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大气环境影响评价 2020 3 20 1 概述环境现状调查与评价大气环境质量预测大气环境影响评价实例 概述 一 基本任务定量地评价拟建项目建设前大气环境质量现状 识别对大气环境的哪些质量参数产生影响 预测建设项目投产后大气污染指数的变化 解释污染物质在大气中的输送 扩散和变化的规律 提出建设项目污染源的控制治理对策 二 工作程序 三三制 准备阶段 正式工作阶段 报告书的编写 污染气象及大气扩散规律 三 评价工作的分级 依据 污染物排放量 周围地形的复杂程度 平原 复杂 大气环境质量标准 评价工作分级 式中 Pi 等标排放量 m3 h Qi 单位时间排放量 t h coi 环境空气质量标准 GB3095 1996中1h平均取样失检的二级标准浓度限制 四 评价工作范围的确定 主要依据项目的评价级别确定一般可取项目主要污染源为评价区的中心 以主导风向为轴 按正方形或矩形划定评价区的范围 若无明显主导风向 可取东西或南北为轴 注 平原取上限 复杂地形取下限 环境现状调查与评价 内容 自然环境状况社会环境状况污染源调查污染气象条件大气环境质量现状调查与评价 自然环境状况调查主要包括评价区域的地理 地形概况 土地利用情况和气象概况社会环境状况调查包括城市的总体发展规划 环境功能区划分以及评价区域内的环境敏感点的分布等 污染源调查1 污染因子的筛选首先 选择该项目等标排放量Pi较大的污染物为主要污染因子其次 考虑评价区域内已造成严重污染的污染物2 污染源调查的对象一 二级评价项目 拟建项目污染源及评价区工业和民用污染源 三级评价项目 可只调查拟建项目的污染源 污染源调查 续 3 污染源调查的内容排放位置 污染流程图排放强度 技改项目 三本账 排放方式 面源 污染气象调查分析 地面气象资料高空气象资料 1500m以下 大气环境质量现状调查1 现有例行检测资料的分析收集评价区内及其界外区各例行大气监测点的近三年监测资料 进行如下统计分析 统计分析各点各取值周期的主要污染物浓度值 评价长期浓度 短期浓度达标情况和变化趋势 统计分析一定周期内 短期浓度的超标率情况分析不同季节主要大气污染物污染水平的变化情况 大气环境质量现状调查 续1 2 大气环境质量现状监测监测项目 筛选出污染因子作为监测因子监测布点 原则 以功能区为主兼顾均布性数量 一级 10个 二级 6个 三级 1 3监测制度 一级 不得少于二期 夏 冬 二级 可取一期不利季节 必要时也应作二期 三级必要时一期监测 每期监测时间 一级不少于7天 二 三级 全期至少监测5天 监测结果的统计分析 实例 大气环境质量现状评价目前采用比较直观 简单的单项评价指数法 4 3大气环境影响预测 预测的内容 预测小时平均和日平均的最大地面浓度和位置不利气象条件下 评价区域内浓度分布及其出现的频率评价区域年长期平均浓度分布图方法 数学模型 高斯模型模拟试验 高斯模式 导则中推荐假定条件 污染物稳定且保守地面全反射 没有沉降 吸收流场均匀定常平均风速不能太小标记粒子在Y Z方向上均满足正态分布 预测模式及其适用条件 一 连续点源烟流扩散的高斯模型 标准型 y轴和z轴的扩散参数 即标准差 C x y z 下风向某点 x y z 处的污染物浓度 平均风速 m s 式中 源强 mg s 有很强的假定 限定条件多未考虑地面 地形条件气象条件仅考虑风速污染源空间位置没有考虑等等需要进行修正 二 考虑地面及源高的影响的高斯修正模型 y z 扩散参数He 有效排放源高 1 地面任一点 x y 0 的浓度c mg m3 可按下式计算 一 考虑源高条件下 污染源下风向地面轴线浓度公式为 最大地面浓度及其位置 二 不考虑源高的条件下 He 0 1 空间任意一点P x y z 的浓度分布 2 地面上任意一点P x y 0 的浓度分布 z 0 3 轴线上任意一点P x 0 0 的浓度分布 z 0 y 0 高斯模型适用的条件 扩散范围不超过20km 地面是平坦 开阔 均匀的地面10m高处的平均风速 1 5m s在模拟的单元时间段里风向 风速 稳定度基本不变 三 不利条件下的扩散模型 气象条件修正 1 薰烟模型 式中 薰烟条件下的侧向扩散参数 据经验 最大薰烟浓度和最近距离的估算 其模式为 式中 u 为稳定层中的平均风速 Li 抬升中混合层的高度 tm为混合层自hs升到 的时间差 2 静风模型静风 10米高空上的风速小于0 5m s条件 假设污染物在360 范围内各个水平方向上等概率分布 在垂直方向上运动与有风条件下的规律相同 它的模式为 式中 r为离高架源的距离 m u为平均的水平散布速度 一般u 0 4m s 四 颗粒物扩散模式适用条件 排气筒排放的颗粒物粒径 15 m的污染物 地面10m高处的平均风速 1 5m s 平坦地形 在模拟单元的时间段里风向 风速 稳定度基本不变 污染物通过某种装置排放 需要的调查资料 污染源资料 排放位置 源强以及排放方式气象资料 风向 风速和稳定度 颗粒物扩散模式公式 式中 Cp 地面浓度 mg m3 尘粒子的地面反射系数 可查得 Vg 尘粒子沉降速度 五 高斯模型对不同形式源的应用 线源污染的预测有限线源无限线源连续面源污染的预测 1 线源污染预测模式当平均风向与线源方向垂直 地面浓度分布计算公式分别为 a 有限长线源 QL为线源单位长度的源强 积分值能从正态概率表中查出 b 无限长线源相应的地面浓度分布计算公式为 2 连续面源污染预测通过对点源模式按面积求积分或求和得到 地面浓度分布计算公式为 式中 QA 某面源单元的源强 X0 等效点源的位置与面源中心的距离 表2主要污染气象观测方法及大气扩散模式 六 高斯模型中计算参数的确定 烟气抬升高度的计算 P119 120 大气扩散参数 y z P115 118 参数的时间修正公式为 那么1小的 y参数为 其中q为时间稀释指数 有下表可查 为取样时间 4大气环境影响评价 计算评价指数和污染分担率建设项目的厂址和总图布置的评价污染源评价分析超标时的气象条件评价大气环境质量影响确定分担率环境保护对策 1 计算评价指数和污染分担率 评价指数Ii的定义如下 式中 ci 某种污染因子不同取样时间的浓度预测值 mg m3 coi 大气环境质量标准 mg m3 Ii 1为超标 否则为未超标 注 应根据预测的各污染因子的浓度分布图 指明其超标区或Ii最大值区 未超标时 的位置 面积 Ii的变化范围和平均值 以及超标区的功能特点 一次取样浓度超标时 应估计其季 期 或年的超标小时数或频率值 季 期 年按其平均浓度值是否超标计算 1 计算评价指数和污染分担率 续 污染分担率Kij式中 cij i类污染因子的第j类 或个 源在同一接收点上所产生的地面浓度 mg m3 ci 某种污染因子不同取样时间的浓度预测值 mg m3 应给出各计算点 包括关心点 的Kij值以及超标区 各功能区和全评价区的Kij平均值 2 建设项目的厂址和总图布置的评价 根据建设项目各主要污染因子的全部排放源在评价区的超标区 或Ii值的最大区域 中或关心点上的污染分担率Kij 同时结合评价区的环境特点 工业生产现状和发展规划 以及环境质量水平和可能的改造措施等因素 从大气环保角度 对厂址选择是否合理 提出评价和建议 根据建设项目各类 如点 面源 各分厂或车间等 和各个 点源 污染源在评价区 主要指超标区和关心点 以及本项目的厂区 办公区 职工生活区的污染分担率 同时结合环境 经济等其它因素 对总图布置从大气环保角度提出评价和建议 2 建设项目的厂址和总图布置的评价 续 如果在该评价区内有几种厂址选择的方案或总图布置方案 则应给出各种方案的预测结果 包括浓度分布图和污染分担率 再结合环境 经济等方面的各种因素 全面权衡利弊 从大气环保角度 提出最佳选择方案的建议 3 污染源评价 根据各污染因子和各类 或个 污染源在超标区或关心点上的Ii及Kij值 确定主要污染因子和主要污染源 以及各污染因子和污染源对污染贡献大小的次序 对主要污染物或主要污染源的原设设计方案 源高 源强 工艺流程 综合利用措施和治理技术等 从大气环保角度 提出评价和建议 必要时 进行不同方案的预测和最佳方案的选择 4 分析超标时的气象条件 根据预测结果分析出现超标时的气象条件 给出其中的主要影响因素以及这些因素的出现时间 强度 周期和频率 对于扩建项目 如已有污染因子的监测数据 可结合同步观测的气象资料 分析其超标时的气象条件 5 评价对大气环境质量影响 根据评价或分析结果 结合调查中的各项资料 全面分析建设项目最终选择的设计方案 一种或几种 对评价区大气环境质量的影响 并给出这一影响的综合性估计和评价 6 确定分担率 如果条件具备 应在当地环保部门的主持下 根据建设项目预计的经济效益和社会效益及预测的污染分担率 评价区的大气环境质量现状及其改造和长远发展规划 当地的地理地形和气象特征等因素给出各污染因子的标准分担率 该建设项目某一污染因子的允许最大地面浓度占该因子质量标准的百分比 对于一级评价项目 必要时应在对评价区及其界外区域进行更详细的调查和预测之后 按总量控制的原则 提出比较合理的标准分担率 7 环境保护对策 制定的环境保护对策应力求减轻建设项目对大气环境质量的不良影响 并使环境效益 社会效益 经济效益达到统一 环境保护对策的内容 建议包括以下几个方面 改变原燃料结构改进生产工艺 对重点污染源加强环保治理 应提出具体治理方案 加强能源 资源综合利用 重点污染源的合理烟囱高度选择 7 环境保护对策 续 无组织排放的控制途径 区域污染物排放的总量控制 当地土地的合理利用或调整 厂区及评价区的绿化 必要时可提出防护林带的设置方案 环境监测大纲的建议 包括监测项目 监测布点方案 监测制度的确定 监测资料的统计分析要点等 关于生产管理制度的建议 应用实例 某钢铁厂技改工程大气环境影响评价 2020 3 20 46 工程概况 生产钢材能力由15万t a增加到30万t a需完成转炉炼钢 电炉炼钢等系统的扩建和技术改造 废气排放量将增加厂址位于城市东面 距城区中心7km 地形为河谷盆地 地质结构为风成黄土属温带半干旱气候 干旱而寒冷 温差大 降水少 评价等级及范围的确定 技改工程主要污染物为TSP SO2 TSP排放量为4580t a SO2排放量为1210t a根据评价等级确定公式 计算得到PTSP 1 74 109 PSO2 2 75 108 故评价级别为三级 二级 评价范围根据级别及周围实际情况选择6 5km 工程分析 电炉炼钢工艺流程 钢铁料 合金料熔化氧化扒渣还原浇铸在熔化 氧化 还原阶段均有废气排放 主要是烟尘 SO2 CO CO2 氟化物等转炉炼钢工艺流程 矿石 石灰 铁水 氧气转炉炼钢炼钢 炼铁阶段有废气外排 主要是烟尘 SO2 CO等 污染源情况 现有废气污染源废气排放总量14 43 108m3 a 其中烟尘5386t a SO2707 17t a NOX123t a CO638t a 根据污染源调查 主要污染物为烟尘 SO2 主要污染源是转炉车间 其等标污染负荷分担率为36 其次为电炉车间 分担率为23 技改工程后 废气排放总量31 108m3 a 由于改造布袋除尘治理设施 烟尘排放量4580t a SO21210t a 大气环境质量现状 现状监测以转炉车间为中心 东西向各3km 南北向各2 5km范围内布点 设7个采样点 厂区2个 厂生活区1个 市区3个 对照点1个 监测项目 TSP SO2 CO NOX HF采用GB3095 1996二级标准进行评价结果表明厂区空气质量差 生活区 城区尚可 大气环境影响预测 预测内容1h和日平均取样时间地面最大浓度和位置不利气象条件下 评价区域内浓度分布图及其出现频率评价区年平均浓度分布图预测因子 TSP SO2 评价区网格化 以炼钢车间为中心5km 5km范围500m 500m为1个计算网格 气象数据的处理 根据气象资料归纳出评价区年 季 风向 风速 稳定度联合频率分布 气象数据的处理及源项的处理 收集全年不利 逆温 气象条件参数污染源处理源高小于30m及无组织排放源作为面源30m以上排气筒安高架源处理 预测模型及方法 采用高斯模式扩散参数根据相关表格查得 导则 有效源高 面源按冷排放考虑 高架源要考虑抬升 抬升高度按GB3840 83规定的方法计算预测结果 将短期浓度监测时的气象条件用于预测模型的计算 根据建设工程的污染源 计算出相同条件下的预测浓度 与现状监测数据相叠加 评价结果 需给出以下图件主导风向下各大气稳定类型的大气环境质量状况短期预测分布图月 季 年平均大气环境质量状况长期预测分布图各大气稳定类型下主要评价因子TSP SO2的最大落地浓度值及距离季 年最大落地浓度的平均值及平均距离等 浓度等值线图 评价结果 技改后 评价区各测点SO2夏 冬季日平均浓度值达到GB3095 1996二级标准 TSP总排放量减少 日平均值在评价区内较监测时降低0 18 0 31mg m3 但由于炼钢区本底TSP超标 项目技改后仍将超标 2020 3 20 60 大气环境质量评价应用实例 某钢铁厂技改工程大气环境影响评价 简介 2020 3 20 61 内容提纲 项目简介评价等级和范围工程分析环境调查影响预测影响评价 2020 3 20 62 1 项目简介 某钢铁厂原生产钢材15万t a 现计划扩展其生产能力到30万t a 预计需完成转炉炼钢 电炉炼钢等系统的扩建和技术改造 其废气的排放量将增加 因而导致大气污染加重 所以进行该工程项目的大气环境影响评价 该厂地处一大城市的东面 厂区距城区中心7km 地形为河谷盆地 地质结构为风成黄土 气候属温带半干早气候 干旱而寒冷 温差大 降水少 冬季较长 年平均气温6 9 2020 3 20 63 2 评价等级和范围 技改工程的主要污染物每年TSP排放量为4580t a SO2排放量为1201t a 根据等标排放量Pi划分评价等级 计算得评价等级为三级评价 PTSP 1 3 108 根据实际环境状况选定厂中心6 5km为评价范围 2020 3 20 64 3 工程分析 1 工艺流程及排放的污染物电炉炼钢工艺流程为 钢铁料 合金料 熔化 氧化 扒渣 还原 浇铸 在熔化 氧化 还原阶段均有废气外排 主要是烟尘 SO2 CO CO2 氟化物等 转炉炼钢工艺流程为矿石 石灰 铁水 氧气 转炉炼钢 炼钢 炼铁阶段有废气外排 主要是烟尘 SO2 CO等 2020 3 20 65 2 主要污染物 污染源及排放量现有废气污染源废气排放总量为14 43 108m3 a 其中烟尘排放量为5386t a SO2排放量为707 17t a NOx排放量为123t a CO排放量638t a 另据调查 主要污染物是烟尘 SO2 主要污染源是转炉车间 其等标污染负荷分担率为36 其次是电炉车间分担率为23 根据工程初步设计方案 计算得技改工程投产后 废气排放总量为31 108m3 a 由于改造布袋除尘治理措施 烟尘排放量为4580t a 减少15 SO2排放量1210t a 2020 3 20 66 4 环境调查 现状监测以转炉车间为中心东西向3km 南北向各2 5km的范围布点 采用功能区与扇形布点相结合共设7个采样点 厂区2个 厂生活区1个 市区3个 对照点1个 各监测点图 评价采用上海大气指数 I上 评价标准采用GB3095 1996中的二级标准 并根据上海大气质量指数分级标准 见下表 目前 它是最通用的大气环境质量现状评价的指数 2020 3 20 67 各监测点分布图 2020 3 20 68 上海大气污染指数分级 2020 3 20 69 评价区现状监测及评价结果 从上表可见 炼钢区污染最重 生活区 城区基本为中等污染 根据7个测点5种污染物单项质量指数值比较 它们造成大气污染程度的次序是 TSP HF NOx SO2 2020 3 20 70 5 影响预测 预测内容 根据评价大纲选择污染物排放量大的TSP SO2为预测因子 1h和日平均取样时间地面最大浓度和位置不利气象条件下 评价区域内的浓度分布图及其出现频率评价区年平均浓度分布图 1 评价区网格化 以炼钢车间为中心5km 5km见方面积 500m 500m正方形为1个计算网格 2 气象参数的处理 根据气象资料归纳出评价区年季 风向 风速 稳定度联合频率分布 见下表 2020 3 20 71 评价区年风向 风速 稳定度联合频率分布表 2020 3 20 72 另外 需收集全年不利 逆温 气象条件参数 污染源参数分类为将评价区内30m以下的源及无组织排放作为面源处理 30m以上的排气筒按高架源处理 数据略 3 预测模型及方法预测采用高斯模式 扩散参数选取 查表求算 取样时间为0 5h 有效源高的确定 面源按冷排放考虑 忽略热力抬升高度 高架源按热排放考虑 其有效排烟高度为 He H H式中 He 有效源高 m H 烟囱几何高度 m H 抬升高度 m 抬升高度按国标GB3840 83 制定地方大气污染物排放标准的技术原则和方法 中规定的模式计算 2020 3 20 73 4 预测结果工程建成后的大气中污染物浓度是 将短期浓度监测时的气象条件用于预测模型的计算 根据建设工程的污染源 转炉 电炉炼钢车间等 计算出与现状监测相同条件下的预测浓度 再与监测点的现状监测数据叠加 即 Ci Cpi Cbi 2020 3 20 74 评价需绘出的各种图有 主导风向下各大气稳定类型的大气环境质量状况短期预测分布图月 季 年平均大气环境质量状况长期预测分布图各大气稳定度类型下主要评价因子TSP SO2的最大落地浓度值和距离 主要评价因子TSP SO2季 年最大落地浓度的平均值和平均距离如下面两图 仅为部分略图 2020 3 20 75 D类稳定度下SO2小时预测浓度分布图 左 冬季逆温E F类稳定度下SO2小时预测浓度分布图 右 2020 3 20 76 6 影响评价 钢铁厂投产后 在评价区内各测点SO2夏 冬季的日平均值低于 大气质量标准 二级标准限值 单项评价指数在0 09 0 44 TSP因技改工程改造烟尘治理措施 总排放量减少 日平均值在评价区内较监测时会降低0 18 0 31mg m3 因炼钢区本底超标 项目建成后此区TSP仍将超标 但总的结果是评价区内TSP污染将减轻 2020 3 20 77 第五章大气环境影响评价 AirEnvironmentImpactAssessment 2020 3 20 78 本章内容 大气环境污染与大气扩散大气环境影响预测开发行为对大气环境的影响识别大气环境影响评价 2020 3 20 79 第一节大气环境污染与大气扩散 大气环境污染大气扩散过程 2020 3 20 80 一 大气环境污染 1 大气污染源 种类 污染物排放量与源强 2 大气污染物 种类 大气组成与空气污染物成分 含硫化合物含氮化合物含碳化合物卤代化合物放射性物质和其他有毒物质 2020 3 20 81 二 大气扩散过程 1 大气湍流2 大气稳定度和污染3 影响大气污染的其他因素风辐射与云天气形势下垫面条件 2020 3 20 82 2 大气稳定度 概念 指气层的稳定度 即大气中某一高度上的气团在垂直方向上相对稳定的程度受密度层结和温度层结共同作用 2020 3 20 83 按照稳定度将大气分为 稳定的大气 当大气中某一气块在垂直方向上有一个小的位移 如果层结大气使气块趋于回到原来的平衡位置 则称层结是稳定的 d a 不稳定的大气 如果层结大气使气块趋于继续离开原来位置 则称层结是不稳定的 d a 中性的大气 介于上两者之间 d a研究大气垂直递减率用于判断 气块稳定情况 气体垂直混合情况 考察污染物扩散情况 2020 3 20 84 未饱和空气三种不同稳定度 2020 3 20 85 环形 2020 3 20 86 第二节大气环境影响预测 大气扩散基本计算公式实用模拟预测方法平原局地空气质量模式 2020 3 20 87 一 大气扩散基本计算公式 在大气环境影响评价的实际工作中 大气扩散计算通常以高斯大气扩散公式为主 高斯模式是一类简单实用的大气扩散模式 在均匀 定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布 由此可导出一系列高斯型扩散公式 实际大气不满足均匀 定常条件 因此一般的高斯扩散公式应用于下垫面均匀平坦 气流稳定的小尺度扩散问题更为有效 2020 3 20 88 1 连续点源烟流扩散公式 所有连续点源公式 包括应用于各种特殊条件下的变形公式 仅适合于连续排放扩散物质且源强恒定的源 当有风时 u 1 5m s 可采用烟流扩散公式 设地面为全反射体 2020 3 20 89 扩散参数 y z通常表示成如下形式 最大地面浓度Cmax及出现距离 当 2020 3 20 90 当 且则 2020 3 20 91 2 有混合层反射的扩散公式 大气边界层常常出现这样的铅直温度分布 低层是中性层结或不稳定层结 在离地面几百米到1 2km的高度中存在一个稳定的逆温层 即上部逆温 它使污染物的铅直扩散受到抑制 观测表明 逆温层底上下两侧的浓度通常相差5 10倍 污染物的扩散实际上被限制在地面和逆温层底之间 上部逆温层或稳定层底的高度称为混合层高度 或厚度 用h表示 设地面及混合层全反射 连续点源的烟流扩散公式如下 2020 3 20 92 2020 3 20 93 1 当 z1 6h浓度在铅直方向已接近均匀分布 可按下式计算 2020 3 20 94 3 熏烟扩散公式 高架连续点源排入稳定大气层中的烟流 在下风向有效源高度上形成狭长的高浓度带 当低层增温使稳定气层自下而上转变成中性 或不稳定层结扩展到烟流高度时 使烟流向下扩散产生熏烟过程 造成地面高浓度 此时在熏烟高度zf以下浓度在铅直方向接近均匀分布 地面浓度计算公式为 2020 3 20 95 式中 2020 3 20 96 当稳定气层消退到烟流顶高度hf时 全部扩散物质已经向下混合 地面浓度公式为 2020 3 20 97 4 连续线源公式 连续线源是指连续排放扩散物质的线状源 其源强处处相等且不随时间变化 在高斯型模式中 连续线源等于连续点源在线源长度上的积分 其浓度公式为 式中 Ql 线源源强 其单位为单位时间单位长度排放的物质量 f 表示连续点源浓度的函数 可根据源高及有无混合层反射等情况选择适当的表达式 2020 3 20 98 对直线型线源等简单的情形则有 1 线源与风向垂直 取x轴与风向一致 坐标原点设于线源中点 线源在y轴上的长度为2y0 有地面全反射的浓度公式为 2020 3 20 99 2 无限长线源 线源与风成大于45度角 的地面浓度公式为 为线源与风的夹角 2020 3 20 100 5 连续面源公式 源强恒定的面源称为连续面源 对面源扩散的处理方法主要有虚点源法和积分法等 虚点源法 设想每个面源单元上风向有一个 虚点源 它所造成的浓度效果与对应的面源单元相当 可以用虚点源的浓度公式计算面源的浓度 2020 3 20 101 2020 3 20 102 式中 QA 某面源单元的源强 在虚点源法中 其单位与连续点源相同 x y z 计算点的坐标 坐标原点位于面源中心在地面的垂直投影点上 xy xz 虚点源向上风向的后退距离 若有 L为面源单元的边长 应用同样的原理 也可以用虚点源计算线源 体源造成的浓度 2020 3 20 103 6 长期平均浓度公式 长期平均浓度 在几天 几月或一年的长时段内 各种风向均可能出现 此时表示短时间烟流横向散布的 y已不重要 可以用风向频率计算水平浓度公式 1 简单的扇形公式 在任意角宽度为2 n的扇形区内 连续点源的地面公式是 式中 f 在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数 u z 应取平均时段内平均风速和铅直扩散参数的平均值 例如 取D类稳定度的 z 2020 3 20 104 2 联合频率计算公式 在长时间内 不同风速和稳定度影响浓度的权重并不相等 更精确的计算 应该按照每一种风向 风速和稳定度的频率加权平均 此时的浓度公式为 式中 k m l 风向 稳定度和风速等级的下标 ck m l 在每一个给定风向 稳定度和风速时的浓度 可取相应的高斯扩散公式计算 k m l 风向 稳定度和风速的相对联合频率 即有 2020 3 20 105 7 扩散参数的选择与计算 Pasquill 帕斯奎尔 分类法 最常用的方法 帕斯奎尔根据大量常规观测资料 首先总结出了根据云量 云状 太阳辐射状况和地面风速等常规气象资料 划分大气稳定度 他把大气对污染物的扩散能力用A B C D E F六个稳定级别来表示 表5 3 2020 3 20 106 使用该表应注意 稳定度级别中 A 极不稳定 B 不稳定 C 弱不稳定 D 中性 E 弱稳定 F 稳定 从A F表示大气扩散能力逐渐减弱 稳定度级别A B表示按A和B级别数据内插 夜间 夜晚 定义为日落前1小时至日出后1小时的时段 不论何种天气状况 夜间前后各1小时算作中性 即D级稳定度 强太阳辐射对应于碧空下太阳高度角大于600的条件 弱太阳辐射相当于碧空下太阳高度角从150一350 2020 3 20 107 帕斯奎尔划分稳定度的方法对于开阔乡村地区能给出较可靠的稳定度 但城市地区是不大可靠的 这种判别主要是由于城市较大的地面粗糙度及热岛效应对城市稳定度的影响 最大的差别出现在静风晴夜 这样的夜间 在乡村地区大气状态是稳定的 但在城市 在高度相当于建筑物的平均高度几倍之内是微不稳定或近中性的 它上面有一个稳定层 稳定度级别划分表见表5 3 这种划分稳定度的方法不严格 多数人有改进 见表5 4和5 5 2020 3 20 108 扩散参数 y z的确定 扩散参数 y z与水平距离x关系可用函数表示 表5 6和5 7 y r1x 1 z r2x 2 2020 3 20 109 例题1 在C级大气稳定度条件下 求在高架点源下风向800m处的扩散参数 2020 3 20 110 8 烟气抬升公式 烟气抬升对高速或热量很大的烟气排放而言是非常重要的因素 因为污染物落地浓度的最大值与烟气有效高度的平方成反比 烟气抬升高度有时可达烟囱本身高度的数倍 从而极显著地降低了地面污染物的浓度 烟气抬升公式很多 总的来说可以分为两大类 一类是通过对抬升机理的研究而得到的理论公式 另一类是通过实验观测得到的经验公式 以下主要介绍HJ T2 2 93所推荐的计算公式 它是在综合多种研究结果的基础上而提出的一种半经验公式 2020 3 20 111 烟囱的有效源高由几何高度Hs和烟气抬升高度 H组成 Hs是烟囱的实体高度 H是指烟气在排出烟囱口之后因动力抬升和热力浮升作用继续上升的高度 这个高度可达数十米至上百米 对减轻地面的大气污染有很大作用 抬升后的烟气高度称为有效高度He 烟囱的有效高度 可用下式表达 He Hs H式中 Hs 排气筒几何高度 m H 抬升高度 m 其计算方法如下 1 有风时 中性和不稳定条件 当烟气热释放率Qh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 2020 3 20 112 T Ts Ta式中 no 烟气热状况与地表状况系数 n1 烟气热释放率指数 n2 排气筒高度指数 no nl n2具体数值见表5 9 Qh 烟气热释放率 kJ s H 排气筒距地面几何高度 m 超过240m时 取Hs 240m Pa 大气压力 kPa Qv 实际排烟率 m3 s T 烟气出口温度与环境温度差 K Tt 烟气出口温度 K Ta 环境大气温度 K u 排气筒出口处平均风速 m s 2020 3 20 113 当1700kJ s Qh 2100kJ s时 式中 vs 排气筒出口处烟气排出速度 m s D 排气筒出口直径 m H2 与 式5 16 中的定义相同 当Qh 1700kJ s或者 T 35K时 2020 3 20 114 2 在有风且稳定条件时 建议按下列计算烟气抬升高度 H m 式中 dTa dZ 排气筒几何高度以上的大气温度梯度 K m 3 静风 u10 0 5m s 和小风 0 5m s u10 1 5m s 时 建议按下式计算烟气抬升高度 H m 式中符号同前 但dTa dZ取值宜小于0 01K m Ta为大气温度 如无实测值 dTa dZ 0 098 d dZ 温度梯度 可在0 005 0 015K m之间选取 弱稳定 D E 可取下限 稳定 F 可取上限 系数n0 n1 n2的值见表5 9 2020 3 20 115 位于平原城区的某化工总厂的二期电站工程 拟建120m高的排气筒 上出口内径为6m 排烟气量为54 15m3 s 标准状态下的数值 排气筒出口处的烟气温度为130 当地气象台统计定时观测最近5年平均气温为9 2 平均风速为3 9m s 假定气象台址与工厂地面海拔高度相同 计算在D级稳定度时 排气筒烟气的抬升高度 例题2 2020 3 20 116 补充知识 大气边界层的风场 我国的风速廓线模式 幂函数 2020 3 20 117 2020 3 20 118 例题3 拟建一座火电厂 排气筒高100m 排气筒出口内径为5m 排气筒出口处烟气排放速度为13 5m s 排气出口处的烟气温度为145 厂址附件气象台统计定时观测最近5年平均气温15 据预测 在静风与稳定天气条件下 排放源高度以上环境温度垂直变化率为0 001 m 求烟气的抬升高度 2020 3 20 119 2020 3 20 120 小结 连续点源 地面点源 高架点源 静风点源 有限长线源 无限长线源 面源等各种扩散形式使用的高斯模型各自不同 可根据各种实际情况选用 有效源高的估算公式由大气稳定度和烟气热释放率等条件决定 扩散参数 y z的确定则和水平距离x及大气稳定度密切相关 2020 3 20 121 二 实用模拟预测方法 1 模式构成空气质量模式是以数学方法定量描述大气污染物从源地到接受地所经历的全过程的一种手段或工具 其核心部分为大气扩散模式 主要描写大气对污染物输送 扩散和稀释作用 污染物在大气中所经历的其他过程 如干湿沉积和化学转化过程等 则常以参数形式表现 另一方面 除大气以外 污染源和下垫面的状况也会影响污染物在大气中的变化和分布 这些因素及其影响规律亦必须在空气质量模式中得到反映 2020 3 20 122 空气质量模式应包括一组以大气扩散公式为主体的描写各种过程的数学表达式 一套模式输入参数和确定参数方法 以及为完成模式计算所需的计算方法和程序 2020 3 20 123 2 模式类型 按模拟区的范围可分 微尺度 建筑物尺度 模式 局地尺度 1 10km 模式及中 远距离 100km以上 输送模式 按照模式的时间尺度划分 短期 1 24h 平均及长期 月 季 年 平均模式 按照污染源的形态划分 点源 线源 面源 体源及多源或复合源模式 2020 3 20 124 3 模式选择 模式选择应当考虑的几个问题 1 污染源及污染物 污染源的类型 污染源的形态有点源 线源 面源 体源和它们组成的复合源 按其排放方式可分为瞬时源 间断源和连续源 其中 又可按排放温度分为热源和冷源 污染物的性质 可分为气态污染物或颗粒物 对后者 还需了解其粒径分布 估计重力沉降 干沉积与扩散的相对重要性 此外 还应考虑是保守的或是反应性污染物 化学转化的重要性等等 2020 3 20 125 2 模拟的时空范围及分辨率 模式区的范围 局地空气污染问题以采用高斯型模式比较适当 模拟的时间尺度 大气扩散模式计算的基准时间尺度为小时平均 其他时段的平均浓度可在小时平均浓度的基础上逐时 或按一定的采样间隔 求和计算 也可按频率加权的计算方法 要求的空间分辨率 模式计算浓度的空间分辨率是一项重要和敏感的指标 在一个孤立点源的下风区 相距数百米两个接受点的污染物浓度可以有数量级的差异 即使在污染源分布比较均匀的城市 相距1km监测浓度的差异也常常很大 2020 3 20 126 3 模拟区的下垫面特征 下垫面可分为平原乡村 城市 山区及水陆交界地区等 复杂下垫面时 高斯模式不再适用 4 对模式效能的要求 空气质量模式应当具备的效能与前述三方面的条件及要求有密切关系 例如 对局地空气污染 通常仅需考虑大气的扩散稀释作用 而对中 远距离问题则还必须考虑污染物的化学转化和干湿沉积等其他物理化学过程 此时对模式效能将提出不同的要求 各种模式的针对性很强 选用时需要认真加以鉴别 2020 3 20 127 4 模式性能评价 模式计算结果存在着误差和所谓的 不确定性 其中 一部分称为 固有的 另一部分称作 可约束的 固有的误差如天气变化的随机性 可约束误差则由以下原因造成 模式使用的排放源 气象和地形资料的误差 模式包括的所有计算公式和参数不合适引起的误差 用来检验模式的浓度实测资料的误差 2020 3 20 128 模式性能评价内容 主要包括模式的合理性 保真性和灵敏性分析几个方面的内容 1 合理性分析 在进行模式性能评价时 可考虑选取一个参考模式 用以校核拟用模式 进一步考核其物理模型和参数化方案等的合理性 必要时还可作一些对比性的计算经验 2 模式检验 主要目的是检查模式的 保真性 一般应使用同步的排放源 气象和浓度监测资料 检验模式计算值与实测值的符合程度 这是模式性能评价的最主要的内容 2020 3 20 129 浓度计算值与实测值的比较 通过计算一系列的统计特征量来实现的 常用的检验项目有以下几类 浓度差分析 以相同时间 地点的观测值和计算值为数据对 求其差值 下标o p分别表示观测值与模式预测值 最大浓度分析 在空气污染分析中 地面最大浓度常是人们最关心的 最大浓度差 式中 分别表示观测和预测的地面最大浓度 2020 3 20 130 浓度比值分析 计算每一对浓度计算值与观测值的比值K p o至今仍将K值落在0 5 2范围内作为模式精度是否可取的指标 通常较佳模式K值落在上述范围内的成数应超过50 相关分析 计算由浓度观测值和计算值组成的数据对序列的相关系数 2020 3 20 131 上式可用来表征预测与实际情况一致性的重要指标 但是它不能描述浓度的差值或比值所反映的信息 即不能表示模式计算值在总体上是否过高或过低 故应与 d或K值配合分析 如果r值较高 但差值指标不好 则只要对模式作线性订正即可大大改善精度 值得注意的是r只能反映计算值与观测值之间的线性相关 而不能从中发现它们之间的非线性关系 浓度分布比较 为了更直观地考察模式的预测效能 还可以绘制计算浓度和观测浓度的等值线图 比较它们高 低中心区的位置 数值以及分布图形是否一致 2020 3 20 132 3 灵敏度分析 灵敏度的定义是模式输出 计算浓度 对输入变量的偏导数 通过此项分析 可以定量判别影响空气质量的各个因子的相对重要性 确定它们的误差和不确切性对模式输出的影响 这项工作至少有以下几方面的意义 分析模式输入一输出响应关系的合理性 为改进模式提供依据 明确模式所依据的各项基础资料的相对重要性以及对它们的精度和分辨率要求 以便改进观测和搜集方案 以及确定模式输入参数的方法 为评价控制空气污染的策略提供可靠性分析和环境效益分析 2020 3 20 133 三 平原局地空气质量模式 局地空气质量模式应用范围 污染物的输送距离小于20km的场合 在均匀平坦的下垫面最多不超过50km 常用局地空气质量模式 高斯型扩散公式 视污染源的状况和应用的需要 局地空气质量模式可以采用风向坐标系或者地理坐标系 此外 为满足法规应用的要求 应能计算几种不同平均时间的污染物浓度 2020 3 20 134 1 坐标系基本的高斯扩散公式都采用风向坐标系 但在以下情况下还需建立地理坐标系 需要计算多源迭加浓度 需要计算不同风向迭加的时间平均浓度 以高斯公式为计算核的数值积分模式 例如线源积分模式 1 风向坐标系 取x轴与平均风向一致 y轴在水平面上与风向垂直 z轴指向天顶的直角坐标系 坐标原点设在污染源在地面的垂直投影点上 它是随平均风向改变的坐标系 2020 3 20 135 2 地理坐标系 是固定在某个地理位置上的直角坐标系 为了方便 通常将坐标原点设在模拟区下垫面的西南端点 x轴指向东 y轴指向北 z轴指向天顶 所有污染源和浓度计算点的位置用它们在地理坐标系中的坐标来确定 坐标系中的计算网络根据所要求的空间分辨率来设计 两种坐标系的转换 设地理坐标系为EON 风向坐标系为xoy 它们之间的转换公式为 x Np Nr cos Ep Er sin y Np Nr sin Ep Er cos 2020 3 20 136 式中 x y 高斯公式中使用的坐标变量 Ep Np Er Nr 分别表示污染源和计算点在地理坐标系中的坐标 为风向方位角 2020 3 20 137 若下垫面十分平坦 可将风向坐标系和地理坐标系的原点设在同一个水平面上 计算中不需要作z坐标的换算 否则应考虑每一对计算点和污染源所在位置在地理坐标系中的高度差 2 小时平均浓度的计算局地大气扩散模式所代表的平均时间为数十分钟 通常把它计算得浓度定为小时平均浓度 过去 习惯上称为 一次 浓度 局地空气污染计算中最关心的是如何求出最大的 一次 浓度 通常有以下几种方法 2020 3 20 138 1 逐时计算法 有的国家规定至少要逐时计算一年的小时平均浓度 然后用平均的方法求取其他时段的平均浓度并与空气质量标准相比较 这种方法当然不会漏算那些很少出现的最大值 但是这样做至少需要输入一年逐时的气象参数 可利用气象台站的常规观测资料求取 2 分类计算法 按气象条件分类计算 一次 浓度 特别是计算各类条件下可能出现的最大地面浓度和它离源的距离 通常是将大气稳定度分为6类或4类 输入模式计算的扩散参数和抬升高度公式应与各自的稳定度类别一致 风速和混合层高度亦取每一类别的平均值 2020 3 20 139 3 保证率计算法 按一定的保证率设计计算条件 使实际可能出现的污染物浓度小于计算值的概率等于所规定的保证率 目前这种方法仅在少数专门的课题中研究采用 在有些环境影响评价工作中 能够给出可造成浓度超标的不利气象条件可能出现的概率 这是值得提倡的 通常可根据风向 风速和大气稳定度的联合频率确定 此时应注意不同的气象条件组合可能对应相同的浓度值 特别是有抬升的源 要注意风速对浓度的双重影响 2020 3 20 140 应当指出 我国目前普遍采用的计算一次浓度的方法与大气环境质量标准之间还不能完全协调一致 后者规定的 一次 最大允许浓度是指任何一次均不得超过的数值 而前述分类计算法充其量只能求得分类的平均值 从这个意义来说 前述逐时计算法相对更合理 事实上 对平原地区的一般污染源 利用常规气象资料按照一定的法规模式逐时计算全年的污染物浓度 不失为一种既经济又比较可靠的方法 2020 3 20 141 3 日均浓度计算日均浓度通常是取一日内若干个等间隔的一次浓度求平均 风向在一日内是会改变的 所以应采用地理坐标系 以便计算不同风向浓度的迭加和平均 对任意给定的计算点 为保证日均值有代表性 一般取N 8 即至少需要输入8个不同时次一次浓度所需的模式输入参数 所不同的是 还需输入所有污染源和计算点的坐标和每个计算时次的风向值 2020 3 20 142 计算日均浓度的关键在于如何用比较简单的方法求取对各种典型气象条件具有代表性的值 以及如何求得法规需要的最大日均浓度 1 逐日计算法 在逐时计算法的基础上可以得到一年内任意24小时的平均浓度 这种方法的优点是信息量大 可以得到每个计算点最大的日均浓度和日均浓度的概念分布等对大气环境规划和排污总量控制等非常有价值的信息 当然 它需要的基础数据量和计算量都比较大 一般不易办到 2020 3 20 143 2 典型日 控制日 法 所谓 典型日 是指与模拟区典型空气质量状况相对应的有代表性的 气象日 若能通过某种方法找出若干组典型日的气象条件 则能避免逐时 逐日计算之苦 气象分析法 这是单纯利用气象资料寻求 典型日 气象参数的方法 并不考虑污染源的状况 甚至不考虑污染源是否存在 它仅根据模拟区的气象资料和大气扩散规律 分析并归纳出代表该地区一般的 有利和不利的日均大气扩散稀释条件 必要时可作一些计算试验 以确定各种典型日的模式输入参数 孤立源与浓度场的响应关系最简单 用这种方法更有效 对于拟建项目的预测计算则是必由之路 2020 3 20 144 综合分析法 这是利用平行观测的气象和浓度资料综合确定典型日计算条件的方法 在多源情况下 模拟区的空气质量不仅取决于气象条件 还和污染源的布局以及二者的相互关系有关 一般需要积累二年以上的平行观测资料才能总结出比较可靠的典型日条件 3 保证率法 由于日均浓度的计算条件由8个以上的一次浓度计算条件所组成 此时可能的气象条件组合数多不胜数 要求出与浓度相对应的概率分布将十分困难 同时还要考虑污染源分布的影响 难度就更大 我国已有这方面的探索和研究 2020 3 20 145 4 长期平均浓度计算平均时间超过24h的浓度称为长期平均浓度 在已计算逐时 逐日平均浓度的情况下 可以进一步求取一年内任意时段的长期平均浓度 除此之外 一般都采用联合频率法计算长期平均浓度 其要点是 需要用地理坐标系以便计算不同风向浓度分布的迭加 长期平均浓度公式代表每一对源和计算点之间的相应关系 每一个计算点上的浓度等于所有源在该点长期平均浓度之和 利用一年以上的资料可以统计模拟区大气稳定度 风速和风向的联合频率 2020 3 20 146 第三节开发行为对大气环境的影响识别 一 大气环境影响的类型1 按影响时段划分 1 建设阶段影响 2 运行阶段影响 3 服务期满后的影响2 按影响方式划分 1 直接影响 2 间接影响 2020 3 20 147 二 建设项目的大气环境影响识别 对大气环境产生影响的工业部门主要包括 能源工业交通运输业钢铁工业有色金属冶炼工业化学工业石油化学工业制浆和造纸工业等 2020 3 20 148 1 交通运输建设项目的大气环境影响识别 交通运输业的影响要注意几个特殊性 1 汽车排气量虽小 但汽车数量多 尾气成分复杂 2 汽车尾气排气口高度接近与人的呼吸高度 在一定范围内 污染物的地面浓度与距离的平方成反比 3 汽车的体积小 流动性大 汽车尾气污染具有流动性 不确定性 2020 3 20 149 2 能源建设项目对大气环境影响的识别 火力发电厂建成后对大气环境的影响主要来自煤炭燃烧后的排放 1 排放量都大 2 一般都以高架点源的形式排放污染物 3 影响范围大 2020 3 20 150 第四节大气环境影响评价 一 工作程序 评价等级和评价标准1 基本内容和工作程序 弄清建设项目概况 进行工程的大气环境影响因素分析 获得有关源参数 排污种类 源强 源高 排放方式 排放温度 排烟速度等 资料 进行污染源评价 大气环境现状监测与评价 取得本底浓度值 进行评价区的环境现状评价 评价区地形和气象资料的收集和观测 取得环境预测所必须的气象条件和地形条件资料 2020 3 20 151 评价区大气扩散规律的研究 取得评价区的大气扩散参数 并选择适用于评价区的烟气抬升高度模式及大气扩散模式 评价区污染浓度预测 模拟计算工程投产后将造成的长期和短期环境浓度分布 得到影响浓度值 将