第六章 大气环境质量评价课件.ppt

第 六 章 大 气 环 境 质 量 评 价 1 主 要 内 容第 一 节 大 气 环 境 概 述第 二 节 大 气 环 境 质 量 现 状 评 价第 三 节 大 气 环 境 影 响 评 价 2 第 一 节 大 气 环 境 概 述一 、 基 础 知 识 1、 大 气 的 组 成 干 洁 空 气 气 溶 胶 污 染 物 质 干洁空气水汽固 体杂 质 N2O2其 它低 层 大 气 的 组 成 干 洁 空 气 的 组 成悬 浮 在 大 气 中 的 固 态 和 液 态 颗 粒 物 的 总 称 3 2、 大 气 的 垂 直 分 布 根据大气圈垂直方向上温度、化学成分、荷电等物理性质差异和大气运动状态，可将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层等五个圈层。 4 3、 主 要 气 象 要 素 与 大 气 扩 散 密 切 相 关 的 气 象 要 素 称 为 污 染 气 象 要 素 或扩 散 气 象 要 素 。 气 温 气 压 湿 度 风 云 能 见 度 5 1)干 绝 热 递 减 率 ： 干 空 气 块 或 未 饱 和 的 湿 空 气 块 在 绝 热 条件 下 每 升 高 单 位 高 度 所 造 成 的 温 度 下 降 数 值 。 rd d Ti /d Z g/Cp 0.98 ( /100m) 注 意 ： rd 与 r的 概 念 和 涵 义 都 不 同 。 温 度 层 结 ： 静 大 气 温 度 在 垂 直 方 向 上 的 分 布 。 1. r0， 递 减 层 结 2. r rd ， 中 性 层 结 3. r 0， 等 温 层 结 4. r Pi2.5 108 Pi1000米 ， 网 格 间距 100500米 。 源 网 格 网 格 5950100米 100500米 确 定 污 染 源 计 算 清 单污 染 源 的 几 何 形 态 ： 点 源 、 线 源 、 面 源 、 体 源 。污 染 源 的 空 间 位 置 ： 空 间 坐 标烟 囱 参 数 ： 烟 囱 基 底 高 度 、 烟 囱 几 何 高 度 、 内 径、 烟 气 出 口 流 速 与 温 度 等源 强 ： 污 染 物 排 放 速 度 、 浓 度污 染 物 性 质 ： 粒 径 分 布 与 密 度 等 60 落 实 污 染 气 象 参 数 常 规 气 象 资 料 ： 风 向 、 风 速 、 风 玫 瑰 图 、 干 球 温 度 、低 云 量 、 总 云 量 、 湿 球 温 度 、 相 对 湿 度 、 降 水 量 、降 水 类 型 、 气 压 、 云 低 高 度 等一 级 评 价 ： 近 5年 内 连 续 三 年 的 逐 日 、 逐 次 气 象 资 料二 级 评 价 ： 近 3年 内 连 续 一 年 的 逐 日 、 逐 次 气 象 资 料三 级 评 价 ： 主 导 风 向 ， 风 玫 瑰 图 等 常 规 资 料 。 61 简 单 地 形距 离 污 染 源 中 心 点 5 km内 的 地 形 高 度 （ 不 含 建 筑 物 ） 低 于 排 气 筒 高 度 的 地 形 。在 此 范 围 内 地 形 高 度 不 超 过 排 气 筒 基 底 高 度 时 ， 可 认 为 地形 高 度 为 0m； 确 定 地 形 复 杂 程 度 62 复 杂 地 形 距 离 污 染 源 中 心 点 5 km内 的 地 形 高 度 （ 不 含 建 筑 物 ）， 等 于 或 超 过 排 气 筒 高 度 地 形 。 确 定 地 形 复 杂 程 度 63 第 6章 大 气 环 境 影 响 预 测 与 评 价 设 定 预 测 情 景 64 预 测 情 景 根 据 预 测 内 容 设 定 ， 一 般 考 虑 五 个 方 面 的 内 容 ： 污染 源 类 别 、 排 放 方 案 、 预 测 因 子 、 气 象 条 件 、 计 算 点 。常 规 预 测 情 景 的 组 合 方 式 第 6章 大 气 环 境 影 响 预 测 与 评 价 预 测 模 型 选 用 与 验 证 65 推 荐 模 式 一 般 适 用 范 围分 类 AERMOD ADMS CALPUFF适 用 评 价 等 级 一 级 、 二 级 一 级 、 二 级 一 级 、 二 级适 用 污 染 源 类 型 点 、 面 、 体 点 、 线 、 面 、 体 点 、 线 、 面 、 体适 用 评 价 范 围 50km 50km 50km对 气 象 数 据 最 低要 求 地 面 气 象 数 据 及 对应 高 空 气 象 数 据 地 面 气 象 数 据 地 面 气 象 数 据 及 对应 高 空 气 象 数 据适 用 地 形 及 风 场条 件 简 单 地 形 、 复 杂 地形 简 单 地 形 、 复 杂地 形 简 单 地 形 、 复 杂 地形 、 复 杂 风 场模 拟 污 染 物 气 态 污 染 物 、 颗 粒物 气 态 污 染 物 、 颗粒 物 气 态 污 染 物 、 颗 粒物 、 恶 臭 、 能 见 度 其 他 街 谷 模 式 长 时 间 静 风 、 岸 边熏 烟 由 于 大 气 环 境 影 响 预 测 模 型 的 应 用 条 件 与 实 际 环 境 条 件 不 是 完 全 相 同 ，必 要 时 应 当 进 行 验 证 。 不 同 预 测 模 式 所 需 主 要 参 数 要 求参 数 类 型 ADMS AERMOD CALPUFF地 表 参 数 地 表 粗 糙 度 、 最小 M-O长 度 地 表 粗 糙 度 、 地 表 反 照率 、 BOWEN率 地 表 粗 糙 度 、 土 地 使 用类 型 、 植 被 代 码干 沉 降 参数 沉 降 率 干 沉 降 参 数 干 沉 降 参 数湿 沉 降 参数 清 洗 率 湿 沉 降 参 数 湿 沉 降 参 数化 学 反 应参 数 化 学 反 应 选 项 半 衰 期 、 NOx转 化 系 数 、臭 氧 浓 度 等 化 学 反 应 计 算 选 项其 它 参 数 模 拟 建 筑 物 /山 区 时 区 、 城 市 /农 村 时 区 、 地 形 影 响 半 径 、气 象 台 站 影 响 半 径 、 风速 幂 指 数 、 经 风 阈 值 、混 合 层 阈 值 模 式 中 相 关 参 数 的 确 定 计 算 1小 时 平 均 浓 度 时 ， 可 不 考 虑 SO2的 转 化 ， 其他 情 况 应 考 虑 SO2转 化 为 H2SO4SO2转 化 可 取 半 衰 期 为 4小 时 。对 于 一 般 燃 烧 设 备 ， 计 算 小 时 或 日 平 均 浓 度 时 ， 可以 假 定 NO2/NOx=0.9； 在 计 算 年 平 均 浓 度 时 ， 可 以假 定 NO2/NOx=0.75。 模 式 中 相 关 参 数 的 确 定 67 第 6章 大 气 环 境 影 响 预 测 与 评 价污 染 物 扩散 状 态 烟 流 模 型烟 团 模 型大气环境影响预测模型 箱 式 模 型 分 类 方 法 模 型 推 导方 法 归 纳 法 导 出 的 统 计 模 型演 绎 法 导 出 的 物 理 模 型污 染 源 特 点 体 源 扩 散 模 型面 源 扩 散 模 型线 源 扩 散 模 型点 源 扩 散 模 型气 象 条 件 封 闭 型 扩 散 模 型静 小 风 下 扩 散 模 型熏 烟 型 扩 散 模 型下 垫 面 地 理 条 件 城 市 扩 散 模 型水 域 附 近 扩 散 模 型山 区 扩 散 模 型预 测 的 时 间 尺 度 长 期 平 均 浓 度 预 测 模 式短 期 浓 度 预 测 模 型 预 测 模 型 的 确 定 68 大 气 污 染 物 点 源 扩 散 模 式 经 典 的 大 气 污染 扩 散 模 式 以 高 斯大 气 扩 散 模 式 为 基础 ， 高 斯 大 气 扩 散模 式 是 一 种 最 简 单的 大 气 扩 散 模 式 。 5Km 笛 卡 尔 坐 标 系原 点 取 污 染 物 排 放 口 在 地 面 的 垂 直 投 影 点X轴 ： 主 导 风 向Z 轴：正向指向天顶 Y轴 69 （ 1） 污 染 物 在 空 间 （ Y、 Z轴 ） 中 呈 正 态 分 布 ；（ 2） 在 整 个 空 间 中 风 速 是 均 匀 的 、 稳 定 的 ；（ 3） 源 强 是 连 续 均 匀 的 ；（ 4） 污 染 物 在 扩 散 过 程 中 没 有 衰 减 和 增 生 ， 质 量 是 守 恒 的 。在 x轴 方 向 ， 平 流 作 用 远 大 于 扩 散 作 用 ， 地 面 足 够 平 坦 。 高 斯 扩 散 模 式 的 四 点 假 设风 向 Y轴Z轴 70 连 续 点 源 ： 一 般 指 排 放 大 量 污 染 物 的 烟 囱 、 放 散 管 、通 风 口 等 。 其 中 ， 排 放 口 安 置 在 地 面 的 称 为 地 面 点 源 ； 处于 高 空 位 置 的 称 为 高 架 点 源 。（ 1） 连 续 点 源 的 扩 散 71 无 界 空 间 连 续 点 源 扩 散 模 式 2 22 21, , exp2 2y z y zq y zC x y z u c (x, y, z) 下 风 向 某 点 （ x, y, z） 处 的 空 气 污 染 物 浓 度 ，mg/m3；x下 风 向 距 离 ， m；y横 风 向 距 离 ， m；z距 地 面 高 度 ， m；*q气 载 污 染 物 源 强 ， 即 释 放 率 ， mg/s；*u排 气 筒 出 口 处 的 平 均 风 速 ， m/s； y 、 z分 别 为 水 平 方 向 和 垂 直 方 向 扩 散 参 数 ; 72 高 架 连 续 点 源 扩 散 模 式 在 点 源 的 实 际 扩 散 中 ， 污 染 物 可 能 受 到 地 面 障 碍 物 的阻 挡 ， 因 此 应 当 考 虑 地 面 对 扩 散 的 影 响 。 处 理 的 方 法 是 ： 或 者 假 定 污 染 物 在 扩 散 过 程 中 的 质 量 不 变 ， 到 达 地 面时 不 发 生 沉 降 或 化 学 反 应 而 全 部 反 射 ； 或 者 污 染 物 在 没 有反 射 而 被 全 部 吸 收 ， 实 际 情 况 应 在 这 两 者 之 间 。 73 高 架 连 续 点 源 扩 散 模 式 高 架 有 效 源 的 高 度 由 两 部 分 组 成 ， 即 H h h，其 中 h为 排 放 口 的 有 效 高 度 ， h是 热 烟 流 的 浮 升 力 和 烟气 以 一 定 速 度 竖 直 离 开 排 放 口 的 冲 力 使 烟 流 抬 升 的 一 个附 加 高 度 。 74 点 源 在 地 面 上 的 投 影 点 o作 为 坐 标 原 点 ，有 效 源 位 于 z轴 上 某 点 ， z H。 75 当 污 染 物 到 达 地 面 后 被 全 部 反 射 时 ， 可 以 按 照 全 反 射 原 理 ， 用 “ 像源 法 ” 来 求 解 空 间 某 点 k的 浓 度 。 k点 的 浓 度 是 位 于 （ 0， 0， H） 的 实 源在 k点 扩 散 的 浓 度 和 反 射 回 来 的 浓 度 的 叠 加 （ Cs+Cx） 。 反 射 浓 度 可 视 为由 一 与 实 源 对 称 的 位 于 （ 0， 0， -H） 的 像 源 （ 假 想 源 ） 扩 散 到 k点 的 浓 度 。由 图 可 见 ， k点 在 以 实 源 为 原 点 的 坐 标 系 中 的 垂 直 坐 标 为 （ z-H） ， 则 实源 在 k点 扩 散 的 浓 度 为 无 界 空 间 连 续 点 源 扩 散 公 式 中 的 坐 标 沿 z轴 向 下 平移 距 离 H： 76 22s 2 2z1exp2 2y z y zHq yC u 无 界 空 间 连 续 点 源 扩 散 模 式 2 22 21, , exp2 2y z y zq y zC x y z u 实 源 在 k点 扩 散 的 浓 度 77 k点 在 以 像 源 为 原 点 的 坐 标 系 中 的 垂 直 坐 标 为 (z H)， 则 像源 在 k点 扩 散 的 浓 度 为 式 的 坐 标 沿 z轴 向 上 平 移 距 离 H： 78 无 界 空 间 连 续 点 源 扩 散 模 式 2 22 21, , exp2 2y z y zq y zC x y z u 像 源 在 k点 扩 散 的 浓 度 22x 2 2z1exp2 2y z y zHq yC u 79 由 此 ， 实 源 Cs与 像 源 Cx之 和 即 为 k点 的实 际 污 染 物 浓 度 ： 若 污 染 物 到 达 地 面 后 被 完 全吸 收 ， 则 C x 0， 污 染 物 浓度 C（ x， y， z， H） Cs。 80 地 面 全 部 反 射 时 的 地 面 浓 度 实 际 中 ， 高 架 点 源 扩 散 问 题 中 最 关 心 的 是 地面 浓 度 的 分 布 状 况 ， 尤 其 是 地 面 最 大 浓 度 值 和 它 离源 头 的 距 离 。 高 架 点 源 的 地 面 浓 度 公 式 ：2 2 2 21( , ,0, ) exp 2y z y zq y HC x y H u 上 式 中 进 一 步 令 y 0则 可 得 到 沿 x轴 线 上 的 浓 度 分 布 ：22( ,0,0, ) exp 2y z zq HC x H u 81 地 面 浓 度 分 布 y方 向 的 浓 度 以 x轴 为 对 称 轴 按 正 态 分 布 ； 沿 x轴 线 上 ，在 污 染 物 排 放 源 附 近 地 面 浓 度 接 近于 零 ， 然 后 顺 风 向 不 断 增 大 ， 在 离源 一 定 距 离 时 的 某 处 ， 地 面 轴 线 上的 浓 度 达 到 最 大 值 ， 以 后 又 逐 渐 减小 。地 面 浓 度 最 大 值 m ax 22 zyqC euH m ax| / 2z x x H 最 大 浓 度 值 离 源 的 距离 Xmax 82 地 面 点 源 扩 散 对 于 地 面 点 源 ， 则 有 效 源 高 度 H 0。 当 污 染 物 到 达 地面 后 被 全 部 反 射 时 ， 地 面 连 续 点 源 的 高 斯 扩 散 公 式 : 2 2 2 21, , ,0 exp 2y z y zq y zC x yz u 其 浓 度 是 无 界 空 间 连 续 点 源 扩 散 式 或 地 面 无 反 射 高架 点 源 扩 散 式 在 H 0时 的 两 倍 ， 说 明 烟 流 的 下 半 部 分 完全 对 称 反 射 到 上 部 分 ， 使 得 浓 度 加 倍 。 83 高 斯 模 式 的 浓 度 扩 散 公 式 汇 总 （ 4-8） （ 4-9）（ 4-11）（ 4-16） （ 4-12）（ 4-17） （ 4-13）地 面 源 （ H=0） 高 架 源 （ H0 ）无 界(任 一 点 )C(x,y,z) 半 无 界(任 一 点 )C(x,y,z)地 面 点C(x,y,0)地 面 轴 线上 点C(x,0,0) )22(exp2 2222 zyzy zyuQ )2 )(2(exp2 2 222 zyzy HzyuQ )22(exp 2222 zyzy zyuQ 2 )(exp 2 )()exp2(exp2 2 2 2 222z zyzy Hz HzyuQC )2(exp 22yzy yuQ )22(exp 2222 zyzy HyuQ zyu Q )2(exp 22zzy HuQ 84 高 斯 扩 散 模 式 的 一 般 适 用 条 件地 面 开 阔 平 坦 ， 性 质 均 匀 ， 下 垫 面 以 上 大 气 湍 流稳 定 ；扩 散 处 于 同 一 大 气 温 度 层 结 中 ， 扩 散 范 围 小 于10km；扩 散 物 质 随 空 气 一 起 运 动 ， 在 扩 散 输 送 过 程 中 不产 生 化 学 反 应 ， 地 面 也 不 吸 收 污 染 物 而 全 反 射 ；平 均 风 向 和 风 速 平 直 稳 定 ， 且 u 12 m/s。 85 例 题 1 某 拟 建 化 工 厂 投 产 后 将 排 放 源 强 为 50 g/s的 SO2， 排 气 筒高 45m， 预 计 烟 气 抬 升 高 度 为 5.5m， 10m高 处 的 平 均 风速 为 5m/s。 试 计 算 大 气 稳 定 度 为 D级 时 ， 该 排 气 筒 下 风 向650m处 ， 距 排 气 筒 风 向 轴 线 水 平 垂 直 距 离 50m处 的 公 园里 所 增 加 的 浓 度 值 （ 风 速 指 数 p=0.25） 。 07.22650104634.0104634.0 56.45650110726.0110726.0 826212.0826212.0 929418.0929418.0 xxzy 86 07.22650104634.0104634.0 56.45650110726.0110726.0 /5.7105.50510 米5.505.545 826212.0826212.0 929418.0929418.0 25.010 xx smHuu HHHzy ps 3 22223 2222/0843.0 07.222 5.50exp56.452 50exp07.2256.455.7 1050 2exp2exp),0,( mmg Hyu QHyxc zyzyx 87 2） 烟 流 抬 升 高 度 h的 计 算 上 升 的 原 因 ： 热 力 抬 升 动 力 抬 升 有 效 源 的 高 度 高 于 烟 囱 实 际高 度 。 热 烟 流 从 烟 囱 中 喷 出 直 至变 平 的 四 个 阶 段 ： 喷 出 阶 段 浮 升 阶 段 瓦 解 阶 段 变 平 阶 段 88 浮 升 力 和 初 始 动 量 是 影 响 烟 流 抬 升 的 主 要 因 素 。 但 是 烟 流 抬 升 的 发 展 又 受 到 气 象 条 件 和 地 形 状况 的 制 约 。 主 要 表 现 为 ：浮升力取决于烟流与环境空气的密度差，即与两者的温差有关；而烟流初始动量取决于烟囱出口的烟流速度，即与烟囱出口的内径有关，一般该速度大于出口处附近风速的两倍为宜。大气的湍流强度愈大，烟与周围空气混合就愈快，烟流的温度和初始动量降低得也愈快，则烟流抬升高度愈低。平均风速越大，湍流越强，抬升高度越低；地面粗糙度大，使近地层大气湍流增强，不利于烟流抬升。 89 霍 兰 德 (Holland)公 式 如 下 ： （ 适 用 于 中 性 大 气 状 况 ）1.5 0.011.5 2.7s s a s hsvD T T vD Qh Du T u 式 中 ： vS烟 流 出 口 速 度 （ m/s） ， D烟 囱 出 口 内 径 （ m） ， u烟 囱 出 口 的 环 境 平 均 风 速 （ m/s） ， Ts烟 气 出 口 温 度 （ K） ， T a环 境 平 均 气 温 度 （ K） ， Qh烟 囱 的 热 排 放 率 （ kW） 。 当 大 气 处 于 不 稳 定 或 稳 定 状 态 时 ， 可 在 上 式 计 算 的 基 础上 分 别 减 少 或 增 加 10 20 。 90 烟 气 的 热 释 放 率 烟 气 的 热 释 放 率 是 指 单 位 时 间 内向 环 境 释 放 的 热 量 ， 即 ： 这 里 T 是 烟 气 温 度 与 环 境 温 度 的 差 值 , QN 是 烟 气 折 合 成 标 准 状 态 时 的 体 积 流 量 （ NM3/s） CP 是 标 准 状 态 下 的 定 压 热 容 ( =1.298 KJ/度 ， NM3)。 当 烟 气 以 实 际 出 口 温 度 Ts （ K） 时 的 排 烟 流 量 Qv m3/s 表 示 时 ， 热 释 放 率 的 计 算 公 式 为 ： 这 里 Pa大 气 压 力 （ KP a ） 。 Nph TQCQ vsah QTTPQ 5.3 91 我 国 烟 气 抬 升 高 度 的 计 算 方 法 有 风 时 ， 中 性 和 不 稳 定 条 件 ， A： 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 35 K 时 ， H 采 用 下 式 计 算 ：式 中 ： n0烟 气 热 状 况 及 地 表 系 数 ； n 1烟 气 热 释 放 率 指 数 ； n2排 气 筒 高 度 指 数 ； Qh烟 气 热 释 放 率 ， KJ/s； Hs排 气 筒 距 地 面 几 何 高 度 ， m， 超 过 240m时 ， 取 Hs =240m； 排 气 筒 出 口 处 平 均 风 速 (m/s)；u 10 21 uHQnH nsnh 92 no、 n1、 n2 的 选 取 93 不 同 高 度 风 速 计 算 公 式 ：各 级 稳 定 度 下 的 风 速 高 度 指 数 (P)值地 区 稳 定 度 等 级A B C D E、F 城 市 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30乡 村 0.07 0.07 0.10 0.15 0.25s)高 度 的 平 均 风 速 （ m/相 应 气 象 站 Zu 常 为 10m）测 风 仪 所 在 高 度 （ m，Z /s）烟 囱 口 处 平 均 风 速 （ m式 中 ， u )Z200(u200m， u当 Z )ZZ(u200m， u当 Z 111 P112 P1212 风 速 随 高 度 变 化 的 曲 线叫 风 速 廓 线 ， 其 数 学 表达 式 叫 风 速 廓 线 模 式 。 94 4001700)( 121 hQHHHH 111 )1700(048.0)01.05.1(2 uQuQDVH hhsB 当 热 释 放 率 Qh 1700kJ/s,或 者 T 35 K 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； 排 气 筒 出 口 处 平 均 风 速 (m/s)； C 当 1700 Qh 2100(KJ/s)时 ，u H2按 A情 形 推 荐 的 公 式 计 算 95 例 题 某 烟 囱 高 45m， 风 径 1.0m， 烟 温 100 ， 烟 速5.0m/s， 耗 煤 量 180kg/h， 硫 分 1%， 水 膜 脱 硫 效 率取 10%， 试 求 气 温 20 ， 风 速 2.0m/s， 中 性 条 件 下 ，距 源 450m轴 线 上 SO2小 时 浓 度 (城 市 远 郊 工 业 区 ，Pa=1010 hPa)。 222exp)0,0,( zezy HU Qxc 05.294501068.0 19.504501771.0 9176.02 9243.01 21 XXzy 96 m g/s 720 kg/h 2.59210%)-(1280%1%180 )1(2%80 BSQ解 题 思 路 ：明 确 地 表 状 况 (城 市 远 郊 )；明 确 大 气 稳 定 度 (中 性 条 件 )； 97 mHHH mUQDVH skjskj TTPQ TTQPQ e hs sah svah 48.5548.1045 48.102/)58.29701.010.55.1(2 /)01.05.1(2 / 1700/ 58.297 273100 )20100(925.3101035.0 5)2/1(14.335.0 35.0 2 98 2exp)0,0,( 22 zezy HU QXc 3 22/0067.01239.00786.0 05.292 48.55exp05.2919.50214.3 720 mmg 距源450m轴线上SO2小时浓度为0.0067 m g/m 3 99 内 容 提 纲一 概 述二 术 语 和 定 义三 评 价 等 级 与 评 价 范 围四 污 染 源 调 查 与 分 析五 质 量 现 状 调 查 与 评 价 六 气 象 观 测 资 料 调 查七 影 响 预 测 与 评 价八 大 气 环 境 防 护 距 离九 评 价 结 论 与 建 议 思 考 题1、 简 述 大 气 环 境 质 量 现 状 评 价 与 影 响 评 价 的 程 序2、 掌 握 大 气 预 测 模 型 ， 尤 其 高 架 连 续 点 源 的 所 有 预 测 模 型3、 什 么 是 有 效 源 高 ？ 如 何 确 定 烟 气 抬 升 高 度 ？4、 概 念 ： 干 绝 热 直 减 率 、 气 温 垂 直 递 减 率 、 温 度 层 结