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。

2.1.1 方程

式中c为污染物浓度(单位：mg/m3)
Q为源强(单位：mg)
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)

2.1.2 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)源强一次性排放，短时间释放大量有毒气体；

(4)在扩散过程中污染物质量是守恒的（不考虑转化）。

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。

2.2.1 方程

在这里插入图片描述

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（无界点源或地面源）或高架源排放点在地面的投影点，x轴正向为平均风向，y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面xoy，向上为正向，即为右手坐标系。

3.2 烟气抬升

有效源高H,等于烟囱的几何高度与烟气抬升高度△H之和，即

$He = H +\Delta H$

对于一确定的烟囱，其几何高度H是确定值，只要计算出抬升高度△H值，就可以求出有效源高H。我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)中规定选用Briggs 公式作为适用计算模型，请参考相关文献。

3.3 大气稳定度

大气稳定度指大气中某一高度上的气团在垂直方向上的相对稳定程度。如果给一团空气一个初始作用力，使其作向上的垂直运动，垂直运动的气块在外力消失后，又逐渐回到原来的位置，这种状况的大气是稳定的;当外力消失后，气块仍继续上升，甚至加速前进，这种状况的大气是不稳定的;当外力消失后，气块停留在其已到达的位置，既不上升也不下降，这种状况的大气处于中性状态。

我国《环境影响评价技术导则》中推荐了用常规地面观测资料划分大气稳定度的方法。大气稳定度的分类方法采用经过修正的帕斯奎尔(Pasquill)稳定度分级法(Ps)，将大气扩散稳定度分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、弱稳定和稳定六级，分别用A、B、C、D、E、F来表示。确定等级时首先根据云量与太阳高度角按下表查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速按下表查找稳定度等级。

3.4 有风条件下的扩散系数

1. 有风时扩散参数 $\sigma_{y}$ 、 $\sigma_{z}$ :
扩散参数是大气稳定度和距离的函数，其表达式可写为以下幂指数的

如无实测值时,上述各指数、系数的值可按下述方法选取:

(1) 平原地区农村及城市远郊区的扩散参数如下:A、B、C级稳定度直接由表2-9和表2-10查算，D、E、F级稳定度则需向不稳定方向提半级后由表2-9和表2-10查算。
(2) 工业区或城区中的点源，其扩散参数选取方法如下:
A、B级不提级，C级提到B级，D、E、F级向不稳定方向提一级，再按表2-9和表2-10查算。

3.5 无风小风下的扩散系数

在小风( 1.5m/s > upo≥0.5m/s)和静风( uo<0.5m/s)条件下，顺风向(x轴方向)扩散不能忽略，必须考虑三个方向的湍流扩散作用。在高斯扩散模式中，则必须将α,考虑在内。
1. 小风条件下
以排气筒地面位置为原点，平均风向为x轴，地面任一点(x,y)的浓度ct( mg/ m3)按下式计算:
A、B级不提级，C级提到B级，D、E、F级向不稳定方向提一级，再按表2-9和表2-10查算。

2. 静风(u≤0.5m/s)条件下
在静风条件下，风向紊乱，从污染源排放出的污染物向上和向四周缓缓扩散。污染物的水平扩散无明显的方向性，静风持续一段时间后，污染物浓度的水平分布比较均匀。基于以上事实，假设污染物浓度沿铅直方向为高斯分布，水平方向按以污染源为圆心的同心圆上均匀分布，利用连续性条件积分后，得到静风条件下高架连续点源污染物地面浓度模式:

4 关键技术实现

1、后端技术栈推荐：ArcGIS、SuperMap二次开发组件；GeoTools+JTS；有条件可使用GDAL。

2、坐标转换：前端一般是经纬度坐标，在后端应进行精确投影，毕竟高斯模拟的条件是10km范围内。推荐方位投影或高斯投影。

3、风向因素：计算需使用三角函数进行转换。

4、小风条件下的高斯烟羽需要使用Java做积分运算。

5、参考代码

 /**
     * 获取横向扩散参数回归系数
     *
     * @param windSpeed 风速
     * @param Q         大气稳定度
     * @return
     */
    public double getGamma01Light(double windSpeed, final String Q) {
        double gamma = 0;
        if (Q.equalsIgnoreCase("A")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.93;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.76;
            }
        } else if (Q.equalsIgnoreCase("B")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.76;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.56;
            }
        } else if (Q.equals("C")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.55;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.35;
            }
        } else if (Q.equals("D")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.47;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.27;
            }
        } else if (Q.equals("E")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.44;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.24;
            }
        } else if (Q.equals("F")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.44;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.24;
            }
        }

        return gamma;
    }

    /**
     * 获取铅直扩散参数回归系数
     *
     * @param windSpeed 风速
     * @param Q         大气稳定度
     * @return
     */
    public double getGamma02Light(double windSpeed, final String Q) {
        double gamma = 0;
        if (Q.equalsIgnoreCase("A")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.15;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 1.57;
            }
        } else if (Q.equalsIgnoreCase("B")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.47;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.47;
            }
        } else if (Q.equals("C")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.21;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.21;
            }
        } else if (Q.equals("D")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.12;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.12;
            }
        } else if (Q.equals("E")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.07;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.07;
            }
        } else if (Q.equals("F")) {
            if (windSpeed < 0.5) {
                gamma = 0.05;
            } else if (windSpeed < 1.5) {
                gamma = 0.05;
            }
        }

        return gamma;
    }

原文地址：https://www.jb51.cc/wenti/3282137.html

高斯烟羽烟团模型原理及GIS应用示例