第六章城市大气环境4、5、6

第四节

大气中污染物的扩散一个区域的大气污染程度取决于该区域内排放污染物的源参数、气象条件和近地区下垫面的状况。其中气象条件和下垫面状况决定了大气对污染物的稀释、扩散的速率和迁移转化的途径。因此，在源参数一定的情况下，气象条件和下垫面状况是影响大气污染的重要因素。一、气象因素1、温度层结气温沿垂直高度的分布可用曲线表示，称为温度层结曲线，如图有几种情况：①②气温随高度的增加而递减，有利于污染物的扩散。

③气温不随高度变化，为等温层结。

④气温随高度增加而增加，称为逆温，不利于大气污染物的扩散。①定义：气温随高度增加而增加的现象称为逆温；②分类：根据逆温的生成过程，分为五类：辐射逆温，下沉逆温，地形逆温，湍流逆温，平流逆温。2、逆温

(a)正常温度层结(b)逆温开始生成，随地面辐射增强，迅速冷却，逐渐向上发展(c)辐射达到最强时为黎明前(d)日出后，地面增温，空气自下而上增温，逆温逐渐消失(e)上午10时左右，逆温消失这种逆温冬季最强，中纬度地区可达200~300m3、大气水平运动和湍流1)、风对大气污染物扩散的作用污染物在风的作用下，沿下风向输送、扩散和稀释，因此，大气污染物受到两方面的影响，即风向和风速的影响。风向频率越大，其下风向受污染的机率就越高，因此，污染的程度与风向频率成正比；某一风向的风速越大，则下风向的污染程度就越小，因为来自上风向的污染物的输送、扩散、稀释的能力加大，使大气中污染物的浓度降低，因此，风速与污染的程度成反比，得出一个污染系数的定义和公式：污染系数综合了风向、风速的作用，某方位的风向频率小、风速大，该方向的污染系数就小，说明其下风向的空气污染就轻，这项气象条件是选厂址时最重要的依据。厂址应设在污染系数最小方位的上侧。依据各方位的污染系数和它的百分率，可以绘制成的污染系数玫瑰图。2）水平运动大气的水平运动通常称为风，它对大气中水分、热量的传输和天气、气候的演变，对大气中污染物的扩散和输送起着重要的作用。风受着各种力的影响，也是在各种力的作用下产生的。作用于空气的力有：①由于气压分布不均而产生的气压梯度力；②由于地球自转产生的地转偏向力；③由于空气层之间，空气与地面之间相对运动而产生的摩擦力；④由于空气作曲线运动所产生的惯性离心力等，这些力间的不同组合构成了不同形式的大气水平运动。3)大气的湍流运动定义：大气的无规则运动称为大气湍流在实际大气中，往往是大气在短时间内进行着不同尺度的无规则运动，这种运动叫湍流，它是由大大小小的“湍涡”组成的。湍流的扩散能力很强，也就是说，它具有明显的扩散效应。风速越大，湍流越强，污染物扩散的速度就越快，污染物的浓度就越低。4、云和雾由于云能反射太阳辐射，而减少了地面对太阳辐射能的吸收(不易增温)；另外，云还能增强大气的逆辐射，减少地面的有效辐射(不易冷却)，因此，云层的效果是：减小气温随高度的变化，(中性天气)不利于污染物的垂直扩散。雾像一层厚厚的被子，盖在近地面上，阻挡了污染物向上扩散。有利：云雾形成初期，捕获空气中的颗粒物作为凝结核，降低空气中颗粒物的浓度–––净化空气。5、降水清洗大气中的污染物，尤其是可溶性的气体污染物能被降水溶解而从大气中净化。二、影响大气污染的地理因素1、动力效应：地形地物(1)地形受地形影响，形成具不同特点的局地环流或改变原来的气流方向，导致对污染物分布及浓度的变化。(2)过山气流①气流下滑；②空气动力“下沉”现象或形成环流；③地形的屏障作用。(3)地物：①城市中高大建筑物阻碍气流运行，背风面形成局地窝旋，不利污染物扩散，减小平均风速；②风向摆动大，近地层风场不规则2、热力效应由于下垫面性质不同，或地形起伏，使其受热、散热不均匀，引起的温度场和风场的变化。(1)山谷风：山谷风的影响是污染物往返积累，形成很高的浓度。风方向是不稳定的，时而山风，时而谷风，若有大量污染物排入山谷中，则因风向摆动而使污染物不易扩散，积聚造成污染。(2)海陆风：影响是盛行风向带向海洋的污染物，由于海面上的下沉气流又被带到低层，随海风吹向陆地，在近海处造成污染。2、热力效应(3)城市效应：城市特殊下垫面的特点造成城市和农村对大气污染的影响不相同。①城市温度②城市的温度层结③“热岛”环流：城郊的污染物随环流被带到市区，从而加重了城市的污染。三、影响大气污染的其他因素1、污染源的排放方式和几何形状污染源的几何形状分为点源、线源和面源；排放污染物的持续时间分为瞬时源和连续源；排放源高度分为地面源和高架源等。不同类别的源有不同的排放方式，污染物进入大气的初始状态也不一样，因而浓度分布也不同，如工厂烟囱排放当作高架连续点源，繁忙的公路作为连续线源，城市居民区的家庭炉灶当作地面面源，把各个污染源结合在一起考虑，称为复合源。三、影响大气污染的其他因素2、源强和源高源强：排放浓度的大小源高：排放的高度烟气排放的方式有点源（烟囱，利用区域布置，提高烟囱高度）线源（自然通风法，降低污染物浓度）面源（炉灶，集中供热）。烟羽：烟气从烟囱口排出后，在浮升力和风力及惯性力的作用下，向下风方向逐渐扩散，形成像羽毛状的烟气流。三、影响大气污染的其他因素

四、高斯烟羽模式假定条件：1、烟气是从高架点源连续排放的。2、污染物扩散是被动，它完全随周围空气一起流动，烟气中污染物排放到空气中不发生化学反应，从它排出来到接触地面之间，污染物量既没有损失，也没有增加。地面不但对污染物不吸收，而且还将污染物完全反射到大气中去。3、污染物出在同一类温度层结的大气层中，计算的扩散范围以不超过10公里为宜。4、风在空间分布平直并且均匀稳定，不涨落，平均风速和风向没有显著变化。

高斯烟羽模式假定条件：5、应用高斯模型估算污染物浓度，仅适用于平均风速大于1m/s以上的情况。6、污染物在空间的分布规律呈正态分布，即假定污染物的浓度在烟羽中轴线上最大，离轴线越远，浓度越低，不论在水平方向还是在垂直方向，污染物的分布都服从正态分布规律。高斯烟羽模式：1、污染物的浓度与污染物排放率成正比，排放率越大，浓度就越高；2、污染物浓度与平均风速成反比；3、污染物浓度与烟囱有效高度平方成反比；4、污染物浓度在横向方向和垂直方向均符合正态分布。作业分析在兰州南北两山上开口子能否改善兰州市的空气质量？第五节：控制大气环境污染的规划设计原则概述城市大气环境的控制需要城市各个方面的共同努力才能实现，但是无论是经济规划还是实体规划，都起到宏观调控的作用，意义重大。本节主要介绍实体规划中的原则。4个原则选择合理风象污染指标正确处理地形地物与污染的关系加强城市绿化建设发展区域供热，集中供暖，供热能源的改善。一、选择合理风象污染指标0、风象风象是一个地区风向、风频和风速的综合。主导风向原则的不全面性风向、风频和风速等单一指标的作用无法对比；需要考虑各个指标的综合效果。1、污染系数污染系数指一个地区某方向的风向频率与平均风速的比值。有了污染指数，用它代替风向频率进行规划布局。具体f和u值的选取可以取最近5年的气象资料平均值。

风象频率风象频率2、污染风频对污染系数修正的结果Fpi----i方向的污染风频Fi----i方向的风向频率Ui----i方向的平均风速Uo----该地区各方向平均风速3、风象频率前提：1~2m/s微风极易产生污染，7~8m/s以上的风不太产生污染。采用多年气象统计资料，将风速分为8个等级，1~7m/s的风速每增加1m/s为一个等级，大于8m/s的风速为最后一个等级，分别统计每个方向每级风速出现的频率，最终汇制出封闭曲线图。4、污染概率背景：大气污染与风、大气稳定度、降水强度、大气热力湍流等因素有关。必须考虑Ii：风的污染指数，S：大气稳定度相对值Pr：降水量相对值，u：风速相对值，h：湍流混合层厚度相对值4、污染概率一般认为I值<0.8归于大气清洁类型，I值>0.8归于大气污染类型建议在进行城市规划时，需要对10~20年时间的资料进行计算，绘制出污染概率风玫瑰图，以便对城市工业作出合理的布局。二、正确处理地形地物与污染的关系1、山间盆地全年静风、小风多，且常发生地形逆温和辐射逆温，逆温强度大于平原，不利于气体向外扩散。不适合设置有污染的工厂；2、沿海地区或大型内陆水域周围地区，因为海陆风形成日变型局地环流。在规划中应将污染源与居住区二者连成一线平行沿海岸布置。3、当山丘两侧分别布置污染工业和居住区时，必须考虑烟气跨过山丘对居住区的下旋涡流影响。4、烟囱高度与对周围建筑物或其他地物烟气扩散有直接影响，烟囱高度要超过近旁建筑物高度2.5倍。二、正确处理地形地物与污染的关系三、加强城市绿化建设1、城市绿化的功能1）、净化大气环境2）、改善城市小气候3）、改善城市声环境2、发展城市卫生防护林带位置选择需要考虑污染源、地形、风场等因素。四、发展区域供热，集中供