大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)下

〔下〕教學(xué)任務(wù)：了解大氣環(huán)境影響推測(cè)的目的、方法及主要內(nèi)容；了解大氣環(huán)境影響推測(cè)中的多源疊加的技術(shù)要求；把握大氣集中根本模式的幾種形式及應(yīng)用條件；把握集中參數(shù)及煙流抬上升度確實(shí)定與地面最大濃度的計(jì)算。一、大氣環(huán)境影響推測(cè)的目的與方法推測(cè)的主要目的是為評(píng)價(jià)供給牢靠和定量的根底數(shù)據(jù)。具體有以下幾點(diǎn)：了解建設(shè)工程建成以后對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量影響的程度和范圍。比較各種建設(shè)方案對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響；給出各類或各個(gè)污染源對(duì)任一點(diǎn)污染物濃度的奉獻(xiàn)〔污染分擔(dān)率〕。優(yōu)化城市或區(qū)域的污染源布局以及對(duì)其實(shí)行總量掌握。影響及消滅的頻率與風(fēng)險(xiǎn)程度，尋求最正確預(yù)防對(duì)策方案。推測(cè)方法大體上可分為閱歷方法和數(shù)學(xué)方法兩大類。閱歷方法主要是在統(tǒng)利用數(shù)學(xué)模式進(jìn)展計(jì)算或模擬。近20年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，數(shù)學(xué)方法應(yīng)用的較為普遍。〔Gauss亦即集中參數(shù)通常用“統(tǒng)計(jì)理論”方法或其他閱歷方法確定。二、大氣環(huán)境影響的推測(cè)內(nèi)容一級(jí)評(píng)價(jià)工程推測(cè)的主要內(nèi)容一次(30min24不利氣條件下，評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的濃度分布圖及其消滅的頻率。不利氣象定度和混合層高度等條件也可稱典型氣象條件)。熏煙狀態(tài)可按一次取樣計(jì)算，其它典型氣象條件可酌情按一次取樣或按日均值計(jì)算。評(píng)價(jià)區(qū)域季(期)、年長(zhǎng)期平均濃度分布圖?？赡馨l(fā)生的非正常排放條件下相應(yīng)于1.1~1.3各項(xiàng)的濃度分布圖。2．二、三級(jí)評(píng)價(jià)工程可只進(jìn)展1.1~1.3所規(guī)定的推測(cè)內(nèi)容。不利氣象條件下，評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的濃度分布圖及其消滅的頻率；評(píng)價(jià)區(qū)域年長(zhǎng)期平均濃度分布圖。內(nèi)容和施工期間的大氣環(huán)境質(zhì)量推測(cè)內(nèi)容。卷和湍流被完全混合至地面。發(fā)生的非正常排放條件下只需模擬一小時(shí)的最大地面落地濃度和位置。三、大氣環(huán)境影響推測(cè)中的多源疊加的技術(shù)要求一級(jí)評(píng)價(jià)工程可按下述規(guī)定執(zhí)行疊加。對(duì)于改擴(kuò)建工程，還應(yīng)計(jì)算現(xiàn)有全部大氣污染源的疊加地面濃度。對(duì)于評(píng)價(jià)區(qū)的其它工業(yè)和民用污染源以及界外區(qū)的高大點(diǎn)源，應(yīng)盡可大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也可將其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為背景值進(jìn)展疊加(對(duì)于改擴(kuò)建工程，背景值可用從評(píng)價(jià)區(qū)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)濃度中減去該工程現(xiàn)狀計(jì)算濃度的方法估量)。二、三級(jí)評(píng)價(jià)工程1.11.2.1.3進(jìn)展疊加；對(duì)于改擴(kuò)建工程，還應(yīng)計(jì)算現(xiàn)有全部大氣污染源的疊加地面濃度；對(duì)背景值對(duì)濃度進(jìn)展疊加處理。)在實(shí)際工作中常常的做法是：工程完成后評(píng)價(jià)區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量；量；他在建、擬建工程和區(qū)域內(nèi)將要淘汰的工程引起的環(huán)境背景濃度的變化。四、大氣集中模型為主。高斯模式是一類簡(jiǎn)潔有用的大氣集中模式。在均勻、定常的湍流大氣中污染集中問題更為有效。點(diǎn)源集中的高斯模式坐標(biāo)系的投影點(diǎn)為原點(diǎn)，平均風(fēng)向?yàn)閤軸，yx軸，y軸的正向x軸的左側(cè)，z軸垂直于水平面，向上為正方向。即為右手坐標(biāo)系。在這種xxox架點(diǎn)源)。高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)為：(1)污染物在空間yoz平面中按高斯分布(正態(tài)分x方向只考慮遷移，不考慮集中；(2)在整個(gè)空間中風(fēng)速是均勻、穩(wěn)定的，風(fēng)速大于lm／s；(3)源強(qiáng)是連續(xù)均勻的；(4)在集中過程中污染物質(zhì)量是守衡的。對(duì)后述的模式只要沒有特別指明，以上四點(diǎn)假設(shè)條件都是遵守的。圖4-3示高斯模式的坐標(biāo)系和根本假設(shè)。4-3高斯模式的坐標(biāo)系和根本假設(shè)4-4連續(xù)點(diǎn)源的集中地面的稱為地面點(diǎn)源，處于高空位置的稱為高架點(diǎn)源。無限空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式oyz布密度函數(shù)的乘積。數(shù)為:〔4-3〕由概率統(tǒng)計(jì)理論可以寫出方差的表達(dá)式：；〔4-4〕〔4〕可寫出：〔4-5〕上述四個(gè)方程，組成一個(gè)方程組，源強(qiáng)Q、平均風(fēng)速u、標(biāo)準(zhǔn)差σ、σ 為已y zCA(x)a和b為未知量。因此，方程組可求解。將式(4-3)依次代入式(4-4)的兩式中，積分后得到：； 〔4-6〕〔4-7〕將式(4-6)和式(4-7)代入式(4-3)中，得無界空間連續(xù)點(diǎn)源高斯模式：〔4-8〕式中σσy

為污染物在yz方向的標(biāo)準(zhǔn)差，為平均風(fēng)速m／s，Q源強(qiáng)。z〔4-8〕式中，集中系數(shù)σ、σ 與大氣穩(wěn)定度和水平距離x有關(guān)，并隨x的y zy＝0，z＝0，A〔x〕＝C〔x，0,0〕，A〔x〕x及σ→∞，max y zC→0，說明污染物以在大氣中得以完全集中。高架連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式，實(shí)際狀況應(yīng)在這兩者之間。1〕高架點(diǎn)源集中模式。點(diǎn)源在地面上的投影點(diǎn)o作為坐標(biāo)原點(diǎn)，有效源位zz＝H。高架有效源的高度由兩局部組成，即H＝h＋Δh，其中h4－54－5k4－5k〔4的疊加。反射濃度可視為由一與實(shí)源對(duì)稱的位于(0，0，－H)的像源〔假想源〕kkk〔4－8〕zH：〔4－9〕〔4－8〕zH：〔4－10〕Cs

Cx

之和即為k點(diǎn)的實(shí)際污染物濃度：〔4－11〕C＝0C〔x，y，z，H〕x〔4－9〕。s2〕地面全部反射時(shí)的地面濃度。面濃度公式：〔4－12〕上式中進(jìn)一步令y＝0則可得到沿x軸線上的濃度分布：〔4－13〕4－64－6yxx離源肯定距離時(shí)的某處，地面軸線上的濃度到達(dá)最大值，以后又漸漸減小。地面最大濃度值Cmax

及其離源的距離xmax

到。令 ，由于σ、σ 均為x的未知函數(shù)，最簡(jiǎn)潔的狀況可假定σ/y z yσ＝常數(shù)，則當(dāng)z〔4－14〕時(shí)，得地面濃度最大值〔4－15〕由式〔4－14〕可以看出，有效源H越高，x處的σ 值越大，而σ∝x，max z z maxC消滅的位置離污染源的距離越遠(yuǎn)。式〔4－15〕說明，地面上最大濃度Cmax maxH一局部區(qū)域的聚積。它們是在 σy/σz＝常數(shù)的假定下得到的，應(yīng)用于小尺度湍流集中更適宜。＝2y z閱歷的方法可得σ＝f〔x〕的具體表達(dá)式，代入〔4－14〕可求出最大濃度點(diǎn)離zx，具體可查閱我國(guó)GB3840—91《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技max術(shù)方法》。地面點(diǎn)源集中H＝0令式〔4－9〕H＝0，即得出地面連續(xù)點(diǎn)源的高斯集中公式:〔4－16〕其濃度是大空間連續(xù)點(diǎn)源集中式〔4－8〕或地面無反射高架點(diǎn)源集中式〔4－9〕yzx〔4－17〕〔4－9〕H＝0〔4－8〕。高斯集中模式的一般適用條件是10km；③集中u＞1～2m/s。因此使用最為普遍?！?－74－7高斯模式的濃度集中公式匯總地面源〔H=0〕 高架源〔H≠0〕無界(任一點(diǎn))

〔4-8〕

〔4-9〕C(x,y,z)半無界(任一點(diǎn))C(x,y,z)地面點(diǎn)C(x,y,0)上點(diǎn)C(x,0,0)

〔4-16〕 〔4-11〕〔4-12〕〔4-17〕 〔4-13〕集中參數(shù)及煙流抬上升度確實(shí)定與地面最大濃度的計(jì)算集中公式的應(yīng)用效果依靠于公式中的各個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確程度尤其是集中參數(shù)σ、σ 及煙流抬上升度Δh的估算。其中，平均風(fēng)速u取多年觀測(cè)的常規(guī)y z氣象數(shù)據(jù)；源強(qiáng)q可以計(jì)算或測(cè)定，而σ、σ 及Δh與氣象條件和地面狀況密y z切相關(guān)。集中參數(shù)σy、σz的估算集中參數(shù)σ、σ 是表示集中范圍及速率大小的特征量，也即正態(tài)分布函數(shù)y z用較多的由是帕斯奎爾(Pasquill)和吉福特(Gifford)提出的集中參數(shù)估算方P－G4－74－8參數(shù)σ具有如下規(guī)律：①σ隨著離源距離增加而增大；②不穩(wěn)定大氣狀態(tài)時(shí)的σ時(shí)，粗糙地面上的σ值大于平坦地面。P－G簡(jiǎn)便有用。但是，P－G應(yīng)用具有肯定的閱歷性和局限性。σ是利用風(fēng)向脈動(dòng)資料和有限的集中觀測(cè)資y料作出的推想估量，σ 是在近距離應(yīng)用了地面源在中性層結(jié)時(shí)的豎直集中理論z系推想結(jié)果。一般，P－G地形。實(shí)踐說明，σ 的近似估量與實(shí)際狀況比較符合，但要對(duì)地面粗糙度和取y樣時(shí)間進(jìn)展修正；σ 的估量值與溫度層結(jié)的關(guān)系很大，適用于近地源的lkm以z內(nèi)的集中。因此，大氣集中參數(shù)的準(zhǔn)確定量描述仍是深入爭(zhēng)論的課題。估算地面最大濃度值Cmax

及其離源的距離xmax

σz4-8xxmax4-7FD、CH圖4－7P-G集中曲線σ 圖4－8P-G集中曲線σy z公式確定集中參數(shù)σ、σ：y z〔4－18〕式中，γ 、α、γ 及α 稱為集中系數(shù)。這些系數(shù)由試驗(yàn)確定，在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)1 1 2 2xGB3840－91煙流抬上升度Δh的計(jì)算源的高度高于煙囪實(shí)際高度。熱煙流從煙囪中噴出直至變平是一個(gè)連續(xù)的漸漸緩變過程一般可分為四個(gè)作用下，煙流連續(xù)集中膨脹并隨風(fēng)飄移的變平階段。4－9煙流抬升過程交換活潑能抑制煙流的抬升，但也能促進(jìn)熱力抬升，這取決于大氣不穩(wěn)定程度；流增加，不利于煙流抬升。煙氣的熱釋放率氣的熱釋放率是指單位時(shí)間內(nèi)向環(huán)境釋放的熱量，即：〔4-19〕ΔT是煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值,QN

是煙氣折合成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的體積流量NM3/s〕CP

是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的定壓熱容(=1.298KJ/度.NM3)。當(dāng)煙氣以實(shí)T゜K時(shí)的排煙流量Qm3/s表示時(shí)，熱釋放率的計(jì)算公式為：s v〔4-20〕這里P——大氣壓力，〔KP〕。a a(Holland)公式30狀況的霍蘭德(Holland)公式如下：1953的公式：；或 〔4-21〕〔4-22〕式中：Q——煙氣熱釋放率，KJ/s；hVs(m/s)；D(m)；T——煙氣出口溫度〔゜K〕s——排氣筒出口處平均風(fēng)速(m/s)10m和風(fēng)速廓線計(jì)算。H再增大ΔH10—20％者都認(rèn)為霍蘭德公式保守，特別對(duì)高煙囪、強(qiáng)熱源計(jì)算結(jié)果偏低。我國(guó)煙氣抬上升度的計(jì)算方法排放因素和氣象因素都會(huì)影響煙氣的抬上升度，我國(guó)在《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)〔HJ/T2.2-93〕環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則--大氣環(huán)境》中，按不同狀況指定選用相應(yīng)的抬升公式。有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件，熱釋放率Qh

2100KJ/s，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值△T35゜K時(shí)，△H承受下式計(jì)算：〔4-23〕式中：4-8；on4-8；1n4-8；2Q——煙氣熱釋放率，KJ/s；hH——排氣筒距地面幾何高度，m，超過240mH=240m；s s——排氣筒出口處平均風(fēng)速(m/s)；無實(shí)測(cè)值時(shí)，用10m處平均風(fēng)速 風(fēng)速廓線計(jì)算?？梢钥闯鲞@一狀況使用的是布里吉斯公式。4-8nnn的選取Q，KJ/shQ，KJ/sh地表狀況〔平原〕non1n2農(nóng)村或城市遠(yuǎn)郊Q≥21000h區(qū)城市及近郊區(qū)2100≤Q＜h農(nóng)村或城市遠(yuǎn)郊21000區(qū)城市及近郊區(qū)且△T≥35K1.4271/32/31.3031/32/30.3323/52/50.2923/52/5有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件，當(dāng)熱釋放率Qh

≤1700kJ/s,或者△T＜35゜K時(shí)，〔4-24〕V——排氣筒出口處煙氣排出速度，m/s；sD——排氣筒出口直徑，m；(m/s)；可以看出這一狀況使用的是霍蘭德公式。有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件，當(dāng)1700＜Q＜2100(KJ/s)時(shí)，h〔4-25〕〔4-26〕排放因素氣象因素Qh△排放因素氣象因素Qh△有風(fēng)，中性和不穩(wěn)定條件有風(fēng),穩(wěn)定小風(fēng)、靜風(fēng)kJ/s T゜〔≥1.5m/s〕〔≥1.5m/s〕〔～在霍蘭德和布里吉斯間修2100正≤～1700霍蘭德模式～ ＜35≥K≥210035布里吉斯模式1700～有風(fēng)、穩(wěn)定條件，按下式計(jì)算煙氣抬上升度△H(m)〔4-27〕式中 是垂直方向氣溫梯度〔゜K/m〕，0.0098〔゜K/m〕是干絕熱直減率γ 的d取值。按下式計(jì)算煙氣抬上升度△H(m)

≥0.5m/s；靜風(fēng) ＜0.5m/s〕〔4-28〕式中符號(hào)同前，但 取值不宜小于0.01K/m。按不同的排放、氣象因素選用抬升公式狀況匯總于表4-9。地面的最大濃度是空中任一點(diǎn)的濃度。地面濃度是以x軸為對(duì)稱的，x軸上具有最大值，向兩側(cè)方向遂漸減小。因此，地面軸線濃度是我們所關(guān)心的。我們知道標(biāo)準(zhǔn)差σ、yσ 反映的是yzxz即σ、σy

x而增大。依據(jù)地面軸線濃度公式：〔4-29〕式中的兩項(xiàng)： 項(xiàng)隨x而減小， 項(xiàng)隨x而增大；兩項(xiàng)共同是以有效源高表現(xiàn)。因此還要考慮氣象因素。給定風(fēng)速條件下地面的最大濃度標(biāo)準(zhǔn)差σ、σy z

通?？杀硎境梢韵聝绾瘮?shù)形式； 〔4-30〕式中γ 1

、α、α2 1

均為常數(shù)。將〔4-30〕代入〔4-13〕，對(duì)x求導(dǎo)，2并令其等于零，便可取得地面最大污染物濃度的模式Cmax

和消滅的位置X。m〔4-31〕〔4-32〕求出地面最大濃度消滅的位置Xm〔4-33〕當(dāng)α＝α1

4-32，4-332〔4-34〕〔4-35〕2．2．24-31增大時(shí)地面最大濃度應(yīng)當(dāng)減小。但另一方面，有效源高H中隱含著，風(fēng)速增大風(fēng)速下定會(huì)消滅地面最大濃度的極大值，并稱其為地面確定最大濃度。將抬升公式寫成以下形式〔4-36〕B為抬升公式中除風(fēng)速以外的一切量。將〔4-36〕代入〔4-34〕，對(duì) 求導(dǎo)，中的極大值：

，則有當(dāng) 時(shí)，Cmax

是全部地面最大濃度〔4-37〕度，而由式(4-37)確定的C，則是全部地面最大濃度中的極大者，即所謂地面absm確定最大濃度。消滅確定最大濃度的風(fēng)速稱為危急風(fēng)速。何高度的兩倍。點(diǎn)源特別集中模式熏煙型集中模式濃度區(qū)。日出以后，太陽輻射漸漸增加，地面漸漸變暖，輻射逆溫從地面開頭破半小時(shí)左右。假設(shè)煙流原來是排入穩(wěn)定層結(jié)的大氣中。當(dāng)貼地逆溫從下而上消逝，漸漸形成混合層〔高度為h〕，這時(shí)的y向集中參數(shù)σf

應(yīng)比穩(wěn)定層結(jié)條件下的σ 要y大。在高度hf按下式計(jì)算：

以下污染物濃度的鉛直分布是均勻的。這一濃度值cf

(mg/m3)可〔4-38〕式中：〔4-39〕式中的積分因子Ф(p)表示煙流向下混合局部的源強(qiáng)占總源強(qiáng)的份額。假設(shè)上面穩(wěn)定的大氣中。這時(shí)地面污染物濃度為：〔4-40〕假設(shè)逆溫破壞高度hf

到達(dá)極大值，可按下式計(jì)算〔4-41〕這時(shí)混合層高度hf

H+σ

(m)y向集中參數(shù)σz

Bierly和Hewson15°4-10于是熏煙集中時(shí)地面上的橫向集中參數(shù)σ 為：yf〔4-42〕4－1015°擴(kuò)張的熏煙估算示意圖小風(fēng)和靜風(fēng)時(shí)的點(diǎn)源集中模式上述各種集中模式適用于有風(fēng)條件下，即風(fēng)速大于1.5m/s的條件。小風(fēng)〔1.5m/s＞u≥0.5m/s〕，和靜風(fēng)〔u＜0.5m/s〕條件下上述各節(jié)的10 10各種模式不再適用。在小風(fēng)〔1.5m/s＞u≥0.5m/s〕和靜風(fēng)〔u＜0.5m/sx10 10軸方向)集中不能無視,必需考慮三個(gè)方向的湍流集中作用。在高斯集中模式中，則必需將σ 考慮在內(nèi)。此時(shí)以排氣筒地面位置為原點(diǎn),平均風(fēng)向?yàn)閤軸，地面x任一點(diǎn)〔x，y〕的濃度C(mg/m3)按下式計(jì)算：L〔4-43〕式中ηG〔4-44〕〔4-45〕〔4-46〕〔4-47〕Φ(s)可依據(jù)S由數(shù)學(xué)手冊(cè)查得,γ

γ01

分別是橫向和鉛直向集中參數(shù)的回歸系數(shù)(σ=σ=γy z

T,σ=γ01 2

T),T為集中時(shí)間(s)。02非點(diǎn)源集中模式連續(xù)線源的集中y固定，具有方向性，假設(shè)取平均風(fēng)向?yàn)閤源的狀況較簡(jiǎn)單，應(yīng)當(dāng)考慮線源與風(fēng)向夾角以及線源的長(zhǎng)度等問題。假設(shè)風(fēng)向和線源的夾角β＞45〔4-48〕當(dāng)β＜45β＝90，可得：〔4-49〕xy到y(tǒng)y＜y1 2 1 2〔4-50〕s＝y(tǒng)/σ，s＝y(tǒng)/σ，積分值可從正態(tài)概率表中查出。1 1 y 2 2 y連續(xù)面源的集中格外繁雜的計(jì)算工作。4－11虛擬點(diǎn)源模型0.5～10km選取。這種方法假設(shè)：①有一距離為x0

的虛擬點(diǎn)源位于面源單元形心的上風(fēng)處，如圖4－11所示，它在面源單元中心線處產(chǎn)生的煙流寬度為2y＝4.3σ，等于0 y0點(diǎn)源集中模式：得：〔4-51〕由確定的大氣穩(wěn)定度級(jí)別和上式求出的 應(yīng)用P－G曲線圖可查取x再o由(x＋x)分布查出σ 和σ，則面源下風(fēng)向任一處的地面濃度由下式確定：0 y z〔4-52〕H，m。z方向上有一虛擬點(diǎn)源，由源的最初垂直分布的標(biāo)準(zhǔn)差確定 ，再由 求出 ，由 求出σ，由z(x＋x)求出σ，最終代入式〔4-52〕求出地面濃度。0 y其次種集中模式假定污染物濃度均勻分布在面源的y物全都均勻分布在長(zhǎng)為π(x＋x)／8的弧上，如圖4-11所示。因此，利用式0〔4-51〕求σ 后，由穩(wěn)定度級(jí)別應(yīng)用P－G曲線圖查出x，再由(x＋x)查出σy 0 0，則面源下風(fēng)向任一點(diǎn)的地面濃度由下式確定：z〔4-53〕長(zhǎng)期平均模式對(duì)于孤立排放源，以排氣筒地面位置為原點(diǎn)，任一風(fēng)向方位i距排氣X(X)(mg/3)建議按下式計(jì)算：i(4-54)(4-54)式中 為有風(fēng)時(shí)風(fēng)向方位、穩(wěn)定度、風(fēng)速聯(lián)合頻率，為對(duì)應(yīng)于該聯(lián)合頻率在下風(fēng)方X點(diǎn)的濃度值， 可按下式計(jì)算：(4-55)Fη16；k、j3(穩(wěn)定、中性、不穩(wěn)定)；如不單獨(dú)考慮靜風(fēng)頻率時(shí)，k3。fLijk

為靜風(fēng)或小同時(shí)，不同風(fēng)方位和穩(wěn)定度的消滅頻率(下標(biāo)k只含有靜風(fēng)和小風(fēng)兩個(gè)風(fēng)速段)。 的計(jì)算方法同c。假設(shè)H較大(＞200m)且得自常規(guī)地面氣L efLijk

不太大(＜20％＝時(shí)，fLijk

可以不單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，此時(shí)，

公式的右側(cè)括號(hào)內(nèi)只包括前一項(xiàng)。(X，Y)的