度。q（3625，0，0，42.6)=9.22×10-4q（7250，0，0，42.6)=2.90×10-4q（5000，0，0，42.6)=6.84×10-44.2熏烟型扩散模式在夜间，当存在辐射逆温时，高架连续点源排放的烟流排入稳定的逆温层中，形成平展型扩散。这种烟流在铅直方向为漫扩散，在源高度上形成一条狭长的高浓度区。日出以后，太阳辐射逐渐增加，地面逐渐变暖，辐射逆温从地面开始破坏，逐渐向上发展。当辐射逆温破坏到烟流下边缘稍高一些时，在热力湍流的作用下，烟流中的污染物便发生了强烈的向下混合作用，增大了地面的污染物浓度,这个过程称为熏烟(漫烟)过程。熏烟型扩散的特点夜间以地面为底整层处逆温状态日出后，逆温层由地面向上破坏破坏消散达烟流上缘时，上方仍为逆温层，下部则已由逆温变成不稳定状态，烟流混合向地面形成短时间的熏烟现象薰烟型与封闭型扩散的区别1）薰烟型扩散过程的烟流原先处于稳定层结气层内，然后，污染物由积聚到熏蒸到底；而封闭型扩散过程的烟流原先处于不稳定层结气层内，污染物并无积聚，对地面浓度影响略轻；2）薰烟型扩散过程持续时间很短；而封闭型扩散过程往往持续相当长的时间；3）熏烟扩散过程造成的地面污染物高浓度落地点范围窄小但离源距离变化很大，视逆温强度、地面加热率、平均风速、有效源高等而定；封闭型扩散过程造成的范围较大，影响相对稳定。三种薰烟扩散型式逆温破坏形成混合层的薰烟型扩散城市热岛效应生成城市混合层的薰烟扩散水陆交界地区岸上热力内边界层薰烟扩散tz逆温破坏形成混合层的薰烟型扩散假设烟流原来是排入稳定层结的大气中。当贴地逆温从下而上消失，逐渐形成混合层（高度为hf），这时的y向扩散参数σyf应比稳定层结条件下的σy要大。在高度hf以下污染物浓度的铅直分布是均匀的。这一浓度值cf(mg/m3)可按下式计算)()]2(exp[222pyhuQCyfyfffzfHhp/)(dpppp)5.0exp(21)(2表示烟流向下混合部分的源强占总源强的份额第四节、特殊气象条件下的扩散模式二、薰烟型扩散模式如果逆温破坏到烟囱的有效源高上，可以认为烟流的一半向下混合，而另一半仍留在上面稳定的大气中。这时地面污染物浓度为：若逆温破坏高度hf恰好等于烟流的上边缘高度时，烟流全部使地面熏烟浓度达到极大值，可按下式计算2)(21exp2):0,,(yFiyFFyzuQHyxq2)(21exp221):0,,(yFiyFFyzuQHyxqHuQHuQHxqyFyFF4.0221):0,0,(例：某电厂烟囱有效高度为150m，二氧化硫排放量为151g/s。夜间和上午地面风速为4m/s，夜间云量为3/8。若清晨烟流全部发生熏烟现象，确定下风向16km处的地面轴线浓度。解：稳定度：hf第五节、小风和静风时的点源扩散模式上述各种扩散模式适用于有风条件下，即风速大于1.5m/s的条件。小风（1.5m/s＞u10≥0.5m/s），和静风（u10＜0.5m/s）条件下上述各节的各种模式不再适用。在小风（1.5m/s＞u10≥0.5m/s）和静风（u10＜0.5m/s)条件下，顺风向(x轴方向)扩散不能忽略,必须考虑三个方向的湍流扩散作用。在高斯扩散模式中，则必须将σx考虑在内。