环境管理_大气环境质量评价与预测模型

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 Ci 第i种污染物的实测浓度 Si 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 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 沈阳大气质量指数分级 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 m3 分级评分法分级标准 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 Ci 第i种污染物24小时平均浓度 Si 第i种污染物的大气质量标准 I橡与大气环境质量分级 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SO2 颗粒物 CO 臭氧 NOX SO2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 S SO2实测日均浓度 10 6g g C 实测日均烟雾系数 COH单位 305m a1 b1 a2 b2 确定指数尺度的常数 格林建议的SO2和烟雾系数日均浓度标准 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 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 u2 烟囱出口处平均风速 m s z2 烟囱出口处的高度 m 如果z2 200 则取z2 200 u1 气象站z1高度处的平均风速 m s z1 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 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 m3 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 kx ky kz 三个方向的扩散系数 m2 s t 时间 s sp 污染物源或汇的强度 mg m3 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 2y 2kyt 2z 2kzt 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 He 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 He 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Cm及其出现时的下风距离xm 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 hf 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hf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hf可由下式计算 式中 hf 混合层在烟囱出口处向上的净增加高度 m a 大气密度 g m3 cp 大气恒压比热容 J g K d dz 位温梯度 K m d dz dTa dz 0 0098 Ta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 Qi Hi ui 分别是接受点上风方第i个网格单元的源强 g m2 s 平均排放高度 m 以及Hi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L L 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 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 c0 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m n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 E1 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ci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 n0 烟气热状况及地表状况系数 见下表 n1 烟气热释放率指数 见下表 n2 烟囱高度指数 见下表 Qh 烟气热释放率 kJ s H 烟囱的几何高度 m H 240m时 取H 240m Qv 烟气排放量 m3 s T 烟囱出口处的烟气温度与环境温度的差 K Ts 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 当烟气热释放率1700kJ s Qh 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 H2 烟气抬升高度 m 当烟气热释放率Qh 1700kJ s或者 T 35K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 dTa dz 烟囱几何高度以上的大气温度梯度 K m C 静风和小风 u10 1 5m s 时的烟气抬升高度 3 2大气环境影响预测模型 2 大气稳定度分类及扩散参数 A 帕斯奎尔分级法帕斯奎尔通过对大量常规气象观测资料的分析 根据地面风速 云量 云状以及太阳辐射等把大气稳定度分为六类 即强不稳定 不稳定 弱不稳定 中性 较稳定和稳定 并分别用A B C D E F来表示 B 扩散参数 y z的确定横向扩散参数 y 和垂直扩散参数 z 可以表示为下风距离x的函数 即 扩散参数的查算原则 对于丘陵山区的农村和城市 其扩散参数的查算方法同工业区 3 2大气环境影响预测模型 平原地区农村及城市远郊区 对于A B C级稳定度可直接查表 对于D E F级稳定度则需向不稳定方向提半级后再查算 对于工业区或城区中的点源 A B级稳定度直接查算 C级提到B级 D E F级向不稳定方向提一级 3 2大气环境影响预测模型 3 大气边界层高度 A 大气稳定度为不稳定或中性时 B 大气稳定度为稳定时 式中 h 大气边界层高度 m u10 10m高度处平均风速 m s 大于6m s时 取6m s as bs 边界层系数 f 地转参数 地转角速度 7 29 10 5rad s 地理纬度 deg 3 2大气环境影响预测模型 3 2 4大气扩散试验 常用的扩散参数测量方法 1 示踪剂的选择和释放 2 采样位置和采样时间 3 数据分析和处理 示踪剂法 平移球法 环境风洞模拟法 放烟照相法 1 球体材质 2 技术要点 3 数据处理和分析 要保证试验条件的相似原则 1 技术要点 2 数据处理 3 3 1大气环境影响评价的程序 3 3大气环境影响评价 1 等标排放法 大气环境影响评价技术导则 按主要污染物等标排放量和周围地形复杂程度 将评价工作划分为三级 式中 Pi 等标排放量 m3 h Qi 第i种污染物的单位时间排放量 排放率或源强 t h C0i 第i种污染物的空气质量标准中的二级标准的1h平均浓度限值 mg m3 3 3大气环境影响评价 3 3 2评价等级的划分 评价工作级别 2 经验判断法 3 3大气环境影响评价 大气环境影响评价工作等级 大气环境质量评价范围要根据建设项目对大气环境质量影响的范围来确定 大气环境质量影响范围主要取决于建设项目的级别 同时 还应考虑评价区内和评价区外有关区域 简称界外区 的地形 地理特征及该区域内是否包括大中城市的城区 自然保护区 风景名胜区等环境保护敏感区 3 3大气环境影响评价 3 3 3评价范围的确定 1 环境目标值判断法 3 3大气环境影响评价 3 3 4大气环境影响评价方法 环境目标值主要是指环境质量标准 也包括环境质量标准中未规定的项目 但采用其他方法确定的相当于标准的值 污染因子的目标值可按GB3095 1996中确定的污染物浓度标准值确定 在环境质量标准中没有包含长期 季 期或年 平均浓度的允许最大值 其目标值可按一定的方法进行估算 2 允许排放量判断法