（环境科学专业论文）广西钦州港工业项目大气扩散模式的选取及应用.pdf

a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s , t h ef a s td e v e l o p m e n to fi n d u s t r yl e dm o r ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni n n a t i o n ，a n dt h ea t m o s p h e r i cp o l l u t i o ni st h et y p et h a th a st h eb r o a d e s ti m p a c t i o na n dt h em o s t i m m e d i a t e l ya n di n e v i t a b l yd a m a g et oh u m a n i n2 0 0 5 ，t h ed i s c h a r g eo fs 0 2i nc h i n ai st h e m o s ti nt h ew o r l d ，a n di ti st i m et ot a k ee f f e c t i v em e a s u r e st op r o t e c to u ra t m o s p h e r e t h e a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t a li m p a c tf o r e c a s ta n da s s e s s m e n ti st h ec o r eo f e n v i r o n m e n t a li m p a c t a s s e s s m e n t , i tc a ne f f e c t i v e l yp r e v e n ta n dr e d u c et h e p r o d u c t i o na n dd i s c h a r g eo fa i r c o n t a m i n a n t t h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t a li m p a c tf o r e c a s ta n da s s e s s m e n ti st h ep r o c e s s t h a tu s ea p p r o p r i a t ea t m o s p h e r i cd i s p e r s i o np a r e mt of o r e c a s tt h ed i s t r i b u t i o no fp o l l u t a n t c o n c e n t r a t i o n , a n dt h es e l e c t i o no fp r o p e ra t m o s p h e r i cd i s p e r s i o np a t t e r ni st h eh i n g et o d e t e r m i n et h ev a l i d i t yo f t h er e s u l t t h ec o a s t a la r e ah a s s u p e r i o rg e o g r a p h i cp o s i t i o na n dr i c hr e s o u r c e s ，a n di sd e n s e l y c o v e r e di n d u s t r i a lf a c t o r i e s q i n z h o uh a r b o re c o n o m i cd e v e l o p m e n tz o n eo fg u a n g x ii st h e t y p i c a ll a r g e - s c a l ec o a s t a li n d u s t r i a lz o n e t h ec o a s t a li n d u s t r ya c h i e v e sg r e a te c o n o m i cp r o f i t s ， b u tm a k e st r e m e n d o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n s ，e s p e c i a l l yi nd a y t i m eo fs p r i n ga n ds u m m e r , i tm a yo c c u rc o a s t a lf u m i g a t i o ni nc o a s t a la r e a , a n dt h eg r o u n dc o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o nm a y b e2o r3t i m e st h a nu s u a l o b v i o u s l y , t h er e s e a r c ho fa t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t a li m p a c t f o r e c a s ta n da s s e s s m e n tt oc o a s t a li n d u s t r i a lz o n eh a sp o s i t i v et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e t a k i n gt h er e s u l t so ft r a d i t i o n a lr e s e a r c ha sap r e m i s ea n db a s e do nt a k i n gm a s sf i e l d m e a s u r ed a t a , t h et e x tc o n f i r m e ds u i t a b l ea t m o s p h e r i cd i s p e r s i o n p a t t e r n sa n da m e n d e d r e l e v a n tp a r a m e t e r sf o rq i n z h o uh a r b o ri n d u s t r i a lp r o j e c t s ，a n dt h e nc o n c l u d e dt h ep a r t i c u l a r r e c k o nf o r m u l af o rq i n z h o uh a r b o ra r e a w ee m p h a s i z e dc o a s t l i n ef u m i g a t i o nm o d e la n dt h e a s c e r t a i n m e n ta n d a p p l i c a t i o no f t h ep a r a m e t e r , t h i si st h em a i na c h i e v e m e n ti n t h et e x t t h et e x ti n v e s t i g a t e dt h ee n g i n e e r i n gp r o j e c to fj i n g u i p a p e rl i m i t e dc o m p a n yt h a t p r o d u c e s2 5m i l l i o nt o n sp a p e ra n dc a r d b o a r dp e ry e a ri nq i n z h o uh a r b o ri n d u s t r i a lz o n e ，a n d a c h i e v e dt h ea p p l i c a t i o np r o c e s st ot h ea m e n d m e n to fd i s p e r s i o nm o d e lp a r a m e t e r sa n dt h e f o r e c a s tp r o c e s so ft h ec o a s t l i n ef u m i g a t i o nm o d e l w et o o kt h er e s u l t st oa n a l y z et h e r a t i o n a l i t yo f t h ec h i m n e yh e i g h ta n dt h ef e a s i b l ef a c t o r ys i t e i nt h ec o a s t l i n ef u m i g a t i o nm o d e l ，t h es h o r e - d i s t a n c e c ) i st h eu n i q u ep a r a m e t e r l c , e f f e c t i v eh e i g h t ( 玩) a n dt h i c k n e s so f t h et i b l ( 幼i st h ek e yt h a td e c i d e ss h o r e l i n ef u m i g a t i o n p a r e mw h e t h e rh a p p e na n di t ss e r i o u sd e g r e em a i n t h ea r t i c l ep a s s e st h r o u g ht h e m u l t i a n a l y s i sd i s c u s s i o n , t h a th a so b t a i n e dt h er e l a t i o na kf o r m u l aa n dt h er e l a t i o n a lc h a r t 东北林业大学硕十学位论文 b e t w e e n 厶a n dh e t h a tp r o v i d e se v i d e n c ef o rc h o o s i n gf a c t o r ys i t e sa n dc h i m n e yh e i g h tf o r s e a s h o r ei n d u s t r i a lp r o j e c t s 。w h i c hi st h ei n n o v a t i o ni nt h et e x t k e y w o r d sq i n z h o uh a r b o r ；a t m o s p h e r i cd i s p e r s i o nm o d e l s ；p a r a m e t e r s ；c o a s t l i n ef u m i g a n t d i s p e r s i o nm o d e l s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特j j t l d h 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塞些盎些盘堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：狱嵌签字日期：知p 7 年g 月莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盎选盎些盘壁有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权 壅韭挂些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 7 - 7 汰 导师签名： 签字日期：嘲年6 月沾i l t 签字日期：纠年占月彳日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 1 绪论 1 1 课题背景 与所有的工业化国家一样，中国的环境污染问题是与工业化相伴而生的。5 0 年代之 前，我国的工业化刚刚起步，环境污染问题尚不突出。5 0 年代后，随着工业化的大规模 开展，重工业迅猛发展，环境污染问题愈演愈烈。尤其是近二十年来，我国经济持续高 速增长，取得了举世瞩目的辉煌成就，但同时也带来了资源浪费、环境污染和生态破坏 的严峻形势。长期积累的环境问题尚未解决，新的环境问题又在不断产生，一些地区环 境污染和生态恶化已经到了相当严重的程度。流经城市的河段普遍遭到污染，l 5 的城 市空气污染严重，l ，3 的国土面积受到酸雨影响，全国水土流失面积3 5 6 万平方公里， 沙化土地面积1 7 4 万平方公里，9 0 0 , 4 以上的天然草原退化，生物多样性减少。发达国家 上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题，在我国已经集中在二十多年内出现i l j 。时 至如今，环境问题与人口问题一样，已成为我国经济和社会发展的两大难题。国外有的 报道称，中国正在成为“公害大国”。生态破坏和环境污染，造成了巨大的经济损失， 给人民生活和健康带来严重威胁，已引起人们的高度警醒。 为了保护人类赖以生存和发展的环境避免持续受到污染和破坏，人们努力寻求一条 人口、经济、资源和环境相互协调发展之路，认识到必须实施可持续发展战略。环境影 响评价是在决策和开发建设活动中实施可持续发展战略的一种有效手段和方法，它从经 济、社会、环境多方面综合考虑，协调人们的短期行为和长远利益，从而达到合理开发 利用自然资源、保护环境，实施可持续发展的目标【2 】。环境影响评价是环境科学中不可 或缺的分支。2 0 0 2 年l o 月中华人民共和国环境影响评价法正式颁布和实施 3 1 。 建设项目环境影响评价是我国环境保护的一项基本制度；大气环境影响预测与评价 是环境影响评价的重要内容与核心问题1 4 1 ；按照一定的大气扩散模式，计算受影响区域 污染物的地面浓度预测值，又是大气环境影响评价工作中的关键环节。由此可见，对特 殊区域的大气扩散模式的选取及应用进行研究是必要的、适时的。 1 2 我国大气污染现状 1 2 1 中国大气污染的基本特征 中国目前的大气污染属典型的煤烟型污染，燃煤污染总量占整个燃料燃烧排放量的 9 6 0 4 ，大气污染物中约6 0 的总悬浮颗粒物、8 7 的二氧化硫、6 7 的氮氧化物和7 l 的二氧化碳均来自煤炭燃烧1 5 1 。大气污染物主要以总悬浮颗粒物、二氧化硫为主，氮 氧化物因近几年城市机动车数量的大幅度增加，其在某些大中城市中的污染分担率迅速 攀升。全国已经形成华中、西南、华东、华南等几大酸雨区，而且，酸雨区的面积仍在 缓慢扩大，其中以华中酸雨区最为严重 6 1 。 东北林业大学硕t ：学位论文 中国的大气污染在空间的分布上呈现较强的区域特征，总体上北方城市重于南方， 大城市重于中小城市，中西部重于东部，部分沿海城市的空气质量保持了较好水平嘲。 在工业污染排放中重化工行业依然是大气污染的主要贡献者。大城市中的民用燃煤 污染随着集中供气、供暖比例的提高和燃料结构的逐步改善有所缓慢的下降，机动车尾 气排放所导致的空气污染增加迅速，势头难以控制。 1 2 2 大气污染物捧放总量现状 2 0 0 0 2 0 0 5 年全国大气污染物排放总量状况见表1 1 。 表卜l全国近年废气中主要污染物排放量”1单位：万吨 项目 二氧化硫排放量烟尘排放量 年度 合计 _ i = 业 生活合计工业生活 i = 业粉 尘排放 量 2 0 0 01 9 9 5 1 2 0 0 11 9 4 7 。8 2 0 0 21 9 2 6 6 2 0 0 32 1 5 8 7 2 0 0 42 2 5 4 9 2 0 0 52 5 4 9 3 1 6 1 2 5 1 5 6 6 。6 1 5 6 2 0 1 7 9 1 4 1 8 9 1 4 2 1 6 8 4 3 8 2 6 3 8 1 2 3 6 4 6 3 6 7 3 3 6 3 5 3 8 0 9 1 1 6 5 4 1 0 6 9 8 1 0 1 2 7 1 0 4 8 7 1 0 9 5 0 1 1 8 2 5 9 5 3 3 8 5 1 。9 8 0 4 2 8 4 6 2 8 8 6 5 9 4 8 9 2 1 2 1 2 1 7 ，9 2 0 8 5 2 0 2 5 2 0 8 5 2 3 3 6 1 0 9 2 0 9 9 0 。6 9 4 1 o 1 0 2 1 0 9 0 4 8 9 1 1 2 从表卜1 中数据可看出：我国烟尘和工业粉尘的排放量在五年内基本保持稳定；二 氧化硫的排放量总体是呈增长趋势的；兰种污染物的主要来源均为工业排放。由此可 见，着力控制工业企业的大气污染物排放迫在眉睫。 中国环保总局官员李新民指出，2 0 0 5 年中国二氧化硫排放量世界第一，当前大气污 染防治工作的重点是减少二氧化硫的排放。据了解，仅2 0 0 4 年一年，二氧化硫就给中国 造成5 0 0 0 亿元损失嘲，空气污染已经严重制约了中国经济的发展。 1 3 大气环境影响评价与大气扩散模式的简介 1 。3 。1 环境影响评价及大气环境影响评价概述 1 3 1 1 环境影响评价概念 2 0 世纪7 0 代初，我国引入了环境影响评价理论，并在1 9 7 9 年颁布的中华人民共 和国环境保护法( 试行) 中明确规定了我国实行环境影响评价制度。2 0 0 2 午l o 月2 8 日通过的中华人民共和国环境影响评价法又把现行的单纯对建设项目进行环境影响 评价扩大到对规划进行环境影响评价。中华人民共和国环境影响评价法对环境影响 评价的定义是：“对规划和建设项目实施后可能造成的环境影响进行分析、预测和评 估，提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施，进行跟踪监测的方法与制度”。 1 3 1 2 大气环境影响评价概述 大气环境影响评价的基本任务是从保护环境的目的出发，通过调查、预测等手段， 分析、计算、判断建设项目在建设施工期和建成后生产期所排放的大气污染物对大气环 境质量影响的程度和范围，为建设项目的厂址选择、排污口设置、制定大气污染防治措 旌以及其他有关的工程设计提供科学依据或指导性意见1 9 1 。 大气环境影响预测评价的内容就是根据工程中各排放源的源强和当地气象数据，按 照一定的大气扩散模式，通过计算得出地面浓度预测值，将预测值与标准值比较，就可 判断出工程建成后污染程度超标与否i l 们。可见，为保证大气环境影响预测评价的准确 性、客观性和科学性，切实提高评价工作的质量和效率，正确选取大气扩散模式及其参 数，在大气环境影响评价工作中是举足轻重的一个环节。 1 3 2 大气扩散模式的概述 1 3 2 1 大气扩散模式的概念 大气扩散模式是一种用以处理大气污染物在大气e e ( 主要是边界层内) 输送和扩散问 题的物理和数学模型1 1 1 】。 现有的大气扩散理论和实验研究表明，大气污染物在大气中的扩散受多种因素的影 响，例如大气边界层结构、风、湍流、气温、大气稳定度、辐射。云及下垫面条件等 1 1 2 。为了准确模拟在不同状况条件下污染物在大气中的扩散，近几十年来，气象学家们 建立和发展了许多大气扩散模式，形成了种类繁多、能够处理不同条件下大气扩散问题 的大气扩散模式【1 3 】。依据环境影响评价技术导则要求，我国目前通用的大气扩散模式 有：有风时点源扩散模式、小风和静风时点源扩散模式、长期平均模式、熏烟模式、海 岸线熏烟模式、多源和面源排放模式、体源排放模式、非正常排放模式等【1 4 j 。 1 3 2 2 国外大气扩散模式的研究概况 国外对污染物在大气中的扩散的研究起步较早。早在1 9 1 8 年，英国就创立了世界 上第一个化学防护所，开展了这方面的研究【15 佣。2 0 世纪3 0 年代，微气象学家 s u t t o n 根据自己的研究成果，提出了描述大气扩散过程的高斯方程，之后整个4 0 年代 和5 0 年代都一直在使用这个方程1 1 7 _ 町。到6 0 年代，以p a s q u i l l 和g i f f o r d 为代表的 一些大气扩散科学家，在分析p r a r i eg r a s s 现场观测数据基础上，给出了不同稳定度 条件下的扩散参数曲线，并发展了第一代法规大气扩散模式体系【l 吼2 0 1 。 1 3 2 3 国内大气扩散模式的研究概况 我国的大气扩散模式的研究起步较晚，是从借鉴国外的模拟经验开始，并结合我国 的国情，而逐步发展起来的【1 1 1 。中国的法规性大气扩散模式最早颁布于1 9 8 3 年的国家 标准制定地方大气污染物排放标准的技术方法( g b 3 8 4 0 8 3 ) 中【w l 。1 9 9 1 年中国国 家技术监督局和国家环境保护局又颁布了g b f r 3 8 4 0 9 1 ，其中规定了大气污染物地面浓 度的计算方法，它是目前中国唯一具有法规意义的大气扩散模式，属于第一代法规大气 扩散模式【2 ”。作为第一代的现有法规大气扩散模式基本上都属于正态模式类型【2 2 1 。 东北林业大学硕i ：学位论文 1 。3 2 4 法规大气扩散模式的新进展 8 0 年代以来人们注意到现有的法规大气扩散模式落后于已取得的研究成果，存在 着下述一些问题【2 3 】： 不稳定条件下，对于中等有效高度的排放源，其地面浓度预测值和实测结果相 比，明显偏低； 未能反映浮力烟羽抬升到混合层顶部附近的实际扩散过程，致使高浮力烟羽的地 面浓度预测值误差较大； 与正态扩散模式配套的p a s q u i l l g i f f o r d 扩散参数和大气稳定度分类法，明显的不 适用于上述、两种情况。 鉴于上述情况，一些研究者自2 0 世纪8 0 年代就歼始着手第二代法规大气扩散模式 的研究，自9 0 年代以来，对提出的一些模式进行了不断的改进和完善。西方一些发达 国家都在开发新一代的法规大气扩散模式系统，作为他们空气质量模拟的导则或法规模 式。例如：加拿大安大略省环境保护部门开发的c a p 模式f 2 4 l ；英国剑桥环境咨询公司 等开发的a d m s 系统；美国希葛码公司开发的h p d m 模式【2 5 1 等，都是9 0 年代开发的 具有许多新特点的第二代法规大气扩散模式体系i 抵2 7 1 。其中h p d m 模式是一种比较有 代表性的模式。我国目前仍在使用第一代法规大气扩散模式【2 引。 1 4 研究的意义、目的及内容 1 4 1 研究的意义 1 4 1 1 理论意义 大气环境影响评价是环境影响评价的重要组成部分：是对建设项目的大气环境可行性论 证；是大气污染防治设计的依据之一。通过大气环境影响评价，能够预测建设项目建成后对 周围大气环境产生的影响，并作出评价、提出防治措施，使项目建成后对大气环境质量的影 响控制在大气环境质量标准的容许范围内。大气环境影响评价是保护大气环境、贯彻“预防 为主”方针圈、实现总量控常一、控制新污染的有效手段。 从污染源排出的污染物随着大气流动进行输送、扩散而对大气环境产生影响。因 此，在大气环境影响评价中，选择适当的大气扩散模式模拟污染物的扩散是非常重要的 一个步骤。环评实践表明，评价过程中模式的选用及模式参数的选取是否恰当都是影响 评价是否正确、是否符合实际的关键因素。因此，对于不同地形、不同气象条件下的大 气扩散模式的研究一直是学者们关心的热点问题。本论文适应当前国内外环境影响评价 学、污染气象学、大气扩散模式的研究方向，具有重大的理论意义。 1 4 1 2 实践意义 1 9 9 2 年8 月，钦州港正式动工：1 9 9 4 年6 月，钦州港区成立，初步实行开发区管 理模式；1 9 9 6 年6 月，自治区人民政府批复设立自治区级钦州港经济开发区，由此钦州 港区的建设开始步入正轨。2 0 0 0 年，自治区人民政府批准实施的广西五大经济区发展 总体规划纲要及广西南北钦防经济区发展总体规划纲要将钦州市定位为临海工业 1 绪论 城市，并选择钦州港沿海地带设立广西大型临海工业( 钦州) 园区。广西大型临海工业 ( 钦州) ) 园区包括钦州港经济开发区、大榄坪工业区及犀牛脚工业区。钦州港经济开 发区已开展大规模开发建设，大榄坪工业区正在开展开发建设的前期工作，犀牛脚工业 区则仍停留在概念规划阶段1 3 ”。由于大榄坪工业区和犀牛脚工业区目前仍处在规划设计 阶段，因此本文所指钦州港地区工业项目即为钦州港经济开发区内工业项目。 沿海地区由于地理位置优越、交通便利、资源丰富，是工业企业选址的好场所。但 是，沿海地区也存在一些特殊的大气现象及气候灾害会对工业企业大气污染物的排放形 成一定的不利因素甚至是威胁。开发区的成立虽然会为广西政府带来巨大的经济效益， 但同时也对附近地区的环境造成了恶劣影响。因此，在目前人们普遍关注环境问题的前 提下，对钦州港地区工业项目大气环境影响评价的研究是必要迫切的。 本论文所引实例广西金桂浆纸业有限公司林浆纸一体化工程年产2 5 0 万吨纸及纸 板工程项目投产后，单机产纸量为世界最大【3 “，是钦州港经济开发区内大型企业中污染 较重的，具有显著的代表性。该工程的大气环境影响评价尤其是其大气扩散模式及其参 数的选择、应用过程可为钦州港乃至沿海工业项目的设计及建设提供一定的借鉴和依 据，具有广泛的实践意义和长远利益。 1 4 2 研究目的 环境影响评价是我国环境保护的一项基本制度。2 0 0 5 年，经全国各级环保部门办 理环评审批手续的建设项目共有3 1 4 0 8 3 个，环评制度执行率达到9 9 5 f q 。环境影响评 价所涉及地域及对象是非常广泛的，是全国乃至全世界都在进行的事业。虽然，环境影 响评价目前已经形成了一套比较成熟而完整的形式及规范，但是，对于不同区域来说， 由于其自然条件的差异导致其环境影响评价过程中所应用到的模式及其参数是有很大区 别的，尤其是沿海及丘陵等特殊地形的模式应用就更加复杂了。本论文在详细分析位于 沿海地区的广西钦州港的自然条件的基础上，以广西金桂浆纸业有限公司林浆纸一体化 工程年产2 5 0 万吨纸及纸板项目的大气扩散模式的应用及其参数选取的过程为参照实 例，建立一套完整的钦州港地区大气环境影响评价模式体系，旨在为钦州港地区乃至沿 海地区的大气环境影响评价提供一定的借鉴和依据。 1 4 3 研究内容 本文在对环境影响评价技术导则规定的几种常用的大气扩散模式及其参数进行分 析、比较的基础上，结合钦州港地区特殊的地形及气象条件，确定出适合于钦州港地区 工业项目的大气扩散模式及其参数，再以广西金桂浆纸业有限公司林浆纸一体化工程年 产2 5 0 万吨纸及纸板工程项目为例，实现模式及参数的应用过程，并利用预测结果分析 该项目选址的合理性。主要研究内容分为以下几部分： ( 1 ) 介绍环境影响评价技术导则中规定的法规大气扩散模式及其中各参数的意 义，归纳出模式中常用的参数。 ( 2 ) 介绍钦州港地区社会经济环境及自然环境状况，在描述其地形、地貌及气候 东北林业大学顾：掌位论 特征的基础上，对数据进行必要的归纳总结。 ( 3 ) 结合钦州港地区自然环境状况，确定钦州港地区工业项目大气环境影响评价 需应用的大气扩散模式，对模式计算中常用参数尤其是海岸线熏烟模式的参数进行修 正，得出钦州港地区的大气扩散模式及其参数的特殊形式和结论；分析海岸线熏烟形成 的原理，以广西金桂浆纸业有限公司林浆纸一体化工程年产2 5 0 万吨纸及纸板工程项目 为例，实现本文所修定的参数的应用过程及海岸线熏烟模式的预测过程，给出不同稳定 度条件下，各类污染物在不同落地距离的净增加值及最大值，并分析项目选址及烟囱有 效高度设置的合理性。 ( 4 ) 详细论述海岸线熏烟模式中岸距( 厶) 与烟囱有效高度( 也) 的关系，并提 出验证公式，为沿海工业项目乙和统的选取提供依据。该部分是论文的主要创新点。 2 污染物在大气中的扩散模式 2 污染物在大气中的扩散模式 2 1 污染物在大气中的扩散过程 欲对大气污染物的扩散模式进行深入研究，那么首先应该熟悉大气污染物在一定大 气环境状态下的扩散过程。 气载污染物在大气中的浓度和分布，不仅取决于污染物的排放量和距离排放源的远 近，而且决定于大气对气载污染物的扩散能力1 3 2 j 。大气的扩散能力主要受风( 风向、风 速等) 和大气稳定度的影响。风向决定着污染物在大气中的扩散方向，通常是在水平风 的作用下将气载污染物不断地向下风向输送，上述污染物在大气中的随风运动称为大气 输运。在实际生活中可以感到风速时大时小，而且沿主导风向常出现左右和上下的无规 则摆动。大气的这种无规则运动称为湍流，其流场的各个特征量是时间和空间的随机变 量，其统计平均值是有规律的。气载污染物在随风输运过程中因大气湍流的作用导致在 横向和垂直方向上不断加大与周围空气的混合范围，此过程称为大气扩散，大气弥散则 包括上述输运与扩散两个过程。风速大小和湍流强度的大小决定着气载污染物的稀释速 率，其它气象因子都是通过风和湍流的作用间接影响空气污染的【2 3 1 。 2 2 大气扩散模式 2 2 1 正态模式 大气环境影响预测，即正确推断各种条件下污染物浓度分布及其随时间的变化，是 大气环境影响评价所要解决的核心问题【2 “。通常采用模式预测法进行大气环境影响预 测，计算评价项目的污染因子在评价区域内对环境空气质量的影响。所谓大气扩散模 式，就是以大气扩散理论和实验研究结果为基础，将各种污染源、气象条件和下垫面条 件模式化，从而描述污染物在大气中的输送、扩散、转化的数学模式【1 1 1 。迄今为止，在 工业上应用最普遍的是正态模式( 即g a u s s 模式) 2 1 。正态扩散模式的前提是假定污染 物在空间的概率密度是正态分布，概率密度的标准差亦即扩散参数。 瞬时单烟团正态扩散模式是一切正态扩散模式的基础，其他模式都是在该模式基础 上修正得来。瞬时单烟团正态扩散 2 1 模式表达式为： 描 = 【( 2 石y 2 盯，盯，a ：】_ 1 十s 每珥 珥 哮瑚， 式中：鼍舅互卜预测点的空间坐标和预测时的时间； x 。肋知f 棚团初始空间坐标和初始时间； 东北林业人学硕寸：学位论文 x ，z 烟团中心在f - 如期间的迁移距离： c 一预测点的烟团瞬时浓度； 9 烟团的瞬时排放量； a x , d r l ，y ，z 方向上的标准差( 扩散参数) 。 2 2 2 法规大气扩散模式 所谓法规大气扩散模式1 2 1 是指由政府部门颁布实施、在工程上普遍应用的大气扩散 模式。这种模式通常是用初等数学形式表达，其中需要给定的输入参数，可由常规气象 参数、物理参数或经验数据求出。例如，我国已颁布的大气排放标准及大气环境影响评 价导则中推荐的模式，以及美国e p a 所推荐的一系列关于大气扩散方面的模式都属于 法规大气扩散模式。 环境影响评价技术导则一大气环境( h j t 2 2 9 3 ) 中规定的大气扩散模式如 下。 2 2 2 1 有风时点源扩散模式 以排气筒地面位置为原点，下风方地面任意一点( zj ，) ，小于2 4 小时取样时间 的浓度c ( m g m 3 ) ，可按下式计算： 归【毒卜一r 虿y 2m 协z ， ，= 差俐一笺笋卜纠一号笋， 协s ， 式中：q 一单位时间排放量，r a g s ： 卜该点与通过排气筒的平均风向轴线在水平面上的垂直距离，m ： 口广垂直于平行风向的水平横向参数，m ； o 厂铅直扩散参数，m ； 驴一排气筒出口处的平均风速，m s ； i 卜混合层厚度，m ； 玩烟囱有效高度，m 。 排气筒下风方一次( 3 0 r a i n ) 取样时问的最大地面浓度( m g m 3 ) 及其距排气 筒的距离，( m ) ，建议按下式计算： 只= ( - + 舒ii + 唰a 1 删疆刳 ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 2 污染物在大气中的扩散模式 k = ( 鲁 “啦( + 罢 一。2 吒 c 2 s ， 2 2 2 2 小风( 1 5 m $ u l o 一o 5 m s ) 和静风时( u l o 0 5 m s ) 的点源扩散模式 以排气筒地面位置为原点，平均风向为x 轴，地面任意一点( 正l ，) 小于2 4 小时 取样时间的浓度c ( m g m 3 ) ，可按下式计算： c l y ) = 而2 q g ( 2 - 7 ) 式中目和g 按下式计算： 牡( x 2 + y 2 + 篆研) ( 2 - 8 ) g = p 一小2 商 1 + 2 历s e2 - 痧( s ) ( 2 9 ) 郇) = 去卜；谢 ( 2 - l o ) s ：u x ( 2 1 1 ) y o i r l 式中：v o l 、一横向和铅直向扩散参数的回归系数； 卜为扩散时间，s 。 2 2 2 3 长期平均模式 对于长期孤立排放源，以排气筒地面位置为原点，任意风向方位f 距排气筒下风 方肖处的季( 期) 或年长期平均浓度按下式计算： 、 和i = l c q k 厶+ 丘l ( 2 1 2 ) ，it 式中：石r 一有风时风向方位、稳定度、风速联合频率； 2 两翻印 q d 3 ，的确定方法见式2 3 ；捍为方位数，一般取1 6 ；j 、七分别为稳定度和风速段的 序号，其加和总数取决于所划分的稳定度和风速段数目，的总数不宜小于3 ( 稳 定、中性、不稳定) ；如不单独考虑静风频率时，七的总数也不应小于3 。五种为静风 或小风时，不同风方位和稳定度的出现频率( 下标_ i 只含有静风和小风两个风速 段) 。k 的计算方法同e l ( 式2 - 7 ) 。如果总较大( 大于2 0 0 m ) 且常规地面气象资料 的矗i 不太大( 小于2 0 ) 时，办可不单独统计，此时石伍l 公式右侧括号内只包括前 一项。 如果评价区的排气筒数目多于一个，则评价区坐标系内任一接收点( 墨l ，) 的 季( 期) 或年长期平均浓度为： 石伍y ) = i 厶+ b 几l ( 2 1 4 ) 式中c r g k 和c l m k 分别是在接受点上风方2 x n 方位角内对应于厶和无耻联合频率 的第r 个源对接受点的浓度贡献。和b 的公式形式分别和，五时相同，但应 注意坐标变换，将坐标转换到以接受点为原点，i 风方位为正x 轴的新坐标系后，再 应用、公式。计算时，对其作贡献的源可适当地增加。 2 2 2 4 熏烟模式 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 为矽时，原来积聚在这一层的污染物所造成的高度污染，这一浓度值按下式计算： ：告i p ，吖，(2-15)cf e x p ( ：- - - - t 2 赢嘞脚 q 。 p = h i - h 形( 2 - 1 6 ) o r 一= 仃，+ n 8 ( 2 1 7 ) 其中中( p ) 的表达式同式2 1 0 。毋和以应当选取逆温层破坏前稳定层结的数值。 协毋和以都是下风距离芬( 或时间驴0 ；西u ) 的函数。当下风距离母给定时，母由 下式确定： h f = h + 曲f ( 2 1 8 ) = + 2 h a h ，) ( 2 1 9 ) 式中4 和4 毋按下式计算： a=p。c。u4kc(2-20) a h = a h + p o - ， m( 2 2 1 ) 蜒= 4 1 8 6 e x p - o 9 9 ( d o d z ) + 3 2 2 1 0 3 ，j ，( m s k ) ( 2 2 2 ) 式中：4 盱烟气抬升高度，( m ) ； 尸厂一大气密度，g m 3 ； 勺一大气定压比热，j ( g k ) ： d o d z 一位温梯度，k m 。 2 2 2 5 海岸线熏烟扩散模式 如果评价项目设置在沿海或沿大面积水域附近，还应计算海岸线熏烟地面浓度的最 大值和分布值，其模式形式同式2 - 1 5 ，但公式中的够咐和p 应由下式确定： ：要塞丝耋查：塑薹彗篓主 驴2 篑k 伍m 5 畿u = ( ：s t j z o “， - l l o l 吼 x f 川等妒) 严 ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) 以协：2 当划”( 2 - 2 6 ) u i ol， j 式中：以一摩擦速度，m s 。 厶死一陆地上与水面上的气温差，k ； 】一热力内边界层顶上的逆温层温度梯度，k l o o m ； z 矿一地表面粗糙度，n l ； a ，y 厂分别为横向扩散参数的回归指数和回归系数，下标a 为a 或b 类稳 定度，s 为烟羽进入热力内边界层前的i ) - e ，e 或f 类稳定度； 厶一排气筒距海岸线的上风方向距离，m ； 尼一下风向距离，n l ； 一进入热力内边界层的部分或全部烟羽的水平重心线与热力内边界层上边 缘的交点处的下风向距离，m 。 然而，不论是水表面还是陆地表面，其气温分布都不是均匀的；此外，像r 一类的 参数也常常是随下风距离工而变【2 1 。因此，式2 2 3 的使用存在一定的难度。目前计算加 应用较多的是中国环境影响评价培训教材给出的简单实用公式： 吩订= 2 3 d ( l 。+ j ) “5( 2 2 7 ) 式中：扣粗糙度参数，租糙度z o 一 o 5 m 时，z o = l m ，d = 2 ； 动在o 5 m 与l m 之间或大于l m 时，可用其线性内插或外延确定。 2 2 2 6 尘( 颗粒物) 模式 对于排气筒排放的粒径小于1 5 i n n 的颗粒物，其地面浓度按前面所提到几个气体 模式计算。 当粒径大于1 5 1 a m 时，其地面浓度g 应按下述倾斜烟雨模式计算。 c ，= ：( 船1 u + 盯a ，) 盯q ：e x p 【 z y 口2 ；一( v g x j r - h , ) 2 ( 2 2 8 ) 东北林业大学顾f 一学位论文 式中：a 一尘粒子的地面反射系数； 尘粒子的沉降速度。 2 2 2 7 多源、面源及体源排放模式 本部分内容与本文无关联，因此对其公式不作介绍。 2 3 模式中常用的参数识别 通过对大气扩散过程以及上述各个大气扩散模式的观察对比，可发现任意一点污染 物地面浓度是由模式中所包含的各个参数所决定，因此在大气环境影响评价计算过程 中，在确定扩散模式后，最重要的工作是要根据当地特定的地形及气象条件对参数做必 要的修正并确定其具体数值。常用的参数见表2 1 。 表2 - 1 大气扩散模式常用气象参数 2 4 本章小结 ( 1 ) 简要介绍了大气污染物在一定大气环境状态下的扩散过程。研究大气扩散模 式是目的，熟悉扩散过程是研究模式不可缺少的基础。 ( 2 ) 介绍了正态模式及环境影响评价技术导则中规定的法规大气扩散模式， 并对模式中重要参数的意义做出了详细解释。导则中规定的模式是目前我国大气环境影 响评价主要应用的模式。 ( 3 ) 对大气环境影响评价过程中常用的扩散模式参数进行归纳，为下几章的研究 打下基础。 3 广西钦州港环境概况 3 广西钦州港环境概况 3 1 钦州港经济开发区简介 广西钦州港经济开发区位于我国南海北部湾北部的钦州湾内，其背靠大西南，面向 东南亚，地理位置十分优越。它是我国西南海岸上的天然深水良港，水域宽阔，风浪 小，来沙量少，岸滩稳定，具有建设深水泊位的有利条件【3 l 】。 钦州港经济开发区处于广西南( 宁) 北( 海) 钦( 州) 防( 城) 沿海经济区的地理 中心位置，距广西首府南宁仅1 2 8 公里，东南距海南省海口市1 4 9 海里，到越南海防港 1 6 3 海里，距香港4 5 6 海里。大西南货物从钦州港进出，铁路运距比湛江港短约1 4 5 公 里、2 9 4 公里，比广州港短约5 1 7 公里、6 6 7 公里，是我国大西南、湘西、鄂西地区通 往东南亚最便捷的出海通道刚。 开发区内的钦州港于1 9 9 2 年8 月动工建设，1 9 9 4 年1 月简易投产；1 9 9 7 年 6 月，钦州港作为国家一类口岸正式对外开放。2 0 0 0 广西区党委、区人民政府在广 西南北钦州防区域经济规划纲要中，将钦州定位为临海工业城市，把钦州港定位为i 临 海工业港p “。 随着钦州港港口基础设施的不断完善，港口临港工业也获得了快速的发展，已经有 不少大型的石化、冶金、能源、造纸等项目落户钦州港。中国加入w t o 、中国东 盟自由贸易区的建立，国家西部大开发战略的实施和我国泛珠江三角洲区域经济合作的 全面推进，将极大地促进钦州港港口建设和l 临港工业的发展，钦州港将跨进亿吨级世界 大港行列，同时形成大港口、大工业、大物流、大旅游良性、互动发展格局，进而发展 成为工业、生态、旅游、人居协调和谐发展的现代化综合性港口。目前开发区已引进工 业项目2 6 个，其中已竣工投产的工业项目1 5 个，在建的6 个，已经签订合同即将开工 建设的5 个，投资超亿元的1 2 个。建成或在建的较大工业企业有：东油沥青扩建工 程、钦州燃煤电厂一期工程、华港6 0 万吨大豆加工等；金桂浆纸一体化工程( 一期年 产纸6 0 万吨、浆3 0 万吨) 、中钢联年产2 0 0 万吨特殊钢厂等项目i 刈。 3 。2 社会经济环境概况 中越“两廊一圈”的构建，使北部湾三角经济区的区位优势越来越明显。在北部湾 经济区，钦州区位优势突出，日益成为连接西南、华南、中南与东盟大市场的重要枢 纽。当前，钦州正面临着许多发展机遇。西部大开发战略的深入实施，中国一东盟自由 贸易区的建立环北部湾经济圈的形成以及泛珠三角经济合作区的全面启动，为钦州充 分利用优越的区位、交通和资源优势。加强对外合作交流，