第5章大气环境影响评价.ppt
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1、1,第5章 大气环境影响评价,2,3,4,5,6,本章内容,5.1 大气环境污染与大气扩散5.2 大气环境影响预测5.3 开发行为对大气环境的影响识别5.4 大气环境影响评价,7,5.1 大气环境污染与大气扩散,一、大气环境污染 大气中有害物质的数量、浓度和存留时间超过了大气环境所允许的范围。1大气污染源 自然污染源:是指自然原因向环境释放的污染物;人为污染源:是指人类生活活动和生产活动形成的污染源。,8,按污染源几何形状和污染影响范围分为:点源:污染物集中于一点或相当于一点的小范围排放源面源:在相当大的面积范围内有许多个污染物排放源;线源:污染物集中在一条线上的呈线状排列的排放源;体源:在三
2、维空间范围内有许多个污染源所造成的污染。,9,源强:污染源排放污染物的数量的概念以源强或排放速率表示。点源:单位时间内排放的物质量(t/a,kg/h,g/s)或者单位时间排放的 污染物体积(m3/s)面源:单位时间、单位面积上排放的污染物的量g/(m2s)线源:单位时间、单位长度上排放的污染物的量g/(ms)瞬时排放:一次施放的污染物的总量(kg,g)燃料的污染排放系数:单位质量的燃料燃烧所排放出的气体或烟尘污染物的量(kg/g,g/g),10,2、大气污染物,不同存在状态,气溶胶污染物,气态污染物,指分散在气体介质中,以液体或固体微粒为分散相,粒径大部分小于lm的微粒。具有胶体性质,对光线有
3、散射作用。,不同形成方式,一次污染物,二次污染物,11,种类(按化学成分),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它有毒物质,12,大气组成与空气污染物成分,低层大气由干洁空气、水汽、悬浮着的固体微粒和液体微粒以及人为排放的大气污染物组成干洁空气:除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体,主要成分N2、O2、Ar、CO2等干洁空气成分中,N2、O2两种成分占99%CO2、O3所占比例很小,但对大气温度和人类生活都有较大影响,13,二、大气扩散过程,是指排放到大气中的空气污染物在大气湍流作用下迅速分散开来的现象。污染物在大气中的分布受制于大气的输送和扩散过程。大气层温度的垂直分布决
4、定了大气层稳定状况,因此大气湍流强度与大气层温度分布密切相关。在不同的稳定度条件下大气具有不同的稀释扩散能力。,14,大气除了整体水平运动以外,还存在着不同于主流方向的各种不同尺度的次生运动或漩涡运动,我们把这种极不规则的大气运动称作湍流。,1、湍流,15,对流层内,气温垂直变化的总趋势,是随高度的增加而逐渐降低。气温垂直变化的这种情况,用气温垂直递减率()来表示。干绝热递减率:干空气团或未饱和的湿空气团绝热上升或下降单位高度(通常取100m)时,温度降低或升高的数值,用d表示。当 d时,大气处于不稳定状态;当=d时,气层是中性的;当 d时,大气则处于稳定状态。,2、大气稳定度和污染,16,1
5、7,逆 温 层,具有逆温的大气层是强稳定的大气层。逆温层对污染物的扩散起着抑制作用,直接关系着地面污染程度。空气污染事故大多发生在有逆温层和静风条件下。,18,选择题,影响大气扩散能力的主要动力因子是()。(A)风和大气稳定度(B)大气的温度层结和大气稳定度(C)湍流和大气的温度层结(D)风和湍流影响大气扩散能力的主要热力因子是()。(A)风和大气稳定度(B)大气的温度层结和大气稳定度(C)湍流和大气的温度层结(D)风和湍流,19,(1)风,3、影响大气污染的其它因素,20,(2)辐射与云 地面和大气层吸收太阳辐射能,又不断放出辐射能。地面及大气的热状况、温度的分布和变化制约着大气运动状态,影
6、响着云与降水的形成,对空气污染起着一定的作用。云对太阳辐射有反射作用。,21,(3)天气形势 低气压控制时,若风速较大,大气多为中性或不稳定性状态,有利于污染物的扩散 在高气压控制下,易形成逆温(下沉逆温和辐射逆温),抑制湍流的向上发展 降水、雾等对空气污染状况也有影响,22,(4)下垫面条件 下垫面:大气底部与地表的接触面,如:海洋、陆地、森林、草原、湖泊、积雪等 山区地形、水陆界面、城市热岛效应是三个最典型的下垫面对大气污染的影响。,23,5.2 大气环境影响预测,预测任务大气环境影响预测应利用数学模式和必要的模拟试验,计算或估计评价项目的污染因子在评价区域内对大气环境质量的影响。预测内容
7、 一次(30min)和24小时取样时间的最大地面浓度和位置。不利气候条件下,评价区域内的浓度分布图及其出现的频率。评价区域季(期)、年长期平均浓度分布图。,24,一、大气扩散基本计算公式,通常以高斯大气扩散公式为主高斯模式的四点假设 污染物浓度在y、z轴上的分布符合正态分布;在全部空间中风速是均匀的、稳定的;源强是连续均匀的;在扩散过程中污染 物质量守恒。,25,1、连续点源烟流扩散公式,c(x,y,z)下风向(x,y,z)点处的空气污染物浓度,mg/m3 x,y,z 下风向距离,横风向距离,距地面高度,m Q 气载污染物源强,即释放率,mg/s u 排气筒出口处的平均风速,m/s y,z 水
8、平、垂直方向的扩散参数 He 有效排放高度,m适合于连续排放扩散的物质且源强恒定的源,26,根据以上连续点源烟流扩散公式,可得地面最大浓度max及其距排气筒的距离xmaxy/z=常数,27,y/z常数,且,28,2、有混合层反射的扩散公式,通常在离地面几百米到12km的高度存在一个稳定的逆温层,它使污染物的扩散受到限制,扩散只能在地面和逆温层底部之间进行。上部逆温层或稳定层底的高度称为混合层高度,用h表示。选择题:混合层高度实际上是表征()。(A)污染物的稳定性(B)风速和大气稳定度条件下污染物扩散稀释的范围(C)污染物在垂直方向被热力湍流稀释的范围(D)逆温的强弱,29,当 z 1.6h z
9、 1.6h,30,夜间逆温层在日出后逐渐抬升,到烟流下边缘时,空气污染物向上扩散受到限制,而产生强烈的向下混合作用,使地面浓度剧增造成局地污染严重的状况。某点浓度计算公式为:,zf为熏烟高度,yf=y+He/8,p=(Zf-He)/z,3、熏烟扩散公式,31,地面浓度计算公式,产生地面高浓度的距离,hf-烟流顶高度,32,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。其浓度公式为:,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。,4、连续线源公式,33,线源与风向垂直,34,线源与风向
10、平行假设y=ax,z/y=b,则地面浓度公式为:,35,36,选择题,1、烟熏模式的应用条件是:(A)无风条件(B)有多个点源(C)主要用于计算日出以后,贴地逆温从下而上消失,逐渐形成混合层(D)小风和静风,37,3、高斯模式的理论依据。(A)梯度输送理论(B)湍流统计理论(C)相似理论4、在源强、气象条件确定的条件下,对地面浓度的最大值及其出现的位置起决定性影响的是。(A)风速(B)烟气有效高度(C)扩散参数(D)烟囱高度,38,对面源扩散的处理方法主要有虚点源法和积分法。虚点源法假定每一面源单元的污染物排放量集中在该单元的核心上,所以可以用虚点源的浓度计算公式计算面源的浓度;面源单元在下风
11、向造成的污染可用虚拟点源所造成的同样污染所代替。,5、连续面源公式,411,39,40,6、长期平均浓度公式,41,42,y、z是表示大气湍流扩散能力的核心参数,为了估计这些参数,目前主要有两个途经:稳定度分类法湍流量确定法 下面重点介绍当前最常用的帕斯奎尔(Pasquill)分类方法和Pasquill-Gifford扩散参数估算方法。,7、扩散参数的选择与计算,43,帕斯奎尔在1961年首先提出应用观测到的风速、云量、云状和日照等天气资料,将大气扩散稀释能力分为强不稳定A、不稳定B、弱不稳定C、中性D、弱稳定E、稳定F六级。,44,确定等级时首先由云量与太阳高度角,查出太阳辐射等级数,再由太
12、阳辐射等级数与地面风速,查找稳定度等级。,45,由云量、太阳高度角确定的辐射等级数,46,由辐射等级数及地表风速确定的稳定度等级,47,横向扩散参数幂函数表达式数据(取样时间0.5h),(1)有风时扩散参数y、z的确定,48,垂直扩散参数幂函数表达式数据(取样时间0.5h),49,说明:平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法如下:A、B、C级稳定度直接由表5-6和表5-7查算,D、E、F级稳定度则需向不稳定方向提半级后由表5-6和表5-7查算。工业区或城区中的点源,其扩散参数选取方法如下:A、B级不提级,C级提到B级,D、E、F级向不稳定方向提一级,再按表5-6和表5-7查算。丘陵山区的农
13、村或城市,其扩散参数选取方法同工业区。,50,(2)小凤和静风时扩散参数y、z的确定,51,8、烟气抬升公式,烟流抬升高度是确定高架源的位置,准确判断大气污染扩散及估计地面污染浓度的重要参数之一。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筒本身高度的数倍,从而极显著地降低了地面污染物的浓度。,抬升后的烟气高度称为有效高度He:He=Hs+H Hs 烟囱几何高度H 烟流(最大)抬升高度:烟囱顶层距烟轴的距离,随x而变化的。,52,(1)有风时,中性和不稳定条件,热释放率Qh 大于或等于2100 kJ/s,且烟气温度与环境温度的差值T 大于或等于35K 时,H 采
14、用下式计算:,Qh烟气热释放率,KJ/s;Qv实际排烟率,m3/s;u 排气筒出口处平均风速(m/s);,53,(2)有风时,中性和不稳定条件,当热释放率Qh 1700 kJ/s,或者T35K 时,Vs排气筒出口处烟气排出速度,m/s;D排气筒出口直径,m;u 排气筒出口处平均风速(m/s);,54,(3)有风时,中性和不稳定条件,当1700Qh2100(kJ/s)时,,Vs-排气口出口处延期派出速度,m/s D-排气口出口直径,m,55,(4)有风、稳定条件,按下式计算烟气抬升高度H(m)式中 是垂直方向气温梯度(K/m),0.0098(K/m)是干绝热直减率d 的取值。,56,(5)静风和
15、小风条件,按下式计算烟气抬升高度H(m)取值不宜小于0.01K/m。,57,选择题,下列哪些条件会造成烟气抬升高度的增加:(A)风速增加,排气速率增加,烟气温度降低;(B)风速增加,排气速率降低,烟气温度增加;(C)风速降低,排气烟气温度降低;(D)风速降低,排气速率降低,烟气温度降低;(E)风速降低,排气速率增加,烟气温度增加。,58,二、空气质量模式,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收地所经历的全过程的一种手段或工具,核心部分是大气扩散模式,主要描写大气对污染物的输送、扩散和稀释作用。,59,1、模式构成,60,2、模式类别,理论途径,模拟区范围,污染源形态,模式应用,
16、统计理论模式K 理论模式相似理论模式经验模式,微尺度模式局地尺度模式中远距离输送模式,点源模式线源模式面源模式体源模式复合源模式,法规应用级研究级,61,3、模式选择,通常应当考虑以下几方面的问题:(1)污染源及污染物污染源的类型污染物的性质,62,(2)模拟的时空范围及分辨率模式区的范围模拟的时间尺度要求的空间分辨率,63,(3)模拟区的下垫面特征(4)对模式效能的要求,64,4、模式性能评价,误差来源:固有误差可约束误差源、气象和地形资料的误差计算公式和参数不合适带来的误差浓度实测资料的误差,65,模式的合理性保真性灵敏性,模式性能评价,66,一般应使用同步的排放源、气象和浓度监测资料,检
17、验模式计算值与实测值的符合程度。检验模式所使用的资料要求排放源、气象与浓度资料的同时性对所要求的时间和空间分辨率具有代表性必须是不同于建立模式所使用过的独立的数据数据的平均时段与环境保护法规的规定一致,模式性能评价-保真性,67,检验方法浓度差分析最大浓度分析浓度比值分析相关分析浓度分布比较,模式性能评价-保真性,68,灵敏度:模式输出(计算浓度)对输入变量的偏导数。灵敏度分析的重要意义分析输入-输出响应关系的合理性,为改进模式提供依据;明确基础资料的相对重要性及精度和分辨率要求;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。,模式性能评价-灵敏度分析,69,三、平原局地空气质量模式,
18、平原局地场合:污染物的输送距离小于20 km,均匀平坦的下垫面最多不超过50 km。1、坐标系 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。(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。(2)地理坐标系:是固定在某个地理位置上的直角坐标系。通常将坐标原点设在摸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。,70,2小时平均浓度的计算(1)逐时计算法()分类计算法 按稳定度分类给出一次最大浓度及距离。()保证率计算法 按一定的保证率设计
19、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。,71,日均浓度计算(1)逐日计算法(2)典型日(控制日)法 气象分析法 综合分析法()保证率法()采样时间修正法,72,4长期平均浓度计算(1)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。(2)采用联合频率法计算长期平均浓度。,73,采用联合频率法计算长期平均浓度的要点:需要用地理坐标系以便计算不同风向浓度分布的迭加;采用长期平均浓度公式作为基本的扩散公式,该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
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