大气环境容量测算模型简介、方法、内容、过程.doc

1大气环境容量测算模型简介说明：本部分内容是“重点城市大气环境容量核定工作方案”中提到的各推荐模型的简介，主要目的是为了使各城市了解各模型的功能和基本原理，同时，了解如选用该模型，都需要准备哪些输入数据，以便各城市根据本市的实际情况，提前准备第一部分 大气扩散烟团轨迹模型1 大气扩散烟团轨迹模型简介该模型由国家环境保护总局环境规划院开发烟团扩散模型的特点是能够对污染源排放出的“烟团”在随时间、空间变化的非均匀性流场中的运动进行模拟，同时保持了高斯模型结构简单、易于计算的特点，模型包括以下几个主要部分1.1 三维风场的计算首先利用风场调整模型，得到各预测时刻的风场，由于烟团模型中释放烟团的时间步长比观测间隔要小得多，为了给出每个时间步长的三维风场，我们采用线性插值的方法，利用前后两次的观测风场内插出其间隔时间内各个时间步长上的三维风场，内插公式如下： ttnnitVVi1212)()(式中： V(t1)、V(t 2)—分别为第 1 和第 2 个观测时刻的风场值；2—烟团释放时间步长；tn—为 t1、t 2 间隔内的时间步长数目；Vi—表示 t1、t 2 间隔内第 i 个时间步长上的风场值。

1.2 烟团轨迹的计算位于源点的某污染源，在 t0 时刻释放出第 1 个烟团，此烟团按 t0 时刻源点处的风向风速运行，经一个时间步长 后在 t1 时刻到达 P11，经过的距离为D11，从 t1 开始，第一个烟团按 P11 处 t1 时刻的风向风速走一个时间步长，在 t2时刻到达 P12，其间经过距离 D12，与此同时，在 t1 时刻从源点释放出第 2 个烟团，按源点处 t1 时刻的风向风速运行，在 t2 时刻到达 P22，其经过的距离为D22，以此类推，从 t0 时刻经过 j 个 ，到 tj 时刻共释放出了 j 个烟团，这时，这 j 个烟团的中心分别位于 Pij，i=1，2，…j，设源的坐标为（Xs，Ys，Zs(t)） ，Zs(t)为 t 时刻烟团的有效抬升高度，Pij 的坐标为（ Xij，Yij ，Zij） ，u、v 分别为风速在 X、Y 方向的分量，则有如下计算公式：t 1 时刻： 2121100)()(],,[)(,,ssssss YXDtZtWZtYVttUt2 时刻： 2222112 212121212111)()(],,[)(,, )(],,[,,ssssss YXDtZtWZtYVYttUXYtZXtZYYtt以此类推，到 tj 时刻，共释放出 j 个烟团，这些烟团最后的中心位置分别在 Pij，Xij， Yij，Zij，i=1，2，… j，对于第 i 个烟团有：32)1(2)1(11 )()()()( 111 )()()()( ],,,[,,,  jiijjiijjijkiji jijijiii jjj jijijiii YXDtZYtWZVYttUX为 i 个烟团从源点释放后到 tj 时刻所经过的距离。

ji1.3 浓度公式由前一个小节的计算，已找到由 S 点(Xs，Ys)的污染源释放出来的所有烟团在第 j 个时刻所处的位置，这样 S 处的污染源在第 j 个时刻在地面某接受点R(X、Y、0) 处造成的浓度就是所有 i 个烟团的浓度贡献之和考虑中心位于 Pij的烟团对 R 点的浓度贡献，则有： 22232)()()()zddbyijYxijX dbZYXzyxsi tjVEXPCYEPCCQ式中：Qs—源强，mg/s ；：—X 方向、Y 方向、Z 方向的大气扩散参数，m ；zyx、、Cx、Cy、Cz：—X、Y、Z 方向扩散项，Cz 在后面给出算式；Cb 为污染物转化项，b 为转化率，1/s；Cd 为污染物沉降项，V d 为沉降速率，m/s由于考虑到烟团对混合层的穿透作用及混合层对烟团的反射作用，垂直扩散项分以下几种情况讨论：当混合层高为零时（即无混合层时）有：422)()( zijzijz ZEXPZEXPC计算地面浓度时，Z=0，则有： )2(zijzZEXP当混合层高度 Zi 不为零时，垂直扩散项分以下几种情况计算。

设排放源几何高度为 hs，混合层高度为 Zi，令 ，设烟气抬升高hs-Zi'i为 （烟气抬升高度用“国标 HJ/T2.2-93”推荐的模式计算） ，我们可定义烟h气穿透率： ，按不同的 P 值，分别计算 CzhZpi'5.1当 P=0，即 时，认为污染物全在混合层内，按封闭性扩散式计算，'32i即污染物在混合层与地面间多次反射 Nnziijz nZEXPC]2)([2式中：N－为反射次数，一般取为 N=4 即可当 P＞1 时，即 　 时，认为污染物完全穿透混合层，并在混合层以'2iZh上的稳定层中扩散，由混合层的阻挡而不能到达地面，这时令 Cz=0当 01000B 0.9143700.865014 0.2818460.396353 0~1000>1000B~C 0.9193250.875086 0.2295000.314238 0~1000>1000C 0.9242790.885157 0.1771540.232123 0~1000>10001XyC~D 0.9268490.886940 0.1439400.189396 0~1000>1000D 0.9294810.888723 0.1107260.146669 0~1000>1000D~E 0.9251180.892794 0.09856310.124308 0~1000>1000E 0.9208180.896864 0.0860010.124308 0~1000>1000F 0.9294810.888723 0.05536340.073348 0~1000>1000表 1.4-2 垂直扩散参数幂函数表达式数据扩散参数 稳定度等级 (P·S) α 2 2下风距离，m6A1.121541.52602.108810.07999040.008547710.0002115450~300300~500>500B 0.9410151.09356 0.1271900.0570251 0~500>500B~C 0.9410151.00770 0.1146820.0757182 0~500>5002XzC 0.917595 0.106803 0C~D0.8386280.7564100.8155750.1261520.2356670.1366590~20002000~10000>10000D0.8262120.6320230.5553600.1046340.4001670.8107631~10001000~10000>10000D~Eo.7768640.5723470.4991490.1046340.4001671.038100~20002000~10000>10000E0.7883700.5651880.4147430.09275290.4333841.732410~10001000~10000>10000F0.784400.5259690.3226590.06207650.3700152.406910~10001000~10000>10000(3) 丘陵山区的农村或城市，其扩散参数选取方法同工业区。

1.4.2 小风和静风（U 10＜1.5m/s) 时，0.5h 取样时间的扩散参数按表 1.4-3 选取表 1.4-3 小风和静风扩散参数的系数 、012Tzyx0201,01 02稳定度（P·S） U10＜0.5m/s 1.5m/s＞U 10≥0.5m/s U10＜0.5m/s 1.5m/s＞U 10≥0.5/sA 0.93 0.76 0.15 1.57B 0.76 0.56 0.47 0.47C 0.55 0.35 0.21 0.21D 0.47 0.27 0.12 0.12E 0.44 0.24 0.07 0.07F 0.44 0.24 0.05 0.0571.5 烟气抬升公式1.5.1 有风时，中性和不稳定条件的烟气抬升高度△H （m）（1）当烟气热释放率 Qh 大于或等于是 2100KJ/s，且烟气温度与环境温度的差值△T 大于或等于 35K 时，△H 采用下式计算： 12UnnhoshTP35.0s式中： no——烟气热状况及地表系数，见表 1.5-1；n1——烟气热释放率指数，见表 1.5-1；n2——排气筒高度指数，见表 1.5-1；Qh——烟气热释放率，KJ/s；H——排气筒距地面几何高度，m ，超过去 240m 时，取H=240m；Pa——大气压力，hP a；Qv——实际排烟率， m3/s；△ T——烟气出口温度与环境温度差， K；Ts——烟气出口温度，K；Ta——环境大气温度， K；U——排气筒出口处平均风速，m/s 。

表 1.5-1 no、n 1、 n2 的选取Qh，KJ/s 地表状况（平原） no n1 n2农村或城市远郊区 1.427 1/3 2/3Qh，KJ/s 城市及近郊区 1.303 1/3 2/3农村或城市远郊区 0.332 3/5 2/52100≤Q h＜21000且 △T≥35K 城市及近郊区 0.292 3/5 2/5（2）当 1700 kJ/s＜Q h＜2100KJ/s 时，401721hQUUDVhhs /8./0.5.218式中： Vs——排气筒出口处烟气排出速度，m/s ；D——排气筒出口直径，m；△ H2——按（1）方法计算，n o、n 1、n 2 按表 1.5-1 中 Qh 值较小的一类选取；Qh ，U——与（1）中的定义相同3）当 Qh≤1700kJ/s 或者 △T ＜35K 时，UQDVhs/01.5.21.5.2 有风时,稳定条件按下式计算烟气抬升高度△H(m) 3/1/3/1098.dZTHh1.5.3 静风和小风时，按下式计算烟气抬升高度△H(m). 8/34/109.50. dZTQh但 取值不宜小于 0.01K/m。

dZT2 模型运行所需数据数据文件 1：共四行：第 1 行：X 方向网格点的数目（MX） ，Y 方向网格点的数目（MY） ，Z 方向风的观测数据层数目（MZ） ，最大有效烟团数（NT，默认 110） ，污染源数目（MSC ） ，气象观测小时数目（NTimes） ，稳定度数目（NeleTa，默认 24） ；第 2 行：烟团的时间步长（分，默认 30.0）第 3 行：X 方向步长（m，默认 1000.0） ，Y 方向步长（m，默认 1000.0） ，大气压力(hPa，默认1013.25)，规划区类型（1 农村， 2 城市） ；第 4 行：化学转化率 1/s，沉降速率 m/s；9数据文件 2：网格点上的背景浓度值，单位 mg/m3；((C1(I,J),I=1,MX),J=1,MY)数据文件 3：网格点上的高程（地形值） ， 单位 m；数据文件 4：共六部分第 1 部分：污染源数据，共 12 列，MSC 行；序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12说明 源类型：1 为点源，2 为面源污染源坐标X，Y，Z(m）源强（mg/s）烟囱几何高度（m）烟气温度（℃）实际排烟率（m 3/s）烟囱出口内径(m)烟气出口速度(m/s)面源边长(m)面源平均高度（m）第 2 部分：1500m 高程以下各层风的高程，共 MZ 个；例如：10，50，100，150，200，300，400，500，700，900，1200,1500第 3 部分：1500m 高程以下各温度层的高程，共 NEleTa 个；例如：0，50，100，150，200，250，300，3。