环境影响评价课件第四章(1)

1、徐鹤 南开大学南开大学 战略环境评价研究中心战略环境评价研究中心 内内 容容 提提 要要v第一节第一节 大气污染物的浓度预测模式大气污染物的浓度预测模式 v第二节第二节 大气环境影响评价概述大气环境影响评价概述v第三节第三节 大气污染源调查大气污染源调查v第四节第四节 污染气象参数调查污染气象参数调查v第五节第五节 大气环境污染控制管理大气环境污染控制管理 第一节第一节 大气污染物的大气污染物的浓度预测模式浓度预测模式 v1点源扩散的高斯模式点源扩散的高斯模式 v2点源扩散高斯模式中参数点源扩散高斯模式中参数的选取的选取 v3非点源大气污染物扩散预非点源大气污染物扩散预测测 v4特殊情况下大气

2、污染物预特殊情况下大气污染物预测模式测模式 1 1点源扩散的高斯模式点源扩散的高斯模式 11坐标系坐标系 12高斯模式的四点假设高斯模式的四点假设 13无限空间连续点源的高斯模式无限空间连续点源的高斯模式 14高架连续点源高斯模式高架连续点源高斯模式 11坐标系坐标系 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。 12高斯模

3、式的四点假设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。 13无限空间连续点源的高斯模式无限空间连续点源的高斯模式 由正态分布的假设（由正态分布的假设（1），写出下风向任意一点），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：）污染物平均浓度分布的函数为： 22-bz-ayee)(),(xAzyxC（4-1） 由概率统计理论可以写出方差的表达式由概率统计理论可以写出方差的表

4、达式： 0022CdyCdyyy0022CdzCdzzz（4-2） （4-3） 由假设（由假设（4）可写出：）可写出： CdydzuQ 上述四个方程组成一个方程组，源强上述四个方程组成一个方程组，源强Q、平、平均风速均风速u、标准差、标准差y和和z为已知量，浓度为已知量，浓度C、待定、待定函数函数A(x)、待定系数、待定系数a和和b为未知量，方程组闭合。为未知量，方程组闭合。因此，方程组可求解。因此，方程组可求解。 将式（将式（4-1）依次代入式（）依次代入式（4-2）的两式中，积分后得到：）的两式中，积分后得到： 221ya221zb（4-4） 将式（将式（4-1）和式（）和式（4-4）代入

5、式（）代入式（4-3）中，积分后得：）中，积分后得： zyuQxA2)(（4-5） 再将式（再将式（4-4）、（）、（4-5）代入式（）代入式（4-1）中，便）中，便得到无界空间连续点源的高斯模式：得到无界空间连续点源的高斯模式： )22(exp2),(2222zyzyzyuQzyxC（4-6） 式中：式中：Q源强，源强，mg/s； u平均风速，平均风速，m/s； y、z污染物在污染物在y、z方向的标准差，方向的标准差，m。 14高架连续点源高斯模式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

6、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。 HHHsHs),(zyxCP图4-1 高架源扩散模式推导示意图 14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：P点在以

7、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： )2)(2(exp2),(22221zyzyHzyuQzyxC（4-7） ：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： )2)(2(exp2),(22222zyzyHzyuQzyxC（4-8） ，即C=C1+C2 )2)(exp)2)(exp)2exp(2),(222222zzyzyHzHz

8、yuQzyxC(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： )2exp()2exp(),(2222zyzyHyuQzyxC（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： )2exp(),(22zzyHuQzyxC（4-11） （4）地面最大浓度 （地面轴线最大浓度）模

9、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/(uyz)项随x增大而减小，而exp(-H2/2z2)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： 11xy22xz（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： )1 (21exp2)1 (221)(21)1 ()221(212max212121HeuHQC22212112max)1 ()(Hx（4-13）(4-14)

10、当12时，则式（4-13）和（4-14）可简化为下列公式： 122max2euHQC212max)2(Hx(4-15)（4-16）2 2点源扩散高斯模式中参数的选点源扩散高斯模式中参数的选取取 21 高架点源烟气出口处的平均风速的计高架点源烟气出口处的平均风速的计算算 22 高斯扩散模式中高斯扩散模式中y、z的确定的确定 23 有效源高的计算有效源高的计算 21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。

11、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 22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（u101.5m/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： 11xy22xz（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； 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。，其扩散参

12、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。，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： qyy)(1212 式中：y2、y1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（u101.5m/s）时小风和静风（u10u100.5m/s）和静风（u100.5m/s）扩散参数的系

13、数01、02 23 有效源高的计算1021uHQnHnnh有效源高有效源高H等于烟囱实体高度等于烟囱实体高度Hs与烟流抬升高度与烟流抬升高度H之和，即：之和，即： H=Hs+H （4-20） （1）有风时，中性和不稳定条件下，）有风时，中性和不稳定条件下，H按下述方法计算。按下述方法计算。 当烟气热释放率当烟气热释放率Qh大于或等于大于或等于2100kJ/s，且烟气温度与，且烟气温度与环境温度的差值环境温度的差值T大于或等于大于或等于35K时，时，H采用下式计算：采用下式计算： svahTTQPQ35. 0 T=Ts-Ta （4-23） (4-21)(4-22)式中：式中：n0烟气热状况及地表

14、状况系数，见表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，见表烟气热释放率指数，见表4-6； n2排气筒高度指数，见表排气筒高度指数，见表4-6； Qh烟气热释放率，烟气热释放率，kJ/s； H排气筒距地面几何高度，排气筒距地面几何高度，m，超过，超过240m取取 H=240m； Pa大气压力，大气压力，hPa； Qv实际排烟率，实际排烟率，m3/s； T烟气出口温度与环境温度差，烟气出口温度与环境温度差，K； Ts烟气出口温度，烟气出口温度，K； Ta环境大气温度，环境大气温度，K； U排气筒出口处平均风速，排气筒出口处平均风速，m/s。 表4-6 n0、n1、n2的选取

15、当1700kJ/sQh2100kJ/s时， 4001700)(121hQHHHHuQuQDVHhhs/)1700(048. 0/)01. 015(21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Qh1700kJ/s或者T35K时， H=2（1.5VsD+0.01Qh）/u （4-26） (4-24)(4-25)（2）有风时稳定条件下）有风时稳定条件下H的计算的计算 3/13/13/1)0098. 0(udZdTQHah式中：式中：dTa/dZ排气筒几何高度以上的大气温度梯度，排气筒几何高度以上的大气温度梯度，K/m； (4-2

16、7)（3）静风和小风条件下）静风和小风条件下H的计算的计算 8/34/1)0098. 0(50. 5dZdTQHah(4-28)3 3非点源大气污染物扩散预测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当风向与线源垂直时，主导风向的下风向为x轴。连轴。连续排放的无限长线源下风向浓度模式为续排放的无限长线源下风向浓度模式为： 222222exp22exp22zzlyzzylHuQdyeHuQCy（1）线源扩散模式）线源扩散模式 ：（2）面源扩散模式：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。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，

17、在下风向所造成的浓度，可用一虚拟点源每一面源单元，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（元中心线处产生的烟流宽度（2y0=4.30y）等于面源宽）等于面源宽（W），则有：），则有：3 . 40Wy由由y0和稳定度可应用帕斯圭尔反求出和稳定度可应用帕斯圭尔反求出xy0，也可由稳定度，也可由稳定度和和y0的幂函数表达式反求得的幂函数表达式反求得xy0。由。由x+xy0求出求出y，由，由x求求出出z，然后代入点源扩散的高斯模式（地面轴线浓度模式），然后代入点源扩散的高斯模式（地

18、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：可求出下风向各面源单元形心处的地面浓度。即： 222expzzyHuQC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小风和静风的点源扩散模式 (2)颗粒物扩散模式颗粒物扩散模式 (3)熏烟扩散模式熏烟扩散模式 (1)小风和静风的点源扩散模式 小风指风速为小风指风速为0.5m/su101.5m/s，静风指风速为，静风指风速为u100.5m/s。以排气筒地面位置为原点，平均风向为以排气筒地面位置为原点，平均风向为X轴，地面任一点（轴，地面任一点（x, y）小于）小于24小时取样时间的浓度小时取样时间的浓度cL(mg/m3)建议按下式计算：建议按下式计算： GQyxcL2022/322),()(2202201222eHYX)(212222012se