基于降塵的施工揚塵空間分布規(guī)律研究

基于降塵的施工揚塵空間分布規(guī)律研究

施工清潔是城市大氣可吸收廢物（pm0）的主要來源之一。施工清潔量與施工規(guī)模、施工方法、氣候、地質條件、清潔控制措施等因素有關。施工清潔量屬于典型的無組織排放源，污染過程復雜，排放隨機性高，難以量化。了解施工揚塵空間擴散規(guī)律,對于計算施工揚塵排放量和制定揚塵控制措施具有重要的意義.目前,未見國內外相關報道.本文以北京市2個建筑工地為實驗場地,以降塵(DF)為一次性監(jiān)測指標,經過2a的研究,探索了建筑工地邊界上方和邊界外部的揚塵空間分布規(guī)律.結果表明,建筑工地邊界同一平面坐標上方的施工降塵濃度與高度的2次方成反比,邊界外部同一高度、同一方向的施工降塵濃度與監(jiān)測點距工地中心距離的2次方也成反比關系.1材料和方法1.1集塵缸材質.DF檢測:集塵缸尺寸、降塵采樣與分析均執(zhí)行《環(huán)境空氣-降塵的測定-重量法》(GB/T15265-1994)規(guī)定,集塵缸材質為95號玻璃.1.2測試1.2.1降塵移動穩(wěn)定性測方法本研究選擇降塵而不是通常采用的TSP或PM10作為分析揚塵擴散規(guī)律的檢測指標,其理由主要為:降塵檢測方法簡單、成本較低,不需要電源;降塵在空間遷移時濃度削減速率快,不易受外界揚塵的干擾;降塵連續(xù)采樣,描述了一個長時間的揚塵過程,可以較好地消除因時、空的不確定性造成的取樣誤差;工地邊界的降塵與TSP(PM10)有很好的正相關性.圖1是本研究實驗裝置的示意圖(實際實驗是在不同的2個現場完成的).1.2.2背景降塵監(jiān)測點設置在“西城區(qū)五棟大樓”建筑工地邊界處,設置1.50～4.13m不同高度的集塵缸8個,在附近官園大氣監(jiān)測子站內設置3m高的背景降塵監(jiān)測點1個.9個監(jiān)測點同時取樣分析,每月取樣1次,連續(xù)監(jiān)測1a.1.2.3國家游泳中心旱地的監(jiān)測點設置在國家游泳中心建筑工地東圍檔外沿正東西方向從圍檔邊界開始,每隔15m設置1個共14個3m高集塵缸,在附近的奧體公園監(jiān)測子站內設置3m高的背景降塵監(jiān)測點1個.15個監(jiān)測點同時取樣分析,每月取樣1次,連續(xù)監(jiān)測7個月.國家游泳中心工地東邊為國家體育場工地,實驗期間該實驗點是大范圍長滿蒿草的空曠裸地,人為干擾極小,從而保證了數據的可信度.2結果與分析2.1施工內框架內的沉降和垂直擴散規(guī)律2.1.1擋墻值范圍工地邊界降塵(cDF)垂直擴散監(jiān)測結果見圖2.如圖2所示,由于圍擋的阻攔,工地邊界外部低于圍擋高度范圍(1.5～2.5m)的降塵濃度變化范圍不大;圍擋上部降塵濃度隨高度增加迅速衰減,到達4m處時已經基本接近平衡點.2.1.2垂直擴散方程的回歸圍擋以上高度測定的降塵濃度(cDF)是環(huán)境背景降塵濃度(c0DFDF0)與施工降塵濃度(ΔcDF)(工地自身產生的1次降塵)疊加引起的,且有:ΔcDF=cDF?c0DF(1)ΔcDF=cDF-cDF0(1)從圖3可以看出,圍擋以上ΔcDF與高度的變化符合雙曲線趨勢,按照垂直擴散基本方程公式(2),對監(jiān)測數據進行回歸分析.ΔcDF=M(h+h0)n(2)ΔcDF=Μ(h+h0)n(2)式中,ΔcDF為高于圍擋正上方hm的某一點施工降塵濃度[t·(km2·30d)-1],M為垂直擴散常數(t/30d),h為該點距離圍擋上沿的距離(m),h0為圍擋高度(m),n為擴散指數.對公式(2)兩邊取自然對數,轉換為:ln(ΔcDF)=?n×ln(h+h0)+lnM(3)ln(ΔcDF)=-n×ln(h+h0)+lnΜ(3)將每個月隨高度變化的施工降塵濃度監(jiān)測數據代入公式(3)進行回歸,回歸之后得出的各垂直擴散方程式中的M和n的值,見表1.從表1的數據可以看出,各回歸方程的相關性均較好,因此可以用公式(2)來量化描述施工揚塵的垂直擴散規(guī)律.各回歸方程式中擴散指數n變化不大,最大值為最小值1.9倍,算術平均值為2.09.為了更加直觀地描述施工揚塵垂直分布,可將擴散指數簡化成一個和施工揚塵過程無關的常數,即n=2.各方程式中的垂直擴散常數M相差較大,最大值與最小值相差10倍之多,顯然M與施工揚塵污染強度有關,污染強度越大,M值也越大.因此,建筑工地邊界施工降塵垂直擴散方程式可用下式表示.ΔcDF=M(h+h0)2(4)ΔcDF=Μ(h+h0)2(4)公式(4)還可以表示為:cDF=M(h+h0)2+c0DF(5)cDF=Μ(h+h0)2+cDF0(5)式中,cDF為不同高度對應的邊界降塵測定濃度[t·(km2·30d)-1],c0DFDF0為自然背景點降塵測定濃度[t·(km2·30d)-1].本實驗過程中,該工地經歷了挖槽、結構等不同施工階段,不同月份的施工強度、降雨量等影響揚塵排放的重要因素也相差很大,但是這些差別主要是影響垂直擴散常數M,對擴散指數n影響不大.2.2施工總防塵水平擴散規(guī)律2.2.1地圍擋邊界外延的初始降塵濃度的變化施工降塵水平擴散監(jiān)測結果見圖4.如圖4所示,工地圍擋邊界外延的最初15m內降塵濃度變化不明顯,其原因待于進一步研究;工地15m以外范圍內降塵濃度衰減較快,約在100m處達到平衡點.2.2.2等效逸散初始距離的計算同垂直擴散一樣,圍擋外一定范圍內測定的降塵濃度cDF是環(huán)境背景降塵濃度c0DFDF0與施工降塵濃度ΔcDF疊加引起的,其相互關系也符合公式(1).從圖4可以看出,ΔcDF隨距離(15～100m)變化的趨勢也符合雙曲線的變化關系,為了和垂直擴散方程統(tǒng)一且經過初步回歸分析,水平擴散指數n仍然可以取2,得水平擴散方程式如下:ΔcDF=N(l+l0)2(6)ΔcDF=Ν(l+l0)2(6)式中,ΔcDF為圍擋外某點3m高處的施工降塵量[t·(km2·30d)-1],N為水平擴散常數(t/30d),l為圍擋外降塵監(jiān)測點與圍擋的距離(m),l0為等效逸散初始距離,可以理解為等效揚塵源原點(按點污染源對待)與圍擋的距離(m).對公式(6)兩邊開根號并取倒數,轉換為:1ΔcDF√=l0N√+lN√(7)1ΔcDF=l0Ν+lΝ(7)將ΔcDF每個月隨距離變化的降塵數據代入公式(7)進行回歸,得出不同月份降塵水平擴散方程式中N和l0值,見表2.從表2的數據可以看出,各回歸方程的相關性均較好,因此可以用公式(6)來量化描述施工揚塵的水平擴散規(guī)律.各回歸方程式中等效逸散初始距離l0變化不大,最大值為最小值2.1倍,算術平均值為46.6.本研究中,l0的平均值約為該工地東西方向一半,因此可以認為l0是和工地擴散方向長度有關的參數,工地越大,l0值越大,但對于具體工地來講,l0應該是一個常數.各方程式中的垂直擴散常數N相差較大,最大值與最小值相差30多倍,可見N與施工揚塵污染強度有關,污染強度越大,N值也越大.公式(6)還可以表示為:cDF=N(l+l0)2+c0DF(8)cDF=Ν(l+l0)2+cDF0(8)式中,cDF為圍擋外不同距離處對應的降塵濃度[t·(km2·30d)-1],l0為等效逸散初始距離(m),可取被監(jiān)測工地擴散方向長度的一半,c0DFDF0為自然背景點降塵濃度[t·(km2·30d)-1].同垂直擴散實驗相似,該工地各類影響揚塵排放的重要因素也相差很大,但是這些差別也僅對擴散常數N影響較大,對等效逸散初始距離l0影響不大.通過比較可知,垂直擴散方程與水平擴散方程在形式上非常相近,均符合球面擴散規(guī)律,與文獻介紹的沙塵傳輸方程也有近似之處.3建筑工地邊界外部自然條件條件條(1)建筑工地邊界同一平面坐標上方的施工降