有毒物质泄漏及中性浮力扩散模型

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1、有毒物质泄漏及中性浮力扩散模型中国环境科学研究院大气环境研究所陈义珍第五章有毒物质泄漏及中性浮力扩散模型5.1扩散影响参数5.2中性浮力扩散模型5.3模型应用举例5.1扩散影响参数扩散模型描述了有毒物质远离事故发生池，并遍及整个工厂和社会的空中运输过程。释放发生后，空气中的有毒物质被风以烟羽的形式，或烟团的形式带走。有毒物质的最大浓度是在释放发生处（可能不在地面上）。由于有毒物质与空气的湍流混合和扩散，其在下风向的浓度较低。众多因素影响着有毒物质在大气中的扩散：风速大气稳定度地面条件（建筑物、水、树）释放处距离地面的

2、高度物质释放的初始动量和浮力5.2中性浮力扩散模型中性浮力扩散模型，用于估算释放发生后释放气体与空气的混合，并导致混合气云具有中性浮力后下风向各处的浓度。因此，这些模型适用于低密度的气体，特别是浓度为10-6量级的。经常用到两种类型的中性浮力蒸气云扩散模型：烟羽模型和烟团模型。烟羽模型描述来自连续源释放物质的稳态浓度。烟团模型描述一定量的单一物质释放后的暂时浓度。对于烟羽模型，典型例子是气体自烟窗的连续释放。稳态烟羽在烟窗下风向形成。对于烟团模型，典型例子是由于贮罐的破裂，一定量的物质突然泄漏，形成一个巨大的蒸气云团

3、，并渐渐远离破裂处。烟团模型能用来描述烟羽；烟羽只不过是连续释放的烟团。然而，如果稳态烟羽信息是所需的所有信息，那么建议使用烟羽模型，因为它比较容易使用。对于涉及动态烟羽的研究（例如，风向的变化对烟羽的影响），必须使用烟团模型。①F.A.Gifford,”UseofRoutineMeteorologicalObservationsforEstimatingAtmosphericDispersion,”NuclearSafety(1961)，2(4):47.②F.A.Gifford,”TurbulentDiffusio

4、n-TypingSchemes；AReview，”NuclearSafety(1976)，17(1):68.③强烈的日光照射是指英国盛夏正午期间的充足的阳光。弱的日光照射是指严冬时期类似的情况。④夜间是指日落前1h至破晓后1h这一段时间。⑤这些数值是作者自己补充进去的，以使该表格完整。⑥对于白天或夜晚的多云情况以及日落前或日出后数小时的任何天气情况，不管风速有多大，都应该使用中等稳定的等级D。注：稳定度等级A-极度不稳定；B-中度不稳定；C-轻微不稳定；D-中性稳定；E-轻微稳定；F-中度稳定情况1:地面瞬时点源的烟

5、囱，坐标系固定在释放点，风速u恒定，风向仅沿x方向(5-1)地面浓度可令z=0，求得(5-2)地面上沿x轴的浓度可令y=z=0，求得(5-3)气云中心坐标在（ut，0，0）处。该移动气云中心的浓度为(5-4)站在固定点（x，y，z）处的个体，所接受的全部剂量Dtid是浓度的时间积分(5-5)地面的全部剂量，可依照式（5-5）对式（5-2）进行积分得到。结果为(5-6)地面上沿x轴的全部剂量为(5-7)通常情况下，需要用固定浓度定义气云边界。连接气云周围相等浓度的点的曲线称为等值线。对于指定的浓度,地面上的等值线通过用

6、中心线浓度方程[式（5-3）]除以一般的地面浓度方程[式（5-2）]来确定。直接对y求解该方程（5-8）过程如下。情况2:地面上的连续稳态源的烟囱，风向沿x轴，风速恒定为u（5-9）地面浓度可令z=0求出（5-10）下风向、沿烟羽中心线的浓度可令y=z=0求出（5-11）可使用类似于情况1中使用的等值线求解过程来求得等值线。对于地面上的连续释放，最大浓度出现在释放处。情况3：位于地面Hr高处的连续稳态源的烟羽，风向沿x轴，风速恒定为u（5-12）地面浓度可令z=0求出（5-13）地面中心线浓度可令y=z=0求得（5-

7、14）地面上沿x轴的最大浓度由下式求得（5-15）下风向地面上的最大浓度出现的位置，可由下式求得（5-16）求解最大浓度和下风向距离的过程是：使用式（5-16）确定距离，然后使用式（5-15）计算最大浓度。情况4：位于地面Hr高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于地面并随烟团移动（5-17）时间相关性通过扩散系数来完成，因为，随着烟团从释放处向下风向运动，它们的值也发生变化，如果没有风（u=0），式（5-17）预测的结果是不正确的。在地面，即z=0，浓度可通过下述方程计算（5-18）沿地面中心线的浓度，可令y=z=0求出（

8、5-19）通过应用式(5-5)~(5-18)，即得到地面上的全部剂量。结果为（5-20）情况5：位于地面Hr高处的瞬时点源的烟团，坐标系位于地面的释放点（5-21）式中，t为自从烟团释放后的时间。最坏事件情形对于烟羽，最大浓度通常是在释放点处。如果释放是在高于地平面的地方发生，那么地面上的最大浓度出现在释放处的下风向上的某一点。对于烟团，最大浓