第四節(jié)　化學(xué)危險(xiǎn)源的擴(kuò)散

一、擴(kuò)散源概述

排放化學(xué)有毒物質(zhì)進(jìn)入大氣的源稱為擴(kuò)散源，它是化學(xué)毒物釋放到大氣、水域或地面上的最初形態(tài)。擴(kuò)散源的類型不同，形成的毒物云團(tuán)在傳播過(guò)程中的特點(diǎn)也不同。因此，在考察化學(xué)毒物的擴(kuò)散規(guī)律時(shí)，必須考慮擴(kuò)散源的類型、源強(qiáng)、泄漏量和泄漏物的性質(zhì)等因素。

（一）擴(kuò)散源的分類

1.按化學(xué)毒物的排放方式分類

①連續(xù)源。化學(xué)毒物以持續(xù)、定常的方式向空間排放的擴(kuò)散源。

②間歇源。化學(xué)毒物以規(guī)則的間歇性方式排放的擴(kuò)散源。

③瞬時(shí)源。化學(xué)毒物以突發(fā)性方式在短時(shí)間內(nèi)“瞬間”排放的擴(kuò)散源。

2.按擴(kuò)散源排放位置分類

①固定源。位置固定不變的擴(kuò)散源。

②移動(dòng)源。位置移動(dòng)的污染源，如車、船、飛機(jī)等擴(kuò)散源。

③無(wú)組織排放源。無(wú)規(guī)則或泄漏散逸向空間排放毒物的源。

3.按化學(xué)毒物排放口的形式分類

①點(diǎn)源。毒物的排放口呈一定口徑的點(diǎn)狀排放的擴(kuò)散源。

②線源。毒物排放口構(gòu)成線性排放的擴(kuò)散源，或由移動(dòng)擴(kuò)散源構(gòu)成線性排放的源。

③面源。在一定區(qū)域范圍，以低矮密集的方式自地面或不大的高度排放毒物的源。

④體源。由源本身或附近建筑物的空氣動(dòng)力學(xué)作用使污染物呈一定體積向空間排放的源。

4.按化學(xué)毒物排放高度分類

①高架源。通過(guò)離地面一定高度的排放口排放毒物的源。

②地面源。通過(guò)位于地面或低矮高度上的排放口排放毒物的源。

（二）源強(qiáng)

源強(qiáng)是指擴(kuò)散源排放有毒物質(zhì)的速率，也就是化學(xué)有毒物質(zhì)在單位時(shí)間單位尺寸的排放量。

對(duì)于點(diǎn)源，源強(qiáng)是單位時(shí)間排放有毒物質(zhì)的量，其單位為g/s或kg/h等；對(duì)于線源，源強(qiáng)是單位時(shí)間、單位長(zhǎng)度排放的有毒物質(zhì)的質(zhì)量，單位為g/（s·m）；對(duì)于面源，源強(qiáng)是單位時(shí)間、單位面積上所排出有毒物質(zhì)的量，單位為g/（s·m2）或kg/（h·km2）。上述是指連續(xù)源排放的源強(qiáng)，而對(duì)于瞬時(shí)源，其源強(qiáng)則是以一次釋放污染物的總量表示，其單位為g、kg等。

（三）泄漏量

1.液體泄漏量

液體泄漏量與其泄漏速度有關(guān)，泄漏速度可用流體力學(xué)的伯努利方程計(jì)算：

　　（2-2）

式中，Q0為液體泄漏速度，kg/s；Cd為液體泄漏系數(shù)，如表2-8所示；A為裂口面積，m2；ρ為泄漏液體密度，kg/m3；P為容器內(nèi)介質(zhì)壓力，Pa；P0為環(huán)境壓力，Pa；g為重力加速度，9.8m/s2；h為裂口之上液位高度，m。

當(dāng)容器內(nèi)液體是過(guò)熱液體，即液體的沸點(diǎn)低于周圍環(huán)境溫度，液體流過(guò)裂口時(shí)由于壓力減小而突然蒸發(fā)。蒸發(fā)所需熱量取自于液體本身，而容器內(nèi)剩下的液體的溫度將降至常壓沸點(diǎn)。在這種情況下，泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體所占百分比F的計(jì)算公式如下：

　　（2-3）

式中，Cp為液體的定壓比熱容，J/（kg·K）；T為泄漏前液體的溫度，K；T0為液體在常壓下的沸點(diǎn)，K；H為液體的汽化熱，J/kg。

按式（2-3）計(jì)算，結(jié)果大部分在0～1之間，事實(shí)上，泄漏時(shí)直接蒸發(fā)的液體將以細(xì)小煙霧的形式形成云團(tuán)，與空氣相混合而吸收熱蒸氣。如果空氣傳給液體煙霧的熱量不足以使其蒸發(fā)，一些液體煙霧將凝結(jié)成液滴降落到地面，形成液池。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)F>0.2時(shí)，一般不會(huì)形成液池；當(dāng)F<0.2時(shí)，F與被帶走液體之比有線性關(guān)系，即當(dāng)F=0時(shí)，沒有液體被帶走（蒸發(fā)），當(dāng)F=0.1時(shí)，有50%的液體被帶走。

2.氣體泄漏量

氣體從裂口泄漏的速度與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。因此，計(jì)算泄漏量時(shí)首先要判斷泄漏時(shí)氣體流動(dòng)屬于聲速還是亞聲速流動(dòng)，前者稱為臨界流，后者稱為次臨界流。

當(dāng)式（2-4）成立時(shí)，氣體流動(dòng)屬聲速流動(dòng)：

　　（2-4）

當(dāng)式（2-5）成立時(shí)，氣體屬于亞聲速流動(dòng)：

　　（2-5）

式中，P0為環(huán)境壓力，P為容器內(nèi)介質(zhì)壓力；k為氣體的絕熱指數(shù)。

氣體呈聲速流動(dòng)時(shí)，其泄漏速度是：

　　（2-6）

氣體呈亞聲速流動(dòng)時(shí)，其泄漏速度是：

　　（2-7）

式中，Cd為氣體泄漏系數(shù)，當(dāng)裂口形狀為圓形時(shí)取1.00，三角形時(shí)取0.95，長(zhǎng)方形時(shí)取0.90；Y為氣體膨脹系數(shù)，由式（2-8）計(jì)算；M為分子量；ρ為氣體密度，kg/m3；R為氣體常數(shù)，J/（mol·K）；T為氣體溫度，K。

　　（2-8）

3.兩相流泄漏量

在過(guò)熱液體發(fā)生泄漏時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣、液兩相流動(dòng)。均勻兩相流的泄漏可按式（2-9）計(jì)算：

　　（2-9）

式中，Q0為兩相流泄漏速度，kg/s；Cd為兩相流泄漏系數(shù)，可取0.8；P為兩相混合物壓力，Pa；Pc為臨界壓力，可取Pc=0.55Pa；ρ為兩相混合物平均密度，kg/m3，按式（2-10）計(jì)算。

　　（2-10）

式中，為蒸發(fā)蒸氣密度，kg/m3；為液體密度，kg/m3；Fv為蒸發(fā)的液體占液體總量的比例，按式（2-3）計(jì)算。

液化氣體的泄漏即屬兩相流泄漏。

（四）爆炸擴(kuò)散量

容器發(fā)生爆炸，伴隨著高溫高壓，液體高速飛散，在大氣中迅速蒸發(fā)，分散成云團(tuán)，其汽化率與液體沸點(diǎn)的關(guān)系如表2-9所示。

近似計(jì)算式為：

　　（2-11）

則爆炸后立即進(jìn)入大氣的化合物量為QKu。

二、有毒物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散

有毒物質(zhì)以各種源的狀態(tài)釋放后進(jìn)入大氣，在大氣湍流作用下進(jìn)行擴(kuò)散，危及下風(fēng)向一定范圍內(nèi)的人員健康和安全。

（一）有毒物質(zhì)在不同大氣環(huán)境下的擴(kuò)散形式

有毒物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散的規(guī)律與氣象條件、地形條件、源的狀況等因素有關(guān)。對(duì)于連續(xù)源，濃度分布的一般規(guī)律是：濃度隨擴(kuò)散距離增大而越來(lái)越低；濃度在垂直傳播曲線方向符合正態(tài)分布，即中間濃度高，y、z方向濃度逐漸降低。瞬時(shí)體源在x、y、z三個(gè)方向濃度逐漸降低（其中x為有毒物質(zhì)在水平面隨風(fēng)速的傳播方向；y為有毒物質(zhì)在水平面上垂直風(fēng)速的傳播方向；z為有毒物質(zhì)垂直地面的傳播方向）。穩(wěn)定源強(qiáng)的連續(xù)源擴(kuò)散在下風(fēng)向某點(diǎn)濃度不隨時(shí)間而變化，而瞬時(shí)源在下風(fēng)向某點(diǎn)，濃度隨時(shí)間而變化，濃度由低到高再降低。這里只對(duì)典型環(huán)境下大氣擴(kuò)散形式進(jìn)行一般性描述。

1.開闊地域化學(xué)毒云的擴(kuò)散形式

在大氣中的毒云的擴(kuò)散稀釋很大程度上取決于氣象條件，尤其是平均風(fēng)速下、風(fēng)向風(fēng)速穩(wěn)定和大氣垂直穩(wěn)定度逆溫時(shí)，毒云擴(kuò)散稀釋緩慢，有利于云團(tuán)大范圍傳播，危害后果嚴(yán)重。

2.密閉空間場(chǎng)所化學(xué)毒云的擴(kuò)散形式

通風(fēng)氣孔及外界風(fēng)速風(fēng)向、場(chǎng)所內(nèi)的溫度等都會(huì)影響場(chǎng)所內(nèi)的氣體流動(dòng)規(guī)律。

（1）微風(fēng)或無(wú)風(fēng)時(shí)，有通風(fēng)設(shè)施的場(chǎng)所氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及毒云分布特點(diǎn)

①氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：所有開放的門窗都是進(jìn)風(fēng)口，氣流由安裝在頂部的排風(fēng)系統(tǒng)排出，氣流由下往上運(yùn)動(dòng)，越靠近排氣口，氣流速度越大；在各進(jìn)氣口中間的部位發(fā)生亂流。

②毒云分布特點(diǎn)是：釋放點(diǎn)濃度很高，部分毒云進(jìn)入亂流區(qū)，不易排出；毒云由低至高運(yùn)動(dòng)，釋放點(diǎn)以上的樓層都將受到污染；從排氣口排出的毒氣將形成新的大氣污染源，對(duì)下風(fēng)向具有一定危害性。

（2）有風(fēng)時(shí)，有通風(fēng)設(shè)施的場(chǎng)所氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及毒云分布特點(diǎn)

①氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：迎主導(dǎo)風(fēng)向的門窗有空氣流入，背主導(dǎo)風(fēng)向的門窗有空氣流出，側(cè)面的門窗空氣時(shí)進(jìn)時(shí)出不穩(wěn)定；通風(fēng)系統(tǒng)使空氣由下向上運(yùn)動(dòng)；場(chǎng)內(nèi)角落處有亂流區(qū)。

②毒云分布特點(diǎn)是：部分毒云在主導(dǎo)風(fēng)的影響下，向下風(fēng)向門窗運(yùn)動(dòng)，并被排出場(chǎng)外；部分毒云在排風(fēng)系統(tǒng)影響下，通過(guò)樓梯向上運(yùn)動(dòng)至高層，污染上層空間，一部分從窗口排出，一部分從排氣口排入大氣；在通風(fēng)不良處形成毒云滯流。

3.城市街區(qū)化學(xué)毒云的擴(kuò)散形式

城市街區(qū)化學(xué)毒云的擴(kuò)散形式主要包括以下幾種情況：

（1）風(fēng)向與街道平行時(shí)氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及毒云分布特點(diǎn)

①氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：氣流沿順風(fēng)街道運(yùn)動(dòng)，由于高層建筑的限制，使氣流速度變大；在街道兩側(cè)的空地和建筑物的背風(fēng)面產(chǎn)生亂流。

②毒云分布特點(diǎn)是：毒云沿順風(fēng)街道傳播，由于兩側(cè)受阻不易擴(kuò)散稀釋，濃度較高，傳播較遠(yuǎn)；在街道兩側(cè)空地及建筑物的背風(fēng)面，毒云滯留，但濃度較低；兩旁高層建筑低層，通過(guò)不密閉門窗有毒云滲入，濃度不高，但在室內(nèi)滯留時(shí)間較長(zhǎng)。

（2）風(fēng)向與街道斜交時(shí)氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及毒云分布特點(diǎn)

①氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：氣流按銳角方向（風(fēng)的去向與街道方向夾角）運(yùn)動(dòng)。

②毒云分布特點(diǎn)是：毒云沿銳角方向街道傳播擴(kuò)散；在傳播過(guò)程中，不斷有部分毒云通過(guò)建筑物間隙離開主要傳播路徑，擴(kuò)大空氣污染范圍；有部分毒云滲入兩側(cè)建筑物內(nèi)，通常迎風(fēng)或側(cè)迎風(fēng)面進(jìn)入的毒云濃度較高。

（3）復(fù)雜街區(qū)的氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及毒云分布特點(diǎn)

①氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：氣流按銳角方向運(yùn)動(dòng)；遇有垂直風(fēng)向的街道或建筑物，發(fā)生亂流；遇有兜風(fēng)的空地、建筑物環(huán)繞或半環(huán)繞的空地，發(fā)生亂流；遇有街心花園、茂密樹叢地，風(fēng)速較小，發(fā)生亂流。

②毒云分布特點(diǎn)是：毒云沿銳角方向向街道傳播；傳播過(guò)程中，不斷有部分毒云通過(guò)建筑物間隙，沿風(fēng)向離開主要傳播路徑，擴(kuò)大空氣污染面積；部分毒云深入街道兩側(cè)建筑物內(nèi)，通常從迎風(fēng)或側(cè)迎風(fēng)面進(jìn)入的毒云濃度較高；傳播路徑上，遇有垂直風(fēng)向的街道建筑物時(shí)，毒云將向兩側(cè)擴(kuò)散一定距離，并在其后發(fā)生滯留；毒云在街心花園、茂密叢林地發(fā)生滯留；毒云進(jìn)入兜風(fēng)的空地、建筑物環(huán)繞或半環(huán)繞的空地發(fā)生滯留。

（二）有毒物質(zhì)在一般環(huán)境下的大氣擴(kuò)散模型

1.高架連續(xù)點(diǎn)源

高架源釋放濃度的分布特點(diǎn)是：釋放點(diǎn)的地面投影處濃度并不是最高，而是在下風(fēng)向某一距離上濃度最高，存在一個(gè)最大落地濃度，源的釋放高度越高，最大濃度的落地點(diǎn)就越遠(yuǎn)，整個(gè)地面濃度也越小，這就是高毒性、大排氣量時(shí)使用高排氣筒的原因。

對(duì)于高架連續(xù)點(diǎn)源，濃度在x、y、z方向分布二源高為零時(shí)傳播軸線上的濃度×y方向衰減率×z方向的衰減率及源高的影響因素的具體形式為：

　　（2-12）

式中，C（x，y，z，H）為高架源釋放在空間（x，y，z）點(diǎn)的濃度，g/m3；Qp為源強(qiáng)，g/s；Ku為汽化率；σy、σz為大氣擴(kuò)散系數(shù)，也叫濃度分布均分差，m，與氣象地形條件有關(guān)，風(fēng)越大、穩(wěn)定度越不穩(wěn)定、地形越復(fù)雜，則σy、σz越大，形成的濃度越小。

2.地面連續(xù)點(diǎn)源

污染物從地面上一個(gè)點(diǎn)釋放時(shí)，其濃度公式由式（2-12）令H=0推得

　　（2-13）

3.垂直地面噴射連續(xù)線源

設(shè)垂直噴射液氣柱高為HL，設(shè)HL上各處化合物量分布均勻，把HL分成許多份，每一份都相當(dāng)于一個(gè)連續(xù)點(diǎn)源，都對(duì)下風(fēng)向某點(diǎn)的濃度產(chǎn)生一定作用，將它們的所有作用結(jié)果加起來(lái)（積分），就是連續(xù)線源釋放對(duì)某點(diǎn)產(chǎn)生的濃度。在源強(qiáng)不變的條件下，HL越大濃度越大。地面上的濃度分布可用下列關(guān)系式說(shuō)明：

濃度=線源無(wú)限長(zhǎng)時(shí)軸線濃度×濃度在y方向的衰減率×線源長(zhǎng)度的影響率　　

具體形式為：

　　（2-14）

式中，為垂直線源長(zhǎng)度的影響率，當(dāng)HL很小時(shí)，該值趨近于0；當(dāng)HL很大時(shí)，該值趨近于1，該值在0～1之間變化。

若，則近似值為：

　　（2-15）

4.地面垂直面源

設(shè)毒云的起始高度為HL，垂直風(fēng)長(zhǎng)為L，在（HL，L）面上化合物量分布均勻。若把這個(gè)面分為許多小方塊，每一個(gè)小方塊相當(dāng)于一個(gè)連續(xù)點(diǎn)源，可用式（2-12）計(jì)算每一個(gè)點(diǎn)源對(duì)下風(fēng)向某點(diǎn)作用的濃度，將所有點(diǎn)源作用效果加起來(lái)就是面源對(duì)某點(diǎn)作用的總濃度，處理結(jié)果如式（2-16）所示：

　　（2-16）

由于連續(xù)源是穩(wěn)定釋放的，濃度是不隨時(shí)間變化的，因此，毒害劑量等于該處濃度乘以作用時(shí)間Δt（min），即：

　　（2-17）

作用時(shí)間越長(zhǎng)，作用毒害劑量越大，人員遭受傷害的程度越嚴(yán)重。

5.瞬時(shí)體源

瞬時(shí)體源釋放在下風(fēng)向某點(diǎn)的濃度隨時(shí)間變化，毒害劑量應(yīng)是：

　　（2-18）

式中，C（τ）為濃度隨時(shí)間的變化函數(shù)；τ1、τ2為起止作用時(shí)間。

　　（2-19）

式中，LCτ（x，y，0）為下風(fēng)向（x，y，0）處云團(tuán)到達(dá)后作用Δτ所作用的毒害劑量，mg·min/L；Δτ為作用時(shí)間間隔，s；u為離地10m高處的風(fēng)速，m/s；α、β為與云團(tuán)起始半徑（r）、高度（h）、下風(fēng)距離（x）及大氣穩(wěn)定度（n）有關(guān)的系數(shù)，計(jì)算方法如下：

　　（2-20）

式中，p值見表2-10。

（三）有毒物質(zhì)在特殊環(huán)境下的大氣擴(kuò)散模型

1.封閉型擴(kuò)散模式

當(dāng)?shù)蛯訛椴环€(wěn)定大氣，在離地面幾百米到1～2km的高空存在一個(gè)明顯的逆溫層，即通常所稱有上部逆溫的情況。它使污染物的垂直擴(kuò)散受到限制，只能在地面和逆溫層底之間進(jìn)行。因此，有上部逆溫的擴(kuò)散也稱“封閉型”擴(kuò)散。

若將擴(kuò)散到逆溫層中的污染物忽略不計(jì)，把逆溫層底看成是和地面一樣能起全反射作用的鏡面，這樣，污染物就在地面和逆溫層底這兩個(gè)鏡面的全反射作用下進(jìn)行擴(kuò)散，其濃度分布可用像源法處理。這時(shí)，污染源在兩鏡面上形成的像不止一個(gè)，而是無(wú)窮多個(gè)像對(duì)。污染物的濃度可看成是實(shí)源和無(wú)窮多像源的貢獻(xiàn)之和，于是地面軸線上的污染物濃度可表示為：

　　（2-21）

式中，D為逆溫層底高度，即混合層高度，m；n為毒物云團(tuán)在兩界面之間的反射次數(shù)。

實(shí)際中上式計(jì)算過(guò)于煩瑣，一般多采用一種簡(jiǎn)化的方法，可把濃度估算按下風(fēng)距離x的不同分成三種情況來(lái)處理。

（1）當(dāng)x≤xD時(shí)　xD為云團(tuán)垂直擴(kuò)散高度剛好達(dá)到逆溫層底時(shí)的水平距離，在x≤xD時(shí)，云團(tuán)擴(kuò)散尚未受到上部逆溫層的影響，其濃度仍可按一般擴(kuò)散模式估算。xD值可按以下方法求取：

　　（2-22）

按式（2-22）求出σz后，由有關(guān)圖表查出與σz對(duì)應(yīng)的下風(fēng)距離x，此x值即為σD。

（2）當(dāng)x≥2xD時(shí)　毒物云團(tuán)經(jīng)過(guò)兩界面多次反射，達(dá)到某一距離x后，在z方向的濃度分布將漸趨均勻，一般認(rèn)為，x≥2xD時(shí)z方向濃度分布就均勻了；但y方向濃度分布仍為正態(tài)分布，且仍符合擴(kuò)散的連續(xù)性條件，于是得到此時(shí)的濃度方程為：

　　（2-23）

（3）當(dāng)xD<x<2xD時(shí)　污染物濃度在前兩種情況的中間變化，情況較復(fù)雜，這時(shí)可取x=xD和x=2xD兩點(diǎn)濃度的內(nèi)插值來(lái)計(jì)算。

2.熏煙型擴(kuò)散模式

在夜間發(fā)生輻射逆溫時(shí)，清晨太陽(yáng)升起后，逆溫從地面開始被破壞而且逐漸向上發(fā)展。當(dāng)逆溫破壞到毒物云團(tuán)下邊緣以上時(shí)，便會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的向下混合作用，使地面污染物濃度增大，這個(gè)過(guò)程稱為熏煙（或漫煙）過(guò)程，如圖2-9所示。

為了估算熏煙條件下的地面濃度，假設(shè)毒物云團(tuán)原來(lái)是排入穩(wěn)定層內(nèi)的，當(dāng)逆溫層消失，在高度hf以下濃度的垂直分布是均勻的，則地面濃度仍可用式（2-23）計(jì)算，只是D應(yīng)換成逆溫層消失高度hf，源強(qiáng)Q只應(yīng)包括進(jìn)入混合層中的部分，所以計(jì)算公式改為：

　　（2-24）

式中，p=（hf-H）/σz；hf為逆溫層消失的高度，m；σyf為熏煙條件下y方向擴(kuò)散系數(shù)，m，σyf值可以按式（2-25）計(jì)算：

　　（2-25）

式中，σy、σz為原大氣穩(wěn)定度級(jí)別（E或F）時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)。

當(dāng)逆溫消失到污染源有效高度處，即hf=H時(shí)，可以認(rèn)為毒物云團(tuán)的一半向下混合，另一半仍留在上面的穩(wěn)定大氣中，則：

　　（2-26）

當(dāng)逆溫層消失到毒物云團(tuán)的上邊緣時(shí)，可以認(rèn)為毒物云團(tuán)全部向下混合，使地面熏煙濃度達(dá)到最大值。當(dāng)逆溫層繼續(xù)向上消失時(shí)，毒物云團(tuán)全部處于不穩(wěn)定大氣中，熏煙過(guò)程將不復(fù)存在。

3.城市大氣污染擴(kuò)散模式

城市中的擴(kuò)散是相對(duì)于野外鄉(xiāng)村平坦地的擴(kuò)散而言的。城市是人口、工商業(yè)、交通密集地區(qū)，受到城市下墊面粗糙及城市熱島效應(yīng)等環(huán)境因素的影響，使得氣象特征及大氣擴(kuò)散規(guī)律與平原地區(qū)有著顯著不同。因此，污染物濃度估算是十分復(fù)雜和困難的，下面簡(jiǎn)單介紹兩種擴(kuò)散模式。

（1）“箱”模式　“箱”模式是最簡(jiǎn)單的城市大氣污染擴(kuò)散模式，它假定整個(gè)城市是長(zhǎng)方形，且有一邊和風(fēng)向完全平行，污染物濃度在混合層內(nèi)是均勻分布的，即整個(gè)城市只有一個(gè)濃度值，設(shè)城市面源平均強(qiáng)度為Q［g/（s·m2）］，城市邊長(zhǎng)為l，混合層高度是h，平均風(fēng)速u，則“箱”模式濃度是：

　　（2-27）

“箱”模式是對(duì)實(shí)際情況的極大簡(jiǎn)化，假設(shè)污染物一旦由源排出，就立即在混合層內(nèi)均勻分布，這與污染物在垂直方向的擴(kuò)散情況不符。因此，“箱”模式低估了實(shí)際的地面濃度，但范圍越大，應(yīng)用效果越好。

（2）簡(jiǎn)化為點(diǎn)源的面源模式　將城市面源分成若干小方格，每個(gè)方格內(nèi)的源強(qiáng)為方格內(nèi)所有源強(qiáng)的總和除以方格的面積。計(jì)算時(shí)，假設(shè)面源單元與上風(fēng)向某一虛擬點(diǎn)源所造成的污染等效，當(dāng)這個(gè)虛擬點(diǎn)源的煙流擴(kuò)散到面源單元的中心時(shí)，其煙流的寬度正好等于面源單元的寬度，其厚度正好等于面源單元的高度。這相當(dāng)于在點(diǎn)源公式中增加了一個(gè)初始擴(kuò)散參數(shù)，以模擬面源單元中許多分散點(diǎn)源的擴(kuò)散，其地面濃度可用式（2-28）計(jì)算：

　　（2-28）

σy0、σz0常用以下經(jīng)驗(yàn)方法確定：

　　（2-29）

式中，W為面源單元的寬度，m；H為面源單元的平均高度，m；其他符號(hào)意義同前。

4.山區(qū)擴(kuò)散模式

山區(qū)流場(chǎng)受到復(fù)雜地形的熱力和動(dòng)力因子影響，流場(chǎng)均勻和定常的假設(shè)難以成立。毒物云團(tuán)的輸送，嚴(yán)格說(shuō)是由一些無(wú)規(guī)律可循的氣流運(yùn)動(dòng)完成的，正態(tài)分布假設(shè)也難以成立。但國(guó)內(nèi)外許多山區(qū)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)風(fēng)向穩(wěn)定、研究尺度不大、地形相對(duì)較為開闊及起伏不很大的地區(qū)，相當(dāng)多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本上還是遵循正態(tài)分布規(guī)律的。在這樣的地區(qū)，污染物擴(kuò)散仍可用平原地區(qū)的高斯擴(kuò)散模式。但由于山區(qū)大氣湍流強(qiáng)烈，擴(kuò)散速率比平原地區(qū)快，擴(kuò)散參數(shù)比平原地區(qū)大得多，因此應(yīng)取向不穩(wěn)定方向提級(jí)后的擴(kuò)散參數(shù)。山谷地區(qū)的大氣擴(kuò)散模式可以采用封閉山谷中的擴(kuò)散模式。

狹長(zhǎng)山谷中近地面源的污染，由于受到狹谷地形的限制，可以認(rèn)為污染物僅能在狹谷兩壁之間擴(kuò)散。由于壁的多次反射作用，可以認(rèn)為在距離污染源一段距離之后，污染物在橫向近似為均勻分布，在垂直方向仍為正態(tài)分布，所以有下面的濃度表達(dá)式：

　　（2-30）

式中，W為山谷的寬度，m；其他符號(hào)意義同前。

若為高架源，則濃度方程為：

　　（2-31）

與前面討論過(guò)的封閉型擴(kuò)散類似，在毒物云團(tuán)開始擴(kuò)散的一段距離內(nèi)，污染物在橫向擴(kuò)散尚未達(dá)到均勻，這時(shí)應(yīng)考慮橫向擴(kuò)散的影響。當(dāng)達(dá)到一定距離后，可以認(rèn)為污染物在橫向達(dá)到了均勻分布。顯然，這個(gè)距離和谷寬W有關(guān)，其關(guān)系為：

　　（2-32）

已知谷寬W時(shí)，可求出σy，再根據(jù)大氣穩(wěn)定度，即可求出相應(yīng)的距離x值，此距離可認(rèn)為是擴(kuò)散開始受到狹谷兩側(cè)壁影響的距離。

（四）毒物云團(tuán)的脫離和受熱上升

1.毒物云團(tuán)的脫離

毒物云團(tuán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然會(huì)向各個(gè)方向散布開來(lái)。由于風(fēng)速是隨著地面高度增加而增大的，因此散布在上層的部分云團(tuán)，其水平方向的運(yùn)動(dòng)速度比下層云團(tuán)要快，若上層與下層風(fēng)向一致，則上層云團(tuán)必然會(huì)超過(guò)下層云團(tuán)，先到達(dá)某地的上空。有時(shí)由于湍流混合作用，上層氣流也可能潛入到下層，造成低濃度區(qū)。在毒物云團(tuán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，首先接近某地的不是高濃度云團(tuán)而是低濃度云團(tuán)，這樣就等于事先給了一個(gè)預(yù)告，這種現(xiàn)象可以出現(xiàn)在逆溫和等溫條件下。可以根據(jù)某地區(qū)附近的風(fēng)速和某一高度上的風(fēng)速差來(lái)估計(jì)上層云團(tuán)超過(guò)下層云團(tuán)多大距離，實(shí)驗(yàn)證明，有時(shí)可達(dá)50～100m，甚至1000m。

除了風(fēng)速隨高度增加而增大影響云團(tuán)運(yùn)動(dòng)以外，溫度的影響也是很大的。當(dāng)溫度梯度為負(fù)或零時(shí)，云團(tuán)的傳播規(guī)律可用擴(kuò)散方程表示。但溫度梯度為正時(shí)，云團(tuán)就會(huì)脫離地面而上升，這種脫離地面的趨勢(shì)隨著風(fēng)速的減小和空氣不穩(wěn)定程度的增強(qiáng)而增大，這種現(xiàn)象在擴(kuò)散方程中是沒有考慮到的。

2.毒物云團(tuán)的受熱上升

云團(tuán)受熱上升是指擴(kuò)散源產(chǎn)生的熱引起的毒物云團(tuán)上升。在毒物擴(kuò)散過(guò)程中，有時(shí)在其附近會(huì)產(chǎn)生大量的熱，造成比周圍空氣更高的溫度，因此云團(tuán)也就比周圍空氣輕，出現(xiàn)上升（在污染氣象學(xué)里叫煙云抬升），一直升到與周圍空氣密度相同時(shí)才停止，如毒物爆炸或燃燒時(shí)，均有大量的熱量傳遞給毒物云團(tuán)。實(shí)驗(yàn)表明這種溫差雖然消失很快，但上升的云團(tuán)將在較高的高度上傳播，減小了地面濃度，對(duì)人員的殺傷作用將有所減弱。風(fēng)速增大有利于熱空氣與周圍空氣的混合，抑制了云團(tuán)的上升，但風(fēng)速增大也會(huì)使擴(kuò)散加劇。這種現(xiàn)象在前面所述的擴(kuò)散方程中也沒有考慮。

三、有毒物質(zhì)在水域中的擴(kuò)散

大量有毒化合物泄入水中，一般以3種狀態(tài)起毒害作用：一是有毒化合物是油狀不溶于水，漂浮在水面上的油狀污染物可直接污染碼頭設(shè)施和船舶的接水部分，如遇明火引燃和蒸發(fā)有毒氣體可直接擴(kuò)散入空氣；二是能溶解于水，直接污染水源；三是沉入水底，成為一種長(zhǎng)期的污染毒源。

（一）化學(xué)毒物污染水域的擴(kuò)散形式

毒物進(jìn)入水體后，按照它們與水體的混合狀態(tài)可以分為豎向混合、橫向混合與完全混合3個(gè)階段。

1.豎向混合階段

由于河流的深度通常比寬度小，毒物進(jìn)入河流很快達(dá)到豎向濃度分布均勻，完成豎向混合過(guò)程。完成這一過(guò)程所需的水平距離大約為水深的幾倍至幾十倍。在豎向混合過(guò)程中也存在橫向混合過(guò)程。

2.橫向混合階段

由于擴(kuò)散和彌散等原因，逐步在橫斷面上達(dá)到濃度分布均勻，完成橫向混合過(guò)程。完成這一過(guò)程所需的下游距離比完成豎向混合所需要的長(zhǎng)度大得多，并且河流越寬所需距離越長(zhǎng)，該距離與河的寬度呈平方關(guān)系：

　　（2-33）

式中，B為河流平均寬度，m；μ為河流平均流速，m/s；H為平均水深，m；μ*為摩阻流速，，m/s，g為重力加速度，m/s2；I為河流水力坡降。

3.完全混合階段

完成橫向混合之后，毒物在斷面上的濃度分布處處均勻，在沒有新的毒物補(bǔ)充的情況下，對(duì)于守恒物質(zhì)，各斷面上濃度保持相等；對(duì)于非守恒物質(zhì)，由于自身不斷降解，使?jié)舛入S距離或時(shí)間增長(zhǎng)而不斷減小。毒物在天然水體中主要是發(fā)生水解，因此，水解速度決定了毒物濃度下降的速度。順直河流中，達(dá)到全斷面完全混合的距離與河寬的平方成正比關(guān)系：

　　（2-34）

式中，Dy為橫向擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

由于河流中存在著不同的混合過(guò)程，因此，要根據(jù)各種河流不同的特點(diǎn)選用相應(yīng)的濃度計(jì)算模型。豎向混合過(guò)程涉及空間三個(gè)方向，豎向混合問(wèn)題又稱為三維問(wèn)題；相應(yīng)的橫向混合問(wèn)題，稱為二維問(wèn)題；完成橫向混合以后的問(wèn)題稱為一維問(wèn)題。如果河段很長(zhǎng)，水深和水寬相對(duì)很小，一般可簡(jiǎn)化為一維混合問(wèn)題，這樣處理要比二維、三維簡(jiǎn)單得多。

若毒物難溶或不溶于水且難以揮發(fā)，此時(shí)若毒物與水體的相對(duì)密度明顯大于1時(shí)，毒物將很快沉入水體底部，或者部分形成懸浮體系，使水體質(zhì)量嚴(yán)重下降，不能正常使用；相對(duì)密度明顯小于1時(shí)，毒物將在水面上形成直徑在幾至十幾毫米的漂浮物或液膜，長(zhǎng)時(shí)期污染水體表面，必須及時(shí)進(jìn)行收集打撈。

（二）毒物在水體中的遷移過(guò)程

毒物在河流中的混合過(guò)程是由于水體的不同遷移過(guò)程造成的。毒物在河流中的遷移過(guò)程可分為兩類：一類是推流，另一類是非推流。推流也稱平流，在推流過(guò)程中河流橫斷面上流速處處相等，水流之間不發(fā)生任何混合和干擾，染毒水體被從一個(gè)河段推移到下一個(gè)河段。非推流運(yùn)動(dòng)存在著質(zhì)點(diǎn)與水流之間的相互混合的擴(kuò)散和彌散作用。

1.擴(kuò)散作用

擴(kuò)散是流體中分子或質(zhì)點(diǎn)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的分散現(xiàn)象，分為分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散兩種作用。分子擴(kuò)散是由于分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的質(zhì)點(diǎn)分散現(xiàn)象，分子擴(kuò)散服從菲克（Fick）第一定律，即分子擴(kuò)散的質(zhì)量通量與擴(kuò)散物質(zhì)的濃度梯度成正比，即：

　　（2-35）

式中，Mm為分子擴(kuò)散的質(zhì)量通量，g/（m2·s）；Dm為分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；為毒物濃度沿等濃度曲面法線方向的梯度，g/m4。

式（2-35）也可寫成x、y、z多方向上的分量形式：

　　（2-36）

Dm值約為10-8～10-10m2/s。

湍流擴(kuò)散是湍流場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的流速、壓力、濃度等狀態(tài)的瞬時(shí)值相對(duì)于其時(shí)間平均值的隨機(jī)脈動(dòng)而導(dǎo)致的分散現(xiàn)象，當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)的紊流脈動(dòng)瞬時(shí)速度為穩(wěn)定的隨機(jī)變量時(shí)，湍流擴(kuò)散規(guī)律也可以用菲克第一定律表達(dá)，即：

　　（2-37）

式中，Mt為湍流擴(kuò)散的質(zhì)量通量；Dt為湍流擴(kuò)散系數(shù)；C為水中毒物的時(shí)間平均濃度。

同樣，式（2-37）也可寫成：

　　（2-38）

湍流擴(kuò)散是各向異性的，其值一般為10-4～10-6m2/s。與湍流擴(kuò)散系數(shù)相比，分子擴(kuò)散系數(shù)小得多，因此，一般河流中污染物的分子擴(kuò)散作用可以忽略不計(jì)。

2.彌散作用

彌散作用是由于橫斷面上實(shí)際的流速分布不均引起的。在用斷面平均流速描述實(shí)際的運(yùn)動(dòng)時(shí)，就必須考慮一個(gè)附加的、由流速不均引起的彌散作用，該作用同樣可以用菲克第一定律表達(dá)，即：

　　（2-39）

式中，Md為彌散引起的質(zhì)量通量；Dd為彌散系數(shù)；C為湍流時(shí)間平均濃度的空間平均值。

彌散系數(shù)一般為10～104m2/s，實(shí)際應(yīng)用中為了簡(jiǎn)化常常忽略。

（三）毒物在河流中的擴(kuò)散模式

1.零維模型基本過(guò)程

把某河段看成是一個(gè)理想的完全混合反應(yīng)器，即毒物進(jìn)入水體后迅速均勻地分布到水體的各部分，起始濃度為C0，在向下游運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，體積不變化，濃度由于水解時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，假設(shè)該過(guò)程符合一級(jí)反應(yīng)，則可以得到零維模型基本方程：

　　（2-40）

式中，C為染毒后t時(shí)刻或下游處的染毒濃度，mg/L；C0為起始染毒濃度，mg/L；k1為水解速度常數(shù)，s-1；u為水流速度，m/s；x為離起始染毒河段的下游距離，m。

起始染毒濃度C0可以由現(xiàn)場(chǎng)偵檢測(cè)得，也可以由計(jì)算的方法預(yù)測(cè)。

對(duì)于瞬時(shí)源：

　　（2-41）

式中，Δ為平均染毒密度，g/m2；B為河寬，m；Δx為河段長(zhǎng)，m；h為河深，m。

對(duì)于連續(xù)源：

　　（2-42）

式中，Qp為擴(kuò)散源的源強(qiáng)，g/s；Q為河水流量，m3/s；u為河水流速，m/s。

零維模型適用于混合程度較好的均勻河段，例如河寬、河深不大，流速較大的平直河流。

2.一維模型基本方程

一維模型基本方程適用于寬度和深度都很小，但流速隨深度有變化的河流，此時(shí)染毒濃度不但在x方向要彌散，而且會(huì)發(fā)生水解。根據(jù)質(zhì)量守恒定律和連續(xù)性原理，可推導(dǎo)出一維模型基本方程。

（1）連續(xù)源的一維模型基本方程

　　（2-43）

式中，C0為釋放點(diǎn)的起始濃度，mg/L；ux為x方向的水流速度，m/s；Dx為x方向的彌散系數(shù)，m2/s；k1為水解速度常數(shù)，s-1；x為下游方向離釋放點(diǎn)的距離，m；C為x處的染毒濃度，mg/L。

（2）瞬時(shí)點(diǎn)源的一維模型基本方程

　　（2-44）

式中，W為瞬時(shí)釋放的毒物量，g；A為河流斷面平均面積，m2；C（x，t）為x處，t時(shí)刻染毒濃度，mg/L。

（3）瞬時(shí)線源的一維模型基本方程　如果在長(zhǎng)為Δx的河流上染毒，則可以把Δx分成若干斷面，分別計(jì)算對(duì)下游x處濃度的貢獻(xiàn)，并用積分的方法建立濃度方程。

　　（2-45）

式中，W為在Δx的河段中的毒物量，g；A為河流斷面平均面積，m2；Δx為平均染毒密度，g/m2。

3.二維模型基本方程

二維模型基本方程適用于深度較小，寬度較大的河流，染毒水體在x方向和y方向都擴(kuò)散的河流。

（1）連續(xù)點(diǎn)源的二維模型基本方程

　　（2-46）

該式適用于無(wú)邊界的連續(xù)點(diǎn)源。

（2）瞬時(shí)點(diǎn)源的二維模型基本方程

　　（2-47）

在有邊界的條件下要增加邊界的反射作用，因此，將式（2-47）修正為：

　　（2-48）

式中，b為點(diǎn)源到邊界的距離。

（3）瞬時(shí)面源的二維模型基本方程　當(dāng)發(fā)生化學(xué)突發(fā)災(zāi)害事故，使靠河岸邊的長(zhǎng)Δx，寬Δy的水域染毒，采用積分的方法得到瞬時(shí)面源的濃度公式為：

　　（2-49）

4.三維模型基本方程

在均勻河段中，毒物在水中水解符合一級(jí)反應(yīng)的三維模型通式如下：

（1）連續(xù)點(diǎn)源的三維模型

　　（2-50）

（2）瞬時(shí)點(diǎn)源的三維模型　在均勻流場(chǎng)中，典型的三維模型的解析解為：

　　（2-51）

四、影響化學(xué)事故危險(xiǎn)源擴(kuò)散危害的因素

化學(xué)事故危險(xiǎn)源的危害范圍會(huì)受很多因素的影響：

（一）事故發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)

1.事故發(fā)生的時(shí)間

同樣的事故在不同的時(shí)間發(fā)生，所造成的危害是不同的。這是因?yàn)椴煌瑫r(shí)間段人口分布情況、防護(hù)狀況不同；不同時(shí)間大氣垂直穩(wěn)定度也不相同。

2.事故發(fā)生的地點(diǎn)

不同地點(diǎn)的地表性質(zhì)不一樣，如茂密的草地和光禿的耕地，起始大小相同的有毒云團(tuán)傳播的遠(yuǎn)近將有明顯差別；再如城市工業(yè)區(qū)和農(nóng)村平原，相同天氣條件下大氣垂直穩(wěn)定度要相差半級(jí)到一級(jí)，所以大氣湍流的強(qiáng)度不一樣，直接表現(xiàn)就是有害物質(zhì)的濃度在大氣中衰減的速度不同，因而傳播縱深和危害范圍都不相同。

（二）化學(xué)事故的類型和起始參數(shù)

1.事故的類型

不同類型的化學(xué)事故其危害形式不同。例如，超壓爆炸事故在爆炸瞬間形成一個(gè)巨大的有毒云團(tuán)，這種云團(tuán)邊向下風(fēng)向飄移其濃度邊下降，傳播縱深較遠(yuǎn)，所經(jīng)之處均可引起人員中毒；而連續(xù)泄漏事故危害縱深較近，并且在危害縱深內(nèi)毒物濃度基本恒定不變，除非泄漏停止；爆炸燃燒事故則主要以爆炸沖擊波對(duì)建筑、設(shè)備及人員造成機(jī)械損傷，以熱輻射對(duì)人員和器材造成燒傷損傷。所以事故類型不同，不僅危害形式不同，而且危害范圍也相差較大，對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)所造成的損失更不相同。

2.事故的起始參數(shù)

同樣類型的事故起始參數(shù)不同，其危害也大不一樣。根據(jù)事故類型確定有關(guān)事故起始參數(shù)，其中泄漏事故包括泄漏部位、容器壓力、管道直徑，爆炸事故包括爆炸物質(zhì)總量、爆炸瞬間有毒云團(tuán)的起始半徑和起始高度，池火燃燒事故則包括池火半徑和環(huán)境溫度等參數(shù)。以管道斷裂引起的連續(xù)泄漏事故為例，管道直徑和壓力越大，則泄漏速率或源強(qiáng)越大，同樣條件下其危害就越大。

（三）化學(xué)毒物的理化性質(zhì)

能夠引起嚴(yán)重化學(xué)事故的化學(xué)危險(xiǎn)源，主要指常溫常壓下是氣體，或液體但能迅速揮發(fā)，并在大氣中能夠較穩(wěn)定地?cái)U(kuò)散的有毒化學(xué)物質(zhì)。

化學(xué)毒物的理化性質(zhì)如分子量、密度、沸點(diǎn)、揮發(fā)度、飽和蒸氣壓、爆炸極限、液態(tài)毒物的汽化率等都能直接影響化學(xué)危險(xiǎn)源的危害范圍、程度及對(duì)其防護(hù)的難易。例如沸點(diǎn)的高低直接影響毒物的汽化率，只有汽化的部分毒物才能造成大范圍的空氣染毒。相對(duì)密度太小，泄漏介質(zhì)容易對(duì)流至高空；相對(duì)密度太大，又容易沉降至地面，對(duì)云團(tuán)傳播不利，故造成的危害也相對(duì)小。對(duì)于爆炸極限，若爆炸極限較小，通過(guò)泄漏造成空氣染毒后，特別容易引起燃燒爆炸。

（四）化學(xué)毒物的毒性和儲(chǔ)量

化學(xué)事故危害源的化學(xué)毒物毒性越大，危害也就越重；化學(xué)毒物的儲(chǔ)量大，危害也就大。例如：等量的氯氣和氨氣發(fā)生泄漏，氯氣的危害范圍要比氨氣大5～10倍。表2-11列出了常見化學(xué)毒物各種程度的毒害劑量。

（五）氣象條件

氣象條件影響著化學(xué)事故危險(xiǎn)源的危害程度，包括風(fēng)速、風(fēng)向、大氣垂直穩(wěn)定度、氣溫等。

1.風(fēng)速

風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上移動(dòng)的距離，通常用m/s來(lái)表示，在天氣預(yù)報(bào)中用風(fēng)力等級(jí)表示。風(fēng)速指10m高處的平均風(fēng)速，可通過(guò)風(fēng)速儀測(cè)定，亦可根據(jù)風(fēng)力進(jìn)行換算。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可自動(dòng)建立當(dāng)時(shí)氣象條件下的風(fēng)速廓線，并據(jù)此計(jì)算出1m、2m等不同高度上的平均風(fēng)速。

各風(fēng)力等級(jí)（也稱風(fēng)級(jí)）的各種征象和相應(yīng)的風(fēng)速如表2-12所示。

風(fēng)力等級(jí)F與風(fēng)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系是：

V=0.833F1.5　　（2-52）

應(yīng)用中為了方便起見，6級(jí)風(fēng)以下，可用式（2-53）轉(zhuǎn)換：

V=2F-1　　（2-53）

在化學(xué)事故現(xiàn)場(chǎng)，風(fēng)速影響泄漏氣云的擴(kuò)散速度和被空氣稀釋的速度。風(fēng)速越大，大氣湍流越強(qiáng)，空氣的稀釋作用越大，風(fēng)的傳送作用也越大。微風(fēng)條件下，即風(fēng)速為1～5m/s，易使云團(tuán)擴(kuò)散，危害最大；若風(fēng)速增大，則泄漏氣體在地面的濃度降低。

2.風(fēng)向

風(fēng)向指風(fēng)的來(lái)向，采用國(guó)家統(tǒng)一的風(fēng)向劃分，包括東、南、西、北、東北、西北、東南、西南、東東北、北東北、東東南、南西南等16個(gè)方位。

風(fēng)隨時(shí)隨地都在變化，但它有一定的變化規(guī)律。

①風(fēng)速隨高度的變化。近地面（距地面50～100m以內(nèi)），風(fēng)速隨高度增加而加大。風(fēng)速隨高度增高而加大的程度與大氣的穩(wěn)定程度、地面性質(zhì)有關(guān)，描述它們關(guān)系的數(shù)學(xué)公式為風(fēng)速廓線方程。

　　（2-54）

式中，u1為z1高度上的平均風(fēng)速，m/s；u2為z2高度上的平均風(fēng)速，m/s；m為指數(shù)，可由表2-13查出。

由于事故可能發(fā)生在不同高度處，毒氣云團(tuán)有一定的高度，因此要用到不同高度處的風(fēng)速或某一高度內(nèi)的平均風(fēng)速來(lái)估算毒氣云團(tuán)的擴(kuò)散。只要知道10m高的風(fēng)速或2m高的風(fēng)速，就可以計(jì)算出各高度處的風(fēng)速。

②風(fēng)速隨時(shí)間的日變化。風(fēng)在一天內(nèi)往往隨時(shí)間而變化，夜間和傍晚風(fēng)速較小，而中午前后風(fēng)速加大。夜間風(fēng)速較小時(shí)，大氣穩(wěn)定，毒云不易擴(kuò)散，能保持高濃度，因此化學(xué)事故危害更大。

③地形風(fēng)。地形對(duì)風(fēng)產(chǎn)生影響。在山區(qū)有上下坡風(fēng)。晴天白天由于山下溫度高，空氣向山坡上吹，稱為上坡風(fēng)；夜間山上冷，冷空氣向山坡下吹，稱為下坡風(fēng)。因此在有山溝的地方，白天風(fēng)由山溝外吹向山溝內(nèi)，稱為進(jìn)溝風(fēng)；夜間風(fēng)由山溝內(nèi)向山溝外吹，稱為出溝風(fēng)。同樣道理，在大片山區(qū)和平原交界處，白天風(fēng)由平原向山區(qū)吹，稱為谷風(fēng)；夜間風(fēng)由山區(qū)向平原吹，稱為山風(fēng)。

城市和鄉(xiāng)村無(wú)論白天或夜間，總是城市溫度高于鄉(xiāng)村，因此常常是風(fēng)從四面八方吹向城市，稱為鄉(xiāng)村風(fēng)。

在沿海，由于海水一天的溫度日變化很小，而陸地一天的溫度日變化要大得多，因此，白天風(fēng)由海面吹向陸地，稱為海風(fēng)；夜間風(fēng)由陸地吹向海面，稱為陸風(fēng)。

④風(fēng)玫瑰圖。某地區(qū)一定時(shí)間內(nèi)的各種風(fēng)向、風(fēng)速和根據(jù)風(fēng)向、風(fēng)速對(duì)大氣污染綜合影響的資料繪制在方位圖上的圖形，稱為風(fēng)玫瑰圖。風(fēng)玫瑰圖包括風(fēng)向、風(fēng)速玫瑰圖和污染系數(shù)（風(fēng)向風(fēng)速綜合影響）玫瑰圖。為保證居民生命安全和減少或避免工業(yè)企業(yè)有害氣體污染，在城鄉(xiāng)規(guī)劃時(shí)通常要考慮當(dāng)?shù)仫L(fēng)玫瑰圖，化學(xué)救援預(yù)案的制定就要以風(fēng)玫瑰圖為依據(jù)。

風(fēng)玫瑰圖也是表示風(fēng)向頻率分布的一種圖形，各角度即風(fēng)的方位，半徑大小即該風(fēng)向的頻率。

某風(fēng)向頻率是指某一時(shí)刻某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)被各個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的總次數(shù)所除得到的小數(shù)再乘以100%。

風(fēng)的去向就是毒云危害的方向，風(fēng)的去向頻率就是毒云危害方向頻率，以此同樣可以畫出毒云危害方向玫瑰圖。

⑤風(fēng)對(duì)大氣污染物傳播、擴(kuò)散的影響。化學(xué)事故大氣污染物危害方向由平均風(fēng)向決定，傳播軸線就沿著風(fēng)的下風(fēng)方向，但由于風(fēng)向的擺動(dòng)，實(shí)際上形成一個(gè)扇形污染區(qū)。

風(fēng)速大小和風(fēng)向穩(wěn)定性影響污染物在大氣中的擴(kuò)散，風(fēng)速越大，風(fēng)向、風(fēng)速越不穩(wěn)定，大氣湍流越強(qiáng)，污染物在大氣中稀釋擴(kuò)散越快，濃度下降越快，危害縱深越小；當(dāng)風(fēng)速過(guò)小（<1m/s）時(shí)，近地面層風(fēng)向極不穩(wěn)定，此時(shí)污染物易彌漫于事故源周圍，形成近距離的傷害。

應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)化學(xué)突發(fā)事故中污染物泄漏時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，可能遇到風(fēng)向和風(fēng)速的系統(tǒng)改變，污染的方向也會(huì)發(fā)生系統(tǒng)的變化。

3.氣溫

氣溫越高，液體毒物的蒸發(fā)速度越快，汽化率越大，進(jìn)入大氣的毒物量越多，染毒空氣濃度越大，危害范圍也越大；同時(shí)，溫度高時(shí)人員出汗多，著衣少，因而通過(guò)皮膚中毒的可能性也增大。

4.濕度

濕度和降水對(duì)于毒物在大氣中的傳播與危害效應(yīng)也有一定影響，但一般只局限于揮發(fā)度低或者水溶性好、能發(fā)生氣相水解或穩(wěn)定性較差的化學(xué)物質(zhì)，會(huì)使危害縱深相應(yīng)縮短。

以上討論的各種氣象條件對(duì)于有毒云團(tuán)的傳播速度、方向、影響區(qū)域和傳播遠(yuǎn)近都有顯著影響，可分別通過(guò)儀器觀測(cè)或當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站得到。

5.大氣垂直穩(wěn)定度

近地面層大氣的垂直運(yùn)動(dòng)，習(xí)慣上稱作大氣垂直穩(wěn)定度，通俗說(shuō)就是大氣發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)的難易程度。它是對(duì)事故危害有顯著影響的一個(gè)參數(shù)，這是一個(gè)派生的氣象參數(shù)，但是非常重要，可以根據(jù)發(fā)生事故的時(shí)間、地點(diǎn)和風(fēng)速、天空云量等數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)判定，也可以用太陽(yáng)凈輻射儀進(jìn)行觀察判定。

大氣的垂直運(yùn)動(dòng)主要是由于熱力和動(dòng)力因素引起的。

太陽(yáng)照射地面，從日出到日落，一天中照射地面的角度（太陽(yáng)高度角）不同，地面受熱狀況也不同。日出后，太陽(yáng)高度角逐漸升高，地面吸收的熱量逐漸增多，地面溫度逐漸升高，到中午后達(dá)到最大值；以后太陽(yáng)高度角逐漸減小，地面吸收的熱量開始小于放出的熱量，地面溫度逐漸下降；到日落后，太陽(yáng)輻射的熱量更小了，地面不斷放熱使地面溫度直線下降，到第二天日出前達(dá)到最低點(diǎn)。

空氣溫度主要是由于地面熱輻射引起的，因此晴天白天接近地面的空氣層溫度高于上面的空氣溫度，溫度高氣體密度就變小，從而進(jìn)行上升運(yùn)動(dòng)，形成“對(duì)流”；夜間地面溫度降得快，接近地面的空氣溫度低于上面的空氣溫度，下層空氣密度大，上層密度小，形成一種穩(wěn)定狀態(tài)，稱為“逆溫”，空氣很少上下流動(dòng)，不利于污染物的擴(kuò)散，往往造成高濃度；在這兩者之間還有一種過(guò)渡狀態(tài)，稱為“等溫”。

熱力影響，除太陽(yáng)高度角外，還與天空云高、云量和地面性質(zhì)有密切關(guān)系。

（1）大氣層垂直結(jié)構(gòu)　根據(jù)大氣溫度的垂直分布，由地面向外層空間，大氣層依次劃分為對(duì)流層、平流層、中層和暖層。其中，對(duì)流層是最接近地面的一層大氣，其厚度因緯度和季節(jié)不同而有變化，大概在地表以上8～15km的范圍內(nèi)，赤道最高，約15km，南北兩極最低，約8km。對(duì)流層的厚度雖然非常小，但是它的質(zhì)量卻占大氣圈總質(zhì)量的75%，而且全部的水分及云霧雨雪等主要的大氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層。對(duì)流層是對(duì)人類生產(chǎn)和生活影響最大的一層，有害物質(zhì)的遷移、擴(kuò)散、稀釋、轉(zhuǎn)化也主要在這一層進(jìn)行。對(duì)流層自身也分很多層，其中30～50m以下的空氣層叫作近地面空氣層，簡(jiǎn)稱近地面層，我們所指的大氣垂直穩(wěn)定度一般指近地面層的空氣垂直穩(wěn)定度。

（2）大氣垂直穩(wěn)定度分類　衡量大氣垂直穩(wěn)定程度的參數(shù)叫作垂直穩(wěn)定度判據(jù)，包括拉赫特曼穩(wěn)定度判據(jù)、薩頓穩(wěn)定度判據(jù)、風(fēng)速比、風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差、SR數(shù)、溫度梯度、理查遜數(shù)和帕斯奎爾-特納爾穩(wěn)定度數(shù)據(jù)。在化學(xué)事故危害評(píng)估中，對(duì)爆炸體源的計(jì)算采用拉赫特曼穩(wěn)定度判據(jù)，對(duì)其他連續(xù)泄漏源采用帕斯奎爾穩(wěn)定度判據(jù)，兩者之間可相互轉(zhuǎn)換。

拉赫特曼穩(wěn)定度判據(jù)分為對(duì)流、等溫和逆溫三大類。當(dāng)氣溫隨高度增加而降低時(shí)，大氣的密度就隨高度增加而增加，從而引起空氣在垂直方向的流動(dòng)，這時(shí)的穩(wěn)定度稱為“對(duì)流”。當(dāng)氣溫隨高度增加而增加時(shí)，大氣的密度隨高度增加而減少，空氣在垂直方向幾乎不流動(dòng)，稱為“逆溫”。當(dāng)垂直溫度差接近零時(shí)，稱為“等溫”。

帕斯奎爾-特納爾穩(wěn)定度判據(jù)分為六類，具體如表2-14所示。

不管是哪種穩(wěn)定度都可根據(jù)發(fā)生事故的時(shí)間、地點(diǎn)和風(fēng)速、天空云量等數(shù)據(jù)進(jìn)行判定或者計(jì)算。以拉赫特曼穩(wěn)定度判據(jù)為例，各種穩(wěn)定度出現(xiàn)的時(shí)機(jī)如表2-15所示。

（3）大氣垂直穩(wěn)定度對(duì)化學(xué)事故危害的影響　大氣垂直穩(wěn)定度對(duì)化學(xué)事故危害的影響主要表現(xiàn)在對(duì)有毒云團(tuán)傳播的影響上。具體表現(xiàn)為：逆溫時(shí)云團(tuán)緊貼著地面運(yùn)動(dòng)，傳播縱深較遠(yuǎn)；等溫時(shí)云團(tuán)在垂直方向運(yùn)動(dòng)加劇，濃度稀釋較快，縱深相對(duì)較短；而在對(duì)流時(shí)有害物質(zhì)迅速擴(kuò)散到高空，地面濃度很快衰減，很難形成大范圍的傳播擴(kuò)散。此外，地面性質(zhì)對(duì)危害縱深也有顯著影響，尤其是在逆溫時(shí)影響明顯。這是因?yàn)閷?duì)流或等溫條件下云團(tuán)的厚度較大，相比之下矮密植物層的作用可以忽略，而逆溫時(shí)云團(tuán)緊貼著地面運(yùn)動(dòng)，矮密植物層對(duì)云團(tuán)的阻滯和吸附作用就十分明顯了。由于地面凸凹不平，當(dāng)風(fēng)吹過(guò)時(shí)引起亂流，也會(huì)引起大氣污染物的垂直方向輸送，稱為動(dòng)力因素。風(fēng)越大，地面越粗糙，擴(kuò)散越劇烈，因此同樣熱力條件下，城市中的擴(kuò)散強(qiáng)度要比農(nóng)村高。實(shí)際判定穩(wěn)定度時(shí)，要同時(shí)考慮熱力和動(dòng)力因素。

（六）地形、地物

地形、地物主要影響泄漏氣云的擴(kuò)散速度，還會(huì)改變擴(kuò)散方向。如毒氣遇獨(dú)立的低矮房屋時(shí)，可從兩側(cè)或屋頂通過(guò)；如遇連續(xù)排列的建筑物時(shí)，毒氣云團(tuán)可沿街道和里弄空隙通過(guò)；如遇高層建筑物時(shí)，由于兩側(cè)風(fēng)速較大，毒氣云團(tuán)可迅速通過(guò)并擴(kuò)散。如當(dāng)時(shí)垂直穩(wěn)定度處于逆溫或等溫，空氣上下幾乎沒有流動(dòng)或稍有流動(dòng)，則高層建筑的上部和頂部毒氣擴(kuò)散不到，為相對(duì)安全區(qū)，毒氣從高層建筑物的底部?jī)蓚?cè)通過(guò)并擴(kuò)散；而遇低矮建筑或封閉里弄時(shí)，毒氣最易滯留，特別是居民密集的背風(fēng)街道、庭院和通風(fēng)不良的房屋內(nèi)，毒氣亦容易滯留，此時(shí)染毒濃度較高；而且城市的綠化地域也能減緩毒氣傳播速度，毒氣易滯留。這些地域是救援隊(duì)伍不能停留、居民應(yīng)盡快疏散的危險(xiǎn)區(qū)。

（七）居民整體防護(hù)水平和人口密度

1.居民整體防護(hù)水平

居民整體防護(hù)水平取決于以下幾個(gè)方面：①對(duì)化學(xué)事故危害的認(rèn)識(shí)程度；②接受化學(xué)事故應(yīng)急救援訓(xùn)練的程度；③防護(hù)與救援器材的完備程度與熟練使用能力；④身體素質(zhì)狀況。

居民整體防護(hù)水平的高低，具體表現(xiàn)為在發(fā)生事故時(shí)能否很快進(jìn)行正確且有效的自我防護(hù)。根據(jù)突發(fā)事故發(fā)生或嗅到異常氣味后完成正確防護(hù)所需的時(shí)間，可將其劃分為防護(hù)水平優(yōu)良、防護(hù)水平中等、防護(hù)水平一般和防護(hù)水平較差四個(gè)等級(jí)，具體如表2-16所示。

不言而喻，發(fā)生事故后如果大家都能進(jìn)行有效的防護(hù)，那么再大的事故也很難造成人員的中毒身亡。因此，具有一定的逃生知識(shí)，能夠及時(shí)采取一定的防護(hù)措施的人員，能夠避免或減輕化學(xué)毒物的危害，大大降低化學(xué)事故危險(xiǎn)源的危害效應(yīng)。

為提高居民的整體防護(hù)水平，必須開展經(jīng)常性的化學(xué)事故救援訓(xùn)練。

2.人口密度

人口密度主要影響化學(xué)突發(fā)事故引發(fā)的中毒傷亡人數(shù)。同等規(guī)模的事故發(fā)生在渺無(wú)人煙的曠野里和在人海茫茫的繁華都市里，其濃度分布和人員殺傷率差別并不大，因?yàn)檫@與人口密度無(wú)關(guān)，但是中毒傷亡的人數(shù)卻會(huì)千差萬(wàn)別。曠野里可能方圓幾公里內(nèi)看不見幾個(gè)人，所以很大的事故傷亡人數(shù)也很少，但如果是在大城市的繁華地段，每平方千米的人口可能高達(dá)上萬(wàn)人甚至數(shù)萬(wàn)人，有些繁華商業(yè)區(qū)在特定的時(shí)間段人口密度可以高達(dá)10萬(wàn)人/km2。在這種情況下如果發(fā)生事故，中毒傷亡的人數(shù)很可能就是幾十、幾百甚至上千人。因此，相同事故在相同地點(diǎn)、相同條件下發(fā)生，人口密度越大，事故造成的中毒傷亡人數(shù)就越多。

還有一些其他不可預(yù)測(cè)的原因，包括控制事故規(guī)模不再繼續(xù)擴(kuò)大的技術(shù)、應(yīng)急救援器材、應(yīng)急救援專業(yè)隊(duì)伍的建設(shè)情況、應(yīng)急救援預(yù)案的完善程度、事故現(xiàn)場(chǎng)的組織指揮與協(xié)同水平，以及特殊地形和特殊氣象規(guī)律的影響，對(duì)于化學(xué)事故危害都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。