第六章--大气环境质量评价PPT课件.ppt

第六章 大气环境质量评价1主要内容第一节 大气环境概述第二节 大气环境质量现状评价第三节 大气环境影响评价2第一节 大气环境概述一、基础知识 1、大气的组成 干洁空气 气溶胶 污染物质干洁空气水汽固体杂质N2O2其它低层大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32、大气的垂直分布 根据大气圈垂直方向上温度、化学成分、荷电等物理性质差异和大气运动状态，可将大气圈分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层等五个圈层。43、主要气象要素 与大气扩散密切相关的气象要素称为污染气象要素或扩散气象要素。气温 气压 湿度 风 云 能见度5 1)干绝热递减率：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。rdd Ti/d Z g/Cp0.98(/100m)注意：rd 与r的概念和涵义都不同。温度层结：静大气温度在垂直方向上的分布。1.r0，递减层结 2.rrd，中性层结 3.r0，等温层结 4.r Pi2.5108Pi1000米，网格间距100500米。源网格网格5950100米100500米确定污染源计算清单污染源的几何形态：点源、线源、面源、体源。污染源的空间位置：空间坐标烟囱参数：烟囱基底高度、烟囱几何高度、内径、烟气出口流速与温度等源强：污染物排放速度、浓度污染物性质：粒径分布与密度等60 落实污染气象参数 常规气象资料：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、降水类型、气压、云低高度等一级评价：近5年内连续三年的逐日、逐次气象资料二级评价：近3年内连续一年的逐日、逐次气象资料三级评价：主导风向，风玫瑰图等常规资料。61简单地形距离污染源中心点5 km内的地形高度（不含建筑物）低于排气筒高度的地形。在此范围内地形高度不超过排气筒基底高度时，可认为地形高度为0m；确定地形复杂程度 62复杂地形 距离污染源中心点5 km内的地形高度（不含建筑物），等于或超过排气筒高度地形。确定地形复杂程度 63第6章 大气环境影响预测与评价设定预测情景64预测情景根据预测内容设定，一般考虑五个方面的内容：污染源类别、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第6章 大气环境影响预测与评价预测模型选用与验证65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，必要时应当进行验证。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66计算1小时平均浓度时，可不考虑SO2的转化，其他情况应考虑SO2转化为H2SO4SO2转化可取半衰期为4小时。对于一般燃烧设备，计算小时或日平均浓度时，可以假定NO2/NOx=0.9；在计算年平均浓度时，可以假定NO2/NOx=0.75。模式中相关参数的确定67第6章 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68 大气污染物点源扩散模式大气污染物点源扩散模式 经典的大气污染扩散模式以高斯大气扩散模式为基础，高斯大气扩散模式是一种最简单的大气扩散模式。5Km 笛卡尔坐标系原点取污染物排放口在地面的垂直投影点X轴：主导风向Z轴：正向指向天顶Y轴69（1）污染物在空间（Y、Z轴）中呈正态分布；（2）在整个空间中风速是均匀的、稳定的；（3）源强是连续均匀的；（4）污染物在扩散过程中没有衰减和增生，质量是守恒的。在x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70 连续点源：一般指排放大量污染物的烟囱、放散管、通风口等。其中，排放口安置在地面的称为地面点源；处于高空位置的称为高架点源。（1）连续点源的扩散 71 无界空间连续点源扩散模式 c(x,y,z)下风向某点（x,y,z）处的空气污染物浓度，mg/m3；x下风向距离，m；y横风向距离，m；z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分别为水平方向和垂直方向扩散参数;72高架连续点源扩散模式 在点源的实际扩散中，污染物可能受到地面障碍物的阻挡，因此应当考虑地面对扩散的影响。处理的方法是：或者假定污染物在扩散过程中的质量不变，到达地面时不发生沉降或化学反应而全部反射；或者污染物在没有反射而被全部吸收，实际情况应在这两者之间。73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Hhh，其中h为排放口的有效高度，h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附加高度。74 点源在地面上的投影点o作为坐标原点，有效源位于z轴上某点，zH。75 当污染物到达地面后被全部反射时，可以按照全反射原理，用“像源法”来求解空间某点k的浓度。k点的浓度是位于（0，0，H）的实源在k点扩散的浓度和反射回来的浓度的叠加（Cs+Cx）。反射浓度可视为由一与实源对称的位于（0，0，-H）的像源（假想源）扩散到k点的浓度。由图可见，k点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为（z-H），则实源在k点扩散的浓度为无界空间连续点源扩散公式中的坐标沿z轴向下平移距离H：76无界空间连续点源扩散模式 实源在k点扩散的浓度77k点在以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：78无界空间连续点源扩散模式 像源在k点扩散的浓度79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。80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地面浓度的分布状况，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：上式中进一步令y0则可得到沿x轴线上的浓度分布：81 地面浓度分布 y方向的浓度以x轴为对称轴按正态分布；沿x轴线上，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，以后又逐渐减小。地面浓度最大值最大浓度值离源的距离Xmax82地面点源扩散 对于地面点源，则有效源高度H0。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: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H0时的两倍，说明烟流的下半部分完全对称反射到上部分，使得浓度加倍。83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)84高斯扩散模式的一般适用条件地面开阔平坦，性质均匀，下垫面以上大气湍流稳定；扩散处于同一大气温度层结中，扩散范围小于10km；扩散物质随空气一起运动，在扩散输送过程中不产生化学反应，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u12 m/s。85例题1某拟建化工厂投产后将排放源强为50 g/s的SO2，排气筒高45m，预计烟气抬升高度为5.5m，10m高处的平均风速为5m/s。试计算大气稳定度为D级时，该排气筒下风向650m处，距排气筒风向轴线水平垂直距离50m处的公园里所增加的浓度值（风速指数p=0.25）。86872）烟流抬升高度h的计算 上升的原因：热力抬升 动力抬升 有效源的高度高于烟囱实际高度。热烟流从烟囱中喷出直至变平的四个阶段：喷出阶段 浮升阶段 瓦解阶段 变平阶段88浮升力和初始动量是影响烟流抬升的主要因素。但是烟流抬升的发展又受到气象条件和地形状况的制约。主要表现为：浮升力取决于烟流与环境空气的密度差，即与两者的温差有关；而烟流初始动量取决于烟囱出口的烟流速度，即与烟囱出口的内径有关，一般该速度大于出口处附近风速的两倍为宜。大气的湍流强度愈大，烟与周围空气混合就愈快，烟流的温度和初始动量降低得也愈快，则烟流抬升高度愈低。平均风速越大，湍流越强，抬升高度越低；地面粗糙度大，使近地层大气湍流增强，不利于烟流抬升。89 霍兰德(Holland)公式如下：（适用于中性大气状况）式中：vS烟流出口速度（m/s），D烟囱出口内径（m），u烟囱出口的环境平均风速（m/s），Ts烟气出口温度（K），Ta环境平均气温度（K），Qh烟囱的热排放率（kW）。当大气处于不稳定或稳定状态时，可在上式计算的基础上分别减少或增加1020。90 烟气的热释放率 烟气的热释放率是指单位时间内向环境释放的热量，即：这里 T 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（NM3/s）CP 是标准状态下的定压热容(=1.298 KJ/度，NM3)。当烟气以实际出口温度Ts（K）时的排烟流量Qv m3/s 表示时，热释放率的计算公式为：这里Pa大气压力（KPa）。91我国烟气抬升高度的计算方法 有风时，中性和不稳定条件，A：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35 K 时，H 采用下式计算：式中：n0烟气热状况及地表系数；n1烟气热释放率指数；n2排气筒高度指数；Qh烟气热释放率，KJ/s；Hs排气筒距地面几何高度，m，超过 240m时，取Hs=240m；排气筒出口处平均风速(m/s)；92no、n1、n2 的选取93不同高度风速计算公式：各级稳定度下的风速高度指数(P)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风速随高度变化的曲线叫风速廓线，其数学表达式叫风速廓线模式。94B 当热释放率Qh 1700kJ/s,或者T35K 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；排气筒出口处平均风速(m/s)；C 当1700Qh2100(KJ/s)时，H2按A情形推荐的公式计算95例题 某烟囱高45m，风径1.0m，烟温100，烟速5.0m/s，耗煤量180kg/h，硫分1%，水膜脱硫效率取10%，试求气温20，风速2.0m/s，中性条件下，距源450m轴线上SO2小时浓度(城市远郊工业区，Pa=1010 hPa)。96解题思路：明确地表状况(城市远郊)；明确大气稳定度(中性条件)；9798距源450m轴线上SO2小时浓度为0.0067 mg/m399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100思考题1、简述大气环境质量现状评价与影响评价的程序2、掌握大气预测模型，尤其高架连续点源的所有预测模型3、什么是有效源高？如何确定烟气抬升高度？4、概念：干绝热直减率、气温垂直递减率、温度层结101