环境质量评价与系统分析

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1、环境质量评价与系统分析,安徽工业大学建工学院 二四年六月八日,大气环境质量评价及影响预测,5.1 大气层和大气污染 5.2 大气边界层的温度场 5.3 湍流扩散的基本理论 5.4 烟气抬升与地面最大浓度计算 5.5 点源特殊扩散模式 5.6 非点源扩散模式 5.7 大气湍流扩散参数的计算和测量 5.8 大气环境影响评价及预测,5.1 大气层和大气污染,1低层大气的组成 2.描述大气的物理量,包围地球的整个大气圈的总体为大气，大气在地表的密度在标准状态下每升重1.293克，愈向上愈稀薄。 组成：干洁空气、水汽、污染物,气温、气湿、气压（大气压力的单位有毫米汞柱(mmHg)、标准大气压(atm)、

2、巴(bar)、毫巴(mbar)、帕(Pa （N/m2）)； ）1atm = 76 mmHg = 101325Pa = 101325mbar,风力计算,风速廓线,大气的结构和组成,大气层的结构和组成,大气属于混气合气体，氮、氧、氩合占总体积的.，余为氖、氦、氨、氙、氢等微气量气体。 自千米向上原子氧逐渐增加，直到主要是原子氧的层，再向上为原子氦层（高千米）和气原子氢层（千米以上）。 臭氧主要分布在千米之间的气层气内，特别集中在千米范围内 大气按温度高度的变化，可分为对流层、平流层、中层、热层及外逸层。,1对流层；,对流层是指由下垫面算起，到平均高度为12km的一层大气。 对流层的上界高度是随纬度

3、和季节而变化的，在热带平均为1718km，温带平均为10一12km，高纬度和两极地区为89km夏季对流层上界高度大于冬季的。对流层具有下述四个主要特点。(1) 气温随高度的增加而降低，由下垫面至高空每高差109m气温约平均降低0.65。,1对流层；,(2) 对流层内有强烈的对流运动。这主要是由于下垫面受热不均匀及下垫面物性不同所产生的。一般是低纬度的对流运动较强，高纬度地区的对流运动较弱。由于对流运动的存在，使高低层之间发生空气质量交换及热量交换，大气趋于均匀。 (3) 对流层的空气密度最大，虽然该层很薄，但却集中了全部大气质量的3/4并且几乎集中了大气中的全部水汽；云、雾、雨、雪等大气现象都

4、发生在这层。 (4) 气象要素水平分布不均匀，特别是冷、暖气团的过渡带，即所谓锋区。在这里往往有复杂的天气现象发生，如寒潮、梅雨、暴雨、大风、冰雹等。,2平流层,从对流层顶到离下垫面55km高度的一层称为平流层。从对流层顶到30 -35km这一层，气温几乎不随高度而变化，故有同温层之称。从这以上到平流层顶，气温随高度升高而上升，形成逆温层，故有暖层之称。由于平流层基本是逆温层，故没有强烈的对流运动；空气垂直混合微弱，气流平稳。水汽、尘埃都很少，很少有云出现，大气透明度良好。对流层和平流层交界处的过渡层称为对流层顶。它约数百米到2km厚；最大可达45km厚。对流层顶的气温在铅直方向的分布呈等温或

5、逆温型。因此，它的气温直减率与对流层的相比发生了突变，往往利用这一点作为确定对流层顶高度的一种依据。,3中间层,从下垫面算起的5585km高度的一层称为中间层。气温随高度的增高而降低，大约高度每增高1km气温降：低1；空气有强烈的对流运动，垂直混合明显；故有高空对流层之称。,4热成层 5散逸层,从下垫面算起85800km左右高度的一层称为热成层或热层。气温随高度增高而迅速增高，在300km高度上，气温可达1000以上。该层空气在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，处在高度的电离状态，故有电离层之称。电离层具有反射无线电波的能力。因此它在无线电通讯上有重要意义。热成层顶以上的大气层，统称为散逸层。

6、该层气温极高，空气稀薄，大气粒子运动速度很高，常可以摆脱地球引力而散逸到太空中去，故称散逸层。,5.2 大气边界层的温度场,5.2.1 气温的垂直分布 1. 气温层结 气温沿铅直高度的变化，称气温层结或层结。气温随高度变化快慢这一特征可用气温垂直递减率来表示。气温垂直递减率的数学定义式为, - dT/dz；它系指单位(通常取100m) 高差气温变化速率的负值。如果气温随高度增高而降低，为正值，如果气温随高度增高而增高，为负值。 大气中的气温层结有四种典型情况，气温随高度的增加而递减，0，称为正常分布层结，或递减层结；气温随高度的增加而增加，0，气块加速运动，大气不稳定；当-d0，气块减速运动，

7、大气稳定；当-d=0，大气为中性。 因此，大气静力稳定度可以用温度直减率与干绝热直减率之差来判断，即-d大于、小于和等于零为大气静力稳定度的判据。 对于和d的物理意义应具有较确切认识，d是以质量衡定的一块空气团为对象在干绝热条件下沿垂直上升而导出的气温垂直递减率，是一个由气态方程给定的确定值。则是气温的环境层结, 是在太阳、地球的热量幅射和其他气象因素作用下形成的实际环境状况。,5.2.3 逆温,图5-4 由于太阳辐射引起逆温的生消过程。,5.3 湍流扩散的基本理论,5.3.1 湍流的基本概念 描述湍流运动有两种方法，一种是欧拉法，它在空间划出一个控制体为对象，考察流体流经它的情形，欧拉法注重

8、于特定时刻整个流场及某定点不同时刻的流体运动性质。另一种是拉格朗日法，它在流体运动时，追随研究一个典型的流体单元。 5.3.2 湍流扩散理论 湍流扩散理论有三种：梯度输送理论，统计扩散理论和相似扩散理论。,5.3.3 点源扩散的高斯模式,坐标系 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；(4)在扩散过程中污染物质量是守衡的。 无限空间连续点源的高斯模式,高斯模式的坐标系和基本假设图示,高架连续点源的高斯模式,高斯模式的浓度扩散

9、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),5.4 烟气抬升与地面最大浓度计算,5.4.1 烟气抬升高度公式 烟流抬升高度的确定是计算有效源高的关键。热烟流从烟囱出口喷出多大体经过四个阶段：烟流的喷出阶段、浮升阶段、瓦解阶段和变平阶段。 产生烟流抬升的原因有两个: 一是烟囱出口处的烟流具有一定的初始动量，二是由于烟流温度高于周围空气温度而产生的净浮力。影响这两种作用的因素很多，归结起来可分为排放因素和气象因素两类。 排放因素有烟囱出口的烟流速度、烟气温度和烟囱出

10、口内径。气象因素有平均风速、环境空气温度、风速垂直切变、湍流强度及大气稳定度。,1. 烟气的热释放率,选用抬升公式时首先需要考虑烟气的排放因素，计算出烟气的热释放率。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TsK 时的排烟流量Qv m3/s 表示时，热释放率的计算公式为：,2.霍兰德 (Holland)公式,3.布里吉斯（Briggs）公式,5.4.2 我国烟气抬升高度的计算方法,有风，中性和不稳定条件,有风

11、，稳定条件,小风、静风,5.4.3 地面的最大浓度,高架源的污染源是在空中，我们时常关心的是污染物到达地面的浓度，而不是空中任一点的浓度。地面浓度是以 x 轴为对称的，x 轴上具有最大值，向两侧方向遂渐减小。因此，地面轴线浓度是我们所关心的。 根据地面轴线浓度公式：式中的两项：一项随 x 而减小，一项随 x 而增大；两项共同作用的结果，必然在某一距离 x 处出现浓度 C 的最大值。另一方面，地面最大污染物浓度出现的位置和数值，与高架污染源在空中的位置有关，空中的位置则是以有效源高表现。因此还要考虑气象因素。,1给定风速条件下地面的最大浓度,2危险风速和地面绝对最大浓度 地面最大浓度随风速的变化

12、呈单峰形。 在每一个风速下都有一个地面最大浓度，所有地面最大浓度中的极大者，即所谓地面绝对最大浓度。出现绝对最大浓度的风速称为危险风速。 在危险风速下，烟流抬升高度和烟囱几何高度相等，有效烟囱高度为烟囱几何高度的两倍。,当 时，Cmax是所有地面最大浓度中的极大值,5.5 点源特殊扩散模式,5.5.1 封闭型扩散模式,把浓度相当于烟流中心线浓度的110处，二点间的距离称为烟流宽度(在y 方向)或烟流高度(在z 方向)。把浓度相当于烟流中心线浓度的 110 处到烟流中心线的距离称为烟流半宽度(在y方向)或烟流半高度(在z 方向)。烟流宽度和高度的定义及烟流按正态分布的规律，可以推导出扩散参数与烟

13、流宽度及烟流高度的关系。,5.5.2 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。,5.5.3 小风和静风时的点源扩散模式,上述各种扩散模式适用于有风条件下，即风速大于 1.5m/s 的条件。 小风（1.5m/su100.5m/s），和静风（u

14、100.5 m/s）条件下上述各节的各种模式不再适用。 在小风（1.5m/su100.5m/s）和静风（u100.5 m/s)条件下，顺风向 ( x轴方向)扩散不能忽略,必须考虑三个方向的湍流扩散作用。在高斯扩散模式中，则必须将x 考虑在内。,5.6 非点源扩散模式,5.6.1 线源扩散模式5.6.2 多源和面源排放模式,1.无限长线源扩散模式,2. 有限长线源扩散模式,导则规定平原城区排气筒高度不高于 40m或排放量小于 0.04 t/h的排放源可作为面源处理。面源扩散的处理模式是将评价区在选定的坐标系内网格化。即以评价区的左下角为原点；分别以东（E）和北（N）为 x和 y轴。网格和单元，一

15、般可取11(km2),评价区较小时，可取500500(m2),建设项目所占面积小于网格单元,可取其为网格单元面积。然后，按网格统计面源的主要污染物排放量t/(h.km2)和面源平均排放高度（m）等参数。,5.6.3 体源扩散模式,5.7 大气湍流扩散参数的计算和测量,5.7.1 由常规气象资料求大气稳定度 我国的环境影响评价技术导则中推荐：当使用常规气象资料时，大气稳定度等级可采用修订的帕斯奎尔（Pasquill）稳定度分级法（简记 P.S），分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级。它们分别表示为A、B、C、D、E、F。 确定等级时,首先由云量与太阳高度角（日高角）,查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速确定稳定度等级。,