海岸线熏烟模式.doc

筑龙网给排水所有资料全都免费 海岸线熏烟模式 概念和模式 在沿海或沿大型湖泊等水体附近，当出现向岸流时，由于水陆间的温差和粗糙度不同，原处于稳定层结的海上空气流向陆地时，将发生较强烈的变性，从而形成一个自岸边伸向内陆在铅垂方向逐渐增厚的热力内边界层（简称TIBL）。如果在沿岸一带有高于当地TIBL的污染源，其烟羽开始在稳定空气中沿下风方平流扩散；随后，将与逐渐增厚的TIBL上边界相交，并进行强烈的向下混合，出现所谓的海岸线薰烟状态（见下图）。在本软件系统中，海岸线薰烟只考虑高架连续排放点源在有风条件下的计算，且不对有效烟高、源强和扩散参数进行任何修正。 进入TIBL之前的烟羽可按正态分布计算；当烟羽进入TIBL之后，其横向（Y向）按正态分布，垂直方向（Z）则按均匀分布处理。这里关键是如何确定烟羽进入TIBL后的横向扩散参数（σyf）。 以烟囱处为x=0，设想在下风向x处，进入TIBL的那部分烟羽，其重心线与TIBL上边界的交点离烟囱距离为x1，在该点有： σyf=σys σyf代表用TIBL层内的不稳系数求得的Y向扩散参数；而σys代表用TIBL层外的稳定系数求得的Y向扩散参数。在x1点，σys可按稳定系数直接求得： 而在该点，σyf也可用不稳定系数求得： 其中x1f是在用不稳定系数求扩散参数时与x1相对应的虚拟距离。可求得 (0 ) 这样，对于x处的横向扩散参数σyf，就可以用下式求出： （1） 需要注意的是，对于TIBL内不同的x点，进入的烟羽比例是不同的，因此对应不同的x1和x1f。只要能求出预测点x处对应的x1,就可求得σyf(x)，再用下式计算其浓度： （2） 式中Φ(P)代表烟羽进入TIBL层内的比例。P是x的函数，定义如下： （3） 垂直扩散参数σz可直接按稳定系数计算。hf(x)是指x处的TIBL的高度，可用经验式计算，Uf是x1处的TIBL高度处的平均风速。 现在介绍x1的求法。上面已说过，在x处，进入TIBL的那部分烟羽，其重心线与TIBL上边界的交点离烟囱距离定义为x1。因为在x处，进入TIBL的那部分烟羽，占全部烟羽的比例为Φ(P)，因而在x1处，进入TIBL的那部分烟羽，占全部烟羽的比例应为Φ(P)的一半，即有： （4） Φ(P)是概率积分函数。上式的展开式为： （5） 因此，由x经式求p(x)，再以上式求出P(x1)，然后求解以下非线性方程： （6） 注意到上式P(x1)是已知数，只有一个未知数x1，可用迭代法解出x1。 TIBL高度计算方法 在x处的TIBL厚度hf(x)，不仅取决于x值和烟囱离岸边的距离LC，还依赖于TIBL内的平均风速Uf、摩擦速度U*、陆水表面气温差ΔT、TIBL上边界以上的逆温层温度梯度γ等因素。HJ/T 2.2-93中介绍，hf可用下式计算： ， (7) 但是，在实际情况中，水表面气温分布并不是均匀的，愈远离岸边气温愈低；同样，陆地表面气温也不是均匀的，愈远离岸边气温愈高。此外，γ也常随下风向距离x而变。因此，在工程上应用这个公式有一定的难度，这里介绍《中国环境影响评价培训教材》中的一个较简单的实用公式： hf(x)=2.3 d (LC+x)0.5 (8) 式中d为粗糙度参数。当z0≤0.5m时，d=1;当z0>0.5m时，根据Hanna推荐的U*和z0的参数，可得z0=1m时，d=2；z0在0.5m与1m之间或大于1m时，可用线性内插或外延确定。 求浓度最大值的方法 如果hf(0)≥He，则可直接使用不稳定条件计算，无须考虑薰烟。这时的最大浓度可直接使用高斯点源扩散公式。 否则，在P=-1和P=1之间叠代，叠代初值宜取较小的-1值(若取正值，可能是无解的，此时TIBL上边界与烟羽上边界不能相交)。 计算步骤： 1.取P0=-1； 2.已知P，由（3）式解出x、hf(x)； 3.已知P，由（5）式解出P1，再由（6）式求出x1、hf(x1)； 4.已知x1，由（0）式解出xf1，再由（1）式求出σyf（若考虑风速沿高度的变化，则Uf=Uf(hf(x1)) ），注意下标为"s"的扩散参数的计算系数是TIBL之上的稳定气象条件下的参数，而下标为"f"的扩散参数的计算系数是TIBL之内的不稳定气象条件下的参数。 5.然后求出Φ(P)和σyf，再由（2）式求得其浓度Cf0； 6.根据要求的计算精度，设定P的计算步长ΔP，取P1=P0+ΔP，再按