空气污染扩散模型-高斯烟羽烟团模型原理及GIS应用示例

1 在线模拟示例

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2 高斯模型

2.1 高斯烟团模型

   突发性泄漏事故中，经常发生污染源在短时间内突然释放大量的有害气体，此时对地面污染浓度的求解适合采用高斯烟团模型。烟团模型假定污染气云的体积沿水平和垂直方向增长，模拟污染气云在时间和空间上的变化。

2.2 高斯烟羽模型

  高斯烟羽模式是计算释入大气中的气载污染物下风向浓度的应用最广的方法。此模式假定烟羽中污染物浓度分布在水平方向和垂直方向都遵循高斯分布。对于在恒定气象条件(指风向、风速、大气稳定度不随时间而变)高架点源的连续排放，在考虑了烟羽在地面的全反射后，下风向任一点的污染物浓度C (r，y，z)可由高斯烟羽公式进行模拟。

高斯扩散公式的建立有如下假设：
①风的平均流场稳定，风速均匀，风向平直；
②y、z轴方向符合正态分布；
③污染物在输送扩散中质量守恒；
④污染源的源强均匀、连续

    如图所示，有效源位于坐标原点o处，平均风向与x轴平行，并与x轴正向同向。假设点源在没有任何障碍物的自由空间扩散，不考虑下垫面的存在。大气中的扩散是具有y与z两个坐标方向的二维正态分布，当两坐标方向的随机变量独立时，分布密度为每个坐标方向的一维正态分布密度函数的乘积。
    经过推理得出计算公式：

C—空间点（x，y，z）的污染物的浓度，mg/m3；
σy、σz—分别为水平、垂直方向的标准差，即y、x方向的扩散参数
u —为平均风速
x —为风向轴上空间点到源的距离
y —为风向轴垂直方向上空间点到源的距离
z —为空间点的高度

σy、σz与大气稳定度和水平距离x有关，并随x的增大而增加。通过理论或经验的方法可得σ＝f（x），可求出最大浓度点离源的距离x，具体可查阅我国GB384091《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》。

2.2.1 方程

式中c为污染物浓度(单位：mg/m3)
Q为源强(单位：mg/s)
u为泄漏高度的平均风速(单位：m/s)
y、z分别用浓度标准偏差表示的y轴及z轴上的扩散参数
H为泄漏有效高度(单位：m) 

2.2.2 适用条件

(1)污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布（正态分布）；

(2)在全部空间中风速是均匀的、稳定的；

(3)源强是连续均匀的；

(4)在扩散过程中污染物质量是守恒的（不考虑转化）。

3 高斯羽烟模型参数

3.1 坐标系

高斯模式的坐标系如下图所示，其原点为排放点（无界点源或