[高等教育]第五章 环境预测统计

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1、第五章 环境预测统计,5 环境质量预测评价统计,5.1 大气环境影响的统计预测 5.2 水环境影响的统计预测 5.3 声环境影响统计预测 5.4 土壤环境统计预测,5.1 大气环境影响的统计预测,污染物排入大气候，对环境的影响常用如下统计模式预测。 高架连续点源扩散模式高斯模式 地面连续点源扩散模式 熏烟型扩散模式 颗粒物扩散模式,5.1.1 高架连续点源扩散模式高斯模式,5.1.1.1 高斯模式的四点假设 （1）污染物浓度在空间中每个断面按高斯分布（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）在扩散过程中污染物质量是守恒的。,5.1.1.2 无界

2、空间点的浓度（u1.5m/s）,式中： Q 单位时间排放量，mg/s； 分别为水平、垂直方面上的扩散方差，m； 排气筒出口处的平均风速，m/s。 F 校正项； h 混合层高度，m； H 排气筒有效高度，m； 在一、二级评价项目的预测中，k取4，在三级评价项目的预测中，k取0，此时，F2exp( ) 。 、 通常可表示为下列函数形式： 、 r1、r2、a1、a2查1993年9月18发布的环境影响评价技术导则附录B。,5.1.1.3 地面点的浓度,污染物到达地面的浓度，按下式计算： 式中 H 烟囱的有效高度，m； 其他符号同前。,5.1.1.4 地面轴线的浓度,地面浓度是以x轴为对称的，轴线上x上

3、具有最大值，向两侧（y的方向）逐渐减小。因此，在（44）式中，令y=0，地面轴线浓度为： 、 是距离x的函数，随x的增大而增大，这样，必然在某一距离x处出现浓度C的最大值。 地面轴线浓度最大值的计算式为： 式中 地面轴线浓度最大值出现的距离计算式为：,5.1.2 地面连续点源扩散模式,（1）当有效源高H0时，由高架连续点源的扩散模式可得到： （2）地面连续点源在地面轴线上的浓度（y=0），按下式计算：,5.1.3 熏烟型扩散模式,定义 熏烟型扩散模式，也叫漫烟型扩散模式。 夜间，在辐射逆温存在时，由高架源排入稳定大气层的污染物，在排烟口上方形成一条狭长的高浓度烟流区，日出后，太阳辐射逐渐增加，

4、地面逐渐变暖，逆温从地面开始破坏，逐渐向上发展；受热力湍流作用，逆温破坏处烟流中的污染物依次发生强烈的向下混合作用，这个过程称为熏烟过程。整个过程一般持续半小时左右。,地面污染物浓度计算 为了估算在逆温破坏熏烟条件下的地面污染物浓度，假设烟流原来是排入稳定层内的，当逆温消退到高度hf时，在高度hf以下的污染物浓度的铅直分布为均匀的，这时地面的污染物浓度计算式为： p（hf-H）/ 式中 为熏烟条件下的扩散参数； (p)原稳定状态下的烟羽进入混合层的份额。,当逆温消失在烟囟的有效高度时，假设烟流的一半向下混合，另一半则留在上部稳定的大气层中，这时地面的污染物浓度为： 地面轴线（y=0）上的污染物

5、浓度为： 当逆温消退的高度hf恰好位于烟流的上边缘时，烟流全部向下垂直混合，使地面浓度达到极大值，此时，地面污染物浓度为： 式中： 。 地面轴线（y=0）上的污染物浓度为：,5.1.4 颗粒物扩散模式,当颗粒污染物的粒径大于15m时，必须考虑颗粒物在大气中的沉降，即颗粒物受重力作用，烟羽中心轴向下倾斜，其地面浓度用烟羽倾斜模式计算： 式中 a 尘粒子的地面反射系数，其具体值见表5.1。 Vg 尘粒沉降速度，m/s； g 重力加速度； d、 p 尘粒的直径、密度； 空气动力黏性系数。,5.1.5 预测参数的估算,在预测统计模型中，使用了各种预测参数，这些参数都是对多种实际情况中的环境条件等进行统

6、计归纳的结果，这也是将各种模型统称为统计模型的原因。常用参数的精确估算，是预测统计模型有效性的基础。,5.1.5.1 大气稳定度,定义 大气稳定度指大气稳定程度。 分类 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PS），分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定六级，分别表示为A、B、C、D、E、F。 影响因素 大气稳定度主要受太阳辐射等级和地面风速影响，而太阳辐射等级由云量与太阳高度角决定。,计算 确定大气稳定度等级时，首先据云量与太阳高度角按表5.2查出太阳辐射等级数，再由太阳辐射等级数与地面风速按表5.3查找稳定度等级。 太阳高

7、度角h0计算公式 h0=arcsin(sinsin+coscos(15t+300) 式中： h0 太阳高度角，deg； 当地纬度，deg； 当地经度，deg； 太阳倾角，deg； 360dn/365，deg； dn 一年中日期序数，0、1、2364。 t 进行观测时的北京时间。,5.1.5.2 大气混合层高度,当大气稳定度为A、B、C和D时： 当大气稳定度为E和F时： f=2 sin 式中 h 混合层厚度（E、F时指近地层厚度），m； u10 10m高度处平均风速，m/s；大于6 m/s时取为6 m/s； as, bs 混合层系数,见表5.4； f 地转参数； 地转角速度，取7.2910-5r

8、ad/s； 地理纬度,deg。,5.2 水环境影响的统计预测,5.2.1 水环境影响预测的污染物、模型、参数的确定 5.2.1.1 预测污染物的确定 确定原则 第一，在项目建设、生产运行（包括正常和不正常排放两种）、服务期满后各阶段及不同评价预测级别中，应分别确定拟预测污染物； 第二，拟预测污染物的种类应包括常规污染物、特征污染物和敏感污染物，或应包括非持久性污染物、持久性污染物、酸碱污染物和废热； 第三，拟预测污染物的数目应充分但不宜过多，一般少于环境现状调查污染物的数目。,选择方法 基于总量控制与水环境功能的要求，可按污染物排放指标（ISE）的大小顺序，从环境现状调查污染物中选择拟预测污染

9、物。 式中 ISE污染物排放指标； cp污染物排放浓度，mg/L； Qp污水排放量，m3/s； cs污染物排放标准，mg/L； ch河流上游污染物浓度，mg/L； Qh河水的流量，m3/s。,5.2.1.2 预测模型的确定,（1）完全混合模型 式中 c 污水与河水混合后的浓 度，mg/L； cp排放口上游污染物的 浓度，mg/L， Qp河流的流量，mg/s； ch排放口污染物的浓度 ，mg/L； Qh排放污水量，mg/s。,（2）零维模型 = 式中 河水的流速，m/s； l 排污口下游河段的长度，m； c0 河段始端的污染物浓度，m3/s； c 河段终端的污染物浓度，m3/s； k 污染物的衰

10、减速度常数； t河水流动时间，s。,（3）一维水质模型 是应用最广的一种水质模型，其中，一维稳态水质模型和忽略弥散的一维稳态水质模型应用最方便。 一维稳态水质模型 式中 cx排污口下游距离x处的污染物浓度，mg/L； k1污染物降解的速率常数，d-1或h-1； Dx纵向扩散系数，m2/s ； 河水的流速，m/s；,忽略弥散的一维稳态水质模型 由于 ，故上式变为： 即，只要知道污染物在初始断面的浓度和降解速率常数K1值，即可求排污口下游某一点的污染物浓度。,（4）BODDO藕合模型 亦简称为SP模型。其数学解析表达为： (5.32) 式中 L 河水中的BOD值； L0 河流起点的BOD值； D

11、河水中的氧亏值； D0 河流起点的氧亏值； k1 河水中BOD衰减（耗氧）系数； k2 河流复氧系数； t 河水的流行时间。,公式(5.32)揭示了河流的氧亏变化规律，如果以河流的溶解氧（DO）来表示，则(5.32)表述为 式中， 河流中的溶解氧； 饱和溶解氧值。 通常，人们最关心的是河流溶解氧浓度的最低点临界点，因为在临界点时，水环境中生物化学过程发生剧烈变化，出现混沌态的突变或质变。临界点氧亏值为： 式中 Dc 临界点的氧亏值； tc临界氧亏发生时间。,定义 河流水质模型中的参数，如弥散系数D、耗氧速率常数k1、大气复氧系数k2等，是表征河流水体发生的物理、化学和生物过程的动力学常数，它们

12、直接决定模型的准确性和可靠性。确定这些参数，称参数的估算或参数测辨，是水质模型运用中的核心工作，也是难度最大的工作。 参数估算 纵向弥散系数Dx的估算 耗氧系数K1的估算 大气复氧系数K2的估算,5.2.1.3 预测模型参数的确定,（1） 纵向弥散系数Dx的估算 纵向弥散系数是反映天然河流纵向迁移混合特性的重要参数，在河流水质预测尤其是事故性排放和泄漏对下游及河口区水质的影响预测方面起着十分重要的作用。 确定纵向弥散系数的方法归纳起来有实验室试验和野外试验两类。 实验室经验公式法 a、埃尔德(Elder)公式 式中 x经验系数； 河流平均水深，m； 摩阻流速，m/s； g 重力加速度，m/s2

13、； S 水力坡度；,b、菲希尔(Fischer)公式 式中 平均流速，m/s； b河宽，m。 野外示踪实验法 式中 下游断面示踪剂的平均浓度，mg/L； W 示踪剂质量，g； A 断面面积，m2； 平均流速，m/s； t 时间，s； x 下游断面距投放点的距离，m。,（2）耗氧系数K1的估算 K1常用三种方法估算，即实验数据估算、野外监测数据估算（内梅罗法）和始末两点法估算。 （3）大气复氧系数K2的估算 流动的水体从大气中吸收氧气的过程称为复氧过程，也称曝气。天然河流水中溶解氧浓度的变化率可表达为： 式中 K2复氧系数，d-1 ； OS饱和溶解氧浓度，mg/L； O溶解氧浓度，mg/L； D

14、溶解氧的饱和差，mg/L。,5.2.2 持久性污染物扩散预测,定义 持久性污染物是指在地表水中很难由于物理、化学、生物作用而分解、沉淀或挥发的污染物。 分类 持久性无机污染物（如Pb、Cd、Hg、As等重金属） 持久性有污染物（如有机氯农药、PCBS、PCDDS/DES）。 严格而言，重金属可以通过沉淀由水相转移至固相，有机氯类污染物可以挥发随大气流场迁移，并可在两极地区沉降（“蒸馏效应”）。,5.2.2.1 河流扩散预测,假设含持久性污染物的污水排入无支流和其他排污口污水进入的河流，在下游某点，污水和河水将完全均匀混合（完全混合断面），则该断面的污染物浓度按河流完全混合模型计算（见5.2.1

15、.2）。,5.2.2.2 河口与感潮河流（河网）扩散预测,一维河口水质模型为： 式中 Dx 纵向扩散系数； r 污染物的衰减速率，g/m3/d； s 系统外输入污染物的速率，g/m3/d； ux不考虑潮汐作用，由上游来水(净泄量)产生的流速，m/s。,5.2.2.3 湖泊（水库）扩散预测,（1）小湖（库） 对水停留时间长、水质基本稳定的中小型湖（库），可以看作均匀混合的水体，采用沃兰伟德Vollenwelder模型（即湖泊完全混合模型）进行预测。 式中 ct在t时刻的污染物浓度，mg/L； t时间，s ； V湖泊（库）的容积，m3； c0湖泊（库）中污染物原始浓度，mg/L。 污染物的平均排入量，mg/s； 污染物排入量，mg/s； cp 污水中污染物浓度，mg/L； q 污水排放量，m3/s。 Q出入湖泊（库）流量，m3/s； k1污染物衰减或沉降速率系数，s-1。,（2）大湖(库) 一、二、三级评价预测均可采用卡拉乌舍夫模型进行预测。卡拉乌舍夫认为，当湖泊的流速小，风浪不大时，考虑湖泊的扩散流场与湍流作用