污染物扩散计算模式汇总.pdf

大气稳定度分级常用的大气稳定度分类方法有帕斯奎尔(Pasquill)法和国标原子能机构IAEA 推荐的方法这里介绍的是中国现有法规中推荐的修订帕斯奎尔分类法（简记 P·S） ，分为强不稳定、 不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级它们分别表示为A、B、C、D、E、F确定等级时首先计算出太阳高度角按表B1查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速按表B2 查找稳定等级云量，1/10 总云量/ 低云量夜间ho≤15°15° ＜ho≤35 °35° ＜ho≤65 ° ho＞65 °≤4／≤4-2-1123 5-7／≤4-10123 ≥8／≤4-10011 ≥5／5-700001 ≥8／≥800000表 B1 太阳辐射等级数 太 阳 辐 射 等 级 数注：云量（全天空十分制）观测规则与现国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同321012 ≤1.9AA-B BDEF 2-2.9A-BBCDEF 3-4.9BB-CCDDE 5-5.9CC-DDDDD ≥6DDDDDD地面风 速，m/s太 阳 辐 射 等 级表 B2 大气稳定度的等级注：地面风速（ m/s）系指距地面10m高度处 10min 平均风速，如使用气象台（站）资料，其观测规则与国家气象局编定的《地面气象观测规范》相同。

太阳高度角ho使用下式计算：30015coscoscossinsinarcsintho.(B1) 式中：ho----太阳高度角， deg ；----当地纬度， deg. ；λ----当地经度； deg ；t----进行观测时的北京时间；σ----太阳倾角， deg，可按下式计算：/180]3sin001480. 03cos002697.02sin000907.02cos006758.0sin070257.0cos39912.0006918.0[oooooo式中：θo----360dn/365 ，deg；dn---- 一年中日期序数， 0、1、2、 · · · · · ·3641.1.1.1地形对烟羽的影响此前的扩散模式都假设地面是完全平整的（烟囱底部是一个无限大的水平面，其高程为0） ，因此在扩散过程中烟羽的中心线可保持水平不变但如果在预测点（x,y,z ）处，地面有一定的高程hT(0z) ，则在对（ x,y,z ）式应用以上模式时，应对有效烟羽高度进行一些修正假定烟羽路径始终与起伏的地形保持平行，或者假设烟羽轴线保持固定的海拔高度，并与高于烟羽的地形相交，都是不正确的，实际情况应该是介于上述二者之间。

具体的修正方法如下1）中性和不稳定天气条件令： hT为凸出的地形高度；He为烟轴高度（即有效高度） ；T为烟轴高度修正系数（或地形系数），修正后的烟囱有效高度应该是 THeoT 则应按下式取值：时当时当TeeTeTehHHhHThHT,/)2/(,2/1（2）稳定天气条件（ D-E、E、F）在稳定天气条件下，当烟羽逼近孤立山体时，烟羽以临界高度 Hc为界分成两部分， 临界高度以上的烟羽有足够的动能爬越山体，而临界高度以下的烟羽，只能被迫绕着山体过去临界高度H c 可由下式确定：Hc=Hm--u[ θ/(gd θ/dz)]1/2式中 Hm----孤立山体高度， m ；Hc----临界高度， m ；θ----z高度处大气位温， K；d θ/dz----z高度处位温梯度， K/m；u----平均风速， m/s；g----重力加速度， m/s2例如， θ =300K， dθ/dz=0.01K/m ， u=2m/s， Hm=200m ；则Hc=Hm-111=89m，烟囱有效高度大于89m时，烟羽将有足够的动能爬越山体对于山体高度Hm已定的情况，大气越稳定，则Hc越小所以一般只需计算在F 稳定度下的Hc，如果烟羽有效高度He>Hc(F)，则可认为烟羽能够爬越山体。

1.2点源扩散模式1.2.1持续排放源1.2.1.1有风模式（U10≥1.5m/s ）1. 自由空间中的连续点源实际上绝大多数污染源都是连续的，对于连续排放源，可理解为在时间上依次连续释放无穷多个烟团因此，连续排放源的扩散模式可以通过将瞬时单烟团模式对to从—∞到t 积分后求得以烟团初始空间坐标为原点，下风方为x 轴，烟羽轴线与x轴一直保持重合，zyx,,都是 x 的函数，将对 to的积分变换为对（x—uT）/ σx的积分，可得最基本的烟羽扩散模式：22222exp2exp2,,zyzyzyuQzyxC适用条件为：自由空间；风速要比较大（u10≥1.5m/s ） ；当大气不稳定状态时，可能带来一定的误差2. 地面反射用像源法，假想地平线为一镜面，在其下方有一与真实源完全对称的虚源， 则这两个源叠加后的效果和真实源考虑到地面反射的结果是等价的 以烟囱地面位置的中心点为坐标原点，在考虑到地面反射后，污染源下风方任一点小于24 小时取样时间的污染物浓度 C（x，y，z）由下式给出：2222222exp2exp2exp2,,zezeyzyHzHzyuQzyxCz=0 时的地面浓度C （x,y,0 ） ，可简化为；222222exp0,,zeyzyHyuQyxC下风方 X轴线上（ y=0）的地面浓度C（x,0,0 ）为：22212exp0, 0,zeHuQxC对于较低的排放源（例如He＜50m ，具体限值由地面粗糙度、混合层高度等因素决定） ，一般可直接应以上式子计算。

3. 混合层反射对于高架源，当超过一定的下风距离时，需对烟羽在混合层顶的反射进行修正同考虑地面反射类似，用像源法修正后，污染源下风方任一点小于24 小时取样时间的污染物浓度C （x,y,z ）可表示为：FyuQzyxcyzy222exp2),,(kknzezezHnhzHnhF222222exp22exp式中 h ——混合层高度；k ——反射次数，一、二级项目取k=4 已足够4. 侧面反射详见狭长山谷扩散模式1.2.1.2小风静风模式（U10=1.5m/s）的高斯持续排放点源，并且要求稳定度较不稳定、混合层反射可忽略等条件，其计算结果 Xm必须在扩散参数系数y1、y2和指数 a1、a2的应用范围之内例如，以1000m 范围内的扩散参数计算系数和指数计算得Xm=3000m ，则结果是不可靠的由于解析式应用范围有限，应用条件较苛刻，实际计算中常用数值法 借助计算机的快速计算，可使用分段逼近法求最大落地浓度该原理是：将最大浓度可能的出现范围，如下风向[0 ，1000000]m，分成 10 段共 11 个点位，每点求一浓度，再以最大浓度点位左、右两点位作为新的计算范围起、止点，再分10 段，如此循环计算，直到每段长度小于要求的精度（如0.01m） 。

一般计算几十次即可得到结果这种方法算法很简单，无须求函数导数，同时灵活性极强，因为对每一个点求浓度的时候，可以按调用任意模式按任意方法计算因此，这一方法可用于有风、小风静风、面源体源的点源修正法和非正常排放等所有单源模式的求最大浓度值1.2.4对源强和有效源高的修正1.2.4.1地形对烟羽的影响此前的扩散模式都假设地面是完全平整的（烟囱底部是一个无限大的水平面，其高程为0） ，因此在扩散过程中烟羽的中心线可保持水平不变但如果在预测点（x,y,z ）处，地面有一定的高程hT(0z) ，则在对（ x,y,z ）式应用以上模式时，应对有效烟羽高度进行一些修正假定烟羽路径始终与起伏的地形保持平行，或者假设烟羽轴线保持固定的海拔高度，并与高于烟羽的地形相交，都是不正确的，实际情况应该是介于上述二者之间具体的修正方法如下1）中性和不稳定天气条件令： hT为凸出的地形高度；He为烟轴高度（即有效高度） ；T为烟轴高度修正系数（或地形系数），修正后的烟囱有效高度应该是 THeoT 则应按下式取值：时当时当TeeTeTe hHHhHThHT,/)2/(,2/1（2）稳定天气条件（ D-E、E、F）在稳定天气条件下，当烟羽逼近孤立山体时，烟羽以临界高度 Hc为界分成两部分， 临界高度以上的烟羽有足够的动能爬越山体，而临界高度以下的烟羽，只能被迫绕着山体过去。

临界高度H c 可由下式确定：Hc=Hm—u[ θ/(gd θ/dz)]1/2式中 Hm——孤立山体高度，m ；Hc——临界高度， m ；θ——z 高度处大气位温， K；d θ/dz ——z 高度处位温梯度， K/m；u——平均风速， m/s；g——重力加速度， m/s2例如， θ =300K， dθ/dz=0.01K/m ， u=2m/s， Hm=200m ；则Hc=Hm-111=89m，烟囱有效高度大于89m时，烟羽将有足够的动能爬越山体对于山体高度Hm已定的情况，大气越稳定，则Hc越小所以一般只需计算在F 稳定度下的 Hc，如果烟羽有效高度He>Hc(F) ，则可认为烟羽能够爬越山体1.2.4.2热浮力对烟羽的修正1. 混合层顶穿透问题高架源热浮力烟羽对混合层并非只有“完全穿透”和“完全不穿透”两种情况，还须考虑到“部分穿透”问题定义 P为穿透系数：P=1.5-(h-H)/ΔH 当 P≤0 时， ΔH1=min[ ΔH,2(h-H)/3],Q1=Q ；当 P >1 时，ΔH1=h-H,Q1=0；当 0=1.5m/s）的高斯持续排放点源，并且要求稳定度较不稳定、混合层反射可忽略等条件，其计算结果 Xm必须在扩散参数系数y1、y2和指数 a1、a2的应用范围之内。

例如，以1000m 范围内的扩散参数计算系数和指数计算得Xm=3000m ，则结果是不可靠的由于解析式应用范围有限，应用条件较苛刻，实际计算中常用数值法 借助计算机的快速计算，可使用分段逼近法求最大落地浓度该原理是：将最大浓度可能的出现范围，如下风向[0 ，1000000]m，分成 10 段共 11 个点位，每点求一浓度，再以最大浓度点位左、右两点位作为新的计算范围起、止点，再分10 段，如此循环计算，直到每段长度小于要求的精度（如0.01m） 一般计算几十次即可得到结果这种方法算法很简单，无须求函数导数，同时灵活性极强，因为对每一个点求浓度的时候，可以按调用任意模式按任意方法计算因此，这一方法可用于有风、小风静风、面源体源的点源修正法和非正常排放等所有单源模式的求最大浓度值2.4对源强和有效源高的修正2.4.1地形对烟羽的影响此前的扩散模式都假设地面是完全平整的（烟囱底部是一个无限大的水平面，其高程为0） ，因此在扩散过程中烟羽的中心线可保持水平不变但如果在预测点（x,y,z ）处，地面有一定的高程hT(0z) ，则在对（ x,y,z ）式应用以上模式时，应对有效烟羽高度进行一些修正。

假定烟羽路径始终与起伏的地形保持平行，或者假设烟羽轴线保持固定的海拔高度，并与高于烟羽的地形相交，都是不正确的，实际情况应该是介于上述二者之间具体的修正方法如下1）中性和不稳定天气条件令： hT为凸出的地形高度；He为烟轴高度（即有效高度） ；T为烟轴高度修正系数（或地形系数），修正后的烟囱有效高度应该是 THeoT 则应按下式取值：时当时当TeeTeTehHHhHThHT,/)2/(,2/1（2）稳定天气条件（ D-E、E、F）在稳定天气条件下，当烟羽逼近孤立山体时，烟羽以临界高度 Hc为界分成两部分， 临界高度以上的烟羽有足够的动能爬越山体，而临界高度以下的烟羽，只能被迫绕着山体过去临界高度H c 可由下式确定：Hc=Hm--u[ θ/(gd θ/dz)]1/2式中 Hm----孤立山体高度， m ；Hc----临界高度， m ；θ----z高度处大气位温， K；d θ/dz----z高度处位温梯度， K/m；u----平均风速， m/s；g----重力加速度， m/s2例如， θ =300K， dθ/dz=0.01K/m ， u=2m/s， Hm=200m ；则Hc=Hm-111=89m，烟囱有效高度大于89m时，烟羽将有足够的动能爬越山体。

对于山体高度Hm已定的情况，。