第五章-大气环境影响评价

第五章大气环境影响评价,大气环境影响评价基本任务、特点、程序大气污染物扩散大气污染物扩散模式,了解大气环境影响评价基本任务、特点及其程序把握大气污染过程及其各种影响因素的相关知识理解各种大气污染扩散模式的含义及其计算,第一节概述,一、大气环境影响评价的基本任务通过调查、监测、预测等手段，分析判断建设项目在建设施工期和建成后投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；污染源设置；制定大气污染防治措施；有关工程的设计；提供科学依据和指导性意见。,二、大气环境影响评价的特点1、空间范围大，自然净化能力较强，可以采取高烟囱排放或尽量可能将污染源设置在远离人口密集或环境敏感的地区。2、为了调查或探测大气的运动规律，必将增加评价工作的难度和周期。三、大气环境影响评价的工作程序(“三三制”)第一个三：准备、正式工作和编制报告书三个阶段第二个三：正式工作包括：调查、预测和评价三大阶段第三个三：调查主要包括污染源、气象条件和环境质量现状三个方面。,四、评价等级的划分,1、划分评价等级的目的区别对待不同的评价对象，即在保证质量的前提下，尽可能的节约时间和经费。区别的原则主要有两条：对环境质量影响的大小评价工作的难易程度。,2、划分评价等级的判据设评价等级的判别参数为Pi，则Pi=f(Qi,Hi,Coi，行业类别，产量，投资，气象条件，地形特征)括号内的各项为可能影响判别参数Pi的因子。其中：Qi,Hi,Coi分别为第i个污染物的单位时间排放量、排放高度和空气质量标准。由于因子太多，需要找出重要的具有代表性的独立因子，经分析，得出Pi的主要独立因子只有Qi，Coi和地形特征3项。考虑到地形特征不易定量，其对Pi的影响可通过列表考虑。故上式可归结为：,Pi评价等级判别参数，亦即通常所谓的等标排放量，Qi第i类污染物单位时间的排放量，m3/h，Coi第i类污染物空气质量标准，mg/m3Coi按环境空气质量标准（GB3095-1996）二级、一小时平均值计算。,可以根据项目的性质、总投资和产值、周围地形的复杂程度、环境敏感区的分布情况，以及当地大气污染程度，对评价工作的等级作适当的调整，但调整的幅度上下不能超过一级。对于三级评价项目，如果Pi25107，其评价工作可按有关规定进一步从简。调整和从简结果都应征得环保主管部门同意。,五、大气环境调查,大气环境影响评价工作的难度大、周期长、费用高，主要指调查阶段工作。目的为下一步预测提供必要的参数直接为评价提供背景数据和相关信息内容主要三部分污染源气象条件环境质量现状,（一）关于污染源调查(P134-138),污染因子的筛选：根据污染源调查与评价结果，一般不多于个。查找主要工业企业类型的主要污染物。大气污染源调查对象：拟建项目和评价区内原有工业和民用污染源。调查方法：物料衡算法，现场实测法，经验估算法。建设项目污染源调查内容：点源与面源。一、二、三级评价有所区别。其他污染源调查内容,（二）大气环境质量现状调查（P138-141）,现有例行监测资料分析：如果评价区内及周边区已设有大气监测站、点。大气质量现状监测监测指标监测时间布点方法(网格、同心园、功能区、扇形等)大气质量现状分析与初步评价污染物浓度时空分布特征分析污染物浓度与气象条件关系分析多用单因素指数法,（三）关于污染气象调查,污染气象要素系指与大气污染或大气自然净化有关的那一部分气象要素。大气是通过三种机制达到自然净化的，即平流输送、湍流扩散、清除机制。清除机制是因沉降和转化等物理、化学等方面的作用对大气污染源的清除。对大多数评价项目主要是调查与前两种自然净化机制有关的污染气象要素，即地面与大气边界层气象要素及湍流扩散参数。,建设项目所在地附近气象台站现有常规气象资料的统计分析现有大气边界层平均场和大气湍流扩散资料的收集和统计大气边界层平均场参数的观察湍流扩散试验特殊气象场观察,第二节大气污染物的扩散,大气污染的研究内容,SourcesofairpollutantsControlmethodsAtmosphericbehaviorofairpollutantsEffectsofairpollutantsLegislativeandregulatorymeasures,大气环境影响预测与评价的核心内容，是通过大气扩散模式定量地分析污染物对周围大气质量的影响，理想的扩散模式应能较客观地反映污染物在大气中的输送、稀释、扩散、转化过程。而在这个过程中空气污染气象学起着关键的作用。,一、大气圈结构,大气圈垂直结构,大气圈垂直结构,对流层（12km左右）集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均,大气圈垂直结构,平流层（对流层顶50-55km）气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长中间层（平流层顶85km）气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈,大气圈垂直结构,暖层（中间层顶800km）气温随高度升高而增高气体分子高度电离电离层散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层8085km以下，成分基本不变,二、主要气象要素,（1）气温天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。,（2）气压单位：mb（毫巴）大气的压强1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg,（3）风向和风速风玫瑰图,（4）云大气中水汽的凝结现象叫做云云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分）云高:云底距地面底高度低云（2000m以下）中云（2000-6000m）高云（6000m以上）云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）,云,高云（6000m以上）,中云（2000-6000m）,低云（2000米以下）,（5）能见度能见度：正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离。级别（09级，相应距离为5050000米）,三、大气污染物扩散与气象因子的关系,风：风的作用，污染系数，风向频率，风玫瑰图大气湍流：概念，直观示意图大气稳定度：定义，判别，d大气稳定度与烟云扩散的关系逆温,四、大气污染物扩散与下垫面性质的关系,1、下垫面作用机理：直接和间接作用2、城市下垫面影响：热力效应和动力效应3、山区下垫面的影响：过山气流、坡风和谷风4、水陆交界处的影响,五、污染物在大气中的散布过程,污染物在大气中的散布过程可用图示表示（烟囱排出），概括起来，散布过程有以下几个方面：烟气抬升（机械、热力学过程）烟窗或建筑物造成的下泄和尾流混合风的搬运（风向、风速）湍流扩散干沉降湿沉降化学转化混合层对污染物输送的影响迎风坡的抬升和背风坡的下沉其它气象过程：气象条件的日变化，山谷风，海陆风，热力学效应，大气环流等。,列举的以上诸过程有气象的、空气动力学的、热力学的、机械的、化学的等诸多因素的影响，而且在污染物的散布过程中它们往往是相互作用的。但是，随着排放特征、污染物性质、地形气象条件的差异，各项因素的重要性也不一样。在实际工作中，我们可以突出其中一个或几个主要因素的作用，研究其定量表达方大气扩散模式（预测模型），以便于大气环境影响评价中的实际应用。可能情况下再根据其它因子进行修正。,第三节大气污染预测模式,一、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105106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原因热力：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,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)湍流统计理论基础是泰勒正态分布萨顿模式高斯模式3)相似理论,2、点源扩散的高斯模式,坐标系高斯模式的四点假设：(1)污染物浓度在y和z方向是正态分布的（双正态假设），在x方向只考虑迁移，不考虑扩散；(2)在整个空间中风速是均匀、稳定的，风速大于ms；(3)源强是连续均匀的；(4)在扩散过程中污染物质量是守衡的。,高斯模式的坐标系和基本假设图示,二、高架点源短期地面浓度预测模式（最基本的预测模式）,1、孤立排气筒下风向任一点地面浓度预测预测孤立排气筒对下风向任一点地面某种大气污染物的浓度贡献值，可按下式计算：,式中C单位mg/m3Q单位时间污染物排放量，mg/sY该点（预测点）与通过排气筒的平均风向轴线在水平面上的距离，m.He排气筒有效高度（m）。He=Hs+HU排气筒距地面的几何高度H（m）处的风速，m/s。垂直于平均风向的水平横向扩散参数，m。铅直扩散参数，m。,对于U，无实测值时，U可按下式计算。H150m时，U=U10（H/10）pH150时，U=U1015pH排气筒的几何高度，m。U10距地面10米高处10min平均风速，m/s。p风速高度指数,2、孤立排气筒下风向短期（30min）最大地面浓度预测,Cm孤立排气筒下风向30min最大地面浓度，mg/立方米。P1130min取样时间的横向稀释系数其它符号同前。按下表确定P11的值,3、最大地面浓度点距排气筒的距离预测,Xm最大地面浓度点距排气筒距离m。和r值可由表查得。教材P117-118，表5-6和5-7查不同稳定度下，值，据此可计算,高斯模式的浓度扩散公式汇总,地面源（H=0）高架源（H0）,地面轴线上点C(x,0,0),地面点C(x,y,0),半无界(任一点)C(x,y,z),无界(任一点)C(x,y,z),高斯烟流的浓度分布,高斯烟流中心线上的浓度分布,三、扩散参数的计算和确定,（一）什么是扩散参数大气中几乎时时处处存在着各种不同的尺度和不规则的湍流运动。湍流运动使烟流作整体漂移（风作用下）外，使烟流的直径不断增大。是污染物与周围大气交换加快，不断分散、稀释，称湍流扩散过程。湍流扩散的强度叫扩散速率，其衡量方法可由多种方法，在实用中常用污染物浓度分布的标准差来表示湍流扩散的速率大小。浓度分布的标准差本来是表征污染物散布范围的特征量，但是，在相同条件下，污染物扩散范围越广，表示大气的湍流扩散速率越大，所以可用它来表示扩散速率。一个连续点源所释放的烟流，其铅直方向的平均浓度分布通常如下图。横风向也是一样。,高斯烟流的形态,习惯上，称为横风向和铅直向浓度分布的标准差，从上述说明可知，它其实是分布范围，单位：m。越大，说明污染物扩散的范围越大，浓度越低。显然，它是离源距离的函数：近距离内，浓度峰值高，散布范围窄，值小，远距离，相反。,在相同的距离上，大小随气象条件及下垫面性质而不同，具体：风向的变化幅度增加，增大；风速越大，下降城市大于农村的地形越复杂，越大取值时段越长，越大,污染气象学中，大气扩散理论和实验研究的关键问题之一就是在于如何恰当地用可测的气象参数来描述各种条件下的烟云散布状况，由于浓度分布标准差是扩散速率的标志，故又称为扩散参数，另外，有时也用烟流的宽度和高度来表示它的水平和铅直扩散范围。定义：烟流半宽度（y0）是沿y轴方向从轴线（x轴）到浓度下降为轴线浓度十分之一处的距离。,根据浓度正态分布及与y0的定义可推导出：y0=2.15烟流宽度2y0=4.3同样烟流高度2Z0=4.3具有实用价值，面源模式中要用到。,（二）扩散参数的确定（是预测模式计算的关键）,有两类方法：第一类：查表，查曲线计算，由常规气象要素大气稳定度参数第二类：大气扩散试验，,1、扩散参数可表示为,a1横向（y方向）扩散参数的回归指数；a2铅直向（z方向）扩散参数的回归指数；r1y方向扩散参数的回归系数；r2z方向扩散参数的回归系数；X距排气筒下风向的水平距离m。以上指数、系数都可以在表中查出，陆书玉P117-118表5-6和5-7。为了方便，也可根据前表的不同组合在各种大气稳定度下计算出扩散参数值。,2、大气稳定度的确定,前一类方法（即查表计算）确定扩散参数一定要先确定大气稳定度，确定大气稳定度也有很多方法。实用的话，应该根据一些常规气象观测资料就可确定，普遍应用的就是帕斯奎尔(Pasquill)法，即称P.S法。（1）P.S稳定度分类分六级：A极不稳定B不稳定C弱不稳定D中性E较、微稳定F稳定,（2）根据云量与太阳高度角确定太阳辐射等级数（反映地面加热、降温状况的一个参量。白天地面加热状况：h0和云量；夜间降温：云量）,由太阳高度角和云量求太阳幅射等级,日高角和日高图,太阳高度角（或日高角）是指当时当地太阳实际照射到水平面上的角度。在当地真太阳时正午12点日高角h、太阳倾角（赤纬角）和当地纬度角之间的相互关系。由于太阳到地球的距离远远大于地球的半径，因此-；Sinh=COS=COS(-),任一时刻太阳高度角（日高角）h的计算式Sinh=SinSin+CosCosCos（15t300）,式中：当地纬度，；当地经度，；太阳倾角，；按当时月份与日期查表。t观测进行时的北京时间，h。,（3）根据太阳辐射等级数和地面风速稳定度等级，查表(教材117表5-5)。地面风速是指离地面10m高处的10min的平均风速。,（4）由大气稳定度扩散参数，来进行模式计算，还要作某些调整，实际应用时很重要。1）平原地区农村和城市远郊区：A，B，C级稳定度查表确定计算扩散参数D，E，F级稳定度应向不稳定方向提半级后查表2）一般城市的工业区和丘陵山区的农村或城市区A，B级不提级，CB，D，E，F级向不稳定方向提一级半，查表。3）一般城市非工业区的城区：A，B级不提级C，D，E，F向不稳定方向提半级，查表。,3、大气扩散参数的现场测定和室内模拟,对于复杂地形的大气扩散过程，由于湍流较强，采用经验公式确定扩散参数进行模拟计算，往往不够准确，在有条件时，扩散参数应尽量现场实测，或通过实验室模拟实验确定。常用的方法有：（1）烟云照相法（放烟照相法）（2）示踪法（3）平衡球法（4）环境风洞试验,烟云照相法（放烟照相法）,这种方法适合于已有合适高度的排烟烟囱，可在不同排烟状况及气象条件下对烟云扫描。该方法要在相同条件下拍下多张照片，进行叠置描下平均烟云轮廓线。通过烟云轮廓线的宽度来求扩散参数，也可用烟云图像的灰度进行分析，因为灰度分布与浓度分布具有相似性，便可通过相片的灰度分析求扩散参数。如在当地没有实际的烟云可供试验测定时，也可通过人工释放烟幕进行扩散参数的扩散试验，但不能进行烟气抬升高度的研究。,这是一种公认较好的测量大气扩散参数的方法，通常也用此方法验证预测模式。其原理为：在大气中释放一定数量的示踪物质；再测量示踪物质在空间的浓度分布；最后利用正态模式或标准差的定义推出扩散参数。,示踪法,平衡球法,这种方法能直接测出空气粒子的运动轨迹和湍流扩散参数。原理：用轻于空气的气体注入气球，使该气体与气球的平均密度与某一高度上空气的密度相等，以便模拟单个空气粒子（汽块）随时间改变在空气中的运动规律。,环境风洞试验,复杂地形等对扩散的影响，可进行实验室风洞试验模拟。这种方法试验条件可控，可作重复性、规律性研究。原理：风洞是用人工制造的气流来模拟实际气流的试验装置，用于大气扩散研究的风洞为环境风洞。它是一种低速风洞，能模拟大气边界层的流动。,四、排气筒有效高度的计算,在预测模式计算中，要用到He，He=Hs+H关键要确定H，即烟气抬升高。导致烟气抬升的机理有两个：动力学因素动量、速度热力学因素烟气温度比周围空气高而产生的净浮力影响这两种作用机理的因素很多，主要有两类：烟气排放因素：包括出口烟流的速度、烟气温度、烟囱出口内径等。气象因素：平均风速、环境空气温度、风速垂直切变、大气稳定度等。,由于影响因素多，使抬升问题相当复杂，计算困难。现国内外已提出许多计算抬升高度的方法，但没有一个全部考虑上述诸因素，也没有一种公式被普遍接受使用，多数是经验的、半经验，根据各自有限的观测资料基础上总结出来的，用不同公式方法计算结果可能差别很大。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囱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。具体见教材,五、多源模式,在预测多个污染源（烟囱）对一个接受点的环境影响时，方法是将接受点当作扩散坐标系的原点，污染源就可以在坐标系上给予确定，这样换变一下后，源就成了接受点。只要画出或想象有一条通过接受点指向上风向的X轴，并确定出各排放源对此X轴的横向距离就能定出源与接受点之间的几何图形。则接受点的总浓度是源1和源2排放污染物的浓度之和。计算公式仍按前面孤立排放筒地面浓度预测公式，三个、四个源一样，进行叠加。,六、面源模式,城市的家庭炉灶和低矮烟囱数量很大，单个排放量很小，若按点源计算，工作量很大，就可作面源处理。对一个大的面源，如要计算某一城市面源对某一个评价点的影响，可把它分成若干个单元（小方格），所谓网格化，并进行编目。先计算每个单元对评价点的影响，然后进行叠加，即为整个面源对评价点的影响。面源处理的方法是：转化为点源模式计算。具体是：假设面源单元与上风向某一点源（虚拟点源）造成的污染等效，即当这个虚拟点源扩散到面源单元时，正好是面源单元的效果。,这样经适当的转变(扩散参数)，就可按点源（孤立排气筒模式）处理：这就相当于在面源单元处有一个初始扩散参数，用表示。若按浓度分布呈正态分布，又假设面源单元为正方形，边长为L。则=（根据L=4.3），L为面源单元边长。由就可以求出虚拟距离Xy，由公式=得出Xy=,显然Xy随大气稳定度而变化，并把确定为X+Xy的函数（其中X就是评价点到面源中心的距离），就能用点源模式进行计算。注意：仍看作是X的函数。如果在一个面积内的排放污染物来自不同高度，这个变化能够用近似求得。这时：He应是排放源的平均有效高度，相似地：XzXz+X,七、线源模式,1、无限线源对于连续排放（源强不随时间变化而处处相等）的无限长的线源，如一条繁忙的高速公路，当风向与线源垂直时，下风向浓度的计算式为：,2、有限线源,在估算有限线源的浓度时，必须考虑线源末端引起的所谓“边缘效应“。对于一个横风向的有限线源，思路是取通过要预测的接受点的平均风向为X轴。线源的范围定义为从y1伸到y2，其中y1y2，接受点的浓度预测模式为：,其中：,八、大气扩散计算的其它实用模式,前面给出的大气扩散计算模式，是高斯模式的基本形式，适用于对气体污染物，有风条件的短期地面浓度预测。当烟气中粉尘颗粒物含量大，其粒径超过飘尘时；当要计算特殊气象条件下地面浓度时；当要预测长期平均地面浓度时，则需要采用经过修正的高斯模型。,（一）倾斜烟羽模式（干沉降模式，颗粒物模式）,当烟尘粒径大于10um时，应考虑在运行中的干沉降作用(关于干沉降湿沉降)。此时烟羽在运行中向下倾斜，这样可对前面基本式中的有效高度He加以修正。,（斯托克斯沉降公式）,其中：r微粒半径，cm。g重力加速度，980cm/s2p微粒密度（真容重），g/cm3煤粉尘1.5-2.5；水泥粉尘3.12。u空气粘滞系数，20度时为1.8110-4。,（二）封闭型模式,即有混合层反射的扩散模式(教材P112-113)。当有上部逆温层时，其混合层高度D（书上h）大于烟囱有效高度He时，采用封闭型模式计算：其中D：逆温层底高（混合层高度）m，稳定，小风条件的水平扩散参数，m。,具体作法：由求得，然后查表，反求出距离当XXD时，烟羽尚未达到逆温层底，可用点源模式计算。当X2XD时，用上式计算。当XDX2XD时，用内插法。A点：烟羽达到逆温层底，开始受影响。B点：垂直浓度分布均匀的起始点。,（三）、熏烟型扩散模式,在夜间，当存在辐射逆温时，高架连续点源排放的烟流排入稳定的逆温层中，形成平展型扩散。这种烟流在铅直方向为漫扩散，在源高度上形成一条狭长的高浓度区。日出以后，太阳辐射逐渐增加，地面逐渐变暖，辐射逆温从地面开始破坏，逐渐向上发展。当辐射逆温破坏到烟流下边缘稍高一些时，在热力湍流的作用下，烟流中的污染物便发生了强烈的向下混合作用，增大了地面的污染物浓度,这个过程称为熏烟(漫烟)过程。,熏烟型扩散模式,当辐射逆温消失过程中出现熏烟污染时，采用熏烟型模式：式中熏烟高度：熏烟扩散参数：,（四）烟团模式,在静风条件下（全国评价都用烟团模式），高斯烟羽模式不适用，此时应采用根据“烟团模型“导出的烟团模式。当静风持续时间达3小时以上时，可认为全方面浓度均匀。采用下式计算：t烟团运行时间，s.He=Hs+H，H应按静风模式计算。a和b值可查表.,（五）长期浓度场计算模式,当计算值时段大于24小时的长期平均浓度场时，如计算月、季、年平均浓度时，首先要统计出相应时段的“风向、风速、大气稳定度联合频率表“，然后按照下式计算长期平均浓度场，并绘制浓度分布等值线图。,式中：,i,s,N分别表示方位、稳定度、风速档次；i方位的长期平均浓度，mg/立方米；n选定的方位数，8或16；f(i,s,N)风向为i,稳定度为s,风速档次为N时的联合频率;u（N）N风速档的代表风速，m/s；稳定度为s的垂直扩散参数，m；He（s,N）稳定度为s，风速档为N时的有效源高，m。,上式只考虑有风条件，对静风频率高的地区，尚须加上静风浓度场部分，静风浓度场的等值线是同心圆，具体计算式可查阅有关书籍。它很精确，短期浓度稍有超标或超标频率小，不要大惊小怪。,大气环境影响评价预测学习要点,大气污染与污染源和扩散环境有关。主要污染物有粉尘、可吸入颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等。大气污染源排放方式有点源、线源和面源三种。了解有关大气层的基本物理量、基本结构及大气污染成因。了解大气边界层中的温度场、风场及湍流特征；掌握气温层结、干绝热直减率、逆温的概念，认识气温层结与大气稳定度的关系。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。学习利用常规气象资料确定大气稳定度的分级方法，在此基础上获得大气湍流扩散参数（y，z），并在环境评价中应用。认识点源、线源、面源，以及特殊气象条件下大气污染物扩散模式的处理方法。了解大气环境影响评价技术工作程序。,作业6,1、某一石油精炼厂投产后，将会自He=60m处排放8104mg/s的SO2，Hs=50m，预测在距地面10m高处风速为4m/s，大气稳定度为D级时，该排气筒下风向500处，距排气筒的平均风向轴线水平距离50m处的一个地面点所增加的SO2浓度值。,2、拟建一电厂的He=150m，排放源强为151000mg/s的SO2，预测投产后在D级大气稳定度时，排气筒上出口的风速4m/s的条件下，排气筒对正下风向取样30min最大地面浓度的贡献是多少？并预测最大地面浓度点离排气筒的距离。,3、某工厂位于城市远郊区，其地理位置为北纬41度06分，经度为东经121度08分。于冬季