環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)方法修改課件

2008年11月第4章環(huán)境規(guī)劃的技術(shù)方法1、環(huán)境評(píng)價(jià)方法

2、環(huán)境預(yù)測(cè)方法

3、環(huán)境決策方法

教學(xué)內(nèi)容一、社會(huì)發(fā)展預(yù)測(cè)

社會(huì)發(fā)展預(yù)測(cè)重點(diǎn)是人口預(yù)測(cè)，也包括規(guī)劃期內(nèi)區(qū)域內(nèi)的人口總數(shù)、人口密度和人口分布等方面的發(fā)展變化趨勢(shì)，人們的可持續(xù)發(fā)展觀念和環(huán)境意識(shí)等各種社會(huì)意識(shí)的發(fā)展變化，人們的生活水平、居住條件、消費(fèi)傾向和對(duì)環(huán)境污染的承受能力等方面的變化等。人口預(yù)測(cè)是指根據(jù)一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)現(xiàn)有人口狀況及可以預(yù)測(cè)到的未來發(fā)展變化趨勢(shì)，測(cè)算在未來某個(gè)時(shí)間人口的狀況，是環(huán)境規(guī)劃與管理的基本參數(shù)之一。進(jìn)行人口預(yù)測(cè)，主要關(guān)心的是未來的人口總數(shù)。二、經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測(cè)

用水預(yù)測(cè)方法對(duì)一區(qū)域用水總量的供需平衡預(yù)測(cè)，可采用下式：Qt=KtZGDPtZGDPt:規(guī)劃期t年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，萬元/年Kt用水系數(shù)，t/萬元Qt規(guī)劃期t年用水總量，萬t/年生活用水預(yù)測(cè)方法對(duì)于生活用水量，可通過人均生活用水定額來預(yù)測(cè)：Q=N·q·kQ生活用水量；N為規(guī)劃年的人口數(shù)；k為規(guī)劃年用水普及率；q為用水定額，包括城鎮(zhèn)綜合生活用水定額和農(nóng)村生活用水定額。利用萬元工業(yè)增加值用水定額，可對(duì)工業(yè)用水量進(jìn)行預(yù)測(cè)：工業(yè)用水量預(yù)測(cè)方法農(nóng)業(yè)灌溉用：可按作物分別進(jìn)行用水預(yù)測(cè)，然后求其總和，表示如下：環(huán)境預(yù)測(cè)方法環(huán)境預(yù)測(cè)是指在環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)價(jià)和科學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況，對(duì)環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)作出科學(xué)分析和判斷。環(huán)境預(yù)測(cè)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中起到重要作用。污染源預(yù)測(cè)污染源預(yù)測(cè)內(nèi)容包括：污染物排放量預(yù)測(cè)和介質(zhì)排放量預(yù)測(cè)。常用的預(yù)測(cè)方法：時(shí)間統(tǒng)計(jì)模型、彈性系數(shù)模型和投入產(chǎn)出模型。1，時(shí)間統(tǒng)計(jì)模型例4-1：已知某城市1985年－1994年的一組發(fā)生量數(shù)據(jù)如下表：

年份1985198619871988198919901991199219931994SO2量(104t/a)1.0521.0811.1231.1191.1501.2121.2541.3151.4201.440彈性系數(shù)指：污染物(或介質(zhì))的年增長(zhǎng)率與國(guó)民生產(chǎn)總值的年增長(zhǎng)率的比值。污染源預(yù)測(cè)2，彈性系數(shù)模型例4-2根據(jù)某市一組國(guó)民生產(chǎn)總值與COD的排放量數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)10年后的COD總量排放值。已知10年后的國(guó)民生產(chǎn)總值比1995年翻一番。

年份1986198719881989199019911992199319941995億元/a)11.112.513.515.116.417.519.020.322.022.2COD(kt/a)14.915.516.517.218.019.120.1021.1122.1023.3

用于預(yù)測(cè)和模擬大氣質(zhì)量。其基本假設(shè)是：將所研究的空間范圍看成是一個(gè)尺寸固定的“箱子＂，箱子的高度從地面計(jì)算的混合層高度，污染物濃度在箱子內(nèi)處處相等。主要適用于城市家庭爐灶和低矮煙囪分布不均的面源。

h箱式模型LbQK=0,t→∞,

例4-3

已知某工業(yè)基地位于一山谷地區(qū)，計(jì)算的混合高度h=120m,該地區(qū)長(zhǎng)45km，寬5km，上風(fēng)向的風(fēng)速為2m/s，SO2的本地濃度為0。該基地建成后的計(jì)劃燃煤量為7000t/d,煤的含硫量為約3%,SO2的轉(zhuǎn)化率為85%。試用單箱模型估計(jì)該地區(qū)的SO2濃度。高斯擴(kuò)散方式原點(diǎn)：排放點(diǎn)（無界點(diǎn)源或地面源）或高架排放點(diǎn)在地面的投影;X軸：與平均風(fēng)向一致;Y軸：在水平面內(nèi)垂直于X軸，Y軸的正向在X軸的左側(cè)。Z軸：垂直于水平面，向上為正向，坐標(biāo)系即為右手坐標(biāo)系。在這種坐標(biāo)系中，煙流中心或與X軸重合（無界點(diǎn)源），或在XOY面的投影為X軸（高架點(diǎn)源）。下面介紹的模式都是在這種坐標(biāo)系中導(dǎo)出的。高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)（1）污染物在空間中呈正態(tài)分布（高斯分布）；（2）在整個(gè)空間中風(fēng)速是均勻的、穩(wěn)定的；（3）源強(qiáng)是連續(xù)均勻的；（4）在擴(kuò)散過程中污染物質(zhì)量是守恒的。對(duì)后述的模式只要沒有特殊指明，以上四點(diǎn)假設(shè)條件都是遵守的。由這一模式可求出下風(fēng)向任一點(diǎn)的污染物濃度。

當(dāng)有風(fēng)時(shí)（u10≥1.5m/s）連續(xù)點(diǎn)源高斯模式c(x,y,z)——下風(fēng)向某點(diǎn)（x,y,z）處的空氣污染物濃度，mg/m3；x——下風(fēng)向距離，m；y——橫風(fēng)向距離，m；z——距地面高度，m；*Q——?dú)廨d污染物源強(qiáng)，即釋放率，mg/s；*u——排氣筒出口處的平均風(fēng)速，m/s；σy

、σz——分別為水平方向和垂直方向擴(kuò)散參數(shù);*He——有效排放高度，m。地面軸線濃度擴(kuò)散模式

地面濃度以X軸為對(duì)稱，X軸上具有最大值，向兩側(cè)（Y方向）逐漸減小。因此，地面軸線濃度是我們所關(guān)心的。當(dāng)y=0，z＝0時(shí)，由推導(dǎo)得到地面軸線濃度模式：

σy和σz

是距離x的函數(shù)，隨x的增大而增大，通?？杀硎境上铝袃绾瘮?shù)形式：式中γ1、γ2、α1、α2均為常數(shù)。

兩項(xiàng)共同作用的結(jié)果，必然在某一距離x處出現(xiàn)濃度c的最大值!隨x增大而減小，隨x的增大而增大地面最大濃度模式

高斯擴(kuò)散模式中σy、σz的確定（1）有風(fēng)情況下擴(kuò)散參數(shù)σy和σz的確定(u10≥1.5m/s)

采樣時(shí)間＝0.5h時(shí)，擴(kuò)散參數(shù)σy和σz通?？杀硎境上铝袃绾瘮?shù)形式：式中：α1——橫向擴(kuò)散參數(shù)回歸指數(shù)；

α2——鉛直擴(kuò)散參數(shù)回歸指數(shù)；

γ1——橫向擴(kuò)散參數(shù)回歸系數(shù)；

γ2——鉛直擴(kuò)散參數(shù)回歸系數(shù)；

x——

距排氣筒下風(fēng)向水平距離，m；2高架連續(xù)點(diǎn)源高斯方式擴(kuò)散參數(shù)的確定太陽(yáng)高度角

地理緯度，傾角）

輻射等級(jí)穩(wěn)定度

云量

（加地面風(fēng)速）

（取樣時(shí)間0.5小時(shí)）垂向擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表達(dá)式數(shù)據(jù)平原地區(qū)農(nóng)村及城市遠(yuǎn)郊區(qū)的擴(kuò)散參數(shù)選取方法是：A、B、C級(jí)穩(wěn)定度直接由表查算，D、E、F級(jí)穩(wěn)定度則需向不穩(wěn)定方向提半級(jí)后由表查算。工業(yè)區(qū)或城區(qū)中的點(diǎn)源擴(kuò)散參數(shù)選取方法是：A、B級(jí)不提級(jí)，C級(jí)提到B級(jí)，D、E、F級(jí)向不穩(wěn)定方向提一級(jí)，再按表查算。丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市擴(kuò)散參數(shù)選取方法同工業(yè)區(qū)。說明:

如果取樣時(shí)間大于0.5h，則鉛直方向擴(kuò)散參數(shù)不變，橫向擴(kuò)散參數(shù)及稀釋系數(shù)滿足下式：σyτ2——對(duì)應(yīng)取樣時(shí)間為τ2時(shí)的橫向擴(kuò)散系數(shù)，m；σyτ1——取樣時(shí)間為0.5小時(shí)計(jì)算得到的橫向擴(kuò)散系數(shù)，m；

q——時(shí)間稀釋指數(shù)，由下表確定。時(shí)間稀釋指數(shù)qq小風(fēng)（1.5m/s>u10≥0.5m/s）和靜風(fēng)（u10<0.5m/s）擴(kuò)散參數(shù)的系數(shù)γ01、γ02

高斯擴(kuò)散模式中σy、σz的確定（1）有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件下，△H按下述方法計(jì)算。

①當(dāng)煙氣熱釋放率Qh大于或等于2100kJ/s，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值△T大于或等于35K時(shí)，△H采用下式計(jì)算：

△T=Tt-Ta(5-16)

*有效源高的計(jì)算有效源高H等于煙囪實(shí)體高度Hs與煙流抬升高度△H之和：

He=Hs+△H式中：n0——煙氣熱狀況及地表狀況系數(shù)；

n1——煙氣熱釋放率指數(shù)；

n2——排氣筒高度指數(shù)；

*Qh——煙氣熱釋放率，kJ/s；

H——排氣筒距地面幾何高度，m，超過240m取H=240m；

Pa——大氣壓力，hPa；

*Qv——實(shí)際排煙率，m3/s；△T——煙氣出口溫度與環(huán)境溫度差，K；

Tt——煙氣出口溫度，K；

Ta——環(huán)境大氣溫度，K；

*u——排氣筒出口處平均風(fēng)速，m/s。n0、n1、n2的選取

(P120)②當(dāng)1700kJ/s<Qh<2100kJ/s時(shí)，

式中：Vs——排氣筒出口處煙氣排出速度，m/s；

D——排氣筒出口直徑，m；△H2——按式（5-16）計(jì)算；③當(dāng)Qh≤1700kJ/s或者△T<35K時(shí)，

△H=2（1.5VsD+0.01Qh）/u

（5-18）

(5-17)（2）有風(fēng)時(shí)穩(wěn)定條件下△H的計(jì)算式中：dTa/dZ——排氣筒幾何高度以上的大氣溫度梯度，K/m；(5-19)（3）靜風(fēng)和小風(fēng)條件下△H的計(jì)算(5-20)

例4-4

位于平原城區(qū)的某化工廠總廠的二期電站工程，擬建120m高的排氣筒，上出口內(nèi)徑為6m，排煙氣量為54.15Nm3/s,排氣筒出口處的煙氣溫度為130℃，當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)統(tǒng)計(jì)定時(shí)觀測(cè)最近5年平均氣溫為9.2℃

，平均風(fēng)速為3.9m/s。假定氣象臺(tái)址與工廠地面海拔相同，計(jì)算在D級(jí)穩(wěn)定度時(shí)，排氣筒煙氣的抬升高度。（1）連續(xù)線源擴(kuò)散模式：（P113）（2）連續(xù)面源擴(kuò)散模式：（P114）

在高斯模式中，連續(xù)線源等于連續(xù)點(diǎn)源在線源長(zhǎng)度上的積分。直線型線源等簡(jiǎn)單情形，可求出連續(xù)線源濃度的解析公式（線源與風(fēng)向垂直、平行、成一定角度）。

積分法虛點(diǎn)源法（后退點(diǎn)源）非點(diǎn)源大氣污染物擴(kuò)散預(yù)測(cè)(1)小風(fēng)和靜風(fēng)的點(diǎn)源擴(kuò)散模式

(2)顆粒物擴(kuò)散模式

(3)熏煙擴(kuò)散模式特殊情況下大氣污染物預(yù)測(cè)模式(1)小風(fēng)和靜風(fēng)的點(diǎn)源擴(kuò)散模式

以排氣筒地面位置為原點(diǎn)，平均風(fēng)向?yàn)閄軸，地面任一點(diǎn)（x,y）小于24小時(shí)取樣時(shí)間的濃度cL(mg/m3)建議按下式計(jì)算：φ(s)可根據(jù)s由數(shù)學(xué)手冊(cè)查到；γ01為橫向擴(kuò)散系數(shù)回歸系數(shù)；γ02為鉛直擴(kuò)散參數(shù)回歸系數(shù)；

T為擴(kuò)散時(shí)間（s）。

(2)顆粒物擴(kuò)散模式（傾斜煙羽擴(kuò)散模式）式中：α為塵粒子的地面反射系數(shù)；

Vg為塵粒子的沉降速度。

d、ρ分別為塵粒子的直徑和密度；

g為重力加速度，μ為空氣動(dòng)力粘性系數(shù)。

適用于顆粒物粒徑＞15μm的污染物。(3)熏煙擴(kuò)散模式6某建設(shè)項(xiàng)目所處城市工業(yè)區(qū)，太陽(yáng)高度角為35°，總云量為4，低云量為4，距地面10m處10min的平均風(fēng)速為1.0m/s，請(qǐng)根據(jù)查表得到相關(guān)數(shù)據(jù)回答。(1)該建設(shè)項(xiàng)目所在地的大氣穩(wěn)定度為()(2)該建設(shè)項(xiàng)目所在地距地面30m處的平均風(fēng)速為()m/s.7某工廠位于平原地區(qū)，煙囪有效源高為80m，NO2排放量為90kg/h，煙氣脫硫效率為75%，在其SW方向1200m處有一風(fēng)景名勝區(qū)。中性條件下，當(dāng)吹NE風(fēng)時(shí)，煙囪出口處風(fēng)速為6.0m/s，距源1200處0.5h取樣時(shí)間

(1)工廠排放NO2在風(fēng)景名勝區(qū)的濃度貢獻(xiàn)值是()mg/m3。(2)如果在垂直于SW方向距離風(fēng)景名勝區(qū)50m處有一居民點(diǎn)，則工廠排放NO2對(duì)該居民點(diǎn)的濃度貢獻(xiàn)值是()mg/m3

例4-5

在東經(jīng)104°，北緯31°的平原郊區(qū)有一工廠，廠內(nèi)煙囪高Hs=110m,出口直徑2m的排氣筒排出煙氣量Q=400000m3/h，煙氣出口溫度t=150℃，SO2的排放量400kg/h。在1999年7月13日北京時(shí)間13時(shí)觀測(cè)到的氣象狀況為：氣溫35℃

，云量2/2，風(fēng)速3m/s，氣壓100000Pa，試計(jì)算煙囪下風(fēng)向3000m處地面軸線濃度。解:(1)判斷大氣穩(wěn)定度；(2)求解排氣筒有效高度；(3)計(jì)算(4)計(jì)算煙囪下風(fēng)向3000m處的軸線濃度公路可以看作是一無限長(zhǎng)線源。一無限長(zhǎng)線源可看成是由無限多個(gè)點(diǎn)源組成的。線源在某一空間點(diǎn)產(chǎn)生的濃度，相當(dāng)于所有點(diǎn)源(單位長(zhǎng)度線源)在這空間點(diǎn)產(chǎn)生的濃度之和。對(duì)點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式對(duì)變量y積分，可獲得線源擴(kuò)散模式線源擴(kuò)散模型

例4-6

在風(fēng)速為4m/s的某個(gè)下午的陰天，對(duì)一條高速公路的下風(fēng)向300m處總碳?xì)浠衔餄舛茸鲆还烙?jì)。高速公路南北走向，風(fēng)為正西風(fēng)。在運(yùn)輸高峰期間汽車流量為每小時(shí)8000輛，汽車平均速度60Km/h，在平均車速時(shí)，預(yù)計(jì)平均每輛汽車總碳?xì)浠衔锱欧怕蕿?0mg/s。4.2.3水污染預(yù)測(cè)方法包括水污染源預(yù)測(cè)和水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)水質(zhì)相關(guān)方法水質(zhì)模型法河流完全混合模式一維河流水質(zhì)模型BOD-DO耦合模型河流完全混合模式一維河流水質(zhì)模型由下頁(yè)(4-2)得出：

定義：描述一個(gè)空間方向（如X）上存在環(huán)境質(zhì)量變化，即存在污染物濃度梯度模型?！鱴△y△z（4－1）在均勻流場(chǎng)中ux，Dx都看作常數(shù)（4－2）適用于：比較長(zhǎng)而狹窄的河流水質(zhì)模擬。S-P模型

(1925年)

美國(guó)工程師Streeter和Phelps于1925年研究Ohio河水質(zhì)污染與自凈提出的。核心內(nèi)容是建立了耗氧過程（BOD耗氧）與復(fù)氧過程（大氣復(fù)氧）之間的耦合關(guān)系。兩項(xiàng)基本假設(shè):(1)耗氧由BOD衰減引起，溶解氧來源于大氣復(fù)氧；符合一級(jí)反應(yīng)；(2)耗氧與復(fù)氧的反應(yīng)速度定常。S-P模型基本形式：

式中:L—河水中的BOD值，mg/L；D—河水中的虧氧值，mg/L,是飽和溶解氧濃度Cs

(mg/L)與河水中的實(shí)際溶解氧濃度C(mg/L)的差值；kd—河水中BOD衰減(耗氧)速度常數(shù)，1/d；ka—河水中的復(fù)氧速度常數(shù)，1/d；t—河水中的流行時(shí)