大气环境质量评价与预测模型

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,化学工业出版社,3,大气环境质量评价,主要内容：,大气环境质量现状评价,大气环境影响预测模型,大气环境影响评价,1,2,3,3.1,大气环境质量现状评价,3.1.1,大气污染监测评价,（,1,）大气环境质量现状评价的程序,大气环境质量现状评价的程序,调查准备阶段,污染监测阶段,评价分析阶段,成果应用阶段, 布点, 采样、分析方法, 监测频率, 同步气象观测, 评价,评价标准的选择,评价因子的选择,（,2,）大气污染监测评价,3.1,大气环境质量现状评价,监测,（,1,）上海大气质量指数,式中：,C,i,第,i,种污染物的实测浓度；,S,i,第,i,种污染物的环境质量标准；,K,评价因子总数。,3.1,大气环境质量现状评价,3.1.2,大气环境质量现状评价的数学方法,分级,清洁,轻污染,中污染,重污染,极重污染,I,上,0.6,0.6,1.0,1.0,1.9,1.9,2.8,2.8,大气污染水平,清洁,大气质量标准,警戒水平,警报水平,紧急水平,大气质量指数的分级,（,2,）均值型大气质量指数,式中：,C,表示实测浓度；,S,表示相应的环境质量标准,。,3.1,大气环境质量现状评价,（,3,）沈阳大气质量指数,3.1,大气环境质量现状评价,沈阳大气质量指数评价参数,参数,SO,2,NO,X,飘尘,Pb,背景浓度,0.02,0.01,0.05,0.0001,标准,0.15,0.13,0.15,0.0007,明显危害浓度,2.0,1.0,1.0,0.01,沈阳大气质量指数分级,质量等级,极重污染,重污染,中等污染,轻污染,清洁,I,沈,31,31,40,40,55,55,61,61,大气污染水平,紧急水平,警报水平,警戒水平,大气质量标准,清洁,（,4,）分级评分法,3.1,大气环境质量现状评价,大气中污染物浓度分级与评分（单位：,mg/m,3,）,参数,第一级,（理想级）,第二级,（良好级）,第三级,（安全级）,第四级,（污染级）,第五级,（重污染级）,浓度,分级,平分,浓度,分级,平分,浓度,分级,平分,浓度,分级,平分,浓度,分级,平分,降尘,8,25,12,20,20,15,40,10,40,5,飘尘,0.10,0.15,0.25,0.50,0.50,SO,2,0.05,0.15,0.25,0.50,0.50,NO,X,0.02,0.05,0.10,0.20,0.20,CO,2,4,6,12,12,总氧化剂,0.05,0.1,0.20,0.40,0.40,分级评分法分级标准,M,100,95,94,75,74,55,54,35,34,以下,大气质量等级,第一级,（理想级）,第二级,（良好级）,第三级,（安全级）,第四级,（污染级）,第五级,（重污染级）,（,5,）美国橡树岭大气质量指数,3.1,大气环境质量现状评价,式中：,C,i,第,i,种污染物,24,小时平均浓度；,S,i,第,i,种污染物的大气质量标准。,I,橡,与大气环境质量分级,质量分级,优良,好,尚可,差,坏,危险,I,橡,20,20,39,40,59,60,79,80,100,100,（,6,）美国污染物标准指数（,PSI,）,3.1,大气环境质量现状评价,PSI,选择了,SO,2,、颗粒物、,CO,、臭氧、,NO,X,、,SO,2,与颗粒物的乘积等,6,个参数。,PSI,与,6,个参数的关系是分段线性函数。已知各污染物浓度后可用内插值法计算各污染物的分指数，然后选择各分指数中最大的作为,PSI,。,PSI,是在全面比较,6,个因子后，选择污染最重的分数指数报告大气环境质量的，突出了单因子的作用，使用方便，结果简明。,（,7,）格林大气污染综合指数,3.1,大气环境质量现状评价,然后将两个污染物指数加以平均，得到污染综合指数（,I,）：,式中,：,SSO,2,实测日均浓度，,10,-6,g/g,；,C,实测日均烟雾系数，,COH,单位,/305m,；,a,1,、,b,1,、,a,2,、,b,2,确定指数尺度的常数。,格林建议的,SO,2,和烟雾系数日均浓度标准,污染物,希望水平,警戒水平,极限水平,SO,2,（,10,-6,，体积比）,0.06,0.3,1.5,烟雾系数（,COH,单位,/305m,）,0.9,3.0,10.0,污染指数,25,50,100,3.1,大气环境质量现状评价,3.1.3,大气污染生物学评价,根据植物叶片症状,根据受害植物的不同,用综合生态指标,植物受污染物影响后会出现特征症状，这些症状可以作为环境污染状况的一种度量指标。,有些植物对不同污染物的抗性和敏感性不同，因此，根据受害植物的种类不同可判断污染物的种类。,可以根据植物种类和生长情况选择一些综合性的指标作为评价参数，并以此划分大气污染等级。,3.2.1,气象要素和气象条件,3.2,大气环境影响预测模型,(1),主要气象要素,气压,云,湿度,风,气温,3.2,大气环境影响预测模型,（,2,）大气边界层温度场,气温垂直分布,干绝热直减率,温度层结与烟羽形状,温度层结 ：大气在垂直方向的温度分布 。四种情况：正常；中性；等温；逆温。,烟羽形状,a,、波浪型,b,、锥形,c,、长带型,d,、屋脊型,e,、漫烟型,f,、受限型,3.2,大气环境影响预测模型,（,3,）大气边界层风场,式中,：,u,2,烟囱出口处平均风速，,m/s,；,z,2,烟囱出口处的高度，,m,；如果,z,2,200,，则取,z,2,=200,；,u,1,气象站,z,1,高度处的平均风速，,m/s,；,z,1,测风仪所在的高度，,m,；,m,指数，其数值与大气稳定度有关。,不同大气稳定度下的,m,值,大气稳定度级别,A,B,C,D,E,F,m,城市,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30,0.30,乡村,0.07,0.07,0.10,0.15,0.25,0.25,3.2,大气环境影响预测模型,3.2.2,大气环境影响评价预测模型,（,1,）点源扩散的高斯模型,A,、,连续点源高斯模型的推出,式中：,C,污染物质的平均浓度，,mg/m,3,；,x,，,y,，,z,三个方向的坐标分量，,m,；,u,，,v,，,w,三个方向的速度分量，,m/s,；,k,x,，,k,y,，,k,z,三个方向的扩散系数，,m,2,/s,；,t,时间，,s,；,s,p,污染物源或汇的强度，,mg/,（,m,3,s,）；,3.2,大气环境影响预测模型,在推导连续点源条件下预测大气环境质量的高斯模型时，做如下假设：, 大气处于稳定流动，且有主导风向；, 污染物在大气中只有物理运动，不发生化学或生物变化；, 在所要预测的范围内没有其他同类污染源或汇。,根据假设的第一条有,根据假设的第二、三条有,这样方程可变为,进一步简化为,3.2,大气环境影响预测模型,考虑到边界条件和质量守恒条件,x,=,y,=,z,=0,时，,C,=,x,，,y,，,z,时，,C,=0,式中：,Q,连续点源的源强，,mg/s,。,对方程进行求解，得,假设,x=ut,，并令,2,y,=2k,y,t,，,2,z,=2k,z,t,。代入上式可得：,3.2,大气环境影响预测模型,B,、,高斯公式的地面及源高修正,考虑地面对扩散的影响时，可以假定地面像镜子一样，对污染物起着全反射的作用。这样就可以按全反射的原理采用“像源法”来处理。,对于实源，,p,点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为（,z,H,e,）。如果不考虑地面的影响，可知在,p,点的污染物浓度为：,式中,He,为污染源有效高度，等于烟囱的高度,H,和烟气的抬升高度,H,之和，,m,。,对于像源，,p,点的垂直坐标为（,z,+,H,e,），浓度为：,p,点的实际污染物浓度是实源和像源之和，即,通常要预测的是污染物在地面的浓度，可知在,z,=0,时,污染物沿下风轴线方向的地面浓度，可令,y,=,z,=0,得出：,修正后污染源下风方向任意一点小于,24,小时取样时间的污染物地面浓度可用下式计算，,式中：,h,混合层的高度，,m,；,k,反射次数，对于一、二级评价项目取,k,=4,，对于三级评价项目取,k,=0,。,3.2,大气环境影响预测模型,3.2,大气环境影响预测模型,C,、,最大落地浓度及其位置,为了得出最大落地浓度计算公式，首先将扩散参数,y,、,z,表示成如下经验式：,式中：,1,、,2,、,1,、,2,经验式的回归系数。,1,小时取样时间的最大落地浓度,C,m,及其出现时的下风距离,x,m,。,式中：,3.2,大气环境影响预测模型,D,、,小风和静风扩散模型,以烟囱地面位置的中心点为坐标原点，下风方向为,x,轴，地面任一点处的污染物浓度可由下式计算：,式中：,01,、,02,分别是水平和垂直方向的扩散参数回归系数；,（,s,）,正态分布函数，可根据,s,由数学手册查得；,T,扩散时间，,s,。,3.2,大气环境影响预测模型,E,、,熏烟模型,假定发生熏烟后，污染物浓度在垂直方向为均匀分布，则熏烟条件下的地面浓度：,式中：,h,f,逐渐增厚的混合层高度，,m,；,yf,熏烟条件下的侧向扩散参数，它们是下风距离,x,的函数，,m,；,（,p,）,正态分布函数，它用来反映原稳定状态下的烟羽进入混合层中的份额的多少。,由于混合层厚度,h,f,和扩散参数,yf,都是下风距离,x,的函数，当给定下风距离,x,或到达时间,t,（,t=x,/,u,），则,h,f,可由下式计算。,式中：,h,f,混合层在烟囱出口处向上的净增加高度，,m,；,a,大气密度，,g/m,3,；,c,p,大气恒压比热容，,J/,（,g,K,）；,d,/dz,位温梯度，,K/m,，,d,/dzdT,a,/dz+0.0098,，,T,a,为大气温度，如无实测值，,d,/dz,可在,0.005-0.015K/m,之间选取。,3.2,大气环境影响预测模型,3.2,大气环境影响预测模型,（,2,）线源扩散模型,A,、,无限长线源扩散模型,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型为：,当风向与线源不垂直，风向和线源交角,，且,45,，线源下风向浓度模型为：,B,、,有限长线源扩散模型,式中：,3.2,大气环境影响预测模型,（,3,）面源模型,式中：,Q,i,、,H,i,、,u,i,分别是接受点上风方第,i,个网格单元的源强,g/,（,m,2,s,）,，平均排放高度（,m,）以及,H,i,处的平均风速（,m/s,）；,、,垂直扩散参数,z,的回归系数， 。,A,、,将评价区在选定的坐标系内网格化,B,、,计算评价项目面源的地面浓度,Cs,。,以评价区的左下角处为原点，分别以东和北为,x,轴和,y,轴，网格单元面积为,LL,。,x,轴指向上风方向， 。,（,，,）为不完全伽马函数：,3.2,大气环境影响预测模型,C,、,不同风向路径时的计算图形可参考国家,HJ/T2.2-93,标准。,3.2,大气环境影响预测模型,（,4,）可沉降颗粒物的扩散模型,式中：,s,颗粒沉降速度。,地面反射系数，可按下表取值。,地面反射系数,值,粒径范围（,m,）,1530,3147,4875,76100,平均粒径（,m,）,22,39,61,88,反射系数,0.8,0.5,0.3,0,3.2,大气环境影响预测模型,（,5,）箱式大气质量模型,式中：,L,箱的长度；,B,箱的宽度；,H,箱的高度；,c,0,箱内污染物的本底浓度；,k,污染物的衰减速度常数；,Q,箱内的污染源强度；,u,平均风速；,c,箱内的污染物浓度；,t,时间。,大气质量单箱模型示意图,A,、,单箱模型,3.2,大气环境影响预测模型,若不考虑污染物的衰减，则可解之得：,当时间很长以后，箱内的污染物浓度趋于平衡，平衡浓度为：,若考虑污染物的衰减，方程的解为：,这时的平均浓度为：,3.2,大气环境影响预测模型,B,、,多箱模型,以二维多箱模型为例,二维多箱模型二维多箱模型在高度方向上将,H,分成,m,个相等的子高度,H,，在纵向将,L,分成,n,个相等的子长度,L,，共构成,mn,个子箱。将风速、源强的处理为计算方便作如下假设：,（,1,）风速作为高度的函数分段计算；,（,2,）源强根据坐标关系输入最低一层子箱中；,（,4,）把每一个子箱子都看作混合均匀的体系；,（,5,）各子箱子的浓度分布处于平衡状态。,（,3,）忽略,X,方向的弥散作用及,Z,方向的迁移作用；,3.2,大气环境影响预测模型,大气质量多箱模型示意图,对子箱,1,：,式中：,E,1,2,为高度方向上第一个箱子与第二个箱子间的湍流系数。,对子,箱,2,：,对子箱,3,：,对子箱,4,：,若记 ， ，,i=1,，,2,，,，,m-1,，则四个子箱方程可转化为：,3.2,大气环境影响预测模型,这是一个关于浓度,c,i,的线性方程组，可写成矩阵形式：,其中：,3.2,大气环境影响预测模型,3.2.3,系数估算,（,1,）烟气抬升高度的计算,式中：,He,污染源的有效排放高度，,H,烟囱的几何高度，,m,；,H,烟气抬升高度，,m,。,A,、 有风时，中性和不稳定条件下的烟气抬升高度, 当烟气热释放率大于或等于,2100kJ/s,，且烟气温度与环境温度的差值,T,大于或等于,35K,时，,H,可用下列公式计算：,式中：,n,0,烟气热状况及地表状况系数，见下表；,n,1,烟气热释放率指数，见下表；,n,2,烟囱高度指数，见下表；,Q,h,烟气热释放率，,kJ/s,；,H,烟囱的几何高度，,m,，,H,240m,时，取,H,=240m,；,Q,v,烟气排放量，,m,3,/s,；,T,烟囱出口处的烟气温度与环境温度的差，,K,；,T,s,烟囱出口处的烟气温度，,K,；,Pa,大气压力，,Pa,。,3.2,大气环境影响预测模型,Q,h,，,kJ/s,地表状况（平原）,n,0,n,1,n,2,Q,h,21000,农村或城市远郊区,1.427,1/3,2/3,城市及近郊区,1.303,1/3,2/3,2100,Q,h,21000,且,T,35K,农村或城市远郊区,0.332,3/5,2/5,城市及近郊区,0.292,3/5,2/5, 当烟气热释放率,1700kJ/s,Q h,2100kJ/s,时：,3.2,大气环境影响预测模型,式中：,Vs,烟囱出口处烟气的排出速度，,m/s,；,D,烟囱的出口直径，,m,；,H,2,烟气抬升高度，,m,。,当烟气热释放率,Qh,1700kJ/s,或者,T35K,时：,3.2,大气环境影响预测模型,B,、 有风时，稳定条件下的烟气抬升高度：,式中：,d,Ta,/d,z,烟囱几何高度以上的大气温度梯度，,K/m,。,C,、 静风和小风（,u,10,P,i,2.510,8,P,i,50%,，则认为影响较大。,3.3,大气环境影响评价,3.3.5,大气环境影响评价内容,大气环境影响评价内容,排气筒高度合理性评价,环境保护对策,卫生防护距离的确定,生产工艺评价,评价结论,建设项目的场址和总图布置的评价,Thank You !,