環(huán)境影響評價(jià)課件第四章(1)

1、徐鶴 南開大學(xué)南開大學(xué) 戰(zhàn)略環(huán)境評價(jià)研究中心戰(zhàn)略環(huán)境評價(jià)研究中心 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要v第一節(jié)第一節(jié) 大氣污染物的濃度預(yù)測模式大氣污染物的濃度預(yù)測模式 v第二節(jié)第二節(jié) 大氣環(huán)境影響評價(jià)概述大氣環(huán)境影響評價(jià)概述v第三節(jié)第三節(jié) 大氣污染源調(diào)查大氣污染源調(diào)查v第四節(jié)第四節(jié) 污染氣象參數(shù)調(diào)查污染氣象參數(shù)調(diào)查v第五節(jié)第五節(jié) 大氣環(huán)境污染控制管理大氣環(huán)境污染控制管理 第一節(jié)第一節(jié) 大氣污染物的大氣污染物的濃度預(yù)測模式濃度預(yù)測模式 v1點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式 v2點(diǎn)源擴(kuò)散高斯模式中參數(shù)點(diǎn)源擴(kuò)散高斯模式中參數(shù)的選取的選取 v3非點(diǎn)源大氣污染物擴(kuò)散預(yù)非點(diǎn)源大氣污染物擴(kuò)散預(yù)測測 v4特殊情況下大氣

2、污染物預(yù)特殊情況下大氣污染物預(yù)測模式測模式 1 1點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式 11坐標(biāo)系坐標(biāo)系 12高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)高斯模式的四點(diǎn)假設(shè) 13無限空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式無限空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式 14高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式 11坐標(biāo)系坐標(biāo)系 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：平均風(fēng)向?yàn)椋?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， 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。 12高斯模

3、式的四點(diǎn)假設(shè)高斯模式的四點(diǎn)假設(shè) （1）污染物在空間中按高斯分布（正態(tài)分布）； （2）在整個(gè)空間中風(fēng)速是均勻的、穩(wěn)定的、風(fēng)速大于1m/s； （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。 13無限空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式無限空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式 由正態(tài)分布的假設(shè)（由正態(tài)分布的假設(shè)（1），寫出下風(fēng)向任意一點(diǎn)），寫出下風(fēng)向任意一點(diǎn)（x, y, z）污染物平均濃度分布的函數(shù)為：）污染物平均濃度分布的函數(shù)為： 22-bz-ayee)(),(xAzyxC（4-1） 由概率統(tǒng)計(jì)理論可以寫出方差的表達(dá)式由概率統(tǒng)計(jì)理論可以寫出方差的表

4、達(dá)式： 0022CdyCdyyy0022CdzCdzzz（4-2） （4-3） 由假設(shè)（由假設(shè)（4）可寫出：）可寫出： CdydzuQ 上述四個(gè)方程組成一個(gè)方程組，源強(qiáng)上述四個(gè)方程組成一個(gè)方程組，源強(qiáng)Q、平、平均風(fēng)速均風(fēng)速u、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)差y和和z為已知量，濃度為已知量，濃度C、待定、待定函數(shù)函數(shù)A(x)、待定系數(shù)、待定系數(shù)a和和b為未知量，方程組閉合。為未知量，方程組閉合。因此，方程組可求解。因此，方程組可求解。 將式（將式（4-1）依次代入式（）依次代入式（4-2）的兩式中，積分后得到：）的兩式中，積分后得到： 221ya221zb（4-4） 將式（將式（4-1）和式（）和式（4-4）代入

5、式（）代入式（4-3）中，積分后得：）中，積分后得： zyuQxA2)(（4-5） 再將式（再將式（4-4）、（）、（4-5）代入式（）代入式（4-1）中，便）中，便得到無界空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式：得到無界空間連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式： )22(exp2),(2222zyzyzyuQzyxC（4-6） 式中：式中：Q源強(qiáng)，源強(qiáng)，mg/s； u平均風(fēng)速，平均風(fēng)速，m/s； y、z污染物在污染物在y、z方向的標(biāo)準(zhǔn)差，方向的標(biāo)準(zhǔn)差，m。 14高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式 高架連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散問題，必須考慮到地面對擴(kuò)散的影響。根據(jù)前述假設(shè)（4），可以認(rèn)為地面象鏡面那樣，對污染物起著全反射的作用。按

6、照全反射原理，可以用“像源法”來處理這類問題。如圖4-1所示，我們可以把污染物濃度看成是兩部分作用之和。一部分是不存在地面P所具有的污染物濃度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染物濃度。這相當(dāng)于不存在地面時(shí)由位置（O，O，H）的實(shí)源（無限空間連續(xù)點(diǎn)源）和位置在（O，O，-H）的像源（無限空間連續(xù)點(diǎn)源）在P點(diǎn)所造成的污染物濃度之和。 HHHsHs),(zyxCP圖4-1 高架源擴(kuò)散模式推導(dǎo)示意圖 14高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式 （1）高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式的推導(dǎo) （2）地面濃度擴(kuò)散模式 （3）地面軸線濃度擴(kuò)散模式 （4）地面最大濃度（地面軸線最大濃度）模式 （1）高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式的推導(dǎo)：P點(diǎn)在以

7、實(shí)源排放點(diǎn)（有效源高處）為原點(diǎn)的坐標(biāo)系（無限空間）中的鉛直坐標(biāo)（距煙流中心線的鉛直距離）為（z-H）。當(dāng)不考慮地面影響時(shí)，它在P點(diǎn)所造成的污染物濃度按式（4-7）計(jì)算，即為： )2)(2(exp2),(22221zyzyHzyuQzyxC（4-7） ：P點(diǎn)在以像源排放點(diǎn)（負(fù)的有效源高處為原點(diǎn)的坐標(biāo)系（無限空間）中的鉛直坐標(biāo)（距像源產(chǎn)生的煙流中心線的鉛直距離）為（z+H）。它在P點(diǎn)產(chǎn)生的污染物濃度也按式（4-6）計(jì)算，則為： )2)(2(exp2),(22222zyzyHzyuQzyxC（4-8） ，即C=C1+C2 )2)(exp)2)(exp)2exp(2),(222222zzyzyHzHz

8、yuQzyxC(4-9) 式（4-9）為高架連續(xù)點(diǎn)源正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式。由這一模式可求出下風(fēng)向任一點(diǎn)的污染物濃度。 （2）地面濃度擴(kuò)散模式我們時(shí)常關(guān)心的是地面濃度而不是任一點(diǎn)的濃度。地面濃度模式可由式（4-9）在z=0的情況下得到： )2exp()2exp(),(2222zyzyHyuQzyxC（4-10） （3）地面軸線濃度擴(kuò)散模式地面濃度是以X軸為對稱的，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。地面軸線濃度模式可由式（4-10）在y=0情況下得到： )2exp(),(22zzyHuQzyxC（4-11） （4）地面最大濃度 （地面軸線最大濃度）模

9、式 我們知道y、z是距離x的函數(shù)，隨x的增大而增大。在式（4-11）中，Q/(uyz)項(xiàng)隨x增大而減小，而exp(-H2/2z2)項(xiàng)隨x的增大而增大，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。 標(biāo)準(zhǔn)差y和z通常可表示成下列冪函數(shù)形式： 11xy22xz（4-12） 式中1、2、1、2均為常數(shù)， 若把式（4-12）代入式（4-11）中，并對x求導(dǎo)數(shù)，令其等于0，便可求出地面最大濃度Cmax的模式和發(fā)生的距離Xmax的模式： )1 (21exp2)1 (221)(21)1 ()221(212max212121HeuHQC22212112max)1 ()(Hx（4-13）(4-14)

10、當(dāng)12時(shí)，則式（4-13）和（4-14）可簡化為下列公式： 122max2euHQC212max)2(Hx(4-15)（4-16）2 2點(diǎn)源擴(kuò)散高斯模式中參數(shù)的選點(diǎn)源擴(kuò)散高斯模式中參數(shù)的選取取 21 高架點(diǎn)源煙氣出口處的平均風(fēng)速的計(jì)高架點(diǎn)源煙氣出口處的平均風(fēng)速的計(jì)算算 22 高斯擴(kuò)散模式中高斯擴(kuò)散模式中y、z的確定的確定 23 有效源高的計(jì)算有效源高的計(jì)算 21高架點(diǎn)源煙氣出口處的平均風(fēng)速的計(jì)算距地面1.5km高度以下的風(fēng)速可按下式計(jì)算： U2=U1（Z2/Z1）P 式中，U1、U2距地面Z2（m）和Z1（m）高度處10min平均風(fēng)速，m/s；在計(jì)算中，U1通常取距地面10m高度處的平均風(fēng)速。

11、P為風(fēng)速高度指數(shù)，依賴于大氣穩(wěn)定度和地面粗糙度。其取值見表4-1。 表4-1 各種穩(wěn)定度下的風(fēng)速廓線指數(shù)值P 22高斯擴(kuò)散模式中y、z的確定（1）有風(fēng)情況下擴(kuò)散參數(shù)y和z的確定（2）小風(fēng)和靜風(fēng)（u101.5m/s）時(shí) （1）有風(fēng)情況下擴(kuò)散參數(shù)y和z的確定擴(kuò)散參數(shù)y和z通?？杀硎境上铝袃绾瘮?shù)形式： 11xy22xz（4-17)式中：1橫向擴(kuò)散參數(shù)回歸指數(shù)，m； 2鉛直擴(kuò)散參數(shù)回歸指數(shù)，m； 1橫向擴(kuò)散參數(shù)回歸系數(shù)，m； 2鉛直擴(kuò)散參數(shù)回歸系數(shù)，m； 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4-2和表4-3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4-2和表4-3查算。，其擴(kuò)散參

12、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4-2和表4-3查算。，其擴(kuò)散參數(shù)選取方法同工業(yè)區(qū)。 （取樣時(shí)間0.5小時(shí)）表4-2 橫向擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表達(dá)式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（取樣時(shí)間0.5小時(shí)）表4-3 垂向擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表達(dá)式 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： qyy)(1212 式中：y2、y1對應(yīng)取樣時(shí)間為2 1時(shí)的橫向擴(kuò)散系數(shù)，m； q時(shí)間稀釋指數(shù)，由表4-4確定。 表4-4 時(shí)間稀釋指數(shù)q （2）小風(fēng)和靜風(fēng)（u101.5m/s）時(shí)小風(fēng)和靜風(fēng)（u10u100.5m/s）和靜風(fēng)（u100.5m/s）擴(kuò)散參數(shù)的系

13、數(shù)01、02 23 有效源高的計(jì)算1021uHQnHnnh有效源高有效源高H等于煙囪實(shí)體高度等于煙囪實(shí)體高度Hs與煙流抬升高度與煙流抬升高度H之和，即：之和，即： H=Hs+H （4-20） （1）有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件下，）有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件下，H按下述方法計(jì)算。按下述方法計(jì)算。 當(dāng)煙氣熱釋放率當(dāng)煙氣熱釋放率Qh大于或等于大于或等于2100kJ/s，且煙氣溫度與，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值環(huán)境溫度的差值T大于或等于大于或等于35K時(shí)，時(shí)，H采用下式計(jì)算：采用下式計(jì)算： svahTTQPQ35. 0 T=Ts-Ta （4-23） (4-21)(4-22)式中：式中：n0煙氣熱狀況及地表

14、狀況系數(shù)，見表煙氣熱狀況及地表狀況系數(shù)，見表4-6； n1煙氣熱釋放率指數(shù)，見表煙氣熱釋放率指數(shù)，見表4-6； n2排氣筒高度指數(shù)，見表排氣筒高度指數(shù)，見表4-6； Qh煙氣熱釋放率，煙氣熱釋放率，kJ/s； H排氣筒距地面幾何高度，排氣筒距地面幾何高度，m，超過，超過240m取取 H=240m； Pa大氣壓力，大氣壓力，hPa； Qv實(shí)際排煙率，實(shí)際排煙率，m3/s； T煙氣出口溫度與環(huán)境溫度差，煙氣出口溫度與環(huán)境溫度差，K； Ts煙氣出口溫度，煙氣出口溫度，K； Ta環(huán)境大氣溫度，環(huán)境大氣溫度，K； U排氣筒出口處平均風(fēng)速，排氣筒出口處平均風(fēng)速，m/s。 表4-6 n0、n1、n2的選取

15、當(dāng)1700kJ/sQh2100kJ/s時(shí)， 4001700)(121hQHHHHuQuQDVHhhs/)1700(048. 0/)01. 015(21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（4-21）（4-23）計(jì)算； 當(dāng)Qh1700kJ/s或者T35K時(shí)， H=2（1.5VsD+0.01Qh）/u （4-26） (4-24)(4-25)（2）有風(fēng)時(shí)穩(wěn)定條件下）有風(fēng)時(shí)穩(wěn)定條件下H的計(jì)算的計(jì)算 3/13/13/1)0098. 0(udZdTQHah式中：式中：dTa/dZ排氣筒幾何高度以上的大氣溫度梯度，排氣筒幾何高度以上的大氣溫度梯度，K/m； (4-2

16、7)（3）靜風(fēng)和小風(fēng)條件下）靜風(fēng)和小風(fēng)條件下H的計(jì)算的計(jì)算 8/34/1)0098. 0(50. 5dZdTQHah(4-28)3 3非點(diǎn)源大氣污染物擴(kuò)散預(yù)測非點(diǎn)源大氣污染物擴(kuò)散預(yù)測 當(dāng)風(fēng)向與線源垂直時(shí)，主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向?yàn)楫?dāng)風(fēng)向與線源垂直時(shí)，主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向?yàn)閤軸。連軸。連續(xù)排放的無限長線源下風(fēng)向濃度模式為續(xù)排放的無限長線源下風(fēng)向濃度模式為： 222222exp22exp22zzlyzzylHuQdyeHuQCy（1）線源擴(kuò)散模式）線源擴(kuò)散模式 ：（2）面源擴(kuò)散模式：面源擴(kuò)散模式：假設(shè)每一面源單元的排放量都集中到面源單元的形心上。假設(shè)每一面源單元的排放量都集中到面源單元的形心上。每一面源單元，

17、在下風(fēng)向所造成的濃度，可用一虛擬點(diǎn)源每一面源單元，在下風(fēng)向所造成的濃度，可用一虛擬點(diǎn)源在下風(fēng)向造成同樣的濃度所代替。假設(shè)虛擬點(diǎn)源在面源單在下風(fēng)向造成同樣的濃度所代替。假設(shè)虛擬點(diǎn)源在面源單元中心線處產(chǎn)生的煙流寬度（元中心線處產(chǎn)生的煙流寬度（2y0=4.30y）等于面源寬）等于面源寬（W），則有：），則有：3 . 40Wy由由y0和穩(wěn)定度可應(yīng)用帕斯圭爾反求出和穩(wěn)定度可應(yīng)用帕斯圭爾反求出xy0，也可由穩(wěn)定度，也可由穩(wěn)定度和和y0的冪函數(shù)表達(dá)式反求得的冪函數(shù)表達(dá)式反求得xy0。由。由x+xy0求出求出y，由，由x求求出出z，然后代入點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式（地面軸線濃度模式），然后代入點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式（地

18、面軸線濃度模式）可求出下風(fēng)向各面源單元形心處的地面濃度。即：可求出下風(fēng)向各面源單元形心處的地面濃度。即： 222expzzyHuQC式中：H污染源的平均高度，m 。 4特殊情況下大氣污染物預(yù)測模式 (1)小風(fēng)和靜風(fēng)的點(diǎn)源擴(kuò)散模式小風(fēng)和靜風(fēng)的點(diǎn)源擴(kuò)散模式 (2)顆粒物擴(kuò)散模式顆粒物擴(kuò)散模式 (3)熏煙擴(kuò)散模式熏煙擴(kuò)散模式 (1)小風(fēng)和靜風(fēng)的點(diǎn)源擴(kuò)散模式 小風(fēng)指風(fēng)速為小風(fēng)指風(fēng)速為0.5m/su101.5m/s，靜風(fēng)指風(fēng)速為，靜風(fēng)指風(fēng)速為u100.5m/s。以排氣筒地面位置為原點(diǎn)，平均風(fēng)向?yàn)橐耘艢馔驳孛嫖恢脼樵c(diǎn)，平均風(fēng)向?yàn)閄軸，地面任一點(diǎn)（軸，地面任一點(diǎn)（x, y）小于）小于24小時(shí)取樣時(shí)間的濃度小時(shí)取樣時(shí)間的濃度cL(mg/m3)建議按下式計(jì)算：建議按下式計(jì)算： GQyxcL2022/322),()(2202201222eHYX)(212222012se