环境管理_大气环境质量评价培训教程

3 1大气环境质量评价现状3 2大气质量预测模型3 3大气环境影响评价 3 大气环境质量评价 3 1大气环境质量现状评价 指数法 上海大气质量指数 解答 颗粒物浓度在375 625之间的分段函数为 PSI 0 4C 50 颗粒物浓度 600 则PSI值 290 SO2浓度为800 则PSI值为200 CO浓度30mg m3 介于PSI值200 300之间 其分段函数为 PSI 5 88C 100 CO浓度30mg m3对应的PSI值为276 4 对于O3 PSI在50 100之间 分段函数 PSI 0 42C 浓度为160 则PSI值 67 2 同理NO2浓度1000 低于警戒水平 不报分指数 从以上不同污染物得到的PSI值来看 最大的PSI值为290 颗粒物 即大气污染水平接近于警报水平 心脏病肺病加剧 运动耐力降低 健康人群中普遍出现症状 指数法 美国污染物标准指数PSI 指数法 空气污染指数API 空气污染指数 AirPollutionIndex 简称API 就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式 并用于分级表征空气污染程度和空气质量状况 这种方法适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势 空气污染指数的分级标准是 1 空气质量指数API50对应的污染物浓度为国家空气质量日均值一级标准 2 API100对应的污染物浓度为国家空气质量日均值二级标准 3 API更高值段的分级对应于各种污染物对人体健康产生不同影响时的浓度限制 为了对空气污染综合分级 首先需按单项污染因子计算空气污染指数 参照上述空气污染指数分级标准的一些原则 每个单项有着各自的分级标准 表3 1空气污染指数分级标准 试行 2000年4月27日发布 空气污染指数API的计算方法 将监测点的各项污染物浓度日均值与各自的分级标准限值相比较 确定对应于该浓度值时API所在的API指数区间 再按照插值法计算该污染物浓度的API值 例3 3 某监测站点某日的二氧化硫日均浓度值为80 g Nm3 二氧化氮日均浓度值为75 g Nm3 当日测得的可吸入颗粒物浓度值是200 g Nm3 计算API并指明空气质量等级和主要污染物 解答 查表2 二氧化硫日均浓度值为80 g Nm3 介于API 50和100之间 期间的线性函数为 API 0 5C 25 因此80 g Nm3对应的API 0 5 80 25 65二氧化氮日均浓度值为75 g Nm3低于国家一级标准80 g Nm3 API 50可吸入颗粒物浓度值是200 g Nm3介于API 100和200之间 这段线性函数为 API 0 5C 25 因此200 g Nm3对应的API 0 5 200 25 125因此最大的分指数API 125 首要污染物为可吸入颗粒物 一 植物监测的机理 二 植物监测1 植物可见症状的应用2 以植物体内污染物含量作为监测指标 1 经济方便 2 可提供相对的大气浓度 3 同时监测多种污染物 三 样品的采集以木本植物作为采样对象 采集多以叶片为主 收集的季节以叶片定型的季节为好 北方一般在9月份 四 评价方法1 应用植物的可见症状进行评价2 根据植物的长势和生产量进行评价3 根据植物的生理生化指标进行评价4 根据植物叶片中污染物质的含量进行评价5 根据低等敏感植物的种群结构进行评价6 根据综合生态指标进行评价大气污染的环境卫生学评价 一 用临床医学方法对污染区儿童健康检查 二 流行病学回顾性调查方法 调查不同污染区居民肺癌死亡率 三 用居民体内含铅量评价大气污染 大气污染生物学评价 3 2大气质量预测模型 3 2 1湍流扩散的基本理论3 2 2高斯扩散模式3 2 3大气稳定度的确定3 2 4污染物浓度的估算方法3 2 5烟气抬升高度的估算 3 2 1湍流扩散理论 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系1 梯度输送理论由湍流所引起的局地的某种属性的通量与这种属性的局地梯度成正比 通量的方向与梯度方向相反 比例系数K称为湍流交换系数 类比于分子扩散 污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比2 湍流统计理论泰勒 图4 1 正态分布萨顿实用模式高斯模式3 相似理论 湍流扩散的基本理论 扩散的要素风 平流输送为主 风大则湍流大湍流 扩散比分子扩散快105 106倍湍流的基本概念湍流 大气的无规则运动风速的脉动风向的摆动起因与两种形式热力 温度垂直分布不均 不稳定 机械 垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 3 2 2高斯扩散模式 高斯模式的有关假定坐标系右手坐标 y为横风向 z为垂直向四点假设a 污染物浓度在y z风向上分布为正态分布b 全部高度风速均匀稳定c 源强是连续均匀稳定的d 扩散中污染物是守恒的 不考虑转化 高斯模式的坐标系和基本假设图示 高斯扩散模式的坐标系 在大气扩散模型中 确定题目中的x y z值是一个最关键的问题 坐标系是以烟囱底部的地面点为原点 只有确定了某点的坐标位置 才可确定应该使用的公式及公式中对应的x y z值 需要注意的是 x y z值中可以任一个坐标值为0 也可以两个坐标值同时为0 也可以x y z值均不是0 最常见的是 下面举一些例子 大家来判断一下这些点所在位置的x y z值 沿下风轴线800m 距离x轴40m处的地面点 公式 3 26 x 800m y 40m z 0 下风向500m 距下风轴线垂直距离400m 且离地高度200m的点 式 3 25 x 500m y 400m z 200m 正下风向1000m处的地面点 公式 3 27 x 1000m y 0 z 0 烟囱正上方向10m和250m处的点 烟囱高度50m 烟气抬升高度30m x 0 y 0 z 250 50 300m 此种情况复杂 如果在烟气抬升高度范围内 则浓度即为源强 超过了此范围 应用公式 3 25 计算 下风向700m 与风向分别成45o 30o夹角的地面点 公式 3 26 45o x 700m y 700m z 030o x 700m y 404 16m 700 700 1 732 404 16 z 0 正下风向180m 距离地面高度300m处的点 公式 3 25 x 180m y 0 z 300m 无界空间连续点源扩散模式 由正态分布假定 得下风向任一点的浓度分布方差的表达式由假定d源强积分式 单位时间物料守恒 高斯烟流的形态 高斯烟流的浓度分布 高斯烟流中心线上的浓度分布 高架连续点源扩散模式 镜像全反射 像源法实源 像源 高架连续点源扩散模式 高架连续点源扩散模式 表3 2高斯模型公式汇总 最大落地浓度 Cmax 2Q eUHe2 zmax y Q eUHe y Q eUHe y zmax 线源 有限 扩散模型 C x y 0 H 3 48 3 2 3大气稳定度等参数的确定 地面风速大气稳定度分级云量 表3 22 太阳辐射等级经纬度 表3 21 太阳高度角北京时间太阳倾角 太阳高度角见公式 3 68 h0 arcsin sin sin cos cos cos 当地纬度 当地经度 太阳倾角 时角 t 12 15 t 观测时北京时间 据城市和乡村和表3 15 得到大气稳定度的数值 例题3 4 位于北纬40o 东经120o的某城市郊区有一火力发电厂 烟囱高度H 120m 8月15日17点 太阳倾角14o 云量5 4 地面10m处风速2 8m s 试确定当时的大气稳定度 并计算烟囱出口处风速 解答 太阳高度角 arcsin sin40sin14 cos40cos14cos 5 15 20 36o根据太阳高度角h0 20 36o和云量5 4 查表3 21 得到太阳辐射等级为 1 根据太阳辐射等级和风速 查表3 22 得到大气稳定度为C级 根据城市大气稳定度为C级 查表3 15 得到m 0 20因此烟囱出口处风速 2 8 120 10 0 20 4 60m s 扩散参数的确定 P G曲线法P G曲线Pasquill常规气象资料估算Gifford制成图表 根据大气稳定度和距离 查表3 23计算 y r1xa1 z r2xa2 A 极不稳定 B 不稳定 C 弱不稳定 D 中性 E 弱稳定 F 稳定 风速的确定 烟囱口风速 U 的估算 当z2 200m u u10 m 3 18 当z2 200m u u10 m 3 19 例3 5 某平原农村气象站气象员在一天晴朗早晨7时测得距地10m处平均风速为4m s 当时大气稳定度为中性 试问在气象铁塔上80m处风速为多大 80m处风速u80 4 80 10 0 10 4 92m s 表3 15不同稳定度的m 解答 地面风速4m s 太阳辐射弱 晴朗的早晨7时 则大气稳定度为C级 中性 见表3 19 对于乡村C级稳定度 表3 15 m值为0 10 根据公式 3 18 3 2 4污染物浓度的估算 Q源强计算或实测烟囱口风速多年的风速资料当z2 200m u u10 m 3 18 当z2 200m u u10 m 3 19 大气稳定度mHe有效烟囱高度 扩散参数坐标X Y Z 例题3 6 某锅炉排烟烟囱有效源高为60m TSP排放量为5 1kg h 10m高处风速为4m s 阴天 大气稳定度为D级 试求下风向500m处地面TSP浓度为多少 mg m3 x 500m y 50m z 0 解答 TSP排放量 5 1 106 3600 1416 67mg s烟囱出口处风速 U 4 60 10 0 25 6 26m s由下风向距离500m级和D级大气稳定度 根据公式 3 69 和 3 70 以及表3 23可计算 y z y r1xa1 0 110726 5000 929418 35 7m z r2xa2 0 104634 5000 826212 22 2m则下风向500m处地面TSP浓度 C Q U y z exp He2 2 z2 1416 67 3 14 6 26 35 7 22 2 exp 602 2 22 22 0 09094 0 025931 2 3582 10 3 mg m3 例题3 7 最大落地浓度 例题3 8 无限长线源扩散模型 3 2 5烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式 1 Holland公式 适用于中性大气条件 稳定时减小 不稳时增加10 20 Holland公式比较保守 特别在烟囱高 热释放率比较强的情况下 烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式 续 2 Briggs公式 适用不稳定及中性大气条件 烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式 续 3 我国 制订地方大气污染物排放标准的技术方法 GB T13201 91 中的公式 烟气抬升高度的计算公式汇总 例题3 9 烟气抬升高度的计算 示踪剂浓度法平移球示踪法 等容球或平衡球 放烟照相法 光学轮廓法 激光测烟雷达法环境风洞模拟实验法 大气湍流扩散参数的测量 3 3大气环境影响评价 评价等级的划分 大气环境影响评价技术导则 HJ T2 2 93 按主要污染物排放量 以等标排放量Pi m3 h 衡量 和周围地形复杂程度 将评价工作划分为三级 表3 26 Pi 109 3 77 Qi 单位时间污染物排放量 t h C0i 环境空气质量标准中的二级标准的1h平均浓度限值 mg m3 该标准中未规定的参数则采用TJ6 79中的一次最高容许浓度值 在上列标准中未规定的项目可选用国外标准 但必须征得环保部门批准 表3 26评价工作级别 对一个拟建项目 通过初步工程分析 可以确定1 3个污染物为主要污染物 然后计算其Pi值 取其中最大者 对照表3 33 确定评价级别 例3 10 大气环境影响评价等级及范围 1 一次 30min 和24h取样时间的最大地面浓度和位置 2 不利气象条件下 评价区域内的浓度分布图及其出现的频率 不利气象条件系指熏烟状态以及对环境敏感区局造成严重污染的风向 风速 稳定度和混合层高度等条件 3 评价区域季 期 年长期平均浓度分布图 时间分布图 4 可能发生的事故排放条件下的浓度分布图 5 在必要时 还应预测施工期间的大气环境质量 大气环境质量预测内容 大气环境质量评价学习要点 1 环境质量指数评价模型包括单因子指数和多因子指数两种 上海大气环境质量指数的计算式PSI的计算式 API的计算式 2 烟囱口风速的估算 3 扩散系数的确定 4 高斯模式是求解点源大气污染物扩散的主要计算方法 掌握各种不同条件下高斯模式的应用公式 掌握烟气抬升高度与地面最大浓度的计算公式 及在环境评价中的应用方法 5 烟气抬升高度的计算 6 大气环境质量预测等级和内容 难点 重点 复习思考题 1 影响大气污染物地面浓度分布的主要因素有哪些 2 简述大气环境质量现状评价和影响评价的程序 3 我国通常采用的大气环境质量现状评价的主要数学方法有哪些 4 怎样进行大气污染物的生物学评价 可用哪些植物监测大气污染 5 怎样根据烟羽形状估计判断大气稳定度和污染物扩散情况 6 什么是有效源高 怎样确定烟气抬升高度 7 怎样用帕斯奎尔法确定和划分大气稳定度 8 如何划分大气环境影响评价的等级和评价范围 9 已知某一高架连续点源 在沿轴线地面最大浓度模式中 烟囱口风速为5 0m s 排烟有效源高He 180m 排烟量为4 1 104m3 h 排烟中SO2浓度为1000cm3 m3 试问该高架点源在轴线上最大浓度是多少 假设此时 y z 10 设郊区某电厂烧煤15t h 含硫量3 燃烧后有90 的SO2由烟囱排入大气 若烟囱高度为200m 大气抬升高度为60m 地面10m处风速为3m s 大气稳定度为D类 求地面的最大浓度 假设 y 421 3m 11 在阴天 D级稳定度 情况下 风向与公路垂直 平均风速为4m s 最大交通量为8000辆 h 车辆平均速度为64km h 每辆车排放CO量为2 l0 2g s 试求距公路下风向300m处的CO浓度 12 某城市有一条东西走向很长的交通干线 高峰时汽车流量为3000辆 h 车行速度平均为60km h 平均每辆车排出的NOx为2 3 10 2g s 某天风速为3 5m s z 12 1m 风向与东西走向呈60o夹角 求车流高峰时段位于路下风向250m处大气中NOx的地面浓度 汽车排气管距离地面高度为0 4m 13 某城市电厂有一座高100m的烟囱 烟囱出口内径5m 烟囱出口烟流速度17 42m s 烟气温度100oC 大气温度20oC 烟囱出口处平均风速4m s 试计算烟气的抬升高度 14 位于北纬40o 东经120o的某城市郊区有一火力发电厂 烟囱高度H 120m 8月15日17点 太阳倾角14o 云量5 4 地面10m处风速2 8m s 试确定当时的大气稳定度 并计