放射性物质在大气中的行为分享资料

《放射性物质在大气中的行为分享资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《放射性物质在大气中的行为分享资料（89页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、放射性物质在大气中的行为 4.1放射性物质在大气中的化学行为 4.2放射性物质在大气中的输运和弥散 4.3放射性物质在大气中的沉积和再悬浮放射性物质在大气中的化学行为放射性物质在大气中的化学行为形成气溶胶主要源于被大气中本身存在的固体微粒或雾所捕集发生化学反应氧化反应碳酸盐化反应光化学反应同位素交换反应 1、什么是干绝热递减率什么是干绝热递减率 干气团绝热上升或下降单位高度干气团绝热上升或下降单位高度(通常通常100m)的温度变的温度变化量称为干绝热递减率，用化量称为干绝热递减率，用d表示，单位表示，单位K/100m 空气块空气块膨胀（做功）膨胀（做功）耗内耗内 能能 T定性定性空气块空气块压

2、缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T内能内能（由压力变化引起）（由压力变化引起）ddd iTz4.2放射性物质在大气中的输运和弥散定量定量（单位质量的环境空气）（单位质量的环境空气）由热力学第一定律由热力学第一定律 ddpTRpTCpgdZdPgdZdPRTPRTPVpCgdZdTmKKKgJsmCgdZdTdZdTPid100/98.0)./(1005/81.92又气压随高度变化规律：又理想气体状态方程：将代入，则得：实际中Ti与环境温度T之差不超过10，Ti/T1。干空气气体常数287.0J/(Kg.K)气温直减率dZdT表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每表示干空气在作干绝热

3、上升（或下降）运动时，每升高（或下降）升高（或下降）100m，温度降低（或升高）约温度降低（或升高）约1。2 2、气温的垂直分布（温度层结）、气温的垂直分布（温度层结）dZdT气温直减率气温直减率 （大气）（大气）（递减层结）（递减层结）逆温是大气温度随高度增加而升高逆温是大气温度随高度增加而升高的现象，逆温层结是强稳定的大气的现象，逆温层结是强稳定的大气层结，不利于污染物的扩散。层结，不利于污染物的扩散。d正常分布层结正常分布层结，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）0 ，等温层结等温层结 0 ，逆温层结逆温层结d正常分布层结正常分布层结，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）

4、0 ，等温层结等温层结3、大气稳定度及其判据定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生对流对流 定性描述：定性描述：外力使气块上升或下降外力使气块上升或下降气块去掉外力气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于污染物扩散不稳定条件下有利于污染物扩散大气稳定度及其判据定量判断 ipiiTpT气块：气块：环境：环境：ipiiTpT气块：气块：环境：环境：()(1)iig TTTagTT()iigai

5、iippRTRT（单单位位体体积积块块）加加速速度度，将将代代入入上上式式得得：()(1)iig TTTagTT()iigaiiippRTRT（单单位位体体积积块块）加加速速度度，将将代代入入上上式式得得：()iigaiiippRTRT（单单位位体体积积块块）加加速速度度，将将代代入入上上式式得得：0diiTTz0TTz 气气块块：环环境境：zzz 高高度度（一一般般均均满满足足绝绝热热条条件件）0diiTTz0TTz 气气块块：环环境境：zzz 高高度度（一一般般均均满满足足绝绝热热条条件件）zzz 高高度度（一一般般均均满满足足绝绝热热条条件件）d()agzT00iTT假设假设则有则有单位

6、体积的气块所受的力单位体积的气块所受的力浮力：浮力：g重力：重力：ig准静力条件：准静力条件：P=Pid()agzTddd混合层混合层0,a0 不稳定不稳定0,a0 稳定稳定中性层中性层0，a=0 中性中性稳定层稳定层0，a0,a0 不稳定不稳定0,a0 稳定稳定中性层中性层0，a=0 中性中性稳定层稳定层0，a0 逆温，非常稳定逆温，非常稳定气块加速度与其位移方向相同，气块加速运动气块加速度与其位移方向相反，气块减速运动有关有关辐射逆温辐射逆温在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快，在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快，贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，

7、造成贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成温度自下而上的增加，称为辐射逆温。温度自下而上的增加，称为辐射逆温。辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐渐消失，一般在上午完全消失。渐消失，一般在上午完全消失。下午下午日落前日落前1h夜间夜间日出日出上午上午10h烟流形状与大气稳定度的关系烟流形状与大气稳定度的关系 波浪型（不稳）波浪型（不稳）d 锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）d爬升型（下逆，上不稳）爬升型（下逆，上不稳）

8、漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）扇型（逆温）扇型（逆温）60，弱太阳高度角15 35，同时应考虑云量的影响4.11a4.11b PG曲线的应用 地面最大浓度估算zxxzh2/12max由h和由zx曲线（图4.11b）反查出xxmax由yx曲线(图4.11a）查y由式（4.19)计算最大浓度2/12max2,2maxheuhQxxxzyz扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法我国在修订我国在修订P-T法基础上产生了国家标准法法基础上产生了国家标准法(GB/T 13201-91)。太阳高度角太阳高度角 辐射等级辐射等级地面风速地面风速该方法的技术路线是

9、：根据时间、地理位置、太阳倾角确该方法的技术路线是：根据时间、地理位置、太阳倾角确定太阳高度角，利用天气条件确定辐射等级，然后利用辐定太阳高度角，利用天气条件确定辐射等级，然后利用辐射等级和风速确定大气稳定度，最后查扩散参数幂函数表，射等级和风速确定大气稳定度，最后查扩散参数幂函数表，确定扩散参数。确定扩散参数。式式4.26，地理，地理纬度，倾角纬度，倾角稳定度稳定度云量云量表表4.4表表4.5表表4.6扩散参数的确定中国国家标准规定的方法 扩散参数的选取扩散参数的选取 扩散参数的表达式为（取样时间扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表查算），按表查算）平原地区和城市远郊区，平原地区和城市

10、远郊区，D、E、F向不稳定方向提半向不稳定方向提半级级 工业区和城市中心区，工业区和城市中心区，C提至提至B级，级，D、E、F向不稳定向不稳定方向提一级方向提一级 丘陵山区的农村或城市，同工业区丘陵山区的农村或城市，同工业区 取样时间大于取样时间大于0.5h，不变，不变，1221,aayzxx2121()qyyz取样时间时间稀释指数1ht100h,q=0.3,0.5ht1h,q=0.2烟云抬升的原因有两个：烟云抬升的原因有两个：是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直上是烟囱出口处的烟流具有一初始动量（使它们继续垂直上升）；升）；是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。是因烟流温度高于环

11、境温度产生的静浮力。这两种动力引起的烟气浮力运动称这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升烟云抬升，烟云抬升有利，烟云抬升有利于降低地面的污染物浓度。于降低地面的污染物浓度。2.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 初始动量：初始动量：速度、内径速度、内径浮力：烟温度浮力：烟温度烟气抬升主要影响因素烟气抬升主要影响因素有效源高有效源高hhhshs烟囱的几何高度 h烟气抬升高度2.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算4/14SFhmCDxuWDhisi3/13/2044.1siuWDh03烟羽下沉修正因子烟羽下沉修正因子W0/us1.5时时C=0，W0/us1.5,C=3（1.5 W0/us）De

12、（1）高烟囱的烟羽抬升高度）高烟囱的烟羽抬升高度取较小值，适用于稳定度取较小值，适用于稳定度A-D3/16/15.1SFShm取较小值，适用于稳定度取较小值，适用于稳定度E,F2202imDWF稳定度参数，E级S=8.7104，F级S1.75103（2）低烟囱的烟羽抬升高度）低烟囱的烟羽抬升高度 hs低于建筑物高度低于建筑物高度,按地面源考虑即按地面源考虑即h=0 建筑物高建筑物高 hs 2.5倍建筑物高倍建筑物高按混合源考虑虑或未知时，按地面源考按高位源考虑511,5000sssuWuWuW100（1Et）时段为高位源）时段为高位源100100（1Et）时段为地面源）时段为地面源sstsst

13、uWuWEuWuWE/5.1),/(06.03.05.11/),/(58.158.20000夹带系数 练习：碘练习：碘-131以平均排放速率以平均排放速率10Bq/s从高从高60m的烟囱排出，烟的烟囱排出，烟囱排出口内径囱排出口内径0.5m，外径，外径0.6m，排烟速度，排烟速度12m/s。对其有影响。对其有影响的最近建筑物高的最近建筑物高30m。大气稳定度。大气稳定度C级，源高处风速级，源高处风速6 m/s。试。试求排放点下风向求排放点下风向1km处碘处碘-131的轴线浓度（不考虑尾流效应）的轴线浓度（不考虑尾流效应）CDxuWDhisi3/13/2044.1siuWDh03建筑物高建筑物高

14、 hs 2.5倍建筑物高，应分情况考虑倍建筑物高，应分情况考虑20suw按混合源考虑按混合源考虑100（1Et）时段为高位源）时段为高位源Et时段为地面源时段为地面源0.5/5.1),/(06.03.05.11/),/(58.158.20000sstsstuWuWEuWuWE18.0206.03.0tEzyuQyx)0,0,(地面轴线浓度)2exp(),0,0,(22zzyhuQhx地面源高架源稳定度C，x=1km处y=99.1 z=61.4sBq/107.84.611.99614.310)0,0,0,1(54.140200025.044.144.13/13/23/13/20CDxuWDhis

15、i325.0330siuWDh抬升高度sBqhuQhzzy/1015.5)4.61263exp(1.994.61614.310)2exp(),0,0,1(52222有效高度60+3=63加权平均浓度sBq/108.5%18107.8%821015.55553、有效源释放高度的平均风速、有效源释放高度的平均风速 幂函数风速扩线模式mhhuu1010 某核电厂烟囱高150m，烟气抬升高度75m，核素的排放量200Bq/s。估算烟囱出口风速3m/s，大气稳定度C级时地面最大浓度是多少？发生在什么位置？（用P-G法）2/122,2maxheuhQxxxzyz第二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。第

16、二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。第一步：确定出现地面最大浓度的第一步：确定出现地面最大浓度的Z向扩散参数。向扩散参数。第三步：确定出现地面最大浓度的第三步：确定出现地面最大浓度的y向扩散参数。向扩散参数。第四步：计算地面最大浓度。第四步：计算地面最大浓度。一工厂在源高一工厂在源高H=30m处以处以100Bq/s的速度排放污染物质，的速度排放污染物质，风速为风速为3m/s，在下风向距离，在下风向距离1000m处，扩散系数分别取处，扩散系数分别取y=30m，z=20 m。计算烟流中心线上污染物的浓度；。计算烟流中心线上污染物的浓度；中心线以左中心线以左60 m、以下、以下20 m处处 污染

17、物的浓度。污染物的浓度。3、长期平均浓度的估算、长期平均浓度的估算气象部门提供的风向资料是按气象部门提供的风向资料是按16方位给出的，每个方位相当于方位给出的，每个方位相当于一个一个22.5的扇形。因此，可按每个扇形计算长期平均浓度。的扇形。因此，可按每个扇形计算长期平均浓度。推导时作以下假定：推导时作以下假定：（1）同一扇形内各角度的风向频率相同。扇形区内污染物的）同一扇形内各角度的风向频率相同。扇形区内污染物的浓度只随距离浓度只随距离x变化，同一距离的圆弧上浓度分布均匀变化，同一距离的圆弧上浓度分布均匀（2）当吹某一扇形风时，全部污染物都落在这个扇形）当吹某一扇形风时，全部污染物都落在这个

18、扇形里。B O C Q 污染源 x 步骤：风向资料每一风向出现频率pi每一风向每一级风速出现频率pik确定各类大气稳定度出现频率pi，j,k即风向风速、稳定度联合频率利用式4.25计算浓度4.25 特殊气象条件下的扩散模式在整层大气都具有同一稳定度（即温度层结构均一，实际在整层大气都具有同一稳定度（即温度层结构均一，实际中难以实现）、平坦地形的条件下应用高斯模式计算污染中难以实现）、平坦地形的条件下应用高斯模式计算污染物浓度。物浓度。如果整个大气层不均匀，污染物扩散所涉及的如果整个大气层不均匀，污染物扩散所涉及的温度层结温度层结不不止一个，或者地表粗糙度高，地势起伏大、存在建筑物的止一个，或者

19、地表粗糙度高，地势起伏大、存在建筑物的遮挡时就需要特殊处理。遮挡时就需要特殊处理。一、封闭型扩散模式一、封闭型扩散模式有上部逆温层的扩散模式有上部逆温层的扩散模式所谓封闭型扩散就是指在上部存在逆温层的气象条件下，所谓封闭型扩散就是指在上部存在逆温层的气象条件下，污染物受到上部逆温层限制，只能在地面和逆温层之间扩污染物受到上部逆温层限制，只能在地面和逆温层之间扩散的情况散的情况在封闭型扩散中，假定：在封闭型扩散中，假定：污染物完全不向逆温层扩散；污染物完全不向逆温层扩散；上部逆温层对污染物起全反射作用，可用像源法处理；上部逆温层对污染物起全反射作用，可用像源法处理；污染源在地面和逆温层之间形成无

20、穷多个像对，污染污染源在地面和逆温层之间形成无穷多个像对，污染物浓度是实源和无穷多虚源的贡献之和。物浓度是实源和无穷多虚源的贡献之和。二 次 反 射 一 次 反 射 无 反 射 o o o 地 面 和 逆 温 层 底 对 烟 云 多 次 反 射 HmHm-h2 Hm-hhHm-h封闭型扩散模式封闭型扩散模式15.2hHmmz15.2smzmhH)2exp(2),0,(222/1yymyHuQyx1、当、当xxm，烟羽未接触到逆温层，烟羽未接触到逆温层查查P-G曲线曲线 xm按按4.17计算地面空气污染浓度或时间积分浓度计算地面空气污染浓度或时间积分浓度2、当、当x2xm，Z向浓度混合均匀向浓度

21、混合均匀简化计算：简化计算：3、当xmx2xmmmxxxx2内插（假定变化为线性内插（假定变化为线性）例：例：某工厂位于北纬某工厂位于北纬40，东经，东经120的某市。该厂烟囱排的某市。该厂烟囱排放某大气污染物的速率为放某大气污染物的速率为760Bq/s,烟囱高度烟囱高度40m，内径，内径0.5m，外径，外径0.6m，废气出口速率，废气出口速率10m/s，8月月15日下午日下午2时天空云量时天空云量5/4，,地面风速地面风速2.8m/s，1000m以下存在明显以下存在明显逆层，求此时下风向距离地面逆层，求此时下风向距离地面轴线上轴线上距距1000m,5000m,8000m处的污染物浓度（假定该

22、地区没有处的污染物浓度（假定该地区没有其他污染物）其他污染物）？15.2smmzhH ymHuQx2/12)0,0,(1、当、当x2.5hB在偏移区，扩散不受影响h2.5A1/2扩散在尾流区0hhB，0 x 0 2.5A1/2为空腔区空腔区内污染物的最大时间积分浓度空腔区内污染物的最大时间积分浓度uAQAc max、尾流效应的结果尾流效应的结果：气流速度亏损，湍流活动加剧，地面污染物气流速度亏损，湍流活动加剧，地面污染物质浓度降低，必须考虑对地面浓度的修正质浓度降低，必须考虑对地面浓度的修正)44.4(),0,0,(ACuuQxWzyAc地面源地面源地面源长期释放时，对扩散系数进行修正地面源长

23、期释放时，对扩散系数进行修正)45.4(/5.0)()(2/12,2,zjzjxDxx静风的影响)46.4(2exp5.01032.2)(,2,6152,jzkjjkkjwkjicjijzaiahuPPxQx 4.2.6复杂地形对大气弥散的影响复杂地形对大气弥散的影响 1、不平坦地形（山、谷风的影响）、不平坦地形（山、谷风的影响）烟羽下沉，有效烟囱高度降低烟囱与山之间由于内循环污染物浓度增高谷地外尾流效应加快烟羽的弥散烟羽的弥散程度或状态发生改变4.2.6复杂地形对大气弥散的影响复杂地形对大气弥散的影响 2、水陆交界地区、水陆交界地区 水面与陆地下垫面粗造度不同使得水面上烟羽扩散程度降水面与陆

24、地下垫面粗造度不同使得水面上烟羽扩散程度降低低 水与空气减的温差使扩散程度加强水与空气减的温差使扩散程度加强 烟羽回流和熏烟烟羽回流和熏烟 某厂尾气烟囱有效高度70m，污染物的排放量为100Bq/s,夜间和上午地面风速为3m/s，夜间云量3/10，烟流全部发 生熏烟现象时，确定下风向10km处污染物的地面浓度。假设排放源持续排放时间为1h，该点的时间积分浓度是多少？从排放开始到排放30min这一时间段的积分浓度又是多少 某一高架连续点源、沿轴线地面最大浓度模式中 u4.0m/s，排烟有效源高h=150m，排烟量8.0104m3/h,排烟中污染物浓度为5400Bq/m3，该高架源导致的最大地面浓

25、度是多少 甲乙两临近厂均排放同种含污染物的废气，甲厂的排放点位于乙厂排放点上方偏东45度角1.2km处，甲厂排放烟囱有效高度100m，排放的污染物浓度为900Bq/s,乙厂排放烟囱有效高度80m，排放的污染物质的浓度为800Bq/s，如地面以上100m气层的盛行风向为北风，地面风速为1.0m/s,大气稳定度为B级，求乙厂下风向4km污染物质的浓度。在东经102.5、北纬29.8 的某平原地区，有一污染排放源，源高90m，烟囱出口内径0.5m，外径0.6m，污染物的排放量250kg/h，排放速率8m/s,在7月12日北京时间16h，当地的气象状况是：气温28，云量6/3，地面风速2m/s，试计算

26、下风向1Km处的地面轴线浓度是多少？6.0/zy4.3放射性物质在大气中的沉积和再悬浮放射性物质在大气中的沉积和再悬浮ddVxWggVxWikjkjIIkjiiwyywuPxxQxWyuxQyxW,.222/1.)(8)()2exp(2)(),(年均单位时间湿沉积沉积重力沉积干沉积湿沉积由颗粒物质自生的重力而引起的沉降颗粒的不规则运动导致与地面的碰撞、静电引力、吸附、化学作用等引起的沉积由降雨而导致的沉降沉积率：单位时间，单位面积上所沉积的物质的量，以W进行表示iiWxuCRxQxW)(8)(,I4.3放射性物质在大气中的沉积和在悬浮放射性物质在大气中的沉积和在悬浮 2、地面沉积物的再悬浮)(

27、exp)(exp21tBtAKKCxG再悬浮因子A、B快、慢组分的转移份额，转移速率4.3放射性物质在大气中的沉积和在悬浮放射性物质在大气中的沉积和在悬浮)()(.xFQxQD122112ddVuVuFF)()(.xFQxQw3、烟羽耗减的修正干沉积耗减因子，查表，计算湿沉积)exp()(uxxFW核衰变)()(.xFQxQR)exp()(uxxFrR本章小结 干绝热递减率 气温直减率利用二者的关系判断大气稳定度ddd混合层混合层0,a0 不稳定不稳定0,a0 稳定稳定中性层中性层0，a=0 中性中性稳定层稳定层0，a0,a0 不稳定不稳定0,a0 稳定稳定中性层中性层0，a=0 中性中性稳定

28、层稳定层0，a0 逆温，非常稳定逆温，非常稳定d()agzT烟流形状与大气稳定度的关系烟流形状与大气稳定度的关系 波浪型（不稳）波浪型（不稳）d 锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）d爬升型（下逆，上不稳）爬升型（下逆，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）扇型（逆温）扇型（逆温）0水平气压梯度力水平气压梯度力地转偏向力地转偏向力(使风向垂直于等压线使风向垂直于等压线)(使北半球风向右偏使北半球风向右偏,南半球风向左偏南半球风向左偏)地面摩擦力地面摩擦力大气作水平运动所受作用力大气作水平运动所受作用力二力平二力平衡衡,风向风向平行于平行于等压线等压线三种力三种力共同作共同作用下用

29、下,风风向斜穿向斜穿等压线等压线（与空气的运动方向相反）（与空气的运动方向相反）空气产生水平空气产生水平运动的原动力运动的原动力 高斯模式)(21exp()(21)exp(21exp(2),(222222zzyzyhzhzyuQhzyx)2exp(),0,0,(22zzyhuQhx)2exp()2exp(),0,(2222zyzyhyuQhyx2/122,2maxheuhQxxxzyz)46.4(2exp5.01032.2)(,2,6152,jzkjjkkjwkjicjijzaiahuPPxQx jzkjjkkjwkjijzaiahuPxQx,2,6152,2exp1032.2)(年平均浓度 封闭型扩散模式封闭型扩散模式 熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式 建筑物的尾流效应建筑物的尾流效应 扩散参数的求取扩散参数的求取 烟囱的有效高度烟囱的有效高度