環(huán)境質(zhì)量評價與系統(tǒng)分析

1、環(huán)境質(zhì)量評價與系統(tǒng)分析環(huán)境質(zhì)量評價與系統(tǒng)分析安徽工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院安徽工業(yè)大學(xué)建工學(xué)院二二四年六月八日四年六月八日大氣環(huán)境質(zhì)量評價及影響預(yù)測 5.1 大氣層和大氣污染5.2 大氣邊界層的溫度場5.3 湍流擴(kuò)散的基本理論5.4 煙氣抬升與地面最大濃度計(jì)算5.5 點(diǎn)源特殊擴(kuò)散模式5.6 非點(diǎn)源擴(kuò)散模式5.7 大氣湍流擴(kuò)散參數(shù)的計(jì)算和測量5.8 大氣環(huán)境影響評價及預(yù)測5.1 大氣層和大氣污染o 1低層大氣的組成低層大氣的組成 o 2.描述大氣的物理量描述大氣的物理量gdzdp)/(02. 33hkmFu pzzuu)(1212包圍地球的整個大氣圈的總體為大氣，大氣在地表的密度在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每升重1.29

2、3克，愈向上愈稀薄。組成：干潔空氣、水汽、污染物氣溫、氣濕、氣壓（大氣壓力的單位有毫米汞柱(mmHg)、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)、巴(bar)、毫巴(mbar)、帕(Pa （N/m2）)； ） 1atm = 76 mmHg = 101325Pa = 101325mbar風(fēng)力計(jì)算風(fēng)速廓線大氣的結(jié)構(gòu)和組成對流層平流層中間層外逸層臭氧熱成層大氣層的結(jié)構(gòu)和組成o 大氣屬于混氣合氣體，氮、氧、氬合占總體積的.，余為氖、氦、氨、氙、氫等微氣量氣體。自千米向上原子氧逐漸增加，直到主要是原子氧的層，再向上為原子氦層（高千米）和氣原子氫層（千米以上）。o 臭氧主要分布在千米之間的氣層氣內(nèi)，特別集中在千米范圍內(nèi)o 大

3、氣按溫度高度的變化，可分為對流層、平流層、中層、熱層及外逸層。1 1對流層；對流層；對流層是指由下墊面算起，到平均高度為12km的一層大氣。對流層的上界高度是隨緯度和季節(jié)而變化的，在熱帶平均為1718km，溫帶平均為10一12km，高緯度和兩極地區(qū)為89km夏季對流層上界高度大于冬季的。對流層具有下述四個主要特點(diǎn)。o (1) 氣溫隨高度的增加而降低，由下墊面至高空每高差109m氣溫約平均降低0.65。1 1對流層；對流層；o (2) 對流層內(nèi)有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動。這主要是由于下墊面受熱不均勻及下墊面物性不同所產(chǎn)生的。一般是低緯度的對流運(yùn)動較強(qiáng)，高緯度地區(qū)的對流運(yùn)動較弱。由于對流運(yùn)動的存在，使高低層

4、之間發(fā)生空氣質(zhì)量交換及熱量交換，大氣趨于均勻。o (3) 對流層的空氣密度最大，雖然該層很薄，但卻集中了全部大氣質(zhì)量的3/4并且?guī)缀跫辛舜髿庵械娜克?；云、霧、雨、雪等大氣現(xiàn)象都發(fā)生在這層。o (4) 氣象要素水平分布不均勻，特別是冷、暖氣團(tuán)的過渡帶，即所謂鋒區(qū)。在這里往往有復(fù)雜的天氣現(xiàn)象發(fā)生，如寒潮、梅雨、暴雨、大風(fēng)、冰雹等。2平流層o 從對流層頂?shù)诫x下墊面55km高度的一層稱為平流層。從對流層頂?shù)?0 -35km這一層，氣溫幾乎不隨高度而變化，故有同溫層同溫層之稱。從這以上到平流層頂，氣溫隨高度升高而上升，形成逆溫層，故有暖層之稱。由于平流層基本是逆溫層，故沒有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動；空氣垂直

5、混合微弱，氣流平穩(wěn)。水汽、塵埃都很少，很少有云出現(xiàn)，大氣透明度良好。對流層和平流層交界處的過渡層稱為對流層頂。它約數(shù)百米到2km厚；最大可達(dá)45km厚。對流層頂?shù)臍鉁卦阢U直方向的分布呈等溫或逆溫型。因此，它的氣溫直減率與對流層的相比發(fā)生了突變，往往利用這一點(diǎn)作為確定對流層頂高度的一種依據(jù)。 3中間層o 從下墊面算起的5585km高度的一層稱為中間層。氣溫隨高度的增高而降低，大約高度每增高1km氣溫降：低1；空氣有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動，垂直混合明顯；故有高空對流層之稱。 4熱成層 5散逸層o 從下墊面算起85800km左右高度的一層稱為熱成層或熱層。氣溫隨高度增高而迅速增高，在300km高度上，氣溫可

6、達(dá)1000以上。該層空氣在強(qiáng)烈的太陽紫外線和宇宙射線作用下，處在高度的電離狀態(tài)，故有電離層之稱。電離層具有反射無線電波的能力。因此它在無線電通訊上有重要意義。o 熱成層頂以上的大氣層，統(tǒng)稱為散逸層。該層氣溫極高，空氣稀薄，大氣粒子運(yùn)動速度很高，常可以擺脫地球引力而散逸到太空中去，故稱散逸層。 5.2 大氣邊界層的溫度場5.2.1 氣溫的垂直分布o(jì) 1. 氣溫層結(jié)氣溫層結(jié)n氣溫沿鉛直高度的變化，稱氣溫層結(jié)或?qū)咏Y(jié)。氣溫隨高度變化快慢這一特征可用氣溫垂直遞減率來表示。氣溫垂直遞減率的數(shù)學(xué)定義式為, - dT/dz；它系指單位(通常取100m) 高差氣溫變化速率的負(fù)值。如果氣溫隨高度增高而降低，為正值

7、，如果氣溫隨高度增高而增高，為負(fù)值。n大氣中的氣溫層結(jié)有四種典型情況，氣溫隨高度的增加而遞減，0，稱為正常分布層結(jié)，或遞減層結(jié)；氣溫隨高度的增加而增加，0，氣塊加速運(yùn)動，大氣不穩(wěn)定；當(dāng)-d0，氣塊減速運(yùn)動，大氣穩(wěn)定；當(dāng)-d=0，大氣為中性。o因此，大氣靜力穩(wěn)定度可以用溫度直減率與干絕熱直減率之差來判斷，即-d大于、小于和等于零為大氣靜力穩(wěn)定度的判據(jù)。o對于和d的物理意義應(yīng)具有較確切認(rèn)識，d是以質(zhì)量衡定的一塊空氣團(tuán)為對象在干絕熱條件下沿垂直上升而導(dǎo)出的氣溫垂直遞減率，是一個由氣態(tài)方程給定的確定值。則是氣溫的環(huán)境層結(jié), 是在太陽、地球的熱量幅射和其他氣象因素作用下形成的實(shí)際環(huán)境狀況。 ) (gaT

8、TTga)(zTTd0zTT0zTgad)(5.2.3 逆溫圖5-4 由于太陽輻射引起逆溫的生消過程。5.3 湍流擴(kuò)散的基本理論o 5.3.1 湍流的基本概念n描述湍流運(yùn)動有兩種方法，一種是歐拉法，它在空間劃出一個控制體為對象，考察流體流經(jīng)它的情形，歐拉法注重于特定時刻整個流場及某定點(diǎn)不同時刻的流體運(yùn)動性質(zhì)。另一種是拉格朗日法，它在流體運(yùn)動時，追隨研究一個典型的流體單元。o 5.3.2 湍流擴(kuò)散理論n湍流擴(kuò)散理論有三種：梯度輸送理論，統(tǒng)計(jì)擴(kuò)散理論和相似擴(kuò)散理論。5.3.3 點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式o坐標(biāo)系坐標(biāo)系o高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)o高斯模式的四點(diǎn)假設(shè)為：(1)污染物在空間 yoz

9、平面中按高斯分布(正態(tài)分布)，在 x方向只考慮遷移，不考慮擴(kuò)散；(2)在整個空間中風(fēng)速是均勻、穩(wěn)定的，風(fēng)速大于lms；(3)源強(qiáng)是連續(xù)均勻的；(4)在擴(kuò)散過程中污染物質(zhì)量是守衡的。o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22)(),(bzayeexAzyxC高斯模式的坐標(biāo)系和基本假設(shè)圖示高架連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式高架連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式 HHsHslPC(x,y,z)像源H)2)(2(exp222221zyzyHzyuQC)2)(2(exp222222zyzyHzyuQC21CCC高斯模式的濃度擴(kuò)散公式匯總地面源 （H=0） 高架源 （H0 ）)22(exp22222zyzyzyuQ)

10、2)(2(exp22222zyzyHzyuQ)22(exp2222zyzyzyuQ2)(exp2)()exp2(exp2222222zzyzyHzHzyuQC)2(exp22yzyyuQ)22(exp2222zyzyHyuQzyuQ)2(exp22zzyHuQ地面軸線上點(diǎn)C(x,0,0)地面點(diǎn)C(x,y,0)半無界(任一點(diǎn))C(x,y,z)無界(任一點(diǎn))C(x,y,z)5.4 煙氣抬升與地面最大濃度計(jì)算o 5.4.1 煙氣抬升高度公式n煙流抬升高度的確定是計(jì)算有效源高的關(guān)鍵。熱煙流從煙囪出口噴出多大體經(jīng)過四個階段：煙流的噴出階段、浮升階段、瓦解階段和變平階段。n產(chǎn)生煙流抬升的原因有兩個:n一是

11、煙囪出口處的煙流具有一定的初始動量，二是由于煙流溫度高于周圍空氣溫度而產(chǎn)生的凈浮力。影響這兩種作用的因素很多，歸結(jié)起來可分為排放因素和氣象因素兩類。n排放因素有煙囪出口的煙流速度、煙氣溫度和煙囪出口內(nèi)徑。氣象因素有平均風(fēng)速、環(huán)境空氣溫度、風(fēng)速垂直切變、湍流強(qiáng)度及大氣穩(wěn)定度。 1. 煙氣的熱釋放率煙氣的熱釋放率選用抬升公式時首先需要考慮煙氣的排放因素，計(jì)算出煙氣的熱釋放率。煙氣的熱釋放率是指單位時間內(nèi)向環(huán)境釋放的熱量，即：這里 T 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)時的體積流量（NM3/s）CP 是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的定壓熱容( =1.298 KJ/度.NM3)。當(dāng)煙氣以實(shí)際出口溫

12、度TsK 時的排煙流量Qv m3/s 表示時，熱釋放率的計(jì)算公式為： NphTQCQvsahQTTPQ5 . 32.霍蘭德霍蘭德 (Holland)公式公式3.布里吉斯（布里吉斯（Briggs）公式）公式1)7 . 25 . 1 (uDTTDVHss1)01. 05 . 1 (uQDVHhs1323133. 0uxQHh1323155. 1uHQHshx10Hs5.4.2 我國煙氣抬升高度的計(jì)算方法排放因素氣象因素Qh kJ/sTK（1.5m/s） （1.5m/s） （0Hsh10002.108810.000212500B0.914370.281846010000.9410150.127190

13、5000.8650140.39635310001.093560.057025500BC0.9193250.2295010000.9410150.11468205000.8750860.31423810001.00770.075718500C0.9242790.177154010000.9175950.1068030.8851570.2321231000CD0.92684908386280.126152020000.886940756410.2356672000100000.81557500.9294810.11072

14、6010000.8262120.104634110000.6320230.4001671000100000.8887230555360.81076310000DE0.9251180.098563101000o.7768640.104634020000.8927940.12430810000.5723470.4001672000100000.4991491.038110000E0.9208180.086001010000.788370.092753010000.8968640.12430810000.5651880.4333841000100000.4147431.73

15、24110000F0.9294810.0553634010000.78440.062077010000.5259690.3700151000100000.8887230.07334810000.3226592.40691100005.8 大氣環(huán)境影響評價及預(yù)測o5.8.1 大氣環(huán)境影響評價n通過建設(shè)項(xiàng)目大氣環(huán)境影響評價，查清建設(shè)項(xiàng)目周圍大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，預(yù)測建設(shè)項(xiàng)目建成后可能對周圍大氣環(huán)境產(chǎn)生的影響，并作出評價。n大氣環(huán)境影響評價是對建設(shè)項(xiàng)目的大氣環(huán)境可行性的論證。它是大氣污染防治設(shè)計(jì)的依據(jù)之一，是環(huán)境管理的依據(jù)。n根據(jù)評價項(xiàng)目的主要污染物排放量、周圍地形的復(fù)雜程度以及當(dāng)?shù)貓?zhí)行的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)

16、準(zhǔn)等因素,將大氣環(huán)境影響評價工作劃分為一、二、三級。n大氣環(huán)境影響評價的技術(shù)工作程序如圖。 o5.8.2 大氣環(huán)境影響算例圖5-12 大氣環(huán)境影響評價技術(shù)工作程序圖污染氣象及大氣擴(kuò)散規(guī)律建設(shè)項(xiàng)目初步工程分析和環(huán)境概況調(diào)查劃分評價級別確定評價范圍編制大氣環(huán)境評價大綱（方案）工程分析：重點(diǎn)是污染調(diào)查、污染因子篩選環(huán)境狀況調(diào)查大氣環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)或環(huán)境目標(biāo)值確定評價 區(qū) 污 染源社會自然城鎮(zhèn)社會結(jié)構(gòu)地 理 、 地形 、 氣 候等大 氣 環(huán)境 質(zhì) 量現(xiàn)狀工業(yè)民用土地利用環(huán)境敏感區(qū)發(fā)展規(guī)劃常規(guī)氣象資料、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計(jì)和分析大 氣 邊界 層 平均 場 觀測湍流擴(kuò)散參數(shù)測量室內(nèi) 模 擬 試驗(yàn)大氣擴(kuò)散模式選

17、擇、計(jì)算參數(shù)確定大氣質(zhì)量影響預(yù)測大氣環(huán)境影響評價環(huán)境對策建議結(jié)論結(jié)束例例5-7 o某地( P=100 kPa)兩工廠煙囪在城市的位置以平面坐標(biāo)表示A(15,15)、B(150,150)（以 m計(jì)），高度分別為100m 和 80m,SO2 排放量分別為180g/s 和130 g/s；TSP 排放量分別為340g/s 和300 g/s；煙氣溫度均為100,當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁囟緸?-10,春秋季節(jié)為 15；其煙氣流量分別為 135 M3/s和 124M3/s。1.分別求兩污染源在風(fēng)速與 X 方向平行，C 穩(wěn)定度和相應(yīng)情況的熱排放率Qh, 危險風(fēng)速, 地面絕對最大濃度值及發(fā)生部位（以平面坐標(biāo)表示）。2.若

18、在接受點(diǎn)C(110,950)，風(fēng)向平行X，地面風(fēng)速2.5 m/s, C 穩(wěn)定度，考慮疊加效果。3.若在接受點(diǎn)C(110,950)，地面風(fēng)速0.8 m/s, 其他條件同上，考慮疊加效果。YXA (15,15)B(150,150)C(110,950)圖圖5-13工廠和測點(diǎn)位置的平面坐標(biāo))/(139341353731103505 . 3skjQTTPQvsah102uHQnHnsnhn1uBH5/25/3292. 0shHQB sHBu/sxxzHHm22/22mzx11xy解：解：（1）求解地面絕對最大濃度；由5-35式計(jì)算污染源熱釋放率，如 A 源冬季有抬升公式5-40式：由表5-4 no =0.292， n1=3/5， n2=2/5；對照公式5-40式 在危險風(fēng)速條件下，有H=Hs；求得危險風(fēng)速由5-51式，地面最大濃度處查表5-10代入5-46,，解出 xm ,并計(jì)算 表表5-12 地面絕對最大濃度的計(jì)算用表 大氣環(huán)境質(zhì)量評價及影響預(yù)測學(xué)習(xí)要點(diǎn)1. 大氣污染與污染源和擴(kuò)散環(huán)境有關(guān)。主要污染物有粉塵、可吸入顆粒物、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等。大氣污染源排放方式有點(diǎn)源、線源和面源三種。2. 了解有關(guān)大氣層的基本物理量、基本結(jié)構(gòu)