環(huán)境影響評價(周國強)第三章-大氣環(huán)境影響評價

第三章大氣環(huán)境影響評價3.1環(huán)境氣象學(xué)根底；3.2影響大氣污染的主要氣象因子；3.3有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算；3.4大氣擴散參數(shù)確實定；3.5大氣穩(wěn)定度分級方法；3.6排氣筒有效高度計算；3.7排氣筒幾何高度的設(shè)計；3.8其他情況下大氣污染物濃度的估算；3.9評價大氣環(huán)境影響；第三章大氣環(huán)境影響評價本章在介紹大氣環(huán)境影響評價所必須了解的大氣擴散根本概念和根本理論的根底上，重點論述了大氣環(huán)境影響的預(yù)測和評價方法。本章提要3.1環(huán)境氣象學(xué)根底

大氣的組成3.1環(huán)境氣象學(xué)根底

大氣的垂直分布

按大氣熱狀況不同分層

根據(jù)大氣溫度垂直分布和運動的特征，一般將大氣分為對流層、平流層、中間層、暖層、散逸層五層。

按黏性力作用大小分層

根據(jù)空氣運動所受力的作用在垂直分布上的變化，一般將大氣分為地面邊界層、上部摩擦層、自由大氣層三層。

大氣的熱力

太陽輻射是地球和大氣最主要的能量源泉；

太陽輻射通過大氣圈到達地表的過程中，大氣對太陽輻射具有一定的吸收、散射和反射作用，削弱了太陽輻射。3.1環(huán)境氣象學(xué)根底

大氣的運動

地球上的大氣時刻都在不停地運動，風(fēng)就是大氣運動的一種形式。地球上任何一種天氣變化的發(fā)生，都與大氣的運動分不開，都是通過大氣的運動來實現(xiàn)的。

作用于空氣的力氣壓梯度力；重力；摩擦力；柯氏力以及離心力等。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子風(fēng)風(fēng)速與風(fēng)級3.2

影響大氣污染的主要氣象因子風(fēng)向指風(fēng)吹來的方向，一般由16個方位組成，如加上一個靜風(fēng)方位，共17個方位。

風(fēng)向3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

風(fēng)的性質(zhì)〔1〕風(fēng)隨時間的變化對低層大氣來說，風(fēng)的日變化規(guī)律一般是日出以后風(fēng)速逐漸增大，午后風(fēng)速到達最大，夜間風(fēng)速減小，清晨達最小?！?〕風(fēng)隨高度的變化

隨著高度的增加，摩擦力逐漸減小，風(fēng)速逐漸增大?！?〕風(fēng)隨地理環(huán)境的變化

由于地理條件影響而形成的具有地方特點的氣流，其以一天為周期隨晝夜交替發(fā)生變化。例如，在靠近大海的地區(qū)，白天風(fēng)從海上吹向陸地，稱為海風(fēng)；晚上風(fēng)從陸地吹向海面，成為陸風(fēng)。還有山谷風(fēng)、城市熱島環(huán)流等，都是由于地理環(huán)境不同而形成的。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

湍流大氣在短時間內(nèi)不同尺度的無規(guī)那么的流體運動稱為大氣湍流或亂流。其表現(xiàn)形式有落葉隨風(fēng)飄蕩、煙流的擺動等。

湍流和大氣擴散關(guān)系湍渦大氣運動的湍流現(xiàn)象被看成是由大小不同的渦漩構(gòu)成的，這些渦漩稱為湍渦。在實際大氣中，同時存在著各種大小不同的湍渦。擴散過程是各種大小不同的湍渦共同作用完成的。湍流運動的結(jié)果使流體各局部得以充分混合。進人大氣的污染物在湍流的混合作用下逐漸擴散稀釋。這種現(xiàn)象稱為大氣擴散。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子大小不同湍渦對煙團擴散作用

湍流由小湍渦組成，煙團處在比它尺度小的湍渦中。使其隨風(fēng)向下飄動，并與空氣混合二膨脹。湍渦大小與煙團大小相近，煙團被湍渦拉開撕裂而變形。沿下風(fēng)方向橫截面不斷擴大，擴散較快。

湍流由大湍渦組成，煙團處在比它尺度大的湍渦中，這時煙團被湍渦所夾帶，本身增長不大。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

湍流形成的原因

機械或動力因素；機械或動力的作用引起的湍流叫機械湍流，其主要取決于近地面風(fēng)速隨高度的變化和地面粗糙度。例如，當(dāng)空氣流經(jīng)障礙物時，將引起風(fēng)向風(fēng)速的突然改變，產(chǎn)生局地的機械湍流。

熱力因素；熱力形成的湍流稱為熱力湍流，由氣溫的垂直分布所決定。近地層大氣湍流的形成與開展取決于兩種因素:一般情況下大氣湍流的強弱是兩種因素共同作用的結(jié)果。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

大氣溫度層結(jié)及絕熱過程

大氣溫度層結(jié)

大氣溫度層結(jié)指氣溫隨高度的分布。

污染物分布情況

氣溫的垂直分布

大氣的穩(wěn)定程度湍流程度污染物的擴散過程3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

近地面氣溫的垂直分布一般有三種情況:氣溫隨高度遞減；出現(xiàn)于晴朗無風(fēng)的白天；高處不勝寒。氣溫隨高度遞增；出現(xiàn)在晴朗的夜間小風(fēng)時。地面由于不斷向外輻射熱量而沒有補充而冷卻，近地面的空氣也隨之冷卻。由于地面冷卻速度比空氣快，結(jié)果近地層上空空氣反比近地面空氣溫度高。這種氣溫上高低低的現(xiàn)象稱為逆溫。氣溫隨高度根本不變；發(fā)生在陰天大風(fēng)時。陰天地面增熱不明顯，因此對上面氣溫變化影響不大。風(fēng)大時使上下層空氣充分混合，因而氣溫變化不大，這種氣溫上下根本不變的現(xiàn)象稱為等溫。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

絕熱過程

由于空氣導(dǎo)熱率很小，在垂直運動中經(jīng)歷各氣層過程中，空氣塊因膨脹或壓縮引起的溫度變化要比和外界交換熱量引起的溫度變化大得多，所以把空氣塊的垂直運動近似地看做是絕熱過程?！?〕干絕熱變化過程干絕熱變化過程是指干空氣或未飽和的濕空氣塊〔不發(fā)生水相變化〕所進行的絕熱變化過程。〔2〕濕絕熱變化過程飽和的濕空氣塊絕熱上升或下降的過程稱為濕絕熱過程。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

大氣穩(wěn)定度

大氣穩(wěn)定度：整層空氣的穩(wěn)定程度，是大氣對在其中作垂直運動的氣團是加速、遏制還是不影響其運動的一種熱力學(xué)性質(zhì)。確定方法：1.干絕熱法用氣溫的垂直遞減率γ與干絕熱遞減率γd可以比較方便地判斷氣溫的穩(wěn)定度〔靜力穩(wěn)定度〕，如表所示。處于不穩(wěn)定層結(jié)時，促使湍流運動的開展，大氣稀釋能力加強；處于穩(wěn)定層結(jié)時，對湍流起抑制作用，減弱大氣的擴散能力。3.2影響大氣污染的主要氣象因子確定方法：2.濕絕熱變化過程

飽和的濕空氣塊絕熱上升或下降的過程稱為濕絕熱過程。飽和的濕空氣塊絕熱上升時，一方面因絕熱膨脹而降溫，同時由于降溫，使飽和濕空氣呈過飽和狀態(tài)，其中便有水汽凝結(jié)出來，同時釋放凝結(jié)潛熱，加熱氣塊，緩和了氣塊的冷卻速度。當(dāng)飽和濕空氣塊絕熱下降時，由于氣溫逐漸升高，氣塊中一些水滴或冰晶就會被蒸發(fā)或蒸騰變成水汽，使氣塊增溫速度減緩。所以飽和濕空氣塊上升或下降100m時，溫度降低或升高的數(shù)值都要小于1℃。飽和濕空氣塊絕熱上升或下降的遞減率，稱濕絕熱遞減率，以γm表示。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

逆溫

大氣溫度層結(jié)的溫度一般是隨高度增加而降低，但有時常發(fā)生溫度隨高度而增加的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫逆溫，出現(xiàn)逆溫的氣層，叫逆溫層。研究逆溫的目的：由于逆溫層的存在，大氣擴散較難，阻礙了污染物隨著空氣垂直運動的擴展，在特殊的天氣能造成嚴重的污染事件，如霧霾。所以研究逆溫層的形成、高度、厚度，出現(xiàn)和消失的時間，對大氣污染物的擴散有直接關(guān)系。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

形成逆溫最主要的方式:輻射逆溫〔多發(fā)生于冬季〕晴朗無云又有微風(fēng)的夜晚，地面失去保溫條件，因強烈的有效輻射而很快冷卻，接近地面的空氣也隨之降溫，而上層空氣的溫度下降不如近地層空氣快，因此使近地層形成上高低低的接地逆溫層。這種因地面輻射冷卻而形成的氣溫隨高度增加而增加的現(xiàn)象叫輻射逆溫。

低層空氣湍流混合形成的逆溫，稱湍流逆溫。冷暖空氣相遇，熱空氣上升，能空氣下降

湍流逆溫3.2

影響大氣污染的主要氣象因子平流逆溫暖空氣平流到冷的地面或冷的水面上時，與地面或水面接觸的下層空氣因發(fā)生熱傳遞而冷卻，且愈近地面的空氣降溫愈多，而上層空氣受冷卻地外表影響小所以降溫也小，因此產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象稱為平流逆溫。

下沉逆溫

某氣層下沉?xí)r，因氣壓逐漸增大，氣層氣溫將絕熱上升，當(dāng)下沉至某一高度處，頂層溫度將高于底層形成下沉逆溫。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

鋒面逆溫

對流層中，冷暖空氣相遇，暖空氣密度小，爬到冷空氣上面，兩者之間形成了一個傾斜的過渡區(qū)鋒面，在鋒面上如果冷暖空氣的溫度差大時，就可出現(xiàn)逆溫，稱為鋒面逆溫。

實際上，大氣中出現(xiàn)的逆溫可能是由幾種原因共同作用的結(jié)果，必須根據(jù)當(dāng)時具體條件進行分析。3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

云

由大氣中水汽凝結(jié)或凝華而成的水滴、過冷水滴、冰晶或它們混合組成的可見懸浮體稱為云。云的種類與特征3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

氣壓系統(tǒng)

氣壓系統(tǒng)概念3.2

影響大氣污染的主要氣象因子在氣壓系統(tǒng)里風(fēng)的分布有一定形式。在低壓區(qū)里，四周高壓氣團往中心流，因地球自轉(zhuǎn)作用，在北半球向右偏，所以低壓區(qū)風(fēng)反時針方向旋轉(zhuǎn)叫氣旋〔a〕。在高氣壓區(qū)里，風(fēng)順時針方向旋轉(zhuǎn)，且有向外發(fā)散之勢叫反氣旋〔b〕。上下氣壓區(qū)風(fēng)的分布3.2

影響大氣污染的主要氣象因子

當(dāng)?shù)蛪嚎刂茣r，由于有上升運動，云較多，通常風(fēng)速較大，大氣為中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于污染物擴散稀釋。

當(dāng)強高壓控制時，垂直方向上反氣旋中心的空氣大范圍下沉，從地面以上幾百米到上千米的高空形成下沉逆溫層，阻止下層污染物向上擴散，至逆溫層下面形成幾百米厚的污染層。容易造成污染事件。

氣壓系統(tǒng)與大氣污染的關(guān)系3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算在大氣環(huán)境影響評價中，我們需要知道現(xiàn)有污染源及規(guī)劃中新增加或擴建的污染源對大氣中排放的有害物質(zhì)的濃度，在研究大氣污染物濃度這一問題時，人們利用數(shù)學(xué)模式來描述近地面層大氣對排放到其中的污染物重新分布和稀釋的規(guī)律。利用比較接近實際的數(shù)學(xué)模式計算，我們可依靠有限的實測數(shù)據(jù)知道大氣污染物在時間、空間中的分布，從而定量地概括出大氣污染物傳播、分布的全部過程。目前最常用的數(shù)學(xué)模式有高斯擴散模式，帕斯奎爾模式、薩頓模式等。有風(fēng)指距地面10m高處的平均風(fēng)速U10>1.5m/s，小風(fēng)(1.5m/s>U10>0.5m/s)和靜風(fēng)(U10<0.5m/s)等擴散模式。3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算

連續(xù)有風(fēng)點源高斯擴散模式的導(dǎo)出大氣環(huán)境質(zhì)量的高斯模式：〔P71〕假定:〔1〕大氣流動是穩(wěn)定的、有主導(dǎo)方向的;〔2〕大氣中污染物只有物理運動；沒有化學(xué)和生物變化;〔3〕在所要預(yù)測的范圍內(nèi)沒有其他同類污染源和匯。式中

C

—

污染物質(zhì)的平均濃度;

x,

y,z

—

三個方向上的坐標;kx,

ky,kz—

三個方向上的擴散系數(shù);

U

—

常數(shù)

Q

—

連續(xù)點源的源強。3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算

以上就是著名的高斯公式的標準形式。由于公式需要有很多的假定，且未能把許多影響較大的實際情況考慮在內(nèi)，如地面和地形的條件、除風(fēng)速以外的其他氣象條件、污染源的空間位置等等。其在實際應(yīng)用中我們應(yīng)對公式加以修正。3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算高架源“像源法〞示意圖

高斯公式的修正(P72)按全反射的原理，我們認為地面像鏡子那樣，對污染物起著全反射的作用。如左圖所示。我們可以把p點的污染物濃度看成是兩局部作用之和，一局部是不存在地面時p點所具有的污染物濃度；另一局部是由于地面反射作用而增加的污染物濃度?？偽廴疚餄舛扔蓪嵲础?,0,He〕和像源〔0,0,﹣He〕的在p點所造成的污染物濃度之和〔He為排氣筒有效源高〕?！?,0,He〕〔0,0,﹣He〕實源3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算(1)

實源的作用p點在以實源為原點的坐標系中的垂直坐標為〔z－He〕。當(dāng)不考慮地面影響時，它在p點所造成的污染物濃度如下：p點在以像源為原點的坐標系中的垂直坐標為〔z＋He〕。它在P點產(chǎn)生的污染物濃度按下式計算:

(2)

像源的作用3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算

p點的實際污染物濃度為實源和像源作用之和，即C=C1+C2

?！?〕p點的實際污染物濃度3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算

連續(xù)有風(fēng)點源大氣污染物濃度估算公式

(P73)

高架源(H≠0)〔1〕下風(fēng)向空間任一點濃度值的估算〔2〕下風(fēng)向地面上任一點濃度值的估算(x=0)〔3〕下風(fēng)向地面軸線上任一點濃度值的估算(x=0,y=0)3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算(4)

最大地面濃度及其位置估算

1h取樣時間的最大落地濃度Cmax及其出現(xiàn)時的下風(fēng)距離xmax。式中：式中

γ1,γ2,α1,α1

—

大氣擴散參數(shù)σx和σy在不同下風(fēng)距

離x處的經(jīng)驗回歸系數(shù)和經(jīng)驗回歸指數(shù);

x

—下風(fēng)向的距離，m。

煙氣的有效高度He起決定性作用3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算對于較低的排放源如He<50m，具體限值由地面粗糙度、混合層高度等因素決定時一般可直接應(yīng)用上一頁的公式計算。對于高架源He>50m時，當(dāng)超過一定的下風(fēng)距離時，需用像源法對煙羽在混合層頂?shù)姆瓷溥M行修正。修正后污染源下風(fēng)方任一點小于24h取樣時間的污染物地面濃度C可表示為：(P74)式中k—反射次數(shù)，一、二級評價工程中k=4;三級評價項目中k=0；h—混合層厚度，m。3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算拿到書后制作P75—P77頁PPT3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算3.3

有風(fēng)點源大氣污染物濃度的估算3.4大氣擴散參數(shù)確實定

對大氣擴散參數(shù)σ的定性認識

σ值隨下風(fēng)向距離x的增大而增大。

σ值隨水平和鉛直湍流交換的增加而增大，即大氣越不穩(wěn)定。值就越大。

在下風(fēng)距離和穩(wěn)定度相同情況下，σ值隨地面粗糙度的增加而增大。

定性分析，σ是下風(fēng)距離、大氣穩(wěn)定度及地面粗糙度的函數(shù)。3.4大氣擴散參數(shù)確實定

大氣擴散參數(shù)σ的經(jīng)驗確定

(P78)污染物在大氣中的擴散與濃度分布是在湍流作用下形成的，而湍流統(tǒng)計量與采樣時間長短有關(guān)。我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-1996)中的，"1h平均濃度〞對應(yīng)的采樣時間為1h。通常大氣一次采樣時間常取30min，與標準比較，σy和σz可以表示為:兩式中，γ1,γ2,α1,α2

分別為大氣擴散參數(shù)σy和σz在不同下風(fēng)距離x處的經(jīng)驗回歸系數(shù)和經(jīng)驗回歸指數(shù)，其值可從表1和表2中查出。(3.1)(3.2)3.4大氣擴散參數(shù)確實定表1橫向擴散參數(shù)幕函數(shù)表達式數(shù)據(jù)(取樣時間0.5h)3.4大氣擴散參數(shù)確實定表2垂直擴散參數(shù)冪函數(shù)表達式數(shù)據(jù)

(取樣時間0.5h)3.4大氣擴散參數(shù)確實定例3.

在C級大氣穩(wěn)定度條件下，求在高架點源下風(fēng)向800m,1500m處的擴散參數(shù)。解:

(1)下風(fēng)距離800m處的擴散參數(shù)計算

①σy值查C級穩(wěn)定度下風(fēng)距離0~1000m欄將x=800及查得的γ2,和α2值代人式(3.2)得：②σz值查C級穩(wěn)定度下風(fēng)距離＞0m欄將x=800及查得的γ1,和α1值代人式(3.1)得：3.4大氣擴散參數(shù)確實定

(2)下風(fēng)距離1500m處的擴散參數(shù)計算

①σy值查C級穩(wěn)定度下風(fēng)距離大于1000m欄將x=1500及查得的γ2,和α2值代人式(3.2)得：②σz值查C級穩(wěn)定度下風(fēng)距離＞0m欄x=1500及查得的γ1,和α1值代人式(3.1)得：3.4大氣擴散參數(shù)確實定

大氣擴散參數(shù)外場實驗確定方法簡介照像法(光學(xué)廓線法)利用照像方法，將煙云外部廓線間斷地屢次拍攝下來，取其煙云外包絡(luò)線，利用其廓線半寬，確定擴散參數(shù)，同時還能確立煙云抬升高度。此法簡便易行，但一般只能獲得1km內(nèi)的擴散參數(shù)，僅適用于近距離大氣擴散規(guī)律的研究。等容氣球或平衡氣球法(“標記粒子〞軌跡法)利用等容氣球或平衡氣球模擬空氣質(zhì)點的運動，用光學(xué)經(jīng)緯儀測量，獲取大量的拉格朗日統(tǒng)計數(shù)，以此計算其擴散參數(shù)。3.4大氣擴散參數(shù)確實定激光雷達法利用發(fā)射的激光，遇到煙云濃度不一時，那么產(chǎn)生散射光的強弱亦不同，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?，在示波器上顯示出來，根據(jù)波形可以推算出擴散參數(shù)。按照原理，可測距離較遠。但儀器設(shè)備復(fù)雜，資料處理亦困難。示蹤劑濃度測量法利用施放某種濃度的人工源，在下風(fēng)向不同距離不同高度布點采樣，測出其空間濃度分布，可求取其分布規(guī)律，這樣不需要作假定，結(jié)論可靠。示蹤劑選擇原那么是天然本底濃度低，無毒，性能穩(wěn)定，擴散過程中自然消耗小，有檢出方法可循。3.5

大氣穩(wěn)定度分級方法大氣穩(wěn)定度等級確實定大氣穩(wěn)定度等級分為強不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、弱不穩(wěn)定、中性、較穩(wěn)定和穩(wěn)定六級。它們分別表示為A,B,C,D,E,F。確定大氣穩(wěn)定度等級時，首先由云量與太陽高度角按表3查出太陽輻射等級數(shù)，再由太陽輻射等級數(shù)與地面風(fēng)速按表4查找穩(wěn)定度等級?！睵81〕表3

太陽輻射等級數(shù)3.5

大氣穩(wěn)定度分級方法表4大氣穩(wěn)定度的等級3.5

大氣穩(wěn)定度分級方法

太陽高度角的計算(P81-82)太陽高度角h0可按下式計算:式中

ho

—

太陽高度角，deg;

φ

—

當(dāng)?shù)鼐暥龋琩eg;

λ—

當(dāng)?shù)亟?jīng)度，deg;

t

—

進行觀測時的北京時間;

δ—

太陽傾角，deg，可按下式計算，也可由查表5出;

θ

—360dn

/365，deg;

dn

—

一年中日期序數(shù)，0,1,2,……,3643.5

大氣穩(wěn)定度分級方法表5太陽傾角〔赤緯)δ(四年平均值)3.5

大氣穩(wěn)定度分級方法

大氣穩(wěn)定度的提級方法由于我國各地下墊面性質(zhì)的不均,在利用大氣穩(wěn)定度等級查算擴散參數(shù)表3、表4時，需通過提級的方法修正后應(yīng)用。提級方法應(yīng)遵守下述規(guī)定：0.5h取樣時間①平原地區(qū)農(nóng)村及城市遠郊區(qū)的擴散參數(shù)選取方法如下：A,B,C級穩(wěn)定度直接由表3和表4查算，D,E,F級穩(wěn)定度那么需向不穩(wěn)定方向提半級后由表3和表4查算；②工業(yè)區(qū)或城區(qū)中的點源，其擴散參數(shù)選取方法如下：A,B級不提級，C級提到B級，D,E,F級向不穩(wěn)定方向提一級，再按表3和表4查算；③丘陵山區(qū)的農(nóng)村和城市，其擴散參數(shù)選取方法同工業(yè)區(qū)。3.5

大氣穩(wěn)定度分級方法大于0.5h取樣時間垂直方向擴散參數(shù)不變，橫向擴散參數(shù)及稀釋系數(shù)滿足下式:式中

σyτ2,σyτ1

—

取樣時間為τ2,τ1時的橫向擴散系數(shù);

γ1τ2,γ1τ2

—

取樣時間為τ2,τ1

時的橫向擴散參數(shù)回歸系數(shù);

q—

時間稀釋指數(shù)，由表6確定。表6時間稀釋指數(shù)q3.5

大氣穩(wěn)定度分級方法例4某工廠位于城市遠郊區(qū)，其地理緯度為41006'N,121008'E.于2023年12月13日早8時自一高架點源排放大氣污染物，當(dāng)時地面l0m高度處的平均風(fēng)速為6m/s，總云量6，低云量4。問應(yīng)按何種大氣穩(wěn)定度預(yù)測下風(fēng)向的大氣污染物濃度?(P83,了解)解：查表5,

12月13日太陽傾角δ值為﹣23.1，代人公式：3.5

大氣穩(wěn)定度分級方法

根據(jù)h0值查表3，在h0≤15°一列與總云量/低云量5~7≤4一行的交叉處，查到太陽輻射等級為0。再根據(jù)太陽輻射等級數(shù)查表4，在等級數(shù)為0的一列和地面風(fēng)速≥6m/s一行的交叉處，查到大氣穩(wěn)定度等級為D。按城市遠郊區(qū)擴散參數(shù)選取方法D,

E,

F級需向不穩(wěn)定方向提半級的規(guī)定，應(yīng)按C~D級大氣穩(wěn)定度來計算大氣擴散參數(shù)。3.6排氣筒有效高度計算

在實際大氣污染擴散中，煙氣自高架源口一排出并不是立即就在風(fēng)速的作用下按著下風(fēng)向水平方向流動，而是先上升，然后緩慢地趨向大致水平的方向，這時煙氣流動的軸線高度與排氣筒幾何高度H之差為煙氣抬升高度△H。排氣筒有效高度He就是指排氣筒幾何高度與煙氣抬升高度之和，即：由上式可知，要求排氣筒有效高度He，關(guān)鍵取決于煙氣抬升高度△H。

變平階段(擴散階段)互介階段(破裂階段)浮升階段(熱力上升階段)噴出階段(動力上升階段)

煙氣的抬升過程煙氣自煙囪口排出后，在有風(fēng)的情況下，抬升過程內(nèi)部流動相對規(guī)則，輪廓清晰。卷如空氣煙體膨大持續(xù)上升煙團破裂解體，緩慢上升煙氣不再抬升，慢慢擴散消失3.6排氣筒有效高度計算

煙氣出口速度Vs的大小決定著煙氣初始動力的大小。有經(jīng)驗公式認為，在中性穩(wěn)定度下，由動量引起的抬升△H∝

也有人認為Vs

/

U＜1.2時將發(fā)生煙氣下沉。3.6排氣筒有效高度計算

影響煙氣抬升的主要因素

煙氣出口速度

Vs(m/s)

Qh即為煙囪口排出熱量的速率。Qh越高，煙氣抬升的浮力就越大。計算公式為：

煙氣熱釋放率Qh

(kJ/s)3.6排氣筒有效高度計算式中

Pa—

大氣壓力

(hPa)，如無實測值，可取鄰近氣象臺

(站)季或年平均

值;

Qv

—

實際排煙率,m3/s

(圓形煙道Qv

=Vs·πr2;矩形煙

道Qv

==Vs·ab)

△T

—

煙氣出口溫度與環(huán)境大氣溫度差,K,

△T=Ts－Ta;

Ts—

煙氣出口溫度，K;

Ta—

煙氣出口高度處環(huán)境大氣溫度，K;3.6排氣筒有效高度計算

排氣筒出口高度處風(fēng)速U

(m/s)

實驗發(fā)現(xiàn)，排氣筒出口處風(fēng)速U愈大，煙氣抬升高度將愈低。排氣筒出口高度處的風(fēng)速U可由下式計算:式中

U

10

—

地面10m高度處的風(fēng)速

(m/s),即地面氣象

臺(站)測量的風(fēng)速;

p

—

大氣穩(wěn)定度參數(shù)

(可查表得到);

H

—

排氣筒距地面幾何高度，m，超過

240m時，取H=240m；3.6排氣筒有效高度計算

大氣穩(wěn)定度

實驗和理論認為：在不穩(wěn)定條件下，抬升高度比中性條件下抬升高度要高，穩(wěn)定條件下抬升比中性條件下抬升高度要低。一般經(jīng)驗認為，不穩(wěn)定條件下，抬升高度比中性時增加10%~20%，穩(wěn)定條件下比中性時減少20%。

大氣湍流

大氣湍流愈強，抬升高度愈低。這是因為強的湍流抑制了煙氣抬升，湍流夾卷作用加強，使煙氣浮力大大下降。3.6排氣筒有效高度計算煙氣抬升高度△H的經(jīng)驗計算〔P85-87〕(1)有風(fēng)時，中性和不穩(wěn)定條件下，可按下式計算：

①當(dāng)煙氣熱釋放率Qh

≥2100kJ/S，且△T

>

35K時:式中

no

—

煙氣熱狀況及地表狀況系數(shù)，見表7；

n1—

煙氣熱釋放率指數(shù)，見表7；

n2

—

排氣筒高度指數(shù)，見表7；(3.3)3.6排氣筒有效高度計算表7n0、n1、n2的選取3.6排氣筒有效高度計算②

當(dāng)1700

kJ/s

<

Qh

<

2100

kJ/s時:式中

D

—

排氣筒出口內(nèi)徑，m;

△H2

—

按式

(3.3)計算，n0,n1,.n2按表7中Qh值較小

的一類選取。③

當(dāng)Qh

<

l700kJ/s

或△T<

35K時:3.6排氣筒有效高度計算

靜風(fēng)和小風(fēng)

(U10＜1.5m/s)時，△H可按下式計算

有風(fēng)時，穩(wěn)定條件下，△H可按下式計算：式中

—

排氣筒幾何高度以上的大氣溫度梯度，K/m。3.6排氣筒有效高度計算例5在一座城市建一座燃燒爐，其排氣筒高32m，上出口內(nèi)徑為lm，實際排煙率為11.28m/s，排氣筒出口高度處的煙氣溫度為177℃，當(dāng)?shù)貧庀笈_觀測近年來該高度處的平均氣溫為l0℃，地面平均風(fēng)速為4m/s，氣壓為1006hPa，常年大氣穩(wěn)定度為D級，試計算煙氣的抬升高度。解：(1)煙氣熱釋放率Qh的計算:(2)

排氣筒出口高度處風(fēng)速U的計算(3)煙氣抬升高度△H的計算3.7

排氣筒幾何高度的設(shè)計

地面絕對最大濃度和危險風(fēng)速

在進行孤立排氣筒下風(fēng)向最大地面濃度計算時，風(fēng)速U對地面最大濃度Cmax有著雙重的影響?！?〕由地面最大濃度計算式我們可以發(fā)現(xiàn)：隨著風(fēng)速U的增大，Cmax逐漸減小。（2）由以下幾個有風(fēng)時的煙氣抬升高度△H計算式：。3.7

排氣筒幾何高度的設(shè)計通過以上三個公式我們發(fā)現(xiàn)，無論煙氣熱釋放速率Qh和風(fēng)速的增大會使煙氣抬升高度△H減小，而使Cmax增大。比照〔1〕〔2〕這兩種結(jié)果可知，在這完全相反結(jié)果的作用的勢必會有一個風(fēng)速U在某一特定條件下，使得地面出現(xiàn)最大濃度的極大值，這個值稱為地面絕對最大濃度，以Cabsm來表示。出現(xiàn)地面絕對最大濃度時的風(fēng)速稱之為危險風(fēng)速或臨界風(fēng)速，以Ud來表示。3.7

排氣筒幾何高度的設(shè)計

危險風(fēng)速的計算

(P87)

在高架源地面最大濃度計算時，風(fēng)速U是由

計算得來的，所以在計算排氣筒幾何高度處的危險風(fēng)速Ud時，我們只需要球場地面危險風(fēng)速U10d就可以了。式中

B

—

各煙氣抬升公式中除地面測量高度處風(fēng)速U10以外的其他量3.7

排氣筒幾何高度的設(shè)計高架源地面絕對最大濃度值的計算〔P88〕或此處公式的不同是由于在不同煙氣熱釋放速率下代人計算的公式不同造成的〔3.4〕〔3.5〕3.7

排氣筒幾何高度的設(shè)計

排氣筒幾何高度的計算

(P88)排氣筒幾何高度的設(shè)計原那么：1.既要滿足大氣污染的擴散稀釋要求，又要考慮到節(jié)省投資；2.保證地面大氣污染物濃度不超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》規(guī)定的濃度限值。

排氣筒幾何高度H的計算，可根據(jù)式(3.4)、式(3.5)移項整理得：式中

Cb

—《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)定的某污染物的濃

度限值，mg/m3;

C0—

地方環(huán)境中某污染物的本底濃度值，mg/m3;

(Cb一C0

)—Cabsm;〔3.6〕〔3.7〕3.7

排氣筒幾何高度的設(shè)計例6

擬建一電廠，該廠所在城市為二級標準，當(dāng)?shù)豐O2的本底值為04mg/m3，預(yù)計該廠建成后，SO2最大排放量為1500g/s，最大熱排放率為15290

kJ/s,△T>35K。在當(dāng)?shù)厝晔⑿械腄類穩(wěn)定度下，從環(huán)境保護要求出發(fā)，該廠煙囪的設(shè)計高度應(yīng)不低于多少米?3.7

排氣筒幾何高度的設(shè)計3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

多源模式如果需要評價計算多個點源的濃度時，應(yīng)將各個源對接受點濃度的奉獻進行疊加。在評價區(qū)內(nèi)選一原點，以平均風(fēng)的上風(fēng)方為x軸，各個源[坐標為〔xr,yr,0)]對評價區(qū)內(nèi)作任一地面點(x,y)的濃度總奉獻Cn可按下式計算:式中Cr—第r個點源對(x,y,0)點的濃度奉獻，其計算公式可根據(jù)不同條件選用有關(guān)點源模式，但應(yīng)注意坐標變換。3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算小風(fēng)和靜風(fēng)點源擴散模式〔P89〕小風(fēng)和靜風(fēng)擴散模式，是一種簡化的煙團模式，適用于地面10m高處的平均風(fēng)速小于1.5m/s、平坦地形、氣態(tài)污染物的情況，在模擬的單元時間段里風(fēng)向、風(fēng)速、穩(wěn)定度根本不變，污染物通過某種裝置排放。以排氣筒地面位置為原點，平均風(fēng)向為x軸，地面任一點(x,y)污染物濃度CL(mg/ms)可以按想以下公式計算:式中η和G按下式計算:3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算式中

γ1—

擴散參數(shù)

(σx,σy)

的回歸參數(shù)，σx＝σy＝γ1T;

γ1—

擴散參數(shù)

(σz)

的回歸參數(shù)，σy＝γ2T;

T

—

擴散時間，s；

Φ(S)的值可根據(jù)S值由數(shù)學(xué)手冊查得。3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

顆粒物模式

(P90)顆粒物擴散模式也稱為傾斜煙云擴散模式，適用于排氣筒排放的顆粒物粒徑大于15μm的污染物、地面10m高處的平均風(fēng)速大于1.5m/s、平坦地形、在模擬的單元時間段里風(fēng)向、風(fēng)速、穩(wěn)定度根本不變，污染物通過某種裝置排放。顆粒污染物濃度CP(mg/ms)式中

CP

—

地面顆粒污染物濃度，mg/m，

α

—

塵粒子的地面反射系數(shù)，其定值見表8；

υg—塵粒子沉降速度。3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算塵粒子沉降速度計算公式：式中

d

—

塵粒子的直徑，μm;

ρ

—

塵粒子的密度，kg/m3;

g

—

重力加速度，m/sz;

μ

—

空氣動力黏性系數(shù)，kg/m·s。表8地面反射系數(shù)α的值3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

熏煙模式

熏煙污染

日出后，地面受太陽照射增溫，貼地逆溫層自下而上逐漸消失，轉(zhuǎn)變?yōu)橹行曰虿环€(wěn)定層結(jié)，原滯留在逆溫層內(nèi)的污染物向下蔓延，使地面污染物濃度升高的現(xiàn)象。

熏煙模式主要用以計算日出以后，貼地逆溫從下而上消失，逐漸形成混合層

(厚度為hf)

時，原本積聚在這一層的污染物所造成的高濃度污染，這一濃度值Cf(mg/m3)可按下式計算:式中〔3.8〕〔3.9〕〔3.10〕3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

(3.8)式中Φ(p)的表達式及確定方法與Φ(S)相同σy和σz應(yīng)選取逆溫層破壞前穩(wěn)定層結(jié)的數(shù)值。式((3.8)、((3.9)和(3.10)中的hf,

σy和σz都是下風(fēng)距離xf(或時間tf,tf=

xf/U)的函數(shù)，當(dāng)給定zf時，hf應(yīng)由下式確定:式中，A和△hf

按下式計算:3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

Cf

最大值可用迭代法求出，p的初始值可取2.15。Cf

分布值可以xf為自變量，由上述各式解出其所對應(yīng)的p,hf和Cf。一般無特殊要求時，只計算Cf最大值。3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

面源擴散模式

(P91)

對于窄煙云模式、箱模式，當(dāng)面源面積S≤1km2時，面源擴散模式可按點源擴散模式計算，但需對擴散參數(shù)σy和σz進行修正，修正公式分別為:后退點源模式(或稱虛點源模式)；窄煙云模式(或稱ATDL模式)；箱模式等用于計算小面源，其適用條件同點源各種模式，用于較大面源3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算體源擴散模式〔P92〕

體源擴散模式同面源擴散模式，也用后退點源模式(或稱虛點源模式)，其適用條件同點源各種模式，擴散參數(shù)σy和σz的公式分別為:式中

σy,σz—

體源在y和z方向的邊長3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

線源擴散模式

對于線源擴散，通常采用點源求和法求取，把線源化成無限多小點源

(越多越精確)，然后應(yīng)用點源擴散模式進行計算，最后對小點源進行積分。其適用條件同點源各種模式。

設(shè)線源長度為L，源強QL

(表示單位長度的線源在單位時間內(nèi)排放的污染物質(zhì)量)，于是整個線源造成的濃度為:式中

—

一般點源擴散公式3.8

其他情況下大氣污染物濃度的估算

日平均濃度計算

通常采用典型日法，具體步驟是：首先選取典型日，按典型日的逐時氣象條件，求得小時平均濃度，再按選取的氣象觀測次數(shù)n求其平均值，即可得到日平均濃度值。公式如下：式中

—

日平均濃度3.9

評價大氣環(huán)境影響大氣環(huán)境影響評價是在工程分析和影響預(yù)測的根底上，以法規(guī)、標準為依據(jù)，解釋擬建工程引起的預(yù)期變化所造成的重大性環(huán)境改變，同時辨識敏感對象對污染物排放的反響；對于擬建工程的生產(chǎn)工藝、總圖布置和選址方案(通常是在可行性研究報告中提出的)等提出改進意見；提出防止、消除和減少對大氣環(huán)境影響的措施或?qū)Σ叩慕ㄗh；最后做出評價結(jié)論。

評價工作等級的分級根據(jù)評價工程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)行環(huán)境空氣質(zhì)量標準等因素，將大氣環(huán)境影響評價工作劃分為一、二、三級。分級依見下表：3.9

評價大氣環(huán)境影響上表中Pi為等標排放量，它是經(jīng)過對建設(shè)工程的初步工程分析，選擇1~3個主要污染物，由下式計算得到的:式中i—

第i個污染物;

Pi

—

等標排放量，m3/h;

Qi—

單位時間排放量，應(yīng)符合排放標準，t/h;

Coi

—

第i類污染物環(huán)境空氣質(zhì)量標準，mg/m3

。Coi一般選用《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-1996)二級標準1h平均取樣濃度限值，對該標準中未包含的工程，可參照《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(TJ36-79)中的居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高容許濃度的一次濃度限值。3.9

評價大氣環(huán)境影響評價范圍確實定原那么根據(jù)工程的級別確定建設(shè)工程的大氣環(huán)境影響評價范圍，此外還應(yīng)考慮評價區(qū)內(nèi)和評價區(qū)邊界外有關(guān)區(qū)域的地形、地理特征及該區(qū)域內(nèi)是否存在環(huán)保敏感區(qū)。以工程的主要污染源為中心，主導(dǎo)風(fēng)向為主軸的方形或矩形區(qū)域。如無明顯主導(dǎo)風(fēng)向，可取東西向或南北向為主軸。對于一、二、三級評價工程，大氣環(huán)境影響評價范圍的邊長一般分別不應(yīng)小于16~20km,10~14km,4~6km。