大气环境质量评价.ppt

第六章第六章 大气环境质量评价大气环境质量评价主要内容主要内容第一节第一节 大气环境概述大气环境概述第二节第二节 大气环境质量现状评价大气环境质量现状评价第三节第三节 大气环境影响评价大气环境影响评价第一节第一节 大气环境概述大气环境概述一、基础知识一、基础知识 1 1、大气的组成、大气的组成 干洁空气干洁空气 气溶胶气溶胶 污染物质污染物质干干洁洁空空气气水水汽汽固体固体杂质杂质N2O2其它其它低层大气的组成低层大气的组成干洁空气的组成干洁空气的组成悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称2 2、大气的垂直分布、大气的垂直分布根根据据大大气气圈圈垂垂直直方方向向上上温温度度、化化学学成成分分、荷荷电电等等物物理理性性质质差差异异和和大大气气运运动动状状态态，可可将将大大气气圈圈分分为为对对流流层层、平平流流层层、中中间间层层、热热层层、散散逸层逸层等五个圈层。等五个圈层。3、主要气象要素、主要气象要素 与大气扩散密切相关的气象要素称为与大气扩散密切相关的气象要素称为污染气象要素或污染气象要素或扩散气象要素。扩散气象要素。气温气温 气压气压 湿度湿度 风风 云云 能见度能见度 1)干绝热递减率：干绝热递减率：干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条件干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条件下每升高单位高度所造成的温度下降数值。下每升高单位高度所造成的温度下降数值。rdd Ti/d Z g/Cp0.98(/100m)注意：注意：rd 与与r的概念和涵义都不同。的概念和涵义都不同。温度层结：温度层结：静大气温度在垂直方向上的分布。静大气温度在垂直方向上的分布。1.r0，递减层结，递减层结 2.rrd，中性层结，中性层结 3.r0，等温层结，等温层结 4.r Pi2.5108Pi1000米米，网网格格间间距距100500米。米。源网格网格50100米米100500米米确定污染源计算清单确定污染源计算清单污染源的污染源的几何形态几何形态：点源、线源、面源、体源。：点源、线源、面源、体源。污染源的污染源的空间位置空间位置：空间坐标：空间坐标烟囱参数烟囱参数：烟囱基底高度、烟囱几何高度、内径、：烟囱基底高度、烟囱几何高度、内径、烟气出口流速与温度等烟气出口流速与温度等源强源强：污染物排放速度、浓度：污染物排放速度、浓度污染物性质污染物性质：粒径分布与密度等：粒径分布与密度等 落实污染气象参数落实污染气象参数 常规气象资料：常规气象资料：风向、风速、风玫瑰图、干球温度、风向、风速、风玫瑰图、干球温度、低云量、总云量、湿球温度、相对湿度、降水量、低云量、总云量、湿球温度、相对湿度、降水量、降水类型、气压、云低高度等降水类型、气压、云低高度等一级一级评价：近评价：近5 5年内连续三年的逐日、逐次气象资料年内连续三年的逐日、逐次气象资料二级二级评价：近评价：近3 3年内连续一年的逐日、逐次气象资料年内连续一年的逐日、逐次气象资料三级三级评价：主导风向，风玫瑰图等常规资料。评价：主导风向，风玫瑰图等常规资料。简单地形简单地形距离污染源中心点距离污染源中心点5 km内的地形高度（不含建筑物）内的地形高度（不含建筑物）低于排气筒高度的地形低于排气筒高度的地形。在在此此范范围围内内地地形形高高度度不不超超过过排排气气筒筒基基底底高高度度时时，可可认认为为地地形高度为形高度为0m；确定地形复杂程度确定地形复杂程度 复杂地形复杂地形 距距离离污污染染源源中中心心点点5 km内内的的地地形形高高度度（不不含含建建筑筑物物），等于或超过排气筒高度地形。等于或超过排气筒高度地形。确定地形复杂程度确定地形复杂程度 第第6 6章章 大气环境影响预测与评价大气环境影响预测与评价设定预测情景设定预测情景预预测测情情景景根根据据预预测测内内容容设设定定，一一般般考考虑虑五五个个方方面面的的内内容容：污污染源类别、排放方案、预测因子、气象条件、计算点。染源类别、排放方案、预测因子、气象条件、计算点。常规预测情景的组合方式常规预测情景的组合方式第第6 6章章 大气环境影响预测与评价大气环境影响预测与评价预测模型选用与验证预测模型选用与验证推荐模式一般适用范围推荐模式一般适用范围分类分类AERMODADMSCALPUFF适用评价等级适用评价等级一级、二级一级、二级一级、二级一级、二级一级、二级一级、二级适用污染源类型适用污染源类型点、面、体点、面、体点、线、面、体点、线、面、体点、线、面、体点、线、面、体适用评价范围适用评价范围50km50km50km对气象数据最低要对气象数据最低要求求地面气象数据及对地面气象数据及对应高空气象数据应高空气象数据地面气象数据地面气象数据地面气象数据及对地面气象数据及对应高空气象数据应高空气象数据适用地形及风场条适用地形及风场条件件简单地形、复杂地简单地形、复杂地形形简单地形、复杂地简单地形、复杂地形形简单地形、复杂地简单地形、复杂地形、复杂风场形、复杂风场模拟污染物模拟污染物气态污染物、颗粒气态污染物、颗粒物物气态污染物、颗粒气态污染物、颗粒物物气态污染物、颗粒气态污染物、颗粒物、恶臭、能见度物、恶臭、能见度其他其他街谷模式街谷模式长时间静风、岸边长时间静风、岸边熏烟熏烟 由于大气环境影响预测模型的应用条件与实际环境条件不是完全相同，由于大气环境影响预测模型的应用条件与实际环境条件不是完全相同，必要时应当进行验证必要时应当进行验证。不同预测模式所需主要参数要求不同预测模式所需主要参数要求参数类型参数类型ADMSAERMODCALPUFF地表参数地表参数地表粗糙度、最地表粗糙度、最小小M-O长度长度地表粗糙度、地表反照地表粗糙度、地表反照率、率、BOWEN率率地表粗糙度、土地使用地表粗糙度、土地使用类型、植被代码类型、植被代码干沉降参干沉降参数数沉降率沉降率干沉降参数干沉降参数干沉降参数干沉降参数湿沉降参湿沉降参数数清洗率清洗率湿沉降参数湿沉降参数湿沉降参数湿沉降参数化学反应化学反应参数参数化学反应选项化学反应选项半衰期、半衰期、NOx转化系数、转化系数、臭氧浓度等臭氧浓度等化学反应计算选项化学反应计算选项其它参数其它参数模拟建筑物模拟建筑物/山山区区时区、城市时区、城市/农村农村时区、地形影响半径、时区、地形影响半径、气象台站影响半径、风气象台站影响半径、风速幂指数、经风阈值、速幂指数、经风阈值、混合层阈值混合层阈值模式中相关参数的确定模式中相关参数的确定计算计算1小时平均浓度时，可不考虑小时平均浓度时，可不考虑SO2的转化，其的转化，其他情况应考虑他情况应考虑SO2转化为转化为H2SO4SO2转化可取半衰期为转化可取半衰期为4小时。小时。对于一般燃烧设备，计算小时或日平均浓度时，可对于一般燃烧设备，计算小时或日平均浓度时，可以假定以假定NO2/NOx=0.9；在计算年平均浓度时，可以；在计算年平均浓度时，可以假定假定NO2/NOx=0.75。模式中相关参数的确定模式中相关参数的确定第第6 6章章 大气环境影响预测与评价大气环境影响预测与评价污染物扩污染物扩散状态散状态烟流模型烟流模型烟团模型烟团模型大大气气环环境境影影响响预预测测模模型型箱式模型箱式模型分类方法分类方法模型模型推导推导方法方法归纳法导出的统计模型归纳法导出的统计模型演绎法导出的物理模型演绎法导出的物理模型污染源特点污染源特点体源扩散模型体源扩散模型面源扩散模型面源扩散模型线源扩散模型线源扩散模型点源扩散模型点源扩散模型气象条件气象条件封闭型扩散模型封闭型扩散模型静小风下扩散模型静小风下扩散模型熏烟型扩散模型熏烟型扩散模型下垫面地理条件下垫面地理条件城市扩散模型城市扩散模型水域附近扩散模型水域附近扩散模型山区扩散模型山区扩散模型预测的时间尺度预测的时间尺度长期平均浓度预测模式长期平均浓度预测模式短期浓度预测模型短期浓度预测模型预测模型的确定预测模型的确定 大气污染物点源扩散模式大气污染物点源扩散模式 经经典典的的大大气气污污染染扩扩散散模模式式以以高高斯斯大大气气扩扩散散模模式式为为基基础础，高高斯斯大大气气扩扩散散模模式式是是一一种种最最简简单单的大气扩散模式。的大气扩散模式。5Km 笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系原点取污染物排放口在地面的垂直投影点原点取污染物排放口在地面的垂直投影点X X轴：主导风向轴：主导风向Z Z轴轴：正正向向指指向向天天顶顶Y Y轴轴（1 1）污染物在空间（）污染物在空间（Y Y、Z Z轴）中呈正态分布；轴）中呈正态分布；（2 2）在整个空间中风速是均匀的、稳定的；）在整个空间中风速是均匀的、稳定的；（3 3）源强是连续均匀的；）源强是连续均匀的；（4 4）污染物在扩散过程中没有衰减和增生，质量是守恒的。）污染物在扩散过程中没有衰减和增生，质量是守恒的。在在x轴方向，平流作用远大于扩散作用，地面足够平坦。轴方向，平流作用远大于扩散作用，地面足够平坦。高斯扩散模式的四点假设高斯扩散模式的四点假设风向风向Y Y轴轴Z Z轴轴 连连续续点点源源：一一般般指指排排放放大大量量污污染染物物的的烟烟囱囱、放放散散管管、通通风风口口等等。其其中中，排排放放口口安安置置在在地地面面的的称称为为地地面面点点源源；处处于于高空位置的称为高架点源高空位置的称为高架点源。（1 1）连续点源的扩散）连续点源的扩散 无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式 c(x,y,z)下下风风向向某某点点（x,y,z）处处的的空空气气污污染染物物浓浓度度，mg/m3；x下风向距离，下风向距离，m；y横风向距离，横风向距离，m；z距地面高度，距地面高度，m；*q气载污染物源强，即释放率，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，排气筒出口处的平均风速，m/s；y、z分别为水平方向和垂直方向扩散参数分别为水平方向和垂直方向扩散参数;高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式 在在点点源源的的实实际际扩扩散散中中，污污染染物物可可能能受受到到地地面面障障碍碍物物的的阻挡，因此应当考虑地面对扩散的影响阻挡，因此应当考虑地面对扩散的影响。处理的方法是：。处理的方法是：或或者者假假定定污污染染物物在在扩扩散散过过程程中中的的质质量量不不变变，到到达达地地面面时时不不发发生生沉沉降降或或化化学学反反应应而而全全部部反反射射；或或者者污污染染物物在在没没有有反射而被全部吸收，反射而被全部吸收，实际情况应在这两者之间。实际情况应在这两者之间。高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式 高架有效源的高度由两部分组成，即高架有效源的高度由两部分组成，即Hhh，其中其中h为排放口的有效高度，为排放口的有效高度，h是热烟流的浮升力和烟是热烟流的浮升力和烟气以一定速度竖直离开排放口的冲力使烟流抬升的一个气以一定速度竖直离开排放口的冲力使烟流抬升的一个附加高度。附加高度。点源在地面上的投影点点源在地面上的投影点o作为坐标原点，作为坐标原点，有效源位于有效源位于z轴上某点，轴上某点，zH。当当污污染染物物到到达达地地面面后后被被全全部部反反射射时时，可可以以按按照照全全反反射射原原理理，用用“像像源源法法”来来求求解解空空间间某某点点k的的浓浓度度。k点点的的浓浓度度是是位位于于（0，0，H）的的实实源源在在k点点扩扩散散的的浓浓度度和和反反射射回回来来的的浓浓度度的的叠叠加加（Cs+Cx）。反反射射浓浓度度可可视视为为由由一一与与实实源源对对称称的的位位于于（0，0，-H）的的像像源源（假假想想源源）扩扩散散到到k点点的的浓浓度度。由由图图可可见见，k点点在在以以实实源源为为原原点点的的坐坐标标系系中中的的垂垂直直坐坐标标为为（z-H），则则实实源源在在k点点扩扩散散的的浓浓度度为为无无界界空空间间连连续续点点源源扩扩散散公公式式中中的的坐坐标标沿沿z轴轴向向下下平平移距离移距离H：无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式 实源在实源在k点扩散的浓度点扩散的浓度k点在以像源为原点的坐标系中像源为原点的坐标系中的垂直坐标为(zH)，则像源在k点扩散的浓度为式的坐标沿z轴向上平移距离H：无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式 像源在像源在k点扩散的浓度点扩散的浓度由此，实源Cs与像源Cx之和即为k点的实际污染物浓度：若污染物到达地面后被完全吸收，则Cx0，污染物浓度C（x，y，z，H）Cs。地面全部反射时的地面浓度地面全部反射时的地面浓度实际中，高架点源扩散问题中最关心的是实际中，高架点源扩散问题中最关心的是地面地面浓度的分布状况浓度的分布状况，尤其是地面最大浓度值和它离源，尤其是地面最大浓度值和它离源头的距离。高架点源的地面浓度公式：头的距离。高架点源的地面浓度公式：上式中进一步令上式中进一步令y y0 0则可得到则可得到沿沿x x轴线上的浓度分布轴线上的浓度分布：地面浓度分布地面浓度分布 y y方向的浓度以方向的浓度以x x轴为对称轴按正态分布；轴为对称轴按正态分布；沿沿x x轴线上，轴线上，在污染物排放源附近地面浓度接近在污染物排放源附近地面浓度接近于零，然后顺风向不断增大，在离于零，然后顺风向不断增大，在离源一定距离时的某处，地面轴线上源一定距离时的某处，地面轴线上的浓度达到最大值，以后又逐渐减的浓度达到最大值，以后又逐渐减小。小。地面浓度最大值地面浓度最大值最大浓度值离源的距最大浓度值离源的距离离Xmax地面点源扩散地面点源扩散对于地面点源，则有效源高度对于地面点源，则有效源高度H0。当污染物到达地。当污染物到达地面后被全部反射时，地面连续点源的高斯扩散公式面后被全部反射时，地面连续点源的高斯扩散公式:其浓度是无界空间连续点源扩散式或地面无反射高其浓度是无界空间连续点源扩散式或地面无反射高架点源扩散式在架点源扩散式在H0时的两倍，说明时的两倍，说明烟流的下半部分完烟流的下半部分完全对称反射到上部分，使得浓度加倍。全对称反射到上部分，使得浓度加倍。高斯模式的浓度扩散公式汇总高斯模式的浓度扩散公式汇总（4-8）（4-9）（4-11）（4-16）（4-12）（4-17）（4-13）地面源（H=0）高架源（H0）无界无界(任一点任一点)C(x,y,z)C(x,y,z)半无界半无界(任一点任一点)C(x,y,z)C(x,y,z)地面点地面点C(x,y,0)C(x,y,0)地面地面轴线轴线上点上点C(x,0,0)C(x,0,0)高斯扩散模式的一般适用条件高斯扩散模式的一般适用条件地地面面开开阔阔平平坦坦，性性质质均均匀匀，下下垫垫面面以以上上大大气气湍湍流流稳定；稳定；扩扩散散处处于于同同一一大大气气温温度度层层结结中中，扩扩散散范范围围小小于于10km；扩扩散散物物质质随随空空气气一一起起运运动动，在在扩扩散散输输送送过过程程中中不不产生化学反应，地面也不吸收污染物而全反射；产生化学反应，地面也不吸收污染物而全反射；平均风向和风速平直稳定，且平均风向和风速平直稳定，且u12 m/s。例题例题1某某拟拟建建化化工工厂厂投投产产后后将将排排放放源源强强为为50 g/s的的SO2，排排气气筒筒高高45m，预预计计烟烟气气抬抬升升高高度度为为5.5m，10m高高处处的的平平均均风风速速为为5m/s。试试计计算算大大气气稳稳定定度度为为D级级时时，该该排排气气筒筒下下风风向向650m处处，距距排排气气筒筒风风向向轴轴线线水水平平垂垂直直距距离离50m处处的的公公园园里所增加的浓度值里所增加的浓度值（风速指数（风速指数p=0.25）。2）烟流抬升高度）烟流抬升高度h的计算的计算 上升的原因上升的原因：热力抬升热力抬升 动力抬升动力抬升 有效源的高度高于烟囱实际有效源的高度高于烟囱实际高度高度。热烟流从烟囱中喷出直至热烟流从烟囱中喷出直至变平的四个阶段变平的四个阶段：喷出阶段喷出阶段 浮升阶段浮升阶段 瓦解阶段瓦解阶段 变平阶段变平阶段浮升力和初始动量是影响烟流抬升的主要因素浮升力和初始动量是影响烟流抬升的主要因素。但但是是烟烟流流抬抬升升的的发发展展又又受受到到气气象象条条件件和和地地形形状状况的制约。主要表现为：况的制约。主要表现为：浮浮升升力力取取决决于于烟烟流流与与环环境境空空气气的的密密度度差差，即即与与两两者者的的温温差差有有关关；而而烟烟流流初初始始动动量量取取决决于于烟烟囱囱出出口口的的烟烟流流速速度度，即即与与烟烟囱囱出出口口的的内内径径有有关关，一一般般该该速速度度大大于于出出口口处处附附近近风风速速的的两两倍倍为宜。为宜。大大气气的的湍湍流流强强度度愈愈大大，烟烟与与周周围围空空气气混混合合就就愈愈快快，烟烟流流的的温度和初始动量降低得也愈快，则温度和初始动量降低得也愈快，则烟流抬升高度愈低烟流抬升高度愈低。平均风速越大平均风速越大，湍流越强，湍流越强，抬升高度越低抬升高度越低；地面粗糙度大地面粗糙度大，使近地层大气湍流增强，使近地层大气湍流增强，不利于烟流抬升。不利于烟流抬升。霍兰德霍兰德(Holland)公式公式如下：如下：（适用于中性大气状况（适用于中性大气状况）式中：式中：vS烟流出口速度（烟流出口速度（m/s），），D烟囱出口内径（烟囱出口内径（m），），u烟囱出口的环境平均风速（烟囱出口的环境平均风速（m/s），），Ts烟气出口温度（烟气出口温度（K），），Ta环境平均气温度（环境平均气温度（K），），Qh烟囱的热排放率（烟囱的热排放率（kW）。）。当大气处于当大气处于不稳定或稳定状态不稳定或稳定状态时，可在上式计算的基础上时，可在上式计算的基础上分别分别减少或增加减少或增加1020。烟气的热释放率烟气的热释放率 烟气的热释放率是指单位时间内烟气的热释放率是指单位时间内向环境释放的热量，即：向环境释放的热量，即：这里这里 T 是烟气温度与环境温度的差值是烟气温度与环境温度的差值,QN 是烟气折合成标准状态时的体积流量（是烟气折合成标准状态时的体积流量（NM3/s）CP 是标准状态下的定压热容是标准状态下的定压热容(=1.298 KJ/度，度，NM3)。当烟气以当烟气以实际出口温度实际出口温度Ts（K）时的）时的排烟流量排烟流量Qv m3/s 表示时，热释放率的计算公式为：表示时，热释放率的计算公式为：这里这里Pa大气压力（大气压力（KPa）。我国烟气抬升高度的计算方法我国烟气抬升高度的计算方法 有风时，中性和不稳定条件，有风时，中性和不稳定条件，A：热释放率热释放率Qh 大于或等于大于或等于2100KJ/s，且烟气温度与环境温，且烟气温度与环境温度的差值度的差值T 大于或等于大于或等于35 K 时，时，H 采用下式计算：采用下式计算：式中：式中：n0烟气热状况及地表系数；烟气热状况及地表系数；n1烟气热释放率指数；烟气热释放率指数；n2排气筒高度指数；排气筒高度指数；Qh烟气热释放率，烟气热释放率，KJ/s；Hs排气筒距地面几何高度，排气筒距地面几何高度，m，超过超过 240m时，取时，取Hs=240m；排气筒出口处平均风速排气筒出口处平均风速(m/s)；no、n1、n2 的的选选取取不同高度风速计算公式：不同高度风速计算公式：各级稳定度下的风速高度指数各级稳定度下的风速高度指数(P)值值地区稳定度等级ABCDE、F城市0.100.150.200.250.30乡村0.070.070.100.150.25风风速速随随高高度度变变化化的的曲曲线线叫叫风风速速廓廓线线，其其数数学学表表达式叫风速廓线模式。达式叫风速廓线模式。B B 当当热释热释放率放率Qh 1700kJ/s,或者或者T35K 时时，式中：式中：Vs排气筒出口排气筒出口处处烟气排出速度，烟气排出速度，m/s；D排气筒出口直径，排气筒出口直径，m；排气筒出口排气筒出口处处平均平均风风速速(m/s)；C C 当当1700Qh2100(KJ/s)时时，H H2 2按按A A情形推荐的公式计算情形推荐的公式计算例题例题 某某烟烟囱囱高高45m，风风径径1.0m，烟烟温温100，烟烟速速5.0m/s，耗耗煤煤量量180kg/h，硫硫分分1%，水水膜膜脱脱硫硫效效率率取取10%，试试求求气气温温20，风风速速2.0m/s，中中性性条条件件下下，距距源源450m轴轴线线上上SO2小小时时浓浓度度(城城市市远远郊郊工工业业区区，Pa=1010 hPa)。解题思路解题思路：明确地表状况明确地表状况(城市远郊城市远郊)；明确大气稳定度明确大气稳定度(中性条件中性条件)；距源450m轴线上SO2小时浓度为0.0067 mg/m3内容提纲1概述2术语和定义3评价等级与评价范围4污染源调查与分析5质量现状调查与评价6气象观测资料调查7影响预测与评价8大气环境防护距离9评价结论与建议思考题思考题1 1、简述大气环境质量现状评价与影响评价的程序、简述大气环境质量现状评价与影响评价的程序2 2、掌握大气预测模型，尤其高架连续点源的所有预测模型、掌握大气预测模型，尤其高架连续点源的所有预测模型3 3、什么是有效源高？如何确定烟气抬升高度？、什么是有效源高？如何确定烟气抬升高度？4 4、概念：干绝热直减率、气温垂直递减率、温度层结、概念：干绝热直减率、气温垂直递减率、温度层结