大气环境质量评价及影响预测(38页).doc

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1、-大气环境质量评价及影响预测-第 38 页目录5 大气环境质量评价及影响预测15.1 大气层和大气污染15.1.1 大气层概述15.1.2 大气层的结构35.1.3 大气污染及其主要影响因素55.2 大气边界层的温度场65.2.1 气温的垂直分布65.2.2 大气静力稳定度及其判据95.2.3 逆温105.3 湍流扩散的基本理论115.3.1 湍流的基本概念115.3.2 湍流扩散理论125.3.3 点源扩散的高斯模式13back to top175.4 烟气抬升与地面最大浓度计算175.4.1 烟气抬升高度公式175.4.2 我国烟气抬升高度的计算方法195.4.3 地面的最大浓度215.5

2、 点源特殊扩散模式235.5.1 封闭型扩散模式235.5.2 熏烟型扩散模式245.5.3 小风和静风时的点源扩散模式265.6 非点源扩散模式275.6.1 线源扩散模式275.6.2 多源和面源排放模式275.6.3 体源扩散模式285.7 大气湍流扩散参数的计算和测量295.7.1 由常规气象资料求大气稳定度295.7.2 扩散参数y、z的确定325.7.3 大气湍流扩散参数的测量345.8 大气环境影响评价及预测355.8.1 大气环境影响评价355.8.2 大气环境影响算例375 大气环境质量评价及影响预测为了有效地控制和治理大气污染，就必须评价过去、现在和未来的大气环境质量。正确

3、地推算和预测污染物在大气中浓度的时空分布；估计人类活动，特别是工程项目对环境造成的影响。这就是大气环境质量评价及影响预测。大气污染主要是由于燃料的燃烧、汽车尾气的排放以及某些工厂排出的有害气体造成的。目前比较引人注意的污染物是粉尘、可吸入颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等。按照污染物的排放方式，可以将大气污染源分为点源、线源和面源。随着所处大气环境和污染物排放方式的不同，计算大气环境影响的模型也不同。5.1 大气层和大气污染5.1.1 大气层概述1低层大气的组成 地球周围有一层很厚的气体，称这种气体为大气，称这一层气体为大气圈。大气的上界至少应高于1200km。近代卫星探测资料表明，大气上

4、界约为20003000km处。在这样厚的大气层里，和我们关系最为密切的是低层大气。低层大气是由干洁空气、水汽和杂质等三部分组成的。不含有水蒸气和杂质的空气称为干洁空气。它是一种混合气体，主要成分是氮、氧、氩，次要组分是二氧化碳，氖、氦、氟，氚、臭氧等。由于大气中存在着各种形式的空气运动，不同高度、不同地区的空气进行着充分地交换和混合。因此，从地面大约到 90km 的高空，干洁空气的主要组分比例基本上是不变的。低层大气中的气体组分可分为两部分，一部分是气体组分比例基本上不随时间、空间而变，称为不变气体组分。它以氮、氧、氩为主。一部分是气体组分比例随时间、空间而变化，称为可变气体组分。除氮、氧、氩

5、以外的干洁空气的其它组分均为可变气体组分。它以水蒸气、二氧化碳、臭氧为主，其中变化最大的是水蒸气。大气中水蒸气含量是不稳定的，它随着时间、地点、气象条件(如温度、风、云等)的不同而有较大的变化，其变化范围在 0 4之间。观测表明，在1.5 2.0km高度上，空气中的水蒸气含量已减少为地面的一半，在5km高度上则减少为地面的十分之一，再向上就更少了。因此，水蒸气沿铅直方向上分布是不均匀的。水蒸气含量随着纬度的增加而减少，最大水蒸气含量出现在低纬度洋面上。同一地区的水蒸气含量，夏季大，冬季小。大气中的水蒸气含量虽然很小，它却是水在自然界大循环中的重要链条。如果空气中没有水蒸气就不会发生雨、雪等复杂

6、的天气现象。大气中的二氧化碳主要来源于燃料的燃烧、动植物的呼吸及有机物的腐败；一般说来，大气中的二氧化碳含量，城市比农村多，陆地比海上多，低处比高处多。在20km以下的大气层中，空气中二氧化碳的平均含量为0.03；在20km以上的大气层中，空气中二氧化碳的平均含量显著减少。二氧化碳和水蒸气对太阳短波辐射吸收能力很弱，对长波辐射吸收能力很强；同时还能发射长波辐射。这对地面和大气保持一定的温度，使日较差不致过大，起着重要作用。臭氧是高空氧分子被高能量光量子撞击离解出氧原子，氧原子再与其它氧分子结合的产物。大气中的臭氧含量很少，大约为10-6 ，而且随高度分布不均匀。近地层臭氧含量极少，从51.0k

7、m开始逐渐增加，1215km以上含量增加特别显著，2025 km处达到最大值，再向上又逐渐减少。因此，在1235km处形成了臭氧层。大气中臭氧的含量虽少，但在大气中起着很大的作用。臭氧能吸收波长短于 0.29 m的紫外线部分，这就保护了动植物有机体免受过量紫外线照射的危害。大气中的杂质可分为固态杂质和液态杂质。固态杂质主要有烟尘、扬尘、粉尘等，多集中在大气的低层，通常是陆地多于海上，城市多于农村、冬季多于夏季。液态杂质是指水汽凝结物，如云、雾滴。杂质是以气溶胶分散体存在于大气中的，所以大气杂质又称大气气溶胶粒子。2.描述大气的物理量对大气的物理状态和在其中发生的一切物理现象，我们可以用一些物理

8、量加以描述，以便于对它们的比较和识别。对大气状态和大气物理现象给予描述的物理量叫气象要素。这些气象要素的变化揭示了大气中的物理过程。气象要素主要有：气温、气压、气湿、风向、风速、云况、云量、能见度、降水、蒸发量，日照时数、太阳辐射、地面及大气辐射等。这些气象要素的数值，都是通过观测获得的。下面扼要地介绍几个主要的气象要素。气温：气象上讲的地面气温一般是指离地面1.5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。气温一般用摄氏温度()表示，理论计算常用热力学温度(K)表示。气压：是指大气作用在某面积上的作用力与其面积的比值。度量大气压力的单位有毫米汞柱(mmHg)、标准大气压(atm)、巴(bar)、毫巴(

9、mbar)、帕(Pa)；其中标准化单位帕（N/m2）现在作为气象上的法定计量单位。它们之间的关系如下：1atm = 76 mmHg = 101325Pa = 101325mbar大气压力的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。因此，对任一地点来说，气压总是随着高度的增加而降低的。据实测在近地层中高度每升高lOOm，气压平均降低约1240Pa；气压随高度增加而降低的关系，可用大气静力学方程来描述，即（5-1）气湿：空气湿度简称气湿。它是反映空气中水汽含量多少和空气潮湿程度的一个物理量。常用的表示方法有：绝对湿度、水蒸气分压力、比湿、混合比、相对湿度、饱和差等。其中以相对湿度应用普遍，它是空气中的

10、水蒸气分压力与同温度下饱和水汽压的比值，以百分数表示。风：气象上把空气质点的水平运动称为风。空气质点的铅直运动称为升、降气流。风是一个矢量，用风向和风速描述其特征。风向指风的来向。风向的表示方法有两种，一种是方位表示法，一种是角度表示法。风向的方位表示法可用8个方位或16个方位来表示。海洋和高空的风向较稳定，常用角度来表示。规定北风为0，正东风为90。风速是指空气在水平方向上移动的距离与所需时间的比值。风速的单位一般用ms、kmh。如粗略估计风速，可依自然界的现象来判断它的大小，即以风力来表示。风力就是风作用到物体上的力，它的大小常以自然界的现象来表示。蒲福在1805年根据自然现象将风力分为1

11、3个等级(012级)。根据蒲福制定的公式，也可粗略地由风级算出风速，计算公式为F 是风力等级。在大气边界层中，由于摩擦力随着高度的增加而减小，风速将随高度的增加而增加。表示平均风速的值随高度变化的曲线称为风速廓线。风速廓线的数学表达式称为风速廓线模式。在大气扩散计算中，需要知道烟囱和有效烟囱高度处的平均风速，这种低空风速是通过专门气象观测得到的。这种气象观测没有特殊需要一般是不进行的。然而，一般气象站都会观测地面风(10m高处风速)，并拥有积累了数十年的资料。如果能建立起风速廓线模式，用现有的地面风资料，计算出不易测量的不同高度的风速，将为实际工作带来极大的方便。根据大气环境影响评价技术导则的

12、建议，一般情况下，选用幂指数风速廓线模式来估算高空风速，即（5-2）式中u2、u1分别为距地面 Z1 和 Z2 (m)高度处的10 min平均风速（m/s）；幂指数 p 是地面粗糙度和气温层结的函数。在同一地区、相同稳定度情况下，幂指数 p 值为一常数。在不同地区或不伺稳定度情况下，p 值取不同的值。大气越稳定，地面粗糙度越大，p 值越大，反之 p 值则越小。欧文(Irwin,1979)给出了6 种稳定度(帕斯圭尔法)、两种粗糙度情况下的幂指数 p；我国的大气环境影响评价技术导则，也给出相应的 p 值，如表5-1所示。表5-1 不同稳定度下风速廓线幂指数 p 的取值稳定度ABCDEF欧文(Ir

13、win)城市0.150.150.200.250.400.50乡村0.070.070.100.150.350.55环评导则0.100.150.200.250.300.30云：云是大气中水汽凝结现象，它是由飘浮在空中的大量小水滴或小冰晶或两者的混合物构成的。云的生成、外形特征、量的多少、分布及其演变不仅反映了当时大气的运动状态，而且预示着天气演变的趋势。云量是云的多少。我国将视野能见的天空分为10等分，其中云遮蔽了几分，云量就是几。例如，碧空无云，云量为零，阴天云量为10。总云量是指不论云的高低或层次，所有的云遮蔽天空的分数。低云量是指低云遮蔽天空的分数。我国云量的记录规范规定以分数表示，分子为总

14、云量，分母为低云量。低云量不应大于总云量。如总云量为8，低云量为3，记作 83。国外将天空分为8等分，其中云遮蔽了几分，云量就是几。能见度：在当时的天气条件下，正常人的眼睛所能见到的最大水平距离，称为能见度(即水平能见度)；所谓能见就是能把目标物的轮廓从它们的天空背景中分辨出来。为了要知道能见距离的远近，事先必须选择若干固定的目标物，量出它们距离测点的距离，例如山头，塔，建筑物等，作为能见度的标准。在夜间，必须以灯光作为目标物来确定能见度。能见度的单位常用米或千米。能见度的大小反映了大气的混浊程度，反映出大气中杂质的多少。5.1.2 大气层的结构我们把随地球引力而旋转的大气层叫做大气圈。大气圈

15、的最外层的界限是很准确地划定，但大气圈也不能认为是无限的。在地球场内受引力而旋转的气层高度可达10000公里。有的学者就以10000公里的高度作为大气圈的最外层。在一般情况下，可以认为地球表面到1000-1400公里的气层作为大气圈的厚度。超出1400公里以外，气体非常稀薄就是宇宙空间了。地球大气圈的总质量估计为6000万亿吨。大气圈中的空气，分布是不均匀的。海平面上的空气稠密、在近地面的大气层里，气体的密度随高度上升而迅速变稀，但是在4001400公里的大气层里，空气是渐渐变稀薄的。根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化而划分的大气圈层的结构，可以分为五层，即对流层，平流层、中

16、间层、暖层和散逸层。如图5-1所示。现将各层特点分述如下：1对流层；对流层是指由下垫面算起，到平均高度为12km的一层大气。对流层的上界高度是随纬度和季节而变化的，在热带平均为1718km，温带平均为1012km，高纬度和两极地区为89km夏季对流层上界高度大于冬季的。对流层具有下述四个主要特点。(1) (1) 气温随高度的增加而降低，由下垫面至高空，高差每100m气温约平均降低0.65。(2) (2) 对流层内有强烈的对流运动。这主要是由于下垫面受热不均匀及下垫面物性不同所产生的。一般是低纬度的对流运动较强，高纬度地区的对流运动较弱。由于对流运动的存在，使高低层之间发生空气质量交换及热量交换

17、，大气趋于均匀。(3) (3) 对流层的空气密度最大，虽然该层很薄，但却集中了全部大气质量的3/4并且几乎集中了大气中的全部水汽；云、雾、雨、雪等大气现象都发生在这层。(4) (4) N2,O2,H2O,Ar,CO2N2,O2,O3,(NH4)2SO4N2,O2, O, O+,eO2+-90N2,O2,NO+,O2+-10-55温度 K高度km图5-1大气圈层的结构5-2）气象要素水平分布不均匀，特别是冷、暖气团的过渡带，即所谓锋区。在这里往往有复杂的天气现象发生，如寒潮、梅雨、暴雨、大风、冰雹等。对流层又可分摩擦层(或称行星边界层)和自由大气两层。自下垫面铅直向上到1-2km这一层为摩擦层。

18、这一层受地面影响最大。摩擦层以上的对流层称为自由大气，下垫面的影响一般可忽略不计。2平流层从对流层顶到离下垫面55km高度的一层称为平流层。从对流层顶到3035km这一层，气温几乎不随高度而变化，故有同温层之称。从这以上到平流层顶，气温随高度升高而上升，形成逆温层，故有暖层之称。由于平流层基本是逆温层，故没有强烈的对流运动；空气垂直混合微弱，气流平稳。水汽、尘埃都很少，很少有云出现，大气透明度良好。对流层和平流层交界处的过渡层称为对流层顶。它约数百米到2km厚；最大可达45km厚。对流层顶的气温在铅直方向的分布呈等温或逆温型。因此，它的气温直减率与对流层的相比发生了突变，往往利用这一点作为确定

19、对流层顶高度的一种依据。3中间层从下垫面算起的5585km高度的一层称为中间层。气温随高度的增高而降低，大约高度每增高1km，气温降低1。空气有强烈的对流运动，垂直混合明显，故有高空对流层之称。4热成层从下垫面算起85800km左右高度的一层称为热成层或热层。气温随高度增高而迅速增高，在300km高度上，气温可达1000以上。该层空气在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，处在高度的电离状态，故有电离层之称。电离层具有反射无线电波的能力。因此它在无线电通讯上有重要意义。5散逸层热成层顶以上的大气层，统称为散逸层。该层气温极高，空气稀薄，大气粒子运动速度很高，常可以摆脱地球引力而散逸到太空中去，故称

20、散逸层。5.1.3 大气污染及其主要影响因素所谓大气污染，是大气中污染物或由它转化成的二次污染物的浓度达到了有害程度的现象。大气污染的形成及危害程度，不仅是以空气中是否存在某种有害物质来衡量，还需以其作用于生物及非生物体的浓度和作用时间来决定。大气污染物是指由人类活动或自然过程进入大气环境中引起污染的物质。常见的有近百种根据存在状态的不同，大气污染物可概括为气溶胶污染物和气态污染物两大类。气溶胶系指分散在气体介质中，以液体或固体微粒为分散相，粒径大部分小于lm的微粒。它具有胶体性质，对光线有散射作用。气溶胶在气体介质中作布朗运动，不因重力作用而沉降。根据气溶胶物理状态的不同可分为粉尘、烟、雾等

21、。气态污染物包括无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物有含硫气体、碳氧化物、含氮气体、卤素及卤化物、光化学产物(无机光化学氧化剂)、氰化物(HCN)等；有机污染物有碳氢化合物(CH4、C2H4，C6H6、苯并a芘等)，脂肪族化合物(甲醛、丙酮、有机酸、醇、过氧酰基亚硝酸酯或硝酸酯)。大气的污染具有量微和易变的特点。空气的总量是很大的，但其中污染物质的含量甚微，常用mgm3，或 ppm 来表示，大气中污染物质的量随着时间、空间的变化而变化。进入大气中的污染物质在输送和扩散过程中，它们会相互作用产生新的污染物质。大气的污染的这些特点对污染物的测定和控制均带来困难，要求有较精密的仪器设备。影响大气

22、污染的主要因素是：污染物的排放情况、大气的自净过程，以及污染物在大气中的转化情况。1污染物的排放情况（1）与排放量的关系在其他条件相同的情况下，单位时间内排放的污染物越多，则对大气的污染越重。在同类生产中排放量决定于生产过程、管理制度、净化设备的有无及其净化效果等。在同一企业中，排放量又随生产量的变化而变化。除上述情况对大气污染有规律性的变化外，生产的临时改变，原料及燃料的改变，生产事故等都能使排放量发生不规则的变化。（2）与污染源距离的关系污染物被大气所稀释的程度与污染源排出后到达观察点所通过的距离有关。经过的距离越远，其污染物扩散开的断面越大，稀释程度也越大，因而浓度越低。（3）与排放高度

23、的关系其他条件相同时，污染物排放的高度越高，相应高度处的风速亦越大，加速了污染物与大气的混合。当排出物扩散到地面时，其扩散开的面积也越大，污染物的浓度也越低。2大气的自净过程污染物进入大气后，大气能通过各种方式摆脱混入的污染物而恢复其自然组成，这个过程即为大气的自净过程。自净作用有两种形式：(1) (1) 稀释作用：污染物与大气混合而使污染物浓度降低，称为稀释。大气中污染物的稀释程度与气象因素有关。(2) (2) 沉降和其他作用：污染物从大气中沉降或通过其他作用而被除去，这些污染物在大气中因物理学、物理化学作用被净化的过程进行得十分缓慢，比较有实际意义的还是大气对污染物的扩散稀释作用。3污染物

24、在大气中的转化污染物在大气中的转化是十分复杂的。目前有些问题还不清楚。就已知而言，如二氧化硫可转变为硫酸烟雾，氮氧化物及有机物质在阳光照射下，可变为臭氧、醛类、过乙酰硝酸酯等。转化后的生成物比原来污染物的危害有的更为严重。back to top5.2 大气边界层的温度场受下垫面影响的低层大气，其厚度约为12km，称为大气边界层或行星边界层。下垫面以上100m左右的一层大气称为近地层或摩擦边界层。近地层到大气边界层顶的一层称为过渡区。由于大部分大气扩散问题，都发生在这层。因此，了解大气边界层中的温度场、风场及湍流特征，对于解决大气扩散问题，进行大气环境评价是十分重要的。5.2.1 气温的垂直分布

25、1. 气温层结气温沿铅直高度的变化，称气温层结或层结。气温随高度变化快慢这一特征可用气温垂直递减率来表示。气温垂直递减率的数学定义式为, - dT/dz；它系指单位(通常取100m) 高差气温变化速率的负值。如果气温随高度增高而降低，为正值，如果气温随高度增高而增高，为负值。大气中的气温层结有四种典型情况，气温随高度的增加而递减，0，称为正常分布层结，或递减层结；气温随高度的增加而增加，T、 p=p 时必有0，气块做加速运动，大气处于不稳定状态。如果气块的温度低于环境大气的温度，加速度 a0，气块加速运动，大气不稳定；当-d0，大气稳定，值越大，大气越稳定；当0，大气不稳定；当=0，大气为中性

26、。在实际应用中，常用位温梯度的具体数值范围来判别大气稳定度，且不同研究者或不同地区对位温梯度的取值范围也常常不同。5.2.3 逆温通常气温随高度增加而降低，在特定条件下也会发生逆温现象。大气静力稳定度判据表明，逆温对应着稳定的大气状况。逆温象一个盖子一样阻碍着气流的垂直运动，所以也叫阻挡层。由于污染空气很难穿过此层而积聚在它的下面，所以逆温会造成严重的大气污染。大气污染事件大多都发生在有逆温又静风的条件下。因此，在研究大气污染时，对逆温必须给予足够的重视。逆温可发生在近地层中，也可能发生在较高气层中(自由大气中)。根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、锋面逆温及乱流逆温

27、等5种，其中最常见的辐射逆温。图5-4 由于太阳辐射引起逆温的生消过程。太阳辐射的能量是无比巨大的，太阳辐射到地球表面的能量只占它辐射能量的二十亿分之一。辐射到地球表面的太阳辐射主要是短波辐射。地面吸收太阳辐射的同时也向空中辐射能量，这种辐射是长波辐射。大气吸收短波辐射的能力很弱，吸收长波辐射的能力却极强。被太阳辐射加热的地面，靠热传导把贴近地面(几厘米)的空气加热，然后靠湍流交换把热量向上传递。近地层空气温度随地表温度的增加而增加，而且是自下而上的被加热。随地表温度的降低而降低，而且是自下而上被冷却。在陆地上，地面是空气的主要热源。在海洋上，空气的湿度大，水汽含量多，空气吸收太阳辐射的能力比

28、陆地空气的要大。由于海洋水面温度昼夜间变化较小，对空气温度变化影响很小。太阳辐射的日变化是海洋上空气温度日变化的主要原因。所以，在海洋上，太阳辐射是空气的主要热源。在晴空无云(或少云)的夜晚，当风速较小（小于3ms）时，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近地面的气温也随之下降。越接近地面的空气受地面冷却的影响越大，降温越大，而远离地面的空气降温较小，因而形成了自地面开始向上的逆温层。图5-4为实测的某地辐射逆温的生消过程图。图中16：00的气温层结曲线为递减气温层结，19：00的气温层结曲线显示出已形成约40m高的辐射逆温。辐射逆温大约在日落前一小时开始生成，22：00到次日7：00的气温层结曲

29、线表明，随着时间的推移，地面辐射冷却效应逐渐增强，辐射逆温逐渐向上发展，到次日7：00辐射逆温达到最高；般在黎明时辐射逆温达到最高。10：00的气温层结曲线表明，辐射逆温巳消失50m左右，13：00的气温层结曲线表明辐射逆温已完全消失，在高空300m处有一层上部逆温，辐射逆温完全消失的时间因地理位置和季节不同而异，通常在 10：00-12：00辐射逆温完全消失。辐射逆温消失是由于日出以后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，同时空气自下而上地被增温，逆温便自下而上地逐渐消失。back to top5.3 湍流扩散的基本理论5.3.1 湍流的基本概念湍流或称紊流，是自然界广泛存在的一种流体流动。通常

30、将流体的极端无规则运动称为湍流。大气的极端无规则运动称为大气湍流。可以把大气湍流看成是由无数多个大小不同的湍涡(涡旋)构成的。每一个湍涡都有自己的运动速度和方向。一个大湍涡包含许多较小的湍涡，较小湍涡又包含很多更小的湍涡。目前可以识别到1mm尺度的湍涡。在气象观测中，风速的脉动(或涨落)和风向的摆动就是湍流作用的结果。我们可以把湍流运动；看作随机运动，多用统计理论描述它。例如取时间平均值。湍流特性可用湍流强度或标准差来描写。湍流强度有两种表示法，一种是湍流强度(速度方差)，一种是相对湍流强度。在实际应用中，相对湍流强度应用较多。习惯上称它为湍流强度。将风速在坐标轴上投影后，湍流强度(速度方差)

31、可表示为：（5-16）相对湍流强度的定义式为，（5-17）风向摆动也可用风位角的方差或标准差来描述。描述湍流运动有两种方法，一种是欧拉法，它在空间划出一个控制体为对象，考察流体流经它的情形，欧拉法注重于特定时刻整个流场及某定点不同时刻的流体运动性质。另一种是拉格朗日法，它在流体运动时，追随研究一个典型的流体单元。按照湍流形成的原因可分两种湍流。由铅直方向气温分布的不均匀性产生的湍流，叫热力湍流。它的强度主要取决于大气稳定度。由铅直方向风速分布的不均匀性及地面粗糙度产生的湍流，叫机械湍流。它的强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。实际湍流是上述两种湍流的迭加。湍流有极强的扩散能力。它比分子扩散快1

32、05-106倍。大气中污染物能被扩散，主要是湍流的贡献。和烟团尺度相仿的湍流，对烟团扩散能力最强，比烟团尺度大好多倍的大湍涡，对烟团起搬运作用，使烟流摆动，扩散作用不大；比烟团尺度小好多倍的小湍涡，对烟团的扩散能力较小。5.3.2 湍流扩散理论湍流扩散理论有三种：梯度输送理论，统计扩散理论和相似扩散理论。1 1 湍流梯度输送理论德国科学家菲克，在1855年发表了一篇题为“论扩散”的著名论文。在这篇论文中，他首先提出了梯度扩散理论。他把这个理论表述为：“假定食盐在其溶剂中的扩散定律与在导体中发生的热扩散相同，是十分自然的。”：菲克定律的数学陈述：（5-18）它是一维的大气扩散方程式，是经典的热传

33、导方程式。湍流梯度输送理论的基本假定是：由湍流所引起的局地的某种属性的通量与这种属性的局地梯度成正比，通量的方向与梯度方向相反，比例系数 K 称为湍流交换系数。2 2 湍流统计理论：泰勒是湍流统计理论的创始人之一。他在1921 年发表的论文中，首先应用统计学的方法来研究湍流扩散问题，提出了著名的泰勒公式。它把描写湍流的扩散参数 Y2(t)，和另一统计特征量相关系数 R 建立起关系，只要能找到相关系数的具体函数，通过积分就可求出扩散参数Y2(t)，污染物在湍流中扩散问题就得到解决。萨顿首先找到了相关系数的具体表达式，应用泰勒公式，提出了解决污染物在大气中扩散的实用模式，成为这一领域的先驱者。高斯

34、烟流模式是在大量实测资料分析的基础上，应用统计理论得到的。它是目前应用较广的模式。3 3 相似扩散理论湍流相似扩散理论，最早始于英国科学家里查森和泰勒。后来由于许多科学家的努力，特别是俄国科学家的贡献，使湍流扩散相似理论得到很大发展。湍流扩散相似理论的基本观点是，湍流由许多大小不同的湍涡所构成，大湍涡失去稳定分裂成小湍涡，同时发生了能量转移，这一过程一直进行到最小的湍涡转化为热能为止。从这一基本观点出发，利用量纲分析的理论，建立起某种统计物理量的普适函数，再找出普适函数的具体表达式，从而解决湍流扩散问题。我们把这种理论称为相似扩散理论。5.3.3 点源扩散的高斯模式1 1 坐标系高斯模式的坐标

35、系为：以排放点(无界点源或地面源)或高架源排放点在地面的投影点为原点，平均风向为 x轴，y 轴在水平面内垂直于x 轴，y 轴的正向在 x 轴的左侧，z 轴垂直于水平面，向上为正方向。即为右手坐标系。在这种坐标系中，烟流中心或与 x 轴重合(无界点源)，或在 xoy，面的投影为 x 轴 (高架点源)。2 2 高斯模式的四点假设高斯模式的四点假设为：(1)污染物在空间 yoz 平面中按高斯分布(正态分布)，在 x方向只考虑迁移，不考虑扩散；(2)在整个空间中风速是均匀、稳定的，风速大于lms；(3)源强是连续均匀的；(4)在扩散过程中污染物质量是守衡的。对后述的模式只要没有特殊指明，以上四点假设条

36、件都是遵守的。图5-5 示高斯模式的坐标系和基本假设。3 3 无限空间连续点源的高斯模式由正态分布的假设(1)写出下风向任意点(x、y、z)污染物平均浓度分布的函数为:（5-19）由概率统计理论可以写出方差的表达式：（5-20）图5-5 高斯模式的坐标系和基本假设由假设（4）可写出：（5-21）上述四个方程，组成一个方程组，源强Q、平均风速u、标准差y、z为已知量，浓度C、待定函数A(x)、待定系数a 和 b为未知量。因此，方程组可求解。将式(519)依次代入式(520)的两式中，积分后得到：（5-22）（5-23）将式(5-22)和式(5-23)代入式(5-19)中，得无界空间连续点源高斯模

37、式：（5-24）式中y、z为污染物在y、z方向的标准差，为平均风速 ms，Q 源强。HHsHsl l PC(x,y,z)像源图5-6 高架连续点源高斯模式的推导H4 4 高架连续点源的高斯模式高架连续点源的扩散问题，必须考虑到地面对扩散的影响。根据前述假设(4)，可以认为地面象镜面那样，对污染物起着全反射的作用。按照全反射原理，可以用像源法来处理这类问题。如图5-6所示，我们可以把 P 点的污染物浓度看成是两部分之和。一部分是不存在地面影响情况下, P 点所具有的污染物浓度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染物浓度。这相当于实源在地面下的 -H 位置处的像源，按照无限空间连续点源模式，在P点所造成的污染物浓度。首先看实源的作用：P 点在以实源排放点(有效源高处)为原点的坐标系(无限空间)中的铅直坐标（距烟流中心线的铅直距离）为(z-H)。当不考虑地面影响时，浓度按式(5-24)计算，它在 P 点所造成的污染物为：（5-25）像源的作用：P 点在以像源排放点(负的有效源高处)为原点的坐标系（无限空间）中的铅直