Профиль скорости ветра описывается формулой

u = u₁[lg(z/z₀)/lg(z₁/z₀)], (3.134)

где u₁ - скорость ветра на высоте z₁, м/с; z₀ - шероховатость подстилающей поверхности (z₀  0,01 м).

Решение уравнения (3.127) с использованием соотношений (3.133), (3.134) возможно только численным методом. Аналитическое решение может быть получено с помощью упрощенных зависимостей:

u = u₁^.z^; (3.135)

D_x = D₁^.z^; (3.136)

D_y = l₀^.u, (3.137)

где  и  - безразмерные параметры, подобранные из условия наилучшего соответствия фактических и расчетных профилей скорости ветра и коэффициента обмена (обычно   1,   0,15); l₀ - характерный размер, который также подбирается из условия соответствия опытным данным. Значение l₀ составляет 0,1…1 м и зависит от степени устойчивости атмосферы. При неустойчивой стратификации l₀ = 0,5…1 м, при устойчивой стратификации l₀ уменьшается.

3.15. Распространение загрязнений в атмосфере

На рис. 3.17 показана схема распространения загрязненной струи, истекающей из трубы при наличии сносящего ветрового потока. Действие последнего приводит к искривлению струи. На некоторой высоте (Н + Н) влияние сносящего потока становится преобладающим, струя разворачивается, ось ее становится горизонтальной. Факел далее приобретает форму параболоида с вершиной в точке Р, в которой размещают фиктивный источник. Таким образом, реальная картина распространения загрязнений заменяется факелом от фиктивного источника, расположенным на высоте (Н + Н). Вершина параболоида не обязательно располагается над центром трубы, однако возможное смещение не учитывают, полагая, что источник находится в точке P(x = 0, y = 0), z = H + H).

Превышение горизонтальной оси факела над устьем трубы зависит от условий истечения газовоздушной смеси и скорости ветра:

H = 0,75(w₀^.D₀/u)[2,5 + 1,65 g^.D₀^.T/(T^.u²)]. (3.138)

Здесь w₀ - скорость истечения, м/с; D₀ - диаметр устья трубы, м; Т = (Т₀ –Т_ат) - разность температур газовоздушной смеси на выходе из трубы и атмосферного воздуха летом, К.

Факел, расширяясь, достигает земли (точка А), в некоторой точке М(х_M) приземная концентрация достигает максимума С_M, стремясь затем к нулю на удалении (кривая 1).

Условия истечения газовоздушной смеси должны быть такими, чтобы максимальная приземная концентрация не превышала максимальной разовой ПДК.

Значение С_M сложным образом зависит от скорости ветра. При увеличении последней уменьшается Н, то есть факел прижимается к земле, что способствует возрастанию концентраций на ее поверхности. С другой стороны увеличение скорости ветра усиливает процесс рассеивания факела в вертикальном направлении, что приводит к уменьшению концентраций. Существует "опасная" скорость ветра u_M , при которой С_M максимальна.

Выбросы от низких источников попадают в область аэродинамической тени - зоны, возникающей около зданий и сооружений при обтекании их ветром и характеризующейся движением части воздушных потоков по замкнутому контуру, что увеличивает в ней загрязнение. Выше зоны аэродинамической тени создаётся область возмущенного потока (промежуточная зона), для которой характерна повышенная турбулентная диффузия.

Выбросы из промежуточных источников, попадающие в область возмущенных потоков над зоной аэродинамической тени, рассеиваются так же, как от высоких труб. Однако под действием более интенсивной вертикальной диффузии нижняя часть факела может при определенных условиях затягиваться внутрь аэродинамической тени, вызывая её дополнительное загрязнение, так же как и от низких источников.

По мере удаления от низкого источника концентрация примесей в атмосферном воздухе резко снижается.

Промежуточные источники, также как и высокие, создают максимальную приземную концентрацию на расстоянии 10…40 высот трубы и одновременно нижним шлейфом выбрасываемого факела загрязняют зону аэродинамической тени, где могут создаваться высокие концентрации загрязняющих веществ. Наиболее универсальным методом изучения закономерностей распространения примесей в атмосферном воздухе является математическое описание распространения с помощью решения уравнения турбулентной диффузии, которые позволяют вычислить уровень загрязнения в зависимости от характеристики метеорологических условий и режима выброса источника.