内 容 提 要 v第一节 大气污染物的浓度预测模式 v第二节 大气环境影响评价概述 v第三节 大气污染源调查 v第四节 污染气象参数调查 v第五节 大气环境污染控制管理 第一节 大气污染物的 浓度预测模式 v1 点源扩散的高斯模式 v2 点源扩散高斯模式中参数 的选取 v3 非点源大气污染物扩散预 测 v4 特殊情况下大气污染物预 测模式 1 点源扩散的高斯模式 1 1坐标系 1 2高斯模式的四点假设 1 3无限空间连续点源的高斯模式 1 4高架连续点源高斯模式 1 1坐标系 高斯模式的坐标系为 高斯模式的坐标系为 原点 排放点 无界点源或地面源 或高架排放点在地 面的投影 X轴 平均风向为 Y轴 在水平面内垂直于X轴 Y轴的正向在X轴的左侧 Z轴 垂直于水平面 向上为正向 即为右手坐标系 在这种坐标系中 烟流中心或与X轴重合 无界点源 或在XOY面的投影为X轴 高架点源 下面介绍的模式 都是在这种坐标系中导出的 1 2高斯模式的四点假设 1 污染物在空间中按高斯分布 正态 分布 2 在整个空间中风速是均匀的 稳定 的 风速大于1m s 3 源强是连续均匀的 4 在扩散过程中污染物质量是守恒的 对后述的模式只要没有特殊指明 以上四点假设条件都是遵守的 1 3无限空间连续点源的高斯模式 由正态分布的假设 1 写出下风向任意一点 x y z 污染物平均浓度分布的函数为 4 1 由概率统计理论可以写出方差的表达式 4 2 4 3 由假设 4 可写出 上述四个方程组成一个方程组 源强Q 平均 风速u 标准差 y和 z为已知量 浓度C 待定函 数A x 待定系数a和b为未知量 方程组闭合 因此 方程组可求解 将式 4 1 依次代入式 4 2 的两式中 积分后得到 4 4 将式 4 1 和式 4 4 代入式 4 3 中 积分后得 4 5 再将式 4 4 4 5 代入式 4 1 中 便 得到无界空间连续点源的高斯模式 4 6 式中 Q 源强 mg s u 平均风速 m s y z 污染物在y z方向的标准差 m 1 4高架连续点源高斯模式 高架连续点源的扩散问题 必须考虑到地面对 扩散的影响 根据前述假设 4 可以认为 地面象镜面那样 对污染物起着全反射的作用 按照全反射原理 可以用 像源法 来处理这 类问题 如图4 1所示 我们可以把污染物浓度 看成是两部分作用之和 一部分是不存在地面 P所具有的污染物浓度 另一部分是由于地面 反射作用所增加的污染物浓度 这相当于不存 在地面时由位置 O O H 的实源 无限空 间连续点源 和位置在 O O H 的像源 无限空间连续点源 在P点所造成的污染物 浓度之和 图4 1 高架源扩散模式推导示意图 1 4高架连续点源高斯模式 1 高架连续点源高斯模式 的推导 2 地面浓度扩散模式 3 地面轴线浓度扩散模式 4 地面最大浓度 地面轴 线最大浓度 模式 1 高架连续点源高斯模式的推导 实源的作用实源的作用 P点在以实源排放点 有效源高处 为原点的坐标系 无限空间 中的铅直坐标 距烟流 中心线的铅直距离 为 z H 当不考虑地面影响 时 它在P点所造成的污染物浓度按式 4 7 计算 即为 4 7 像源的作用像源的作用 P点在以像源排放点 负的有效源 高处为原点的坐标系 无限空间 中的铅直坐标 距像源产生的烟流中心线的铅直距离 为 z H 它在P点产生的污染物浓度也按式 4 6 计算 则为 4 8 P P点的实际污染物浓度应为实源和像源作用之和点的实际污染物浓度应为实源和像源作用之和 即 C C1 C2 4 9 式 4 9 为高架连续点源正态分布假设下的扩散 模式 由这一模式可求出下风向任一点的污染物浓 度 2 地面浓度扩散模式 我们时常关心的是地面浓度而不是任一点的浓 度 地面浓度模式可由式 4 9 在z 0的情况 下得到 4 10 3 地面轴线浓度扩散模式 地面浓度是以X轴为对称的 X轴上具有最大 值 向两侧 Y方向 逐渐减小 因此 地面 轴线浓度是我们所关心的 地面轴线浓度模式 可由式 4 10 在y 0情况下得到 4 11 4 地面最大浓度 地面轴线最大浓度 模式 我们知道 y z是距离x的函数 随x的增大而增 大 在式 4 11 中 Q u y z 项随x增大而减小 而exp H2 2 z2 项随x的增大而增大 两项共同作用的 结果 必然在某一距离x处出现浓度C的最大值 标准差 y和 z通常可表示成下列幂函数形式 4 12 式中 1 2 1 2均为常数 若把式 4 12 代入式 4 11 中 并对x求导 数 令其等于0 便可求出地面最大浓度Cmax的模式 和发生的距离Xmax的模式 4 13 4 14 当 1 2时 则式 4 13 和 4 14 可简化为 下列公式 4 15 4 16 2 点源扩散高斯模式中参数的选 取 2 1 高架点源烟气出口处的平均风速的计 算 2 2 高斯扩散模式中 y z的确定 2 3 有效源高的计算 2 1高架点源烟气出口处的平均风速的计算 距地面1 5km高度以下的风速可按下式计算 U2 U1 Z2 Z1 P 式中 U1 U2 距地面Z2 m 和Z1 m 高度处10min 平均风速 m s 在计算中 U1通常取距地面10m高度处的平 均风速 P为风速高度指数 依赖于大气稳定度和地面粗糙度 其取值 见表4 1 表4 1 各种稳定度下的风速廓线指数值P 2 2高斯扩散模式中 y z的确定 1 有风情况下扩散参数 y和 z的确定 2 小风和静风 u10 1 5m s 时 1 有风情况下扩散参数 y和 z的确定 扩散参数 y和 z通常可表示成下列幂函数形式 4 17 式中 1 横向扩散参数回归指数 m 2 铅直扩散参数回归指数 m 1 横向扩散参数回归系数 m 2 铅直扩散参数回归系数 m 平原地区农村及城市远郊区平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法 是 A B C级稳定度直接由表4 2和表4 3查算 D E F级稳定度则需向不稳定方向提半级后 由表4 2和表4 3查算 工业区或城区中的点源工业区或城区中的点源 其扩散参数选取方法是 A B级不提级 C级提到B级 D E F级向不 稳定方向提一级 再按表4 2和表4 3查算 丘陵山区的农村或城市丘陵山区的农村或城市 其扩散参数选取方法同 工业区 取样时间0 5小时 表4 2 横向扩散参数幂函数表达式数据 数据 取样时间0 5小时 表4 3 垂向扩散参数幂函数表达式 如果取样时间大于0 5h 则铅直方向扩散参数不变 横向扩散参数及稀释系数满足下式 式中 y 2 y 1 对应取样时间为 2 1时的横向扩散系数 m q 时间稀释指数 由表4 4确定 表4 4 时间稀释指数q 2 小风和静风 u10 1 5m s 时 小风和静风 u10u10 0 5m s 和静风 u10 0 5m s 扩散参数的系数 01 02 2 3 有效源高的计算 有效源高H等于烟囱实体高度Hs与烟流抬升高度 H之和 即 H Hs H 4 20 1 有风时 中性和不稳定条件下 H按下述方法计算 当烟气热释放率Qh大于或等于2100kJ s 且烟气温度与 环境温度的差值 T大于或等于35K时 H采用下式计算 T Ts Ta 4 23 4 21 4 22 式中 n0 烟气热状况及地表状况系数 见表4 6 n1 烟气热释放率指数 见表4 6 n2 排气筒高度指数 见表4 6 Qh 烟气热释放率 kJ s H 排气筒距地面几何高度 m 超过240m取 H 240m Pa 大气压力 hPa Qv 实际排烟率 m3 s T 烟气出口温度与环境温度差 K Ts 烟气出口温度 K Ta 环境大气温度 K U 排气筒出口处平均风速 m s 表4 6 n0 n1 n2的选取 当1700kJ s Qh 2100kJ s时 式中 Vs 排气筒出口处烟气排出速度 m s D 排气筒出口直径 m H2 按式 4 21 4 23 计算 当Qh 1700kJ s或者 T 35K时 H 2 1 5VsD 0 01Qh u 4 26 4 24 4 25 2 有风时稳定条件下 H的计算 式中 dTa dZ 排气筒几何高度以上的大气温度梯度 K m 4 27 3 静风和小风条件下 H的计算 4 28 3 非点源大气污染物扩散预测 当风向与线源垂直时 主导风向的下风向为x轴 连 续排放的无限长线源下风向浓度模式为 1 线源扩散模式 2 面源扩散模式 假设每一面源单元的排放量都集中到面源单元的形心上 每一面源单元 在下风向所造成的浓度 可用一虚拟点源 在下风向造成同样的浓度所代替 假设虚拟点源在面源单 元中心线处产生的烟流宽度 2y0 4 30 y 等于面源宽 W 则有 由 y0和稳定度可应用帕斯圭尔反求出xy0 也可由稳定度和 y0的幂函数表达式反求得xy0 由x xy0求出 y 由x求出 z 然后代入点源扩散的高斯模式 地面轴线浓度模式 可 求出下风向各面源单元形心处的地面浓度 即 式中 H 污染源的平均高度 m 4 特殊情况下大气污染物预测模式 1 小风和静风的点源扩散模式 2 颗粒物扩散模式 3 熏烟扩散模式 1 小风和静风的点源扩散模式 小风指风速为0 5m s u10 1 5m s 静风指风速为u10 0 5m s 以排气筒地面位置为原点 平均风向为X轴 地面任一点 x y 小于24小时取样时间的浓度cL mg m3 建议按下式计算 式中 s 由数学手册查到 01 02分别是横向和铅直向扩散参 数的回归系数 T为扩散时间 s 2 颗粒物扩散模式 对于粒径大于15微米的粒子来说 其地面浓度可按 下式计算 式中 为尘粒子的地面反射系数 Vg为尘粒子的沉 降速度 d 分别为尘粒子的直径和密度 g为重力 加速度 为空气动力粘性系数 3 熏烟扩散模式 熏烟模式主要用以计算日出以后 贴地逆温从下而上消失 逐渐形成混合层 厚度为hf 时 原来积聚这一层的污染物所 造成的高浓度污染 这一浓度值cf mg m3 可按下式计算 式中 H 烟气台升高度 m 大气密度 g m3 cp 大气定压比热 J g K d dZ 位稳梯度 K m