当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第四章 大气污染浓度估算模式 > 4-5 线源和面源扩散模式（选修） > Video
同学们好！在前面我们介绍了点源的高斯扩散模式
这一讲我们介绍线源和面源的扩散模式
除了水泥厂、发电厂等点源
我们周围还有大量的线源和面源
道路机动车连续排放的污染物以道路为中心向两旁扩散
就是典型的线源；中小锅炉、民用炉灶等低矮源烟囱数量多
集中在一定范围内排放，可以看作是面源
点源对大气污染物浓度的贡献可以用我们前面介绍的
高斯扩散模式直接计算
而线源和面源的排放有一定的空间分布
其扩散浓度的计算，会比点源扩散模式更为复杂
我们先来介绍线源的扩散模式
以城市道路和高速公路上汽车排放形成的线源为例
可以根据车辆密度和污染程度
分为有限长线源和无限长线源两种模式
当道路较长或道路上行驶的车辆密度大时
可以在街道两侧形成连续稳定长度的线源
称为无限长线源
对无限长线源可以做如下假定：污染物排放是连续稳定的
风向与线源也就是公路是垂直的
此外，在垂直风向(的方向)上
相同高度上污染物的浓度是处处相同的
我们将线源单位长度的排放速率记做QL
它的单位是克每秒米
一条线是由无限多个点所组成的
一无限长线源可看成是由无限多个点源组成的
点源的源强可以用微分长度的线源源强来表示
这样，线源在某一空间点所产生的浓度
相当于所有点源在这一空间点产生的浓度之和
我们以风向为x方向，以线源的延伸方向为y方向
建立线源扩散的坐标系
由于是无限长线源，线源在y轴上的范围是从-∞到+∞
将线源划分分为无限多个微元dy的和
每一个微元可以视为一个点源，其源强为dQL
那么dQL就等于QL乘以dy
这个点源对地面上某一点(x,y)所产生的浓度为dρ
dρ的值可以用地面浓度模式来估算
这里的有效源高H可以取作汽车尾气管距离地面的高度
整个线源排放产生的浓度相当于点源扩散的高斯模式
对变量y的积分，积分的范围是从负无穷到正无穷
关于y的e指数项的积分可以用高斯积分公式计算
由此，我们得到了无限长线源的地面浓度模式
在上面的推导过程中，我们假设风向与线源垂直
实际中风向往往与线源有一定的夹角φ
此时的线源可以视为是垂直于风向的等效线源
从这个图里我们可以看出，等效线源在长度dy上的排放量
对应着真实线源在长度dy除以sinφ长度上的排放量
因此可以将前面方程的QL写为QL/sinφ，得到修正后的线源表达式
不过，这种修正只适用于夹角大于45度的情况
如果夹角小于45°，这个模式就不再适用了
有很多道路相对较短
例如城市街道的车流常被红绿灯分割为一段一段的
因此这些道路不能被视为无限长线源
要按有限长线源公式来计算
对于有限长线源，我们仍然假定风向与线源垂直
并且以平均风向为x轴方向
但线源的范围是从y1延伸到y2
与无限长线源扩散模式的推导类似
把线源分为可以看作点源的微元
对点源产生的浓度进行积分
与无限长线源不同的是
积分的范围不是从负无穷到正无穷，而是从y1到y2
这个公式就是我们得到的有限长线源下风向地面浓度模式
与无限长线源不同的是
有限长线源的计算公式中多了一个积分项
从p1积分到p2，其中p1=y1/σy，p2=y2/σy
积分值可以从正态概率分布表中查到
这一项主要反映了有限长线源线源末端引起的“边缘效应”
随着受体点与线源距离的增加
边缘效应将在更大的横风距离上起作用
从70年代以来，许多研究者针对道路机动车线源排放
开发了适用于公路扩散和城市街道扩散的模式
这里以CALINE模式和OSPM模式为例来进行介绍
CALINE模式在高斯扩散模式的基础上
考虑了车辆行驶带来的机械湍流和污染物排放的热湍流
在扩散过程中的作用
将道路两侧各加3 m 作为混合区域的边界
该模式认为，在混合区域内
垂直扩散参数和地面粗糙度以及大气的稳定度完全无关
而取决于道路的宽度和平均风速
CALINE模式是美国环保署推荐的道路污染物浓度的估算模式
主要用于道路周围平坦、少污染物的道路机动车排放浓度计算
不适用于道路两侧存在高层建筑时污染物的扩散模拟
针对道路两侧存在高层建筑的情况
丹麦国家环境研究所开发了OSPM模式
这个模式考虑到了两旁建筑物的存在
将街道看作一个峡谷
在背景风的作用下，空气会在街区峡谷内产生环流
使污染物集中到背风面的建筑物前
受体点的污染物浓度主要由直接扩散的浓度
和由于街区内污染物循环形成的浓度构成
污染物直接扩散产生的浓度,采用高斯线源模式计算
污染物循环引起的浓度采用箱模式计算
现在我们来看一下面源的扩散模式
如果我们关注的区域相对于面源排放的范围来讲比较小
对于面源源强分布均匀的情况
假设污染物在混合层内完全混合
就可以将面源简化为我们前面介绍的箱模式
箱内的污染物浓度为背景浓度和面源排放导致的浓度的加和
如果面源排放分布不均匀
我们可以把排放区域划分成许多个小箱子
再分别用箱模式进行计算
如果横风向面源的强度变化不大
则可以将面源在垂直于风向的方向上划分为一个个条形面源
这样前面的箱子中污染物浓度将作为后面箱子的背景浓度
因此污染物的浓度用可以用这个式子来进行计算
其中Δx为每个条形面源的宽度
考虑到箱模式的局限性，面源扩散常用等效点源的办法来进行处理
这里，我们将面源排放划分为若干个单位面源
假设面源单元的上风向有一个虚拟点源
它在面源单元中心处产生的烟流宽度等于面源单元宽度
烟流厚度等于面源的高度
这样，面源单元在下风向造成的浓度可以
用虚拟点源在下风向造成的浓度来替代
这就相当于把面源内分散的污染物排放集中在面源中心
再向上风向后退一个距离xz0、xy0
变成了在上风向上一个虚拟点源
虚拟点源中心的σy、σz分别相当于x+xy0和x+xz0时的值
需要注意的是
面源单元在水平和垂直方向扩散参数
对应的虚源电源位置可能不重合
因此可能对应有两个虚源
那么，如何确定这两个虚源的位置xz0和xy0呢
我们设σy0、σz0为点源后退距离xy0、xz0导致的扩散参数的增量
它们可以用经验公式来进行估算
这里W是面源单元的宽度
H是面源单元的排放平均高度
根据σy0和σz0可以反算出xy0和xz0
这样，我们就可以利用上面的公式计算
下风向任意一点处面源扩散造成的污染物浓度了
在面源源强变化不大；烟流形状窄，横向扩散微弱
受体点的污染物浓度取决于上风向面源单元的影响
上风向两侧单元对其影响很小
这种情况可以简化为窄烟流模式计算
窄烟流模式认为受体点的污染物浓度取决于它所在面单元的贡献
因此污染物浓度正比于计算点所在面源单元的源强
反比于平均风速，这里的系数A反映了扩散参数的影响
到这里为止，有关高斯扩散模式的内容就全部介绍完了
我们看到，高斯扩散模式仅仅考虑了污染物的扩散
没有考虑污染物在大气中的化学反应和转化
而实际上，污染物在大气中的化学反应
对于污染物的生成和清除都有重要的作用
要考虑复杂的大气化学反应
就需要采用更为复杂的空气质量模型
下一讲我们将为大家介绍空气质量模型的新进展
欢迎大家继续学习
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-2-3 硫氧化物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
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-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
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