（环境工程专业论文）曹妃甸工业区大气环境预测与污染防治对策研究.pdf

摘要 摘要 曹妃甸工业区位于唐山以南7 0 k i n 的一个岛屿，是渤海湾内唯一不需要开挖 航道和港池，就具备建设3 0 万吨级深水泊位的天然港址。在环渤海经济圈内， 曹妃甸处于该经济区中轴线，经济腹地不仅涵括环渤海经济区，而且可延伸到广 大华北、东北及西北地区，具备建成以钢铁、石化等大型临港工业为主的工业港 条件。鉴于曹妃甸工业区在河北省乃至全国经济发展中的重要性，随着城市和经 济建设的快速发展，工商业能耗的大幅度增加，建设规模的不断扩大，人口密度 的不断加大，必将造成曹妃甸工业区环境质量的巨大变化。因此，在曹妃甸工业 区开发建设中，控制曹妃甸工业区环境污染是一项十分艰巨而又必须做好的工 作。本文通过对曹妃甸工业区地理位置、气候特征、污染气象的分析，得出曹妃 甸工业区大气扩散条件好，自净能力比较强，环境容量比较大；通过对区域环境 现状的监测和评价，得出曹妃甸周围无论是日均浓度还是小时浓度均能达到环境 空气质量二级标准，说明该区域环境空气状况良好；通过对规划期钢铁、水泥、 电力、焦化、化工项目污染物排放量的估算，得出工业区到2 0 2 0 年排放烟( 粉) 尘2 0 2 7 0 1 9 t a ，二氧化硫1 8 8 3 7 4 4 t a ，氮氧化物6 9 3 5 8t a ；通过对曹妃 甸空气质量的预测和运用线性规划模型计算环境容量，得出环境总量控制指标； 并有针对性地提出大气污染防治对策，创造良好的区域环境，推动曹妃甸工业区 建成国家科学发展示范区。 关键词曹妃甸：大气环境：预测：污染：对策 北京工业大学t 程硕仁学位论文 a b s tr a c t c a o f e i d i a ni n d u s t r i a lz o n el i e si nal i t t l ed e s o l a t eb a n d i n gi s l a n d7 0 k i ns o u t ht o t a n g s h a nc i t y i ti st h et h en a ：删p o r ts i t ew i t h o u tw o r k i n gc h a n n e la n dh a r b o rp o o l a r es u i t a b l et ob u i l d3 0 0 ，0 0 0t o n so fl a r g e s c a l eb e r t h i nt h eb o h a ie c o n o m i cc i r c l e ， c a o f e i d i a na tt h ea x i so ft h ee c o n o m i cz o n e ，t h ee c o n o m i ch i n t e r l a n di sn o to n l y i n c l u d e st h eb o h a le c o n o m i cz o n e ，b u ta s l om a yb ee x t e n d e dt ot h em 面o r i t yo fn o r t h c h i n a , n o r t h e a s ta n dn o r t h w e s tr e g i o n s ，w i t ht h ec o n d i t i o n st ob u i l ti n d u s t i a lp o r t w h i c hi st h es t e e l p e t r o c h e m i c a l si n d u s t r ya st h em a i ni n d u s t r y b e c a u s eo ft h e i m p o r t a n c eo fc a o f e i d i a ni n d u s t r i a lz o n ei nh e b e ip r o v i n c ea n dt h en a t i o n a le c o n o m i c d e v e l o p m e n t ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec i t ya n de c n o m i c ，t h es u b s t a n t i a l i n c r e a s eo f t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no f t h et r a d ea n di n d u s t r y ，t h ee x p a n s i o no f t h es c a l e o fc o n s t r u c t i o n ，t h ec o n t i n n u e di n c r e a s eo fp o p u l a t i o nd e n s i t y ，t h ee n v i r o n m e n t a l q u a l i t yo fc a o f e i d i a ni n d u s t r i a lz o n em u s tb ec h a n g e dd r a m a t i c a l l y t h e r e f o r e d u r i n g t h ed e v e l o p m e n ta n dc o n s t r u c t i o no fc a o f e i d i a ni n d u s t r i a lz o n e ，c o n t r o l l i n gt h e i n d u s t r i a lp o l l u t i o ni sav e r yd i 珩c u l ta n dn e c e s s a r yw o r k n l ei s s u et h r o u g hs t u d yo f t h en a t u r a l e n v i r o n m e n t ，p o l l u t i o n ,m e t e o r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i e s 。c o m p l e x e n v i r o n m e n t a lp r o c e s s e sa n dr e g i o n a lp o l l u ts o u r c e sn o we x i s t i n ga n dp l a n n e dt o c o n s t r u c t ，c o n s i d e r e dt h ec o n d i t i o no fs p r e a d i n go fa t m o s p h e r ei sb e t t e r , a n da b i l i t yo f s e l f - c l e a ni sp o w e r f u l ，t h ec a p a c i t yo fe n v i r o n m e n ti sb i g ，t h r o u g hm o n i t o r i n ga n d e s t i m a t i n g ，c o n s i d e r e dt h a tn o to n l ya t m o s p h e r ed e n s i t yp e rd a yb u ta l s op e rh o u r a r o u n dc a o f e i d i a nc a nr e a c ht h ei ig r a d es t a n d a r do fa i rq u a l i t y i ti si m p r o v e dt h a t t h ea i rc o n d i t i o no ft h a tz o n ei sb e t t e r , t h r o u g ht h ee s t i m a t i n go fp o l l u t i o nq u a t i t i e so f s t e e l ，c e m e n t ，h e a t i n gp o w e r , c o a lc o k ea n dc h e m i c a li n d u s t r i e s ，d r a wac o n c u l u s i o n t h a tt h es m o k ea n dd u s td i s c h a r g e dq u a n t i t yi s2 0 2 7 0 19 t a , s 0 2i sl8 8 3 7 4 4 t a , n 0 xi s 6 9 3 5 8 t ，au pt o2 0 2 0 ，t h r o u g hf o r e c a s t i n go f a i rq u a l i t ya n dc a c u l a t i n gt h ee n v i r o n m e n t c a p a c i t yu s i n gt h el i n e rp r o g r a mm o d e l ，d r a wt h ee n v i r o n e m n tc a p a c i t yc o n t r o l l e d t a r g e t ，a n dd r a wu pt h ep o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e sa n dc r e a t eab e t t e rr e g i o n a l e n v i r o n m e n t ，p r o m o t ec a o f e i d i a nb e c o m i n gt h en a t i o n a l s c i e n t i f i cd e v e l o p m e n t d e m o n s t r a t i o nz o n e k e yw o r d sa t m o s p h e r ee n v i r o n m e n t ，f o r e c a s t ，p o l l u t i o n , m e a s u r e s u 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加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，也不包含为获得北京工业大学或其它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已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 日期：迎垒! 翻丝望 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论 文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：隧日期： 加j 一7 ，i 。二 第一章绪论 第一章绪论 1 1论文背景 曹妃甸工业区位于河北省唐山市南7 0 k i n 的滦南县海域的曹妃甸岛，该岛为 n e s w 的一条带状沙岛，是具备建设2 0 万吨级深水泊位的天然港址。在环渤海 经济圈内，曹妃甸处于该经济区中轴线，不仅涵括环渤海经济区，而且可延伸到 广大华北、东北及西北地区，具备建成以钢铁、石化等大型临港工业区为主的工 业港条件。目前曹妃甸工业区作为河北省的重点工程已经开始建设。n 1 随着曹妃甸工业区经济建设的快速发展，建设规模不断扩大，人口密度不断 加大，曹妃甸工业区的能耗、物耗将大幅度增加，其环境质量将发生较大的变化。 因此，在曹妃甸工业区开发建设中，控制曹妃甸工业区环境污染是一项十分艰巨 而又必须做好的工作。 本文通过对曹妃甸工业区自然环境、污染气象特征、复杂的环境过程及区域 现有及规划污染源的分布等的研究，对曹妃甸工业区大气环境变化进行预测，研 究污染防治对策，对工业区功能区的布局进行合理的规划，完善公共基础设施建 设，创造良好的区域环境，为推动曹妃甸工业区和谐发展具有重要的实践意义。 1 2国内外研究现状 近年来，借助计算机和数值求解大气污染物输送、扩散方程来研究各种尺度 的大气污染物输送规律，相继出现了一些区域污染物输送与污染物浓度计算模 式。在对区域大气扩散模式的研究过程中，不少学者对大气污染的特征行为及大 气环境过程进行了较系统的研究，同时对污染物的化学过程、反应机理、影响转 化的因素、区域下垫面的影响、干沉积、下垫面对扩散的影响以及模型的数值解 等也进行了大量研究。 一些专家学者口3 3 根据城市的特点、气象特征、功能区划分、经济发展计划， 应用一些模型对空气质量的变化趋势进行预测，研究出一些适合于城市区域的空 气质量预测模型。高斯模型是人们经常应用的模型之一，适用于高架点源的计算。 近期人们在研究如何确定不同城市下垫面对计算结果的影响，怎样确定扩散参数 及多源迭加的大气环境预测方法等方面获得了相当的成果。a i r s h e d 模型经常在 城市大气环境二次污染物预测中得到应用，该模型考虑到了复杂的大气三维扩散 1 北京工业大学t 程硕七学位论文 与污染气象条件随时空变化、光化学反应机理以及污染物的干、湿沉积，并能够 预测出短期和长期的污染物浓度分布。该模型在美国、加拿大等国家的城市光化 学烟雾预测中得到了较广泛的尝试，取! i | 导了较好的效果。 近来，人们在a i r s h e d 模型的基础上，进一步研究开发出m o d e l 3 。m o d e l 3 比a i r s h e d 模型具有更广泛的用途，它不仅能预测o 。浓度的变化，而且对一次污 染物( t s p 、p m 。、s o 。等) 也能进行较准确的预测。 多维多箱模型h 1 叫是北京工业大学和加拿大r e g i n a 大学共同开发的一种应 用起来较为方便、实用性较强的大气环境预测模型，它是在单箱模型的基础上应 用质量平衡原理建立起来的，该模型反映了大气污染物的三维扩散、污染物的化 学转化及物理清除过程，并能对城市不同功能区的空气质量进行预测，预测结果 具有较高的精度。该模型对石家庄市和唐山市的大气环境质量进行了成功的预 测，取得了令人满意的效果。一般来说，高斯模型适用于高架点源污染扩散的计 算，但对于污染源排放口较低的面源，误差较大。而多维多箱模型则适用于对城 市不同功能区的低矮面源以及无组织面源的污染扩散进行预测，这两个模型相结 合能够更有效地预测城区的污染物浓度分布。 在大气环境预测方法及各类模型的基础上，人们正在广泛开展对大气环境容 量的研究，并取得了重要进展。m c d o n a l d 等人n u 在1 9 9 6 年对加拿大a l b e r t a 地 区s o ：的沉积和通量进行研究时，应用箱式和烟云复合模型对该区域的环境容量 进行了探讨。我国对大气环境容量也进行了不少研究和探讨，北京工业大学n 2 1 3 1 以唐山市和丰南区为实例对唐山地区大气环境容量进行了研究，对s 0 。和t s p 的 大气环境容量进行估算，为本区域的空气质量达标规划优化提供技术支持，为政 府对大气污染控制方案的实施提供科学依据。丛军等人n 4 1 对本溪市区域发展中 如何分区问题进行了探讨。北京工业大学以大气环境容量估算为依据，制定了唐 山市区环境质量达标规划n 5 l 。 在区域发展中，关于循环经济的理念，近年来，我国进行了许多研究n 屯圩“8 1 9 1 ，曹妃甸工业区已纳入国家循环经济示范区乜0 2 “2 2 2 劓，在建设中，必须遵循生 态规律和经济规律，在恢复和保持良好的生态环境、保护与合理利用各类自然资 源的前提下，促进曹妃甸工业区健康、持续、稳定、协调发展以删。胥树凡针对 第一章绪论 我国中西部地区工业园区建设中存在的问题提出了可持续发展的建议侧，国家环 保总局政研中心对国内外推进循环经济的情况进行了比较分析，认为借鉴国外经 验我国的循环经济发展重点是要建立经济制度和指标体系d 。魏文娜对唐山的经 济发展提出了具体建议口羽。对于曹妃甸工业区城市空间发展问题，中国城市规划 设计研究院等进行了专题研究，提出了十分详尽的空间规划3 。 曹妃甸工业区大气环境预测研究是一个较复杂的问题。本次研究应用高斯复 合模型，在充分考虑到曹妃甸工业区自然环境与污染气象特征及区域规划污染源 分布等现有信息的基础上，对曹妃甸工业区大气环境进行了预测，这一研究结果 将为曹妃甸工业区未来的大气污染综合防治、优化污染源控制方案4 3 6 | 、区域排 放标准和改善大气环境质量方案的制定提供科学依据。 北京t 业大学工程硕七学位论文 第二章区域环境气象特征 2 1 地理位置 曹妃甸毗邻京津冀城市群，北距唐山市8 0 公里，距北京市2 2 0 公里，西距 天津1 2 0 公里，东距秦皇岛1 7 0 公里。是唐山南部近海的一个带状沙岛，高潮时 面积约4 k i n 2 ，低潮时约2 0 k i n 2 ，位于东经1 1 8 3 8 ，北纬3 8 。5 5 ，距唐山南部海 岸1 8 k m 。沙岛走向n e - s w ，位居渤海湾北岸岸线转折处，甸头前沿水深2 0 到3 0 m ， 沙岛前缘距离渤海深槽一2 5 m 等深线只有4 0 0 m 左右，可建设停靠2 5 x1 0 4 t 至 3 0 1 0 4 t 级大型货轮，岸线长3 0 0 0 m ，西港区内可建设深水泊位7 0 个以上，沙 岛后方与大陆岸线间是大片浅没海滩。曹妃甸是华北地区唯一最接近国际深水航 线的天然陆域。 1 1 2 2 气候特征 曹妃甸所在地属于大陆性季风气候，具有明显的暖温带半湿润季风气候特 征。根据常规气象观测资料统计，当地常年盛行s s w 风，频率为1 0 1 0 ，其 次为w s w ，频率为8 6 7 。海区风的季节变化明显，受海洋气候影响，年平均风 速较大，大风日数比内地平原多。年主导风向为s s w 风，其风向频率为1 0 1 ， 次主导风向为w s w 风，风向频率为8 6 7 ，年静风频率2 5 3 。年总平均风速 为4 6 m s 。 海域受台风( 热带气旋) 影响不大，平均每3 年出现一次，台风( 热带气旋) 仅发生在7 、8 月份。台风( 热带气旋) 期间的风速可达2 5 m s ，并可引起附近海 岸较大幅度的增水。 曹妃甸能见度低于l k m 的雾日数平均每年有9 天，多发生在1 1 月翌年2 月，此期间雾日约占全年的7 7 ；最长连续雾日数为3 天。年平均相对湿度6 6 。7 月份相对湿度较高，为7 9 ；1 1 月份平均相对湿度最低，为6 0 。 区域污染系数全年s s w 方位最大，为9 4 8 。1 月最大的方位为n w ，污染 系数为9 9 0 ；4 月污染系数最大方位s s w ，为1 1 5 1 ：7 月污染系数最大方位为 e s e ，为1 3 5 1 ；1 0 月污染系数最大方位w s w ，为1 1 4 6 。 在全年各类稳定度频率中，中性类( d ) 最高，为6 5 1 6 ；稳定类( e 、f ) 所 第二章区域环境气象特征 占频率为1 6 9 8 ，不稳定类( a 、b 、c ) 为1 7 8 7 。在中性类中，风速在0 - 2 9 m s 之间的稳定度频率只有5 0 5 。从稳定度的分布来看，评价区的扩散湍流状 况对污染物的扩散是有利的。 该区域海陆风出现频率及其变化规律为：冬季一月份海陆风出现频率为1 2 9 ，海风一般在1 3 ：0 0 时出现，1 6 ：0 0 时达到最大，2 0 ：0 0 时海风消褪，逐渐转 为陆风，陆风的平均风速为3 0 m s ，海风的平均风速为3 5 m s 。夏季七月份 海陆风出现频率为1 7 7 ，海风一般在1 0 ：0 0 - - 一1 2 ：0 0 时出现， 1 6 ：0 0 - - - 1 7 ：0 0 时达到最大，一般持续到夜间2 2 时，之后海风转为陆风，陆风平均风速为3 7 m s ，海风的平均风速为4 1 m s 。四月份海陆风出现频率为1 0 0 ，十月份 海陆风出现频率为1 9 3 。 2 3 污染气象 2 3 1 地面气象 地面气象采用南堡盐场气象站近五年定时常规气象资料统计，该气象站位于 南堡区南部，在尖坨予东南1 5 k m 处，距离本项目曹妃甸岛约4 5 k m ，地理条件 基本一致。 2 3 1 1 风向 根据常规气象观测资料统计，当地常年盛行s s w 风，频率为1 0 1 0 ，其次 为w s w ，频率为8 6 7 。 在四个代表月中，1 月份主导风向为n w 、n n w ，频率为1 1 7 9 、1 0 5 0 ； 4 月份主导风向为s s w ，频率1 2 1 9 ，7 月份主导风向为e s e 、s s w ，频率1 4 4 0 、1 2 2 7 ；1 0 月份主导风向为s s w 和w s w ，频率为1 1 5 1 和1 1 6 7 。 常年静风频率为2 5 3 。 2 3 1 2 风速 年主导风向为s s w 年，平均风速为5 2 m s ，e 风向年平均风速为4 6 m s ， 最大风速为5 7 m s 。1 6 个风向方位中，n 、n e 、n n e 年平均风速小于4 0 m s ， 其余各方位平均风速均在4 0 i s 以上。在四个代表月中，4 月份平均风速最大， 为5 9 m s ，7 月份平均风速为4 9 m s ，1 0 月份平均风速4 o m s ，1 月份平均 风速最小，为3 6 m s 。1 、4 、7 、1 0 各月平均风速最高值分别为4 9 m s ( n w ) 、 气 7 4 m s ( e ) 、5 5 m s ( e s e ) 、4 9 m s ( w n w ) 。 2 3 1 3 风向风速频率 风频率最高s s w ，6 o m s 以上的占4 0 9 ，其次是e s e ，为3 0 3 。 2 3 1 4 污染系数 污染系数综合了风向风速对大气污染扩散的作用，计算公式为： c p = f u 式中：c p 一污染系数 f 一某时段某风向的频率 u 一某时段某风向的平均风速 污染系数考虑了风向和风速的作用，综合反映了地面风对环境的影响，在污 染源强不变的情况下，污染系数越大，该方位下风向所受污染越严重。区域年、 季各方位的污染系数见表2 1 从年风向频率看，s s w 频率最高，该区域污染系数全年s s w 方位也最大，为 9 4 8 。1 月最大的方位为n w ，污染系数为9 9 0 ；4 月污染系数最大方位s s w ， 为1 1 5 1 ；7 月污染系数最大方位为e s e ，为1 3 5 1 ；1 0 月污染系数最大方位w s w ， 为1 1 4 6 。 表2 1 各方位污染系数表 s h e e t2 1p o l l u a t i o nc o e f f i c i e n ti ne v e r yp o s i t i o n 方位年1 月4 月7 月1 0 月0 2 时0 8 时1 4 时2 0 时 n 3 4 33 6 33 9 31 8 84 0 54 1 85 4 02 2 71 6 6 n n e 5 2 06 9 84 0 13 7 05 6 87 6 66 8 03 7 82 2 9 n e 4 4 3 6 1 03 7 3 3 0 3 4 4 06 3 66 6 6 1 5 92 6 4 e n e5 6 37 7 83 5 64 9 45 5 37 4 08 2 64 1 12 3 4 e5 3 75 8 47 0 7 6 6 32 5 15 7 7 8 5 7 2 6 1 3 9 2 e s e6 6 33 o l6 5 71 3 5 14 3 14 7 64 8 17 9 99 2 2 s e3 7 21 8 73 6 78 8 01 2 42 3 22 8 63 2 36 6 1 s s e5 4 72 3 l6 8 5l o 6 03 1 02 1 03 4 98 6 28 3 1 s6 3 52 7 78 7 01 0 0 35 1 35 5 53 2 16 2 51 0 3 7 s s w9 4 85 1 41 1 5 11 1 9 6l o 5 78 8 54 9 51 3 6 21 1 0 1 s w7 4 46 2 08 5 95 2 29 8 75 7 54 0 41 2 7 77 8 4 w s w8 6 68 2 19 3 65 3 61 1 4 68 1 76 5 21 2 0 68 2 3 w 4 6 77 3 03 5 12 5 14 6 85 5 33 6 43 6 55 5 9 w n w 6 8 79 4 26 4 13 4 77 6 28 3 58 0 75 3 25 9 3 n w7 3 7 9 9 06 1 94 0 l8 2 68 3 39 3 35 5 86 3 9 n n w5 9 49 7 4 4 8 12 3 85 9 07 0 17 4 95 9 4 3 5 8 第二章区域环境气象特征 2 3 1 5 大气稳定度 在全年各类稳定度频率中，中性类( d ) 最高，为6 5 1 6 ；稳定类( e 、f ) 所 占频率为1 6 9 8 ，不稳定类( a 、b 、c ) 为1 7 8 7 。在中性类中，风速在卜 2 9 m s 之间的稳定度频率只有5 0 5 。从稳定度的分布来看，评价区的扩散 湍流状况对污染物的扩散是有利的。 2 3 2 海陆风对大气污染的影响及其特征分析 2 3 2 1 海陆风存在时对大气扩散的影响 海陆风存在时空气污染过程主要有两种类型，一种是海陆风环流引起的重复 污染，另一种是局地气团变性引起的持续性熏烟污染。 ( 一) 海陆风环流引起的污染 当气压梯度很小，主导风向很微弱，局地气流以海陆风为主，即出现明显的 海陆风日时，它对空气污染的作用有如下两个方面：一是循环作用，若污染源处 在局地环流之中，污染物可能循环累积达到较高浓度，直接排入上层反向气流的 污染物一部分会随环流重新带向地面，提高了下层上风向的浓度。另一种是往返 作用，在海陆风转换期间，原来随陆风输向海洋的污染物又被发展起来的海风带 回陆地。这样，许多源的重复污染会使整个地区的平均污染浓度增高。 大范围盛行风和海风方向相反，即盛行风为离岸风。下面海风的温度低，上 层陆上气流温度高，在冷暖气流的交界面上，形成一层倾斜的逆温顶盖，冷空气 的前缘为辐合上升气流袋，上层气流的方向与下层相反，沿岸低矮的烟流随下层 海风吹向内陆，其上部受逆温项盖限制，属封闭型扩散，可形成地面高浓度。在 海风的前缘，污染物随辐合气流上升，而后被上层风吹向海洋。在海洋上扩散到 下层的部分污染物又被海风带向陆地。近海岸多烟囱排放时常常看到：低层的烟 气被海风吹向内陆，而附近的高烟囱排出的热烟气经过抬升进入上层，被盛行风 吹向海洋，相邻烟流方向相反。 ( 二) 气团变性时形成的封闭型污染 该种污染发生时，系统风为向岸风。 春末夏初，白天陆地温度比水温高得多，若远岸处大气处于稳定的逆温状态， 随着系统性的向岸气流的流动，低层的空气很快增温，温度层结自下向上转向超 7 北京工业大学1 = 程硕士学位论文 绝热状态，形成热边界层，这种热边界层顶自岸边向内陆逐渐升高，若高架源的 烟流开始处于稳定气层中，继而与热边界层相截，进入不稳定气层，此后向上的 扩散受热边界层顶逆温的限制，但层内湍流交换活跃，污染物很快向下扩散，形 成熏烟，地面出现高浓度污染。那些处于热边界层内的低矮烟源，其扩散和封闭 型扩散类似，不同的是热边界层的逆温顶盖是倾斜的。这种污染一般出现在晴朗 的白天，且气流恒定吹向内陆时，熏烟过程持续时间长，可达几个小时。 由以上分析可知，各种情况下的海路污染和污染的程度与有无明显的海陆 风、海陆风的频率、厚度、海陆转换时间，盛行风风向、热力边界层厚度等有关， 下面就此进行讨论。 ( - - ) 海陆风的判据 海陆风是在大范围背景风场上发展起来的，它常被大范围气流所减弱甚至掩 盖，理想的海陆风并不存在，只有在较弱的天气系统控制下才表现为明显的海陆 风特征。因其是以日为周期的中小尺度天气过程，因而以一日之内的地面常规气 象观测数据并参考当时的天气形势来确定，满足如下条件可认为当天出现了海陆 风。 地面风速：全天无一次大于8 m s 。 地面风向：白天陆风明显转为海风，日落前后海风明显转为陆风。 白天转为海风后，持续三个小时以上。 海陆风转换前后，风速较小或为静风。 白天从0 6 时到1 8 时，每小时低云量不能都是大于8 成。 满足以上条件，同时没有明显的系统风向转换，一般可认为是海陆风日。 ( 四) 全年海陆风活动规律 为了分析海陆风活动规律，将地面风向分成四种类型，即向岸风( s w 、s s w 、 s 、s s e 、s e ) 、离岸风( n n w 、n 、n n e 、n e ) 、沿岸风( e n e 、e 、e s e 、w s w 、w 、w n w 、 n w ) 和静风。从统计结果看，长年沿岸风频率最高，为4 6 0 8 ，其次为向岸风， 频率为3 4 0 6 ，离岸风为1 7 3 4 。 资料显示，该区域海陆风出现频率及其变化规律为：冬季一月份海陆风出现 频率为1 2 9 ，海风一般在1 3 ：0 0 时出现，1 6 ：0 0 时达到最大，2 0 ：0 0 时海风消 第二章区域环境气象特征 褪，逐渐转为陆风，陆风的平均风速为3 o l s ，海风的平均风速为3 5 m s 。 夏季七月份海陆风出现频率为1 7 7 ，海风般在i 0 ：0 0 - - - 1 2 ：0 0 时出现， 1 6 ：0 0 1 7 ：0 0 时达到最大，般持续到夜间2 2 时，之后海风转为陆风，陆风平 均风速为3 7 m s ，海风的平均风速为4 1 m s 。四月份海陆风出现频率为1 0 o ，十月份海陆风出现频率为1 9 3 。 ( 五) 观测期间的海陆风变化 根据1 9 9 2 年7 、8 月份的实测资料，通过分析海陆风和热力边界层形成的机 制和特征，曹妃甸所在工业基地实际是一个半岛，三面( 南、东、西) 环水，东西 宽6 9 k m ，南北1 8 1 a n ，距海岸还有1 3 k m 的水道，由它所处的位置来看，它基本 受大范围的系统气团控制，在这里形成热力边界层的机率很小。 2 3 2 2 边界层流场特征 南堡区域地处渤海湾北岸，常年盛行风为s s w 。该区域地形平坦，流场均匀， 由冬、夏季盛行风流场可以看到，排入低空的污染物，冬季其主要的污染方向是 s e s s e 向，夏季其主要的污染方向是n n e - 删n w 向。 2 3 2 3 大气扩散参数 大气扩散参数采用二种方法测试。一是采用双向风标测试距地面2 0 m 高度的 大气扩散参数，为低矮源和无组织排放源提供依据。二是采用释放平衡气球测试 距地面l o o m 高度处的大气扩散参数，为有组织排放的高架源提供依据。测试结 果见表2 1 、2 2 。 表2 1 双向风标计算所得大气扩散参数 s h e e t2 一la t m o s p h e r es p r e a dp a r a m e t e rc a l c u l a t e db yb i d i r e c t i o n a lw e a t h e r c o c k 稳定度类别大气扩散参数回归方程 b 0 ，= o 6 4 0 6 5 x 。- 8 6 7 2 6 0 产o 4 2 5 1 5 x o 8 1 4 5 7 d 0 ，- - - - 0 4 2 0 7 5 x o 8 蚴0 。= o 3 6 0 6 5 x o 8 1 毗 e f0 ，= 0 3 3 7 7 0 x 0 路9 1 00 。- - - - 0 2 5 7 2 7 x o - 7 蝴5 北京工业大学t 程硕士学位论文 表2 2 大气平衡球所测扩散参数 s h e e t2 - 2a t m o s p h e r es p r e a dp a r a m e t e rc a l c u l a t e db yb a l a n c eb a ll 稳定度类别大气扩散参数回归方程相关系数 0 ，= o 2 0 1 x o 嘲 0 9 9 b 0z = 0 4 2 1 x o h 0 9 9 0 ，= o 2 5 1 x o 8 2 1 o 9 9 d 0z = o 4 8 7 x o 。秘7 o 9 9 0y = o 1 9 x o 船3 0 9 9 e f 0z = o 4 4 3 x o 髓1 0 9 9 2 3 3 大气扩散自净能力分析。 2 0 0 4 年3 月中下旬至6 月份，在曹妃甸岛上建了短期气象站，实地观测了 当地气温、气压、相对湿度以及地面风向风速等气象参数，并进行了统计。通过 实际气象资料测试结果看出，曹妃甸区域三个半月的风速测试中，没有出现静风， 且 风赠 累妖晷鼍翟警藿莹舔惫 爿 臂器重譬娄萄 g 一扣榔 薰量萋誊霎 卜童m r 驻 l 罕芊耄羹鏊蓬 举苫景辫 ll 艘烬黎怪 鲻删穴罢坷爨 幂翌hh 冥 器是超爨据 举穴母暮曩举娶田螺 粗箍蟋蝼篝艘j 皿rhh 瑟 器 嬗 “o1 一 十 舞 互 o 蝾 、- ， 寸 o o _ 妖掣噬 辎 垂薹骞 量墓萋銮 。咚- l - 屦 要主垂譬重蠢委季 口 一 蹈槭“趟 蘧_ 9 9 系统尘器 机头除尘电除 6 4 0 0 0 1 0 7 6 1 6 1 6 2 0 8 37 8 83 1 2 0 9 8 系统尘器 机尾除尘电除 2 3 9 9 71 4 1 7 8 87 8 83 1 2 0 9 8 系统尘器 筛分除尘电除 5 3 3 31 0 8 0 82 7 o3 3 0 9 9 系统尘器 成品矿槽电除 2 6 6 64 5 o o2 2 53 3 0 9 9 除尘系统尘器 电除 合计1 0 7 6 1 63 4 7 4 2 9 尘器 第五章曹妃甸工业区大气污染物排放量预测 表5 2 钢铁厂1 5 0 0x1 0 4 t 规模时普通烧结过程污染物排放情况 s h e e t5 - 2p o ll u ti o ne m is s i o no fo r d i n a r ys i n t e r i n gc i r c u i ti ns t e e lp l a n ts c a l eo f 1 5 0 0 1 0 4 t 烟尘排排气筒的 废气排放量s 0 2 排放尘排放量放浓度个数与高治理措除尘 污染源 ( 1 0 4 m 3 h )量( t a )( t a )( m g m 3度( 个施效率 )m ) 燃料筛分破碎布袋除 除尘系统 4 7 9 0 71 2 1 5 63 3 86 x 3 0 9 7 尘器 电除尘 配料除尘系统 2 0 9 4 94 4 3 4 42 8 26 3 0 9 9 器 电除尘 机头除尘系统 1 2 7 9 9 92 0 1 7 83 2 4 1 6 77 8 8 6 x 1 2 0 9 8 器 电除尘 机尾除尘系统4 7 9 9 42 8 3 5 7 67 8 86 1 2 0 9 8 器 电除尘 筛分除尘系统 1 0 6 6 62 1 6 。1 62 7 。06 3 0 9 9 器 成品矿槽除尘电除尘 5 3 3 39 0 0 l2 2 56 3 0 9 9 系统器 电除尘 合计 2 0 1 7 86 9 4 8 6 器 表5 3 钢铁厂规模8 0 0x1 0 4 t 时球团厂污染物排放情况一览表 s h e e t5 - 3p o ll u t i o ne m i s s i o no fp e l l e t i z i n gp l a n ti ns t e e lp l a n ts c a l eo f8 0 0 1 0 4 t 废气排烟( 粉)排气筒的 放量s 0 2 排放量尘排放 烟( 粉) 个数与高 净化 污染源尘排放浓治理措施效率 ( 1 0 4 m 3 ( t a ) 量 度( m g m 3 ) 度( 个x h )( t a ) m ) ( ) 链篦机焙烧 9 2 3 1 1 1 1 4 0 85 8 6 。2 88 0l x l 2 0电除尘器 9 7 煤制粉 1 7 51 4 2 41 0 2 61 4 0 布袋除尘器 9 9 熔剂皂土 8 7 85 5 7 58 0 21 5 0 布袋除尘器 9 8 磁选筛分 9 8 96 3 。0 88 0 31 5 0 9 8 成品仓翻车 3 2 6 4 1 5 2 8 6 5 9 11 5 0 电除尘器 9 9 机房 鼓风干燥 2 1 3 9 8 4 8 7 5 5 0 1l 2 0 9 9 合计 1 1 1 4 0 89 5 7 0 8 5 2 l - 表5 4钢铁厂规模1 5 0 0x1 0 4 t 时球团厂污染物排放情况一览表 s h e e t5 - 4p o l l u t i o ne m i s s i o no fp e l l e t i z i n gp l a n ti ns t e e lp l a n ts c a l eo f1 5 0 0 1 0 4 t 废气排放 烟( 粉)烟( 粉) 排气筒的 量s 0 2 排放量个数与高 净化 污染源尘排放量 尘排放浓 治理措施效率 ( 1 0 4 m 3 h( t a )度( 个 ( t a ) 度( m g m 3 ) ( ) )m ) 链篦机焙 1 8 4 6 12 0 8 8 95 8 6 2 8 8 01 1 2 0 电除尘器 9 7 烧 煤制粉 3 5 01 4 2 41 0 2 61 4 0 布袋除尘器 9 9 熔剂皂七 1 7 5 65 5 7 58 0 21 5 0 布袋除尘器 9 8 磁选筛分 1 9 7 86 3 0 88 0 31 5 0 9 8 成品仓翻 6 5 2 71 5 2 8 65 9 11 5 0电除尘器 9 9 车机房 鼓风干燥4 2 7 68 4 8 7 55 0 11 2 0 9 9 合计 2 0 8 8 99 5 7 0 8 5 5 1 3 2 出铁场烟气收集及净化措施 类比首钢在高炉出铁口，撇渣口，铁沟，铁小罐，渣口，下渣口，上渣口， 炉顶受料处设置烟气集气和收集设施送入布袋除尘器净化，外排放浓度达 3 5 4 5 m g n m 3 。 5 1 3 3 高炉煤气净化 高炉煤气净化方式有两大类，即干法和湿法。湿法除尘之后其煤气含尘浓度 在1 5 m g m 3 以下。干法采用布袋除尘器和电除尘器。目前国内大、中型高炉基本 上都采用湿法除尘。本次估算大型高炉煤气烟尘排放量仍以高炉湿法除尘的资料 为依据。 曹妃甸工业区高炉炼铁污染物排放量见表5 - - 5 和表5 川。 第五章曹妃甸工业区大气污染物排放量预测 im i 1 1 i 昌昌薯宣昌宣昌宣昌昌昌i 一 表5 58 0 0x1 0 4 t 钢铁厂炼铁厂大气污染物排放情况汇总表 s h e e t5 - 5p o l l u t i o ne m i s s i o no fi r o n m a k i n gp l a n ti ns t e e lp l a n ts c a l eo f8 0 0 x 1 0 4 t 类序 废气排放量污染物排放浓度排放量 排气筒的个 别号污染源名称数与高度 ( m 3 h )名称( m g m s )( k g h ) ( 个x m ) 1 料仓扬尘 2 2 1 0 。 粉尘 粉尘：4 08 84 3 0 21 3 0 3 2 x 烟尘r烟尘：4 5烟尘：5 8 6 4 4 热风炉烟气 4 9 0 1 0 6s 0 2s 也：1 2 2s 0 2 ：1 5 8 9 9 3 烟尘粉尘：3 5粉尘：8 4 出铁场烟尘 2 4 x 1 0 54 3 0 c oc o ：7 5c o ：1 8 0 废 4粉尘： 制粉系统外4 4 9 4 1 x烟尘粉尘：3 5 1 5 7 2 9 44 4 5 排废气 1 0 6s 0 2s 0 2 ：1 2 2 s 0 2 ：5 4 8 2 8 5 烟尘粉尘：2 8 8 高炉均压放 1 1 2 s也s ：o 1 6 散 蕾，： c oc o ：3 0 8 气 6 料仓粉尘无 粉尘 1 8 组织外排 缸 7 出铁场烟尘 粉尘 1 6 4 无组织外排 8料场扬尘粉尘2 3 2 2 3 表5 - - 61 5 0 0 1 0 t 钢铁厂炼铁厂大气污染物排放