图1:焚烧厂卫星图 图2:村庄分布图 A村 新田村2.0km B村 樟坑径村 1.56km C村 辅城坳村 1.83km D村 谷湖龙村 1.84km E区 平湖生态园 F区 新田公园
从垃圾焚烧厂排放出来的污染气体,经过风向风速和温度、降雨等气象条件,沉降,消解等,污染物浓度降低,有效影响范围是2000m左右,故选取上图中四个村庄作为环境监测点。具体算法详见Gaussian模型。
4.1.2地形地貌研究
根据谷歌地图,通过测出垃圾焚烧厂周围海拔高度,得出垃圾场周围5km的地形高度低于烟囱的海拔高度,现定义垃圾场周围地形为简单地形,即可认为垃圾场周围地形高度为0m。我们通过查阅资料得知,垃圾场周围新田村的建筑物高度不高于80m,所以,在此模型中忽略地形地貌以及建筑物的遮挡程度对污染物传播的影响。 焚烧厂区域等高线图和地形示意图如图所示:
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图3 焚烧厂周围的等高线图
图4焚烧厂地形示意图
4.1.2高斯烟羽扩散模型的建立 (1)首先建立坐标系:
高斯模型的坐标系如图5所示,原点为排放点(若为高架源,原点为排放点在地面的投影),x轴正向为风速方向,y轴在水平面上垂直于x轴,正向在x轴的左侧,z轴垂直于水平面xoy,向上为正向。在此坐标系下烟流中心线或烟流中心线在xoy面的投影与x轴重合。
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图5 Gaussian模型坐标系
(2)模型公式推导
由正态分布假设可以导出下风向任意一点X(x,y,z)处烟囱排放气体浓度的函数为:
[1]
X(x,y,z)?A(x)e?ay2e?bz2 (1)
由概率统计理论可以写出方差的表达式为:
???2??y???2??z???Q??????0y2Xdy???00Xdyz2Xdz (2)
????0Xdz由假设可以写出源强的积分公式:
????uXdydz (3)
将(1)式代入(2)式,积分可得:
6
1??a?2?2?y??b?1 (4)
2?2?z?将(1)式和(4)式代入(3)式,积分可得:
A(x)?Q (5)
2?u?y?z???? (6) ????再将(4)式和(5)式代入(1)式,可得:
2??y2zX(x,y,z)?exp???2?2?2?2?u?y?z2??yz??Q上式为无界空间连续点源扩散的高斯模型公式,然而在实际中,由于地面的存在,烟羽的扩散是有界的。根据假设可以把地面看做一镜面,对泄漏气体起全反射作用,并采用像源法处理,像源法原理如图6所示。可以把任一点p处的浓度看做两部分的贡献之和:一部分是不存在地面时所造成的烟囱排放物浓度;一部分是由于地面反射作用增加的烟囱排放物浓度。该处的烟囱排放物浓度即相当于不存在地面时由位于(0,0,H)的实源和位于(0,0,-H)的像源在P点处所造成的烟囱排放物浓度之和。
图6像源法原理图
其中,实源的贡献为:
Q1y21(z?H)2X1(x,y,z)?exp(?)exp(?) (7) 222?u?y?z2?y2?z7
其中,像源的贡献为:
1y21(z?H)2X(?exp(?)exp(?) (8) 2x,y,z)222?u?y?z2?y2?zQ则该处的实际浓度为:
X(x,y,z)?X(?X( (9) 1x,y,z)2x,y,z)由以上条件公式可得到高架连续点源扩散的高斯烟羽模型公式为:
Q1y2X(x,y,z,t,H)?exp(?)?22?u?y?z2?y1(z?H)21(z?H)2[exp(?)?exp(?)]222?z2?z (10)
其中:X(x,y,z)为下风向x米、横向y米、地面上方z米处的扩散的气体浓度,单位为kg/m3;Q为源强(即源释放速率),单位为kg/s;u为平均风速,单位为m/s;
?y为水平扩散参数,单位为m;?z为垂直扩散参数,单位为 m;t为泄漏后是时间,单位为s;H为泄漏源有效高度,单位为m;y为横向距离,单位为m;z为垂直方向距
离,单位为m。
如:式中,令z=0,即可得到地面气体浓度计算公式:
?1y2??H2X(x,y,0,H)?exp??()?exp??2?2?u?y?z??z?2?y??Q??? (11) ?令y=z=0,即可得到地面轴线气体浓度计算公式:
H2X(x,0,0,H)?exp(?2) (12)
?u?y?z2?zQ其中,X(x,y,0)为下风向x米、横向y米处的地面扩散气体浓度,单位为kg/m3;若令y=0,则可以得到下风向中心线上的浓度分布。
(3)泄漏源有效高度H的计算
以上式中的泄漏源有效高度是指泄漏气体形成的气云基本上变成水平状的时候气云中心的离地高度。实际上,泄漏源有效高度就等于泄漏源几何高度加泄漏烟云抬升高度。
影响烟云抬升高度的因素有很多,主要包括:泄漏气体的初始速度和方向、初始温度、泄漏口直径、环境风速及风速岁高度的变化率、环境温度及大气稳定度。
有效源高: H?HS??H
其中,Hs为泄漏源几何架高,?H为烟云抬升高度。
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