Chuong6 mhh dhbk 2016

11/15/16

BK
TPHCM

BÀI GIẢNG MÔN HỌC
MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

CHƯƠNG 6: MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN
CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN
GVHD: PGS.TS. Lê Hoàng Nghiêm
Email:


Chương VI: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN
CHẤT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

BK
TPHCM

6.1. Lý thuyết khuếch tán chất ô nhiễm trong không khí.
6.1.1. Phương pháp Euler.
6.1.2. Phương pháp Lagrange.
6.2. Phân bố chuẩn Gaussian.
6.3. Mô hình khuếch tán chất ô nhiễm Gaussian.
6.3.1. Nguồn điểm có độ cao H với mặt đất không có phản xạ.
6.3.2. Nguồn điểm có độ cao H với mặt đất có phản xạ.
6.3.3. Phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo phương thẳng đứng.
6.3.4. Phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo hướng gió thổi.
6.4.5. Nồng độ cực đại trên mặt đất.
6.4. Các hệ số khuếch tán trong mô hình Gaussian.

6.5. Tính toán chiều cao hiệu dụng của ống khói.
6.6. Tính toán nồng độ chất ô nhiễm cho các thời điểm lấy mẫu
khác nhau.
Câu hỏi thảo luận và bài tập chương 6
2

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

1


11/15/16

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN
Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

BK
TPHCM

MÔ HÌNH TOÁN HỌC
(Mathematical Model)

MÔ HÌNH THỐNG KÊ
(Statistical Model)

MÔ HÌNH VẬT LÝ
(Physical Model)

MÔ HÌNH TẤT ĐỊNH
(Deterministic Model)

MÔ HÌNH EULER
(Eulerian Model)

MÔ HÌNH VỊ TRÍ TIẾP NHẬN
(Receptor Model)

MÔ HÌNH LARGRANG
(Largrangian Model)
MÔ HÌNH GAUSSIAN
(Gaussian Model)

MÔ HÌNH LƯỚI
(Grid Model)

3

BK
TPHCM

MÔ HÌNH QUỸ ĐẠO
(Trajectory Model)

Hình vẽ 6.1: Tổng quan các loại mô hình
khuếch tán ô nhiễm không khí

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

MÔ HÌNH HỘP ĐƠN GIẢN (Eulerian)

v Toàn bộ khu vực nghiên cứu mô hình được xem như một hình hộp
v Chất ô nhiễm xáo trộn hoàn toàn trong toàn bộ thể tích hình hộp

U

Ce

H

S
Q

4

Ce = M/Vhộp and
Co: Nồng độ nền

L

C = Co + Ce
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

2


11/15/16

BK
TPHCM

MÔ HÌNH EULERIAN HAY LƯỚI 3D
Chemistry, Transport,
Dispersion, Removal
in each cell

Upper
Boundary
Conditions

wind
N, E, S, W
Boundary
Conditions
Emissions

5

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

DỮ LIỆU NGUỒN THẢI
Toạ độ nguồn thải
§ Chiều cao hình học của nguồn thải
§ Đường kính ống khói
§ Nhiệt độ khí thải
§ Tốc độ phát thải chất ô nhiễm

§ 

§ 
§ 
§ 

DỮ LIỆU KHÍ TƯNG
Hướng gió, Tốc độ gió
Độ bền vững khí quyển
Nhiệt độ khí quyển xung quanh
Chiều cao xáo trộn

DỮ LIỆU NƠI TIẾP NHẬN
§  Toạ độ nơi tiếp nhận
§  Cao độ nơi tiếp nhận

MÔ PHỎNG CÁC BIẾN ĐỔI VẬT LÝ VÀ
HÓA HỌC CỦA CHẤT Ô NHIỄM

ƯỚC TÍNH NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM TẠI
NƠI TIẾP NHẬN

6

Hình vẽ 6.2: Cấu trúc tổng quát của mô hình khuếch tán ô nhiễm
không khí
TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

3


11/15/16

VÍ DỤ MÔ HÌNH GAUSSIAN
MÔ HÌNH ISC CỦA US EPA

BK
TPHCM

v Mô hình Gaussian ở trạng thái ổn định: Sử
dụng để mô hình hóa phát thải liên tục từ
nhiều nguồn công nghiệp
v Versions: ISCST2, ISCLT2, ISCST3, ISCLT3
v Kết quả tính toán giả sử là bảo toàn (không
phản ứng:
v Nồng độ sẽ cao hơn nồng độ thực tế
v Kiến nghị áp dụng cho tính toán đánh giá tác
động môi trường.
7

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

Kết quả mô hình ISCST2 : bản đồ phân bố nồng độ SO2 (mg/m3)
cho kịch bản không có thiết bị xử lý các nguồn thải, hướng gió
Đông Bắc cho KCX Tân Thuận
0

-2000

-4000

4.20

1h- Standard: 0.3 mg/m3
Area with SO2 exceeding

3.90

standard is ~ 64 km2

3.30
2.70

-6000
2.10
1.50

-8000

1.20
-10000
0.90

8

-12000
-14000

0.30

-12000

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

4


11/15/16

BK
TPHCM

Mô hình Breeze ISCST3

9

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

ÁP DỤNG MÔ HÌNH BREEZE ISCST3 CHO KCN
HIỆP PHƯỚC

BK
TPHCM

Bản đồ phân bố nồng độ TSP

CTSP TB1h(max) = 342 ữ 409 àg/m
Max: 7h 23/06/2007
UTM:
X = 690800, Y = 1177500
10

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

5


11/15/16

Áp dụng mơ hình CMAQ dự báo ozone cho khu vực ĐNÁ
Ozone forecasting over CSEA and CENTHAI domain
11-14 jan, 2006

BK
TPHCM

11

BK
TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

7.3. PHÂN BỐ CHUẨN HAY PHÂN BỐ GAUSSIAN (1)

v Hầu hết các nghiên cứu về khuếch tán ô nhiễm
không khí đều dẫn đến cùng một kết quả đó là chất
ô nhiễm phân bố theo hàm phân bố chuẩn Gaussian
(Gaussian distribution function).
v Một biến số x được gọi là phân bố chuẩn nếu hàm
mật độ của nó thõa mãn quan hệ sau:

(

)

⎡ − x − xo 2 ⎤
1
f (x ) =
exp⎢
⎥ (6.2)
2
2
σ
σ (2π )1/ 2
⎣
⎦

xo là giá trị trung bình của phân bố; σ là độ lệch
chuẩn với giá trị lớn hơn zero.
12

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

6


11/15/16

BK
TPHCM

7.3. PHÂN BỐ CHUẨN HAY PHÂN BỐ GAUSSIAN (2)
f ( x) =

⎡ ( x − xo )2 ⎤
1
exp ⎢−
= haøm phân bố
1/ 2
σ (2π )
2σ 2 ⎥⎦
⎣

f(x)

x = x0 = trung bình

0.4
0.3

σ

f ( x) =

0.2

1
σ ( 2 π) 1 / 2

0.1

2.15 σ

−∞

xo

-2 σ

+∞

∫ f ( x) dx = 1

−∞

2σ

σ caøng lớn: đường
cong phân bố càng
bẹt

+∞ x

68% giữa -σ & σ
95% giữa ±2σ

13

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

PHÂN BỐ CHUẨN HAY PHÂN BỐ GAUSSIAN (4)

BK
TPHCM

v Phân bố Gaussian kép trên hệ hai trục y và z bằng tích
của hai phân bố chuẩn trên từng trục tọa độ, tức là
f(y,z) = f(y)f(z). Sử dụng (6.2) ta coù:

(

) (

⎡ − y − yo 2 − z − zo 2
f ( y, z ) =
exp⎢
+

2
2πσ yσ z
2σ z2
⎢⎣ 2σ y
1

)⎤⎥

(6.5)

⎥⎦

v Tương tự phương trình phân bố Gaussian 3 chiều x, y, z
được viết như sau:
f (x, y, z ) =

(

)

(

⎡ − y − yo 2
⎡ − x − xo 2 ⎤
exp
exp
⎢
⎢
⎥
(2π )3/ 2σ xσ yσ z ⎣ 2σ x2 ⎦ ⎢⎣ 2σ y2

1

)⎤⎥ exp⎡⎢ − (z − z )⎤⎥
2

o

⎥⎦

⎣

2σ z2

(6.7)

⎦

v Phương trình phân bố Gaussian hai chiều sẽ được sử
dụng để mô tả sự phát thải liên tục từ nguồn điểm,
trong đó vệt khói khuếch tán theo hướng y và hướng z
khi nó chuyển động theo hướng gió – trục x.
14

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

7


11/15/16

BK
TPHCM

SỰ DI CHUYỂN CỦA VỆT KHÓI

v Trong môi trường không khí bị phân tầng (nghịch
đảo nhiệt), lực nổi của vệt khói bị triệt tiêu do độ
bền vững của khí quyển xung quanh.
v Để tránh hiện tượng hạ thấp vệt khói tại miệng thải,
vận tốc của dòng khí phải đủ lớn, và được tính gần
đúng the tỷ lệ sau:

Vs
≥ 1,5 (6.1)
u

15

BK
TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

KHUẾCH TÁN NGUỒN THẢI CAO

v Xét một nguồi thải cao là ống khói, hình
dáng luồng khói tổng quát có thể được
minh họa như trong hình vẽ.

16

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

8


11/15/16

BK
TPHCM

KHUẾCH TÁN NGUỒN THẢI CAO

v Mặc dù vệt khói hình thành tại chiều cao hs nhưng nó
sẽ đi lên thêm một đoạn Δh do lực nổi (buoyancy) của
dòng khí nóng và động lượng của dòng khí di chuyển
thẳng đứng với vận tốc Vs.
v Do đó, có thể xem vệt khói hình thành do một nguồn
điểm ở độ cao tương đương hay chiều cao hiệu quả
của ống khói (effective stack height) H = hs + Δh.
v Nguồn ảo này có thể nằm tại điểm hơi lệch về phía
trên hướng gió thổi, trên đường trung tâm của vệt khói.
Trong thực tế tính toán giả sử điểm đặt nguồn ảo này
đặt ngay phía trên miệng thải của ống khói.

17

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

HỆ TRỤC TỌA ĐỘ CỦA MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN

BK
TPHCM

18

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

9


11/15/16

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN – PROFILE NỒNG ĐỘ

BK
TPHCM

19

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN

v Mô hình Gaussian cơ sở: Sử dụng các toạ độ y và z
đều trên đường trục tâm của vệt khói:
C ( x, y , z ) =

2
⎛ ⎛ y 2
⎛ y 2 ⎞
⎛
⎞
Q
z 2 ⎞⎟ ⎞⎟
Q
⎜ −
⎟ exp⎜ − z ⎟ (6.15)
exp⎜ − ⎜ 2 +
=
exp
2 ⎟ ⎟
2 ⎟
2 ⎟
⎜
⎜
⎜
⎜
2πuσ yσ z
⎝ 2σ z ⎠
⎝ 2σ y ⎠
⎝ ⎝ 2σ y 2σ z ⎠ ⎠ 2πuσ yσ z

v Khi tính cho ống khói chuyển về hệ trục x, y, z có gốc
O trùng với chân ống khói trên mặt đất. trục y không
đổi nhưng z phải được thay baèng z – H:
C ( x, y, z, H ) =

⎛ y 2 ⎞
⎡ (z − H )2 ⎤
Q
exp⎜ − 2 ⎟ exp⎢−
⎥ (6.16)
⎜ 2σ ⎟
2πuσ yσ z
2σ z2 ⎦
y ⎠
⎣
⎝

v Đây là trường hợp không có sự ngăn cản chuyển
động của luồng khói theo bất kỳ phương nào (không
phản xạ từ mặt đất).
20

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

10


11/15/16

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN – PHẢN XẠ TỪ MẶT ĐẤT
BK
TPHCM

v Trong trường hợp xét đến ảnh hưởng của sự phản xạ từ

mặt đất, thì chất ô nhiễm sẽ khuếch tán hay phản xạ
trở lại khí quyển bởi vì mặt đất được như tấm gương
(Hình vẽ).
Nguồn
thực

21

Nguồn
ảo

Vị trí tính toán

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN – PHẢN XẠ TỪ MẶT ĐẤT
BK
TPHCM

v Nồng độ tại điểm bất kỳ được giả thuyết do hai nguồn
giống hệt nhau gây ra: một của nguồn thực tại H và
một nguồn ảo đối xứng qua mặt đất tại -H.
v Nồng độ do nguồn thực gây ra tính theo công thức
(6.16), còn nồng độ do nguồn ảo tính theo công thức:

⎛ y 2 ⎞
⎡ (z + H )2 ⎤
Q
⎜
⎟

C=
exp − 2 exp⎢−
⎥ (6.17)
2
⎜ 2σ ⎟
2πuσ yσ z
2
σ
y
z
⎣
⎦
⎝
⎠

v Nồng độ tổng cộng do phản xạ từ mặt đất được tính
toán bằng tổng của (6.16) và (6.17):
C ( x, y , z , H ) =

22

⎛ y 2 ⎞⎧⎪ ⎡ (z − H )2 ⎤
⎡ (z + H )2 ⎤ ⎫⎪
Q
exp⎜ − 2 ⎟⎨exp⎢−
+
exp
⎥
⎢−
⎥ ⎬ (6.18)

2
2
⎜ 2σ ⎟⎪
2πuσ yσ z
2
σ
2
σ
y
z
z
⎣
⎦
⎣
⎦ ⎪⎭
⎝
⎠⎩
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

11


11/15/16

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN – PHẢN XẠ TỪ MẶT ĐẤT
BK
TPHCM

v nh hưởng của phản xạ mặt đất đến nồng độ chất ô
nhiễm trên mặt đất được minh họa trong hình vẽ sau.

v Sự phản xạ từ mặt đất sẽ làm tăng nồng độ tại mặt
đất lên đáng kể so với trường hợp tính toán không có
phản xạ.

23

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN – PHẢN XẠ TỪ MẶT ĐẤT
BK
TPHCM

v Nồng độ chất ô nhiễm tại mặt đất tính toán cho trường
hợp z = 0, công thức (6.18) viết lại như sau:

⎛ y 2 ⎞
⎛ H 2 ⎞
C ( x, y,0, H ) =
exp⎜ − 2 ⎟ exp⎜⎜ − 2 ⎟⎟ (6.19)
⎜ 2σ ⎟
πuσ yσ z
y ⎠
⎝ 2σ z ⎠
⎝
Q

v Trong trường tính toán nồng độ tại mặt đất dọc theo
hướng gió (trục x), khi này y = 0 và công thức (6.18)
viết lại

⎛ H 2 ⎞
C ( x,0,0, H ) =
exp⎜⎜ − 2 ⎟⎟ (6.20)
πuσ yσ z
⎝ 2σ z ⎠
Q

24

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

12


11/15/16

MÔ HÌNH KHUẾCH TÁN GAUSSIAN – PROFILE NỒNG ĐỘ

BK
TPHCM

v Biểu đồ nồng độ điển hình theo trục z tương ứng với giá trị x đã
cho; và
v Biểu đồ nồng độ theo trục x dọc theo đường trục ở mặt đất được
vẽ trên cùng một hình vẽ.
Profile nồng
độ theo trục z
Nguồn ảo

Đường trục của vệt khói

Profile nồng
độ theo trục x

25

BK
TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

CÁC PROFILE NỒNG ĐỘ THEO TRỤC X, Y
Profile nồng
độ theo trục z
Profile nồng
độ theo trục y

26

Đường trục
của vệt khói

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

13


11/15/16

BK

TPHCM

6.4. HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz (1)

v σy và σz phụ thuộc vào khoảng cách x, độ rối
của khí quyển và vận tốc gió.
v Pasquill và Gifford thiết lập được mối quan hệ
giữa các hệ số σy và σz với khoảng cách x
theo hướng gió ứng với các mức độ bền vững
của khí quyển khác nhau.
v Quan hệ này được thể hiện dưới dạng biểu
đồ. (Xem hình vẽ sau)

27

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

HÌNH VẼ 6.11:
BIỂU ĐỒ HỆ SỐ
KHUẾCH TÁN σy

Nông thôn
Đô thị

28

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

14


11/15/16

BK
TPHCM

HÌNH VẼ 6.12:
BIỂU ĐỒ HỆ SỐ
KHUẾCH TÁN σZ

Nông thôn
Đô thị

29

BK
TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

6.4. HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz (2)

Chú ý khi sử dụng biểu đồ
v Nồng độ ước tính sử dụng các giá trị
trong biểu đồ chỉ đúng với thời gian lấy
mẫu xấp xó 10 phút.
v Các đường cong nét liền sử dụng cho

vùng nông thôn, các đường cong nét đứt
sử dụng cho vùng đô thị.

30

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

15


11/15/16

7.7. HIỆU CHỈNH NỒNG ĐỘ CHẤT Ô NHIỄM TÍNH TOÁN TỪ
KẾT QUẢ MÔ HÌNH VÀ THỜI GIAN LẤY MẪU KHÁC NHAU

BK
TPHCM

•  Công thức hiệu chỉnh
⎛ t ⎞
C2 = C1 ⎜⎜ 1 ⎟⎟
⎝ t2 ⎠

q

(6.37)

•  Trong đó :
•  C1 : là nồng độ tính toán từ mô hình với
thời gian trung bình t1 = 10 phút

•  C2 : là nồng độ tương ứng t2 : thời gian
trung bình lấy mẫu môi trường, phút
•  q = 0,17 – 0,20
31

BK
TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

NỒNG ĐỘ TẠI NƠI TIẾP NHẬN DO NHIỀU
NGUỒN GÂY RA

v Nồng độ tức thời tại một điểm (x,y) trên mặt đất bằng
tổng nồng độ do từng nguồn riêng biệt gây ra trên
điểm đang xét :

Cxy(tổng) = ∑ Cxy (i ) (6.38)
i

32

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

16


11/15/16

6.4. HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz (3)

BK
TPHCM

v Ngoài dạng biểu đồ, do nhu cầu lập mô hình
khuếch tán trên máy tính, các số liệu thực
nghiệm đã được sử dụng thiết lập thành công
thức toán học để tính toán hệ số σy và σz .
v Công thức tính toán của D.O Martin:

σ y = a.x 0,894

(6.23)

σ z = c.x d + f

(6.24)

33

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

34

HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz - BẢNG TRA
CÁC HỆ SỐ TÍNH TOÁN CÔNG THỨC MARTIN

Cấp ổn
định khí
quyển

a

A

x≤ 1 km

x > 1 km

c

d

f

c

d

f

213

440,8

1,941

9,27

459,7

2,094

-9,6

B

156

106,6

1,941

3,3

108,2

1,098

2,0

C

104

61,0

0,911

0,0

61,0

0,911

0,0

D

68

33,2

0,725

-1,7

44,5

0,516

-13,0

E

50,5

22,8

0,678

-1,3

55,4

0,305

-34,0

F

34

14,35

0,740

-0,35

62,6

0,180

-48,6

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

17


11/15/16

HỆ SỐ KHUẾCH TÁN σy VÀ σz - Công thức tính toán
của Brigg G. cho khoảng cách 100 ÷ 10000 m
BK
TPHCM

Cấp bền vững theo
Pasquill

σy , m

σz , m

Vùng nông thôn
A

0,22x(1+0,0001x)-1/2

B

0,16x(1+0,0001x) -1/2

0,20x
0,12x

C

0,11x(1+0,0001x) -1/2

0,08x(1+0,0002x) -1/2

D

0,08x(1+0,0001x) -1/2

0,06x(1+0,0015x) -1/2

E

0,06x(1+0,0001x) -1/2

0,03x(1+0,0003x) -1

F

0,04x(1+0,0001x) -1/2

0,016x(1+0,0003x) -1

A-B

0,32x(1+0,0004x) -1/2

C

0,22x(1+0,0004x) -1/2

0,20x

D

0,16x(1+0,0004x) -1/2

0,14x(1+0,003x) -1/2

E-F

0,11x(1+0,0004x) -1/2

0,08x(1+0,015x) -1/2

Khu vực đô thị
0,24x(1+0,001x)1/2

35

BK
TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

6.6. TÍNH TOÁN CHIỀU CAO HIỆN DỤNG H CỦA
ỐNG KHÓI

v  Khi Vs ≥ 1.5 us thì luồng khói sẽ không bị hạ thấp hơn so với độ
cao miệng thải. Chiều cao hiệu dụng tính theo công thức:

H = Δh + hs
hs: là chiều cao hình học của ống khói
v  Khi Vs < us thì luồng khói sẽ bị hạ thấp xuống dưới so với độ cao
miệng thải khi này chiều cao hình học biểu kiến của ống khói
gây ra do hiện tượng trên tính theo công thức:

⎡V
⎤
hs' = hs + 2d s ⎢ s − 1,5⎥ (6.27)
⎣ us
⎦
Trong trường hợp này chiều cao hiệu dụng tính theo công thức:
H = Δh + h’s
36

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

18


11/15/16

BK
TPHCM

ĐỘ NÂNG CAO CỦA LUỒNG KHÓI Δh

Luồng khói không có
độ nâng cao

Ống khói có
độ nâng cao vệt
khói đáng kể!

37

BK
TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

Sơ đồ quỹ đạo của luồng khói
Giai đoạn uốn cong

Giao đoạn cuối
cùng của vệt khói

Giai đoạn uốn cong

Độ nâng
cao của
luồng khói

Δh
Giai đoạn phụt
thẳng đứng

Us

H

Vs

Ống khói

hs

Khoảng cách dưới hướng gió

Chiều cao
hiệu dụng

Chiều cao hình
học của ống khói

Xf

Xf: Khoảng cách tại đó độ nâng cao vệt khói lớn nhất
38

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

19


11/15/16

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nâng cao của
luồng khói

BK
TPHCM

v Nguyên nhân gây ra độ nâng cao của luồng khói:
§  Động lượng theo phương thẳng đứng: tạo ra do vận tốc Vs của
luồng khói đi lên trong khoảng thời gian ~ 30-40 s
§  Lực nổi: do sự chênh lệch nhiệt độ giữa luồng khí thải Ts và nhiệt
độ môi trường Ta, luồng khói đi lên trong khoảng thời gian ~ 3-4
phút.

v Nếu (Ts-Ta) > 15oC Lực nổi chiếm ưu thế
v Độ nâng cao luồng khói tổng cộng = Động lượng phương thẳng đứng
+ Lực nổi
v Luồng khói bị uống cong do gió
v Sau khi nâng lên, ở khoảng cách X > Xf , luồng khói sẽ khuếch tán
và trải rộng theo phương ngang
v Độ nâng cao cực đại = Độ nâng cao cuối cùng = Δh tại X = Xf
39

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

CÔNG THỨC TÍNH TOÁN ĐỘ NÂNG CAO LUỒNG KHÓI Δh (1)

Công thức Mose and Carson
Δh = 3.47

Vs ds

Q0.5
+ 5.15 h
u
u
s
s

Δh = 0.35

(không bền vững)

Vs ds
Q0.5
+ 2.64 h
u
u
s
s

Δh = − 1.04

Vs ds
Q0.5
+ 2.24 h
u
u
s
s

(trung tính)

(bền vững)

Côn g thức kết hợp :
V d
Q 0.5
Δh = − 0.029 s s + 2.62 h
u
u
s
s
40

Qh: Tốc độ phát thải nhiệt, kJ/s,
Us: vận tốc gió tại đỉnh ống khói, m/
s
Vs: Vận tốc khí thải, m/s
ds: đường kính ống khói, m
Δh: Độ nâng cao luồng khói, m
P: áp suất khí quyển, mbar
(1atm = 1013 mbar)
Ts: nhiệt độ của khí thải, oK
Ta: nhiệt độ khí quyển, oK

Q h = m Cp (Ts − Ta )
Cp =1004 Jkg −1°C−1
m=

π d s2 Vs PM
4

R u Ts
TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

20


11/15/16

CÔNG THỨC TÍNH TOÁN ĐỘ NÂNG CAO LUỒNG KHÓI Δh (2)

BK
TPHCM

Công thức Holland (1970):
⎛ Ts − Ta
Vs d s ⎡
−3
⎢1.5 + 2.68 ×10 Pd s ⎜⎜
u ⎣
⎝ Ts
s P: pressure, atmosphere
hoaëc
Δh =

Δh =

Vs d s
u
s

⎞⎤
⎟⎟⎥
⎠⎦

⎡
Q h ⎤
⎢1.5 + 0.0096
⎥
Vs d s ⎦
⎣
P: áp suất khí quyển, mb

Công thức CONCAWE

Nguyên thủy:

Δh = 2.71
41

BK
TPHCM

Qh0.5
U s0.75

Hiệu chỉnh:

Δh = 4.71

Qh0.444

u s0.694
TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

6.5. NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT

v Sự phản xạ từ mặt đất là tăng nồng độ của
chất ô nhiễm tại mặt đất.
v Tính toán nồng độ cực đại Cmax tại mặt đất
cần thiết cho việc đánh giá ảnh hưởng của
nguồn thải đến con người và hệ sinh thái.
v Tuy nhiên, sự gia tăng nồng độ C theo phương
x không diễn ra vô hạn.
v Chất ô nhiễm khuếch tán ra xa theo phương
trục y và hướng lên theo phương trục z sẽ làm
giảm nồng độ tại mặt đất (z = 0) và giảm nồng
độ dọc theo đường trục (y = 0).
42

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

21


11/15/16

6.5. NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT – PP ĐỒ THỊ

BK
TPHCM

v Khoảng cách theo hướng gió có giá trị cực đại xmax và
nồng độ cực đại tại điểm đó Cmax được thực hiện trên cơ sở
biểu đồ.
v Biểu đồ trên Hình vẽ sau được thiết lập trên cơ sở công thức
(6.4) và cho điều kiện vùng nông thôn.
v Trên hình vẽ sau giá trị cực đại của tham số (Cu/Q) được vẽ
theo khoảng cách có nồng độ xmax trên cơ sở độ bền vững
khí quyển (s) và chiều cao hiệu dụng của ống khói (xmax =
f(s, H)).
v Trong tính toán các dữ liệu biết là độ bền vững khí quyển
và chiều cao hiệu dụng của ống khói, từ các dữ liệu này
xác định một điểm tương ứng trên hình vẽ. Từ điểm đó đọc
được trên trục ngang giá trị xmax và trên trục đứng giá trị
(Cu/Q)max và tính được Cmax.
43

BK
TPHCM

s, H ----- > (Cu/Q)max -------- > Cmax

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

HÌNH VẼ 6.13:
NỒNG ĐỘ CỰC
ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT
s, H [(Cu/Q)max
[ Cmax

44

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

22


11/15/16

6.5. NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT
TÍNH TOÁN ĐẠI SỐ THEO CÔNG THỨC CỦA RANCHOUX

BK
TPHCM

⎛ Cu ⎞
⎜⎜
⎟⎟ = exp a + b(ln H ) + c(ln H )2 + d (ln H )3 (6.25)
⎝ Q ⎠ max

[

]

H = chieàu cao hiệu dụng ống khói tính bằng m
(Cu/Q) = tính bằng m-2
Các giá trị của các hệ số a, b, c, d cho trong bảng 6.3
sau.

45

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

HỆ SỐ a, b, c, d CÔNG THỨC CỦA RANCHOUX

BK
TPHCM

Độ bền vững khí
quyển

Giá trị của hệ số
a

b

c

d

A

- 1,0563

- 2,7153

0,1260

0

B

- 1,8060

-2,1912

0,0389

0

C

- 1,9748

- 1,9980

0

0

D

- 2,5302

- 1,5610

- 0,0934

0

E

- 1,4496

- 2,5910

0,2181

- 0,0343

F

- 1,0488

- 3,2252

0,4977

- 0,0765

Ghi chuù: Sai số giữa kết quả tính toán từ công thức (6.25) và biểu
đồ hình vẽ 7.13 khoảng 2% cho các đường cong A, B, C và khoảng
4,5% cho các đường cong D, E và F.

46

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

23

11/15/16

ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN

BK
TPHCM

Vận tốc Bức xạ mặt trời ban ngày
gió ở độ
Mạnh
Vừa
Nhẹ
cao 10m/s

Độ mây che phủ ban đêm
Mây che
phủ mỏng
≥ 50%

Trời quang
mây hay độ
che phủ ≤ 3/8

<2

A

A–B

B

-

-

2–3

A–B

B

C

E

F

3–5

B

B–C

C

D

E

5–6

C

C–D

D

D

D

>6

C

D

D

D

D

A – cấp độ không bền vững (ổn định) vững mạnh; (strongly unstable); B – cấp độ
không bền vững vừa (moderately unstable); C - cấp độ không bền vững nhẹ
(slightly unstable); D – cấp độ khí quyển trung tính (neutral); E - cấp độ bền vững
nhẹ (slightly stable); F - cấp độ bền vững vừa (moderately stable)
47

BK

TPHCM

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

6.5. NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT
XÁC ĐỊNH DỰA VÀO CÁC HỆ SỐ σY VÀ σZ (1)

v Dưới điều kiện khí quyển từ không bền vững nhẹ (C)ï
đến trung tính (D), tỷ số σy/σz gần như không phụ thuộc
vào khoảng cách x.
v Giả sử tỷ số này là hằng số và cho y = 0, Công thức
(6.19) có thể được viết lại trong đó nồng độ C chỉ phụ
thuộc vào σz (σz chỉ là hàm của x theo độ bền vững khí
quyển đã cho). p dụng kỹ thuật tính toán vi phân xác
định giá trị lớn nhất của x, kết quả của phép tính vi
phân (6.19) ta có:

σz =
48

H
= 0,707 H (6.25' )
2
TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

24


11/15/16

BK
TPHCM

NỒNG ĐỘ CỰC ĐẠI TẠI MẶT ĐẤT
XÁC ĐỊNH DỰA VÀO CÁC HỆ SỐ σY VÀ σZ (2)

v Giá trị σz được xác định từ chiều cao hiệu dụng của
ống khói H
v Từ giá trị σz tính toán trên, căn cứ vào biểu đồ σz theo x
cho nhiều độ bền vững khác nhau (hình vẽ 6.12) xác
định được vị trí xmax, tại đây cho nồng độ Cmax. Từ đó xác
định σy

v Nồng độ cực đại trên đường trục tại mặt đất dưới
hướng gió được tính toán xấp xó theo công thức:

Cmax =

0,1171Q
(6.26)
uσ yσ z

Lưu ý: Công thức này chỉ áp dụng cho điều kiện khí
quyển từ không bền vững nhẹ (C) đến trung tính (D).
49

TS.LÊ HỒNG NGHIÊM

BK
TPHCM

HÌNH VẼ 6.12:
BIỂU ĐỒ HỆ SỐ
KHUẾCH TÁN σZ

50

TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM

25