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氣象與空氣污染物的擴散
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大氣層結構
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大氣穩定度氣旋與反氣旋: 反氣旋時大氣屬穩定狀態,污染物常無法順利擴散,為空氣品質惡化前兆。
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乾絕熱傾率: 乾燥氣團上升時,氣壓減低氣團體積膨脹,膨脹過程消耗熱量使氣團溫度降低,因氣團上升而冷卻的速率稱為乾絕熱傾率。
優勢傾率: 指實際溫度與高程關係圖中的溫度傾率。中性穩定:優勢傾率=乾絕熱傾率超絕熱傾率:大氣溫度傾率> 1 /100 m℃次絕熱傾率:大氣溫度傾率< 1 /100 m℃溫層逆轉:當大氣溫度隨高度 上升,亦即暖空氣在冷空氣上 方,形成溫度反常現象,使地 面污染垂直擴散困難重重。
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大氣穩定度由煙囪排放形成的煙流型態判斷:
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風向—風花圖
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風速
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不少經驗公式,可用來計算 h 值,以下介紹由 M o s e s 及 C a rs o n 氏所發展
的公式,茲敘述如下:
1 . 大氣處超絕熱狀態時
h 3 4 7 5 1 5 0 . 5. / . ( ) /v d u Q us s
2 . 中性穩定時 h 0 3 5 2 6 4 0 . 5. / . ( ) /v d u Q us s
3 . 次絕熱狀況時
h 1 0 4 2 2 4 0 . 5. / . ( ) /v d u Q us s
式 中 , v d Qs h, , 之 單 位 分 別 為 m / s e c ( 米 / 秒 )、 m ( 米 )、
k J / s e c ( 仟焦耳 / 秒 )。
大氣擴散煙囪有效高度 (H) =煙囪本身高度 (h)+ 排放時動力所產生高度 ( h)△
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11-1
一發電廠具有 2 米直徑之煙囪,以 1 5 m / s e c 速率排放廢氣,其熱排放
率為 4 ,8 0 0 仟焦耳 / 秒,風速為 5 m / s e c ,中性穩定。試估算煙柱上升的
高度?如煙囪幾何高度為 4 0 公尺,試求其有效煙囪高度?解 : h 0 3 5 2 6 4 0 .5. / . ( ) /v d u Q us s
h
h m
H h + h
H m m m
0 3 5 1 5 2 5 2 6 4 4 8 0 0 5
3 8 7
4 0 3 8 7 7 8 7
0 .5. ( ) ( ) / . ( , ) /
.
. .
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單一污染源 ( x=0, y=0 ) ,排放瞬間尖峰濃度很高,但煙氣寬度較窄,經過10 分鐘,尖峰濃度降低,煙氣寬度擴大, 2 小時後,尖峰濃度更低,煙流擴散面積更廣。
高斯擴散模式
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高斯擴散模式
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13
σy , σz
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11-2
已知 在一 有 陽光 的夏 季 下午 ,平 均 風速 u 4 m / s e c , 有 一煙 囪點 源 的
污染物排放率為 0 0 1. / s e ck g ,有效煙囪高度為 2 0 m ,試求離煙囪 2 0 0 m 下
風處之地面濃度為多少?解 : 在不穩定超絕熱狀態,風速 4 m / s e c 時,查土產 1 1 - 2 屬 B 級穩定度,
再對照圖 1 1 - 1 2 , 2 0 0 公尺處的 y z 3 6 2 0, ,代入高斯擴散模式:
C
g
( , , , ).
.e x p
e x p e x p
.
/
2 0 0 0 0 2 00 0 1
2 3 1 4 4 3 6 2 0
1
2
0
3 6
1
2
0 2 0
2 0
1
2
0 2 0
2 0
6 6 4 1 0
6 6 4
2
2 2
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k g / m
m
3
3
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11-3
一油管洩漏 ,致使 H S2 以 1 0 k g / h r 排放 ,當風速為 3 m / s e c , C 級 穩
定時,試問洩漏下風 1 5. k m 處之 H S2 濃度?解 : 由 圖 1 1 - 1 2 所 示 , 在 x 1 5 0 0 m 處 之 y z 1 6 0 8 0m , m , Q 1 0
k g / h r g 2 8 1 0 2. / s e c 。
C ( , , , ).
.
. / . /
1 5 0 0 0 0 02 8 1 0
3 1 4 1 6 0 8 0 3
2 3 1 0 0 2 3
2
7 3 3
g m g m