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1、第五章第五章 大气环境影响评价（下）大气环境影响评价（下） 第六节第六节 大气环境影响预测大气环境影响预测教学任务：教学任务：1 了解大气环境影响预测的目的、方法及主要内容；2 了解大气环境影响预测中的多源叠加的技术要求；3 掌握大气扩散基本模式的几种形式及应用条件；4 掌握扩散参数及烟流抬升高度的确定与地面最大浓度的计算。一、大气环境影响预测的目的与方法一、大气环境影响预测的目的与方法预测的主要目的主要目的是为评价提供可靠和定量的基础数据。具体有以下几点：（1） 了解建设项目建成以后对大气环境质量影响的程度和范围。（2） 比较各种建设方案对大气环境质量的影响；（3） 给出各类或各个污染源对任
2、一点污染物浓度的贡献（污染分担率）。（4） 优化城市或区域的污染源布局以及对其实行总量控制。（5） 从景观生态与人文生态的敏感对象上，预测和评估其可能发生的风险影响及出现的频率与风险程度，寻求最佳预防对策方案。预测方法预测方法大体上可分为经验方法和数学方法两大类。经验方法主要是在统计、分析历史资料的基础上，结合未来的发展规划进行预测。数学方法主要是指利用数学模式进行计算或模拟。近 20 年来，由于计算机技术的飞速发展，数学方法应用的较为普遍。大气环境影响预测的数学方法主要是利用大气扩散模型。目前在我国大气环评中的主要大气扩散模型都以正态扩散模式（即 Gauss 模式）为基础。正态扩散模式成立的
3、前提是假定污染物在空间的概率密度是正态分布，概率密度的标准差亦即扩散参数通常用“统计理论”方法或其他经验方法确定。二、大气环境影响的预测内容二、大气环境影响的预测内容1一级评价项目预测的主要内容1.1 一次(30min)和 24 小时取样时间的最大地面浓度和位置。1.2 不利气条件下，评价区域内的浓度分布图及其出现的频率。不利气象条件系指熏烟状态以及对环境敏感区或关心点易造成严重污染的风向、风速、稳定度和混合层高度等条件也可称典型气象条件)。熏烟状态可按一次取样计算，其它典型气象条件可酌情按一次取样或按日均值计算。1.3 评价区域季(期)、年长期平均浓度分布图。1.4 可能发生的非正常排放条件
4、下相应于 1.11.3 各项的浓度分布图。1.5 一级评价项目在必要时还应预测施工期间的大气环境质量。2二、三级评价项目可只进行 1.11.3 所规定的预测内容。解析：大气环境影响的预测内容：小时平均和日平均最大地面浓度和位置；不利气象条件下，评价区域内的浓度分布图及其出现的频率；评价区域年长期平均浓度分布图。一级评价除预测上述内容外，还应预测可能发生的非正常条件下的上述预测内容和施工期间的大气环境质量预测内容。熏烟型气象条件出现在日出后，夜间产生的贴地逆温逐渐自下而上地消失，新的混合层开始增长，到前一天晚上烟羽的高度时，聚集的污染物通过混合层夹卷和湍流被完全混合至地面。在目前评价中选择不利气
5、象条件经常采用的方法是从全年每小时和每日计算出的小时和日平均地面浓度中筛选出的最大落地浓度所对应的气象条件。对可能发生的非正常排放条件下只需模拟一小时的最大地面落地浓度和位置。三、大气环境影响预测中的多源叠加的技术要求三、大气环境影响预测中的多源叠加的技术要求1一级评价项目可按下述规定执行1.1 计算该建设项目每期建成后各大气污染源的地面浓度，并在接受点上进行叠加。1.2 对于改扩建项目，还应计算现有全部大气污染源的叠加地面浓度。1.3 对于评价区的其它工业和民用污染源以及界外区的高大点源，应尽可能叠加其地面浓度。如果难以获得上述污染源的调查资料或其浓度监测值远小于大气质量标准时，也可将其监测
6、数据作为背景值进行叠加(对于改扩建项目，背景值可用从评价区现状监测浓度中减去该项目现状计算浓度的方法估计)。2二、三级评价项目可主要执行 1.1 和 1.2.。对于 1.3 可按以监测数据作为背景值对浓度进行叠加处理。(即执行建设项目每期建成后各大气污染源的地面浓度，并在接受点上进行叠加；对于改扩建项目，还应计算现有全部大气污染源的叠加地面浓度；对于评价区的其它工业和民用污染源以及界外区的高大点源，可将其监测数据作为背景值对浓度进行叠加处理。)在实际工作中常常的做法是：对于新建项目应该预测该项目的环境空气质量，并叠加环境现状背景值，预测项目完成后评价区域的环境空气质量；对于改扩建项目，应预测本
7、期工程和改扩建全厂的环境空气质量，并用后者叠加现状背景值和减去改造后的削减量，预测项目完成后评价区域的环境空气质量；除此之外，还应考虑项目建成前后，评价区域内环境背景浓度的变化，即其他在建、拟建项目和区域内将要淘汰的项目引起的环境背景浓度的变化。四、大气扩散模型四、大气扩散模型在大气环境影响平均的实际工作中，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。1 1点源扩散的高斯模式
8、点源扩散的高斯模式1 11 1 坐标系坐标系高斯模式的坐标系为：以排放点(无界点源或地面源)或高架源排放点在地面的投影点为原点，平均风向为 x轴，y 轴在水平面内垂直于x 轴，y 轴的正向在 x 轴的左侧，z 轴垂直于水平面，向上为正方向。即为右手坐标系。在这种坐标系中，烟流中心或与 x 轴重合(无界点源)，或在 xoy，面的投影为 x 轴 (高架点源)。1 12 2 高斯模式的四点假设高斯模式的四点假设高斯模式的四点假设为：(1)污染物在空间 yoz 平面中按高斯分布(正态分布)，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 lms；(3)源强是连续均匀的
9、；(4)在扩散过程中污染物质量是守衡的。对后述的模式只要没有特殊指明，以上四点假设条件都是遵守的。图4-3 示高斯模式的坐标系和基本假设。图 4-3 高斯模式的坐标系和基本假设图 4-4 高斯扩散模式示意图1 13 3 连续点源的扩散连续点源的扩散连续点源一般指排放大量污染物的烟囱、放散管、通风口等。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）无限空间连续点源的高斯模式无限空间连续点源的高斯模式图 4-4 所示为点源的高斯扩散模式示意图。有效源位于坐标原点 o 处，平均风向与 x 轴平行，并与 x 轴正向同向。假设点源在没有任何障碍物的自由空间扩散，不考虑下垫面的存在。大
10、气中的扩散是具有 y 与 z 两个坐标方向的二维正态分布，当两坐标方向的随机变量独立时，分布密度为每个坐标方向的一维正态分布密度函数的乘积。由正态分布的假设(1)写出下风向任意点(x、y、z)污染物平均浓度分布的函数为:由概率统计理论可以写出方差的表达式：；由假设（4）可写出：上述四个方程，组成一个方程组，源强Q、平均风速u、标准差y、z为已知量，浓度C、待定函数A(x)、待定系数a 和 b为未知量。因此，方程组可求解。（4-3）（4-4）（4-5）将式(4-3)依次代入式(4-4)的两式中，积分后得到：；将式(4-6)和式(4-7)代入式(4-3)中，得无界空间连续点源高斯模式：式中y、z为
11、污染物在y、z方向的标准差，为平均风速 ms，Q 源强。（4-8）式中，扩散系数 y、z与大气稳定度和水平距离 x 有关，并随 x 的增大而增加。当 y0，z0 时，A（x）C（x，0,0），即 A（x）为 x 轴上的浓度，也是垂直于 x 轴截面上污染物的最大浓度点 Cmax。当 x，y及z，则 C0，表明污染物以在大气中得以完全扩散。（2）高架连续点源的高斯模式高架连续点源的高斯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
12、际情况应在这两者之间。1）高架点源扩散模式高架点源扩散模式。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。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，如图 45 所示。（4-6）（4-7）（4-8）图 45 地面全反射的高架连续点源扩散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。图 45 中 k 点的浓度显然比大空间点源扩散公式（48）计算值大，它是位于(0，0，H)的实源在 k 点扩散的浓度和反射回来的浓度的叠
13、加。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 点扩散的浓度为式（48）的坐标沿 z 轴向下平移距离H：（49）k 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（48）的坐标沿 z 轴向上平移距离 H：（410）由此，实源 Cs与像源 Cx之和即为 k 点的实际污染物浓度：（411）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，即式（49）。2 2）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，
14、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。在式（411）中，令 z0，可得高架点源的地面浓度公式：（412）上式中进一步令 y0 则可得到沿 x 轴线上的浓度分布：（413）图 46 高架点源地面浓度分布地面浓度分布如图 46 所示。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。地面最大浓度值 Cmax及其离源的距离 xmax可以由式（413）求导并取极值得到。令，由于 y、z均为 x 的未知函数，最简单的情况可假
15、定y/z常数，则当（414）时，得地面浓度最大值（415）由式（414）可以看出，有效源 H 越高， xmax处的 z值越大，而zxmax，则 Cmax出现的位置离污染源的距离越远。式（415）表明，地面上最大浓度 Cmax与有效源高度的平方及平均风速成反比，增加 H 可以有效地防止污染物在地面某一局部区域的聚积。式（414）和式（415）是在估算大气污染时经常选用的计算公式。由于它们是在 y/z常数的假定下得到的，应用于小尺度湍流扩散更合适。除了极稳定或极不稳定的大气条件，通常可设 y/z2 估算最大地面浓度，其估算值与孤立高架点源(如电厂烟囱)附近的环境监测数据比较一致。通过理论或经验的方
16、法可得 zf（x）的具体表达式，代入（414）可求出最大浓度点离源的距离 xmax，具体可查阅我国 GB384091制定地方大气污染物排放标准的技术方法。（3 3）地面点源扩散）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，可令式（49）中 H0，即得出地面连续点源的高斯扩散公式:（416）其浓度是大空间连续点源扩散式（48）或地面无反射高架点源扩散式（49）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。若取 y 与 z 等于零，则可得到沿 x 轴线上的浓度分布：（417）如果污染物到达地面后被完全吸收，其浓度即为地面无反射高架点源扩散式（49）在 H0 时的浓度，也即大空间连续点源扩散式（48）。高斯扩散模式的一般适用条件是高斯扩散模式的一般适用条件是：地面开阔平坦
