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1、基础知识,大气成分 大气层的垂直分布 主要气象要素 大气边界层温度场 大气边界层风场,大气成分,地球周围聚集的一层很厚的大气分子大气圈 大气圈上边界20003000km 80%以上的大气质量在55km以下 与人类关系最直接的，对大气污染影响最大的是低层大气 低层大气由干洁空气、水汽、悬浮着的固体微粒和液体微粒以及人为排放的大气污染物组成,大气成分,干洁空气：除水汽、液体和固体杂质外的整个混合气体，主要成分N2、O2、Ar、CO2等 干洁空气成分中，N2、O2两种成分占99% CO2、O3所占比例很小，但对大气温度和人类生活都有较大影响,大气成分,CO2主要来源于燃料的燃烧、动植物的呼吸及有机物
2、的腐败。 它对太阳短波辐射吸收能力很弱，而对长波辐射吸收能力很强，同时还能发射长波辐射。这对地面和大气保持一定的温度，起着重要的作用。 由于人类活动的影响，大气中CO2浓度增高，导致“温室效应”。,大气成分,大气中的O3含量很小，而且随高度分布不均匀。 O3能吸收波长短于0.29m的紫外线部分，使平流层温度增加，影响大气的温度分布，同时还保护地面上的生物免受过量紫外线照射的危害。,大气成分,水汽 大气中的水蒸气来源于地面水分的蒸发，并借助空气的垂直运动向上输送，其含量随时间、地点和气象条件的不同有较大的变化，变化范围在04%。 大气中的水分导致了云、雾、雨、雪、雹等复杂的天气现象。 水汽能强烈
3、吸收地面辐射，同时向周围空气和地面发射长波辐射，水的相变化中又能吸收和放出热量，对气温和地面温度都有一定的影响。 干洁空气和水蒸气的混合气体称为湿空气。,大气成分,悬浮颗粒 大气中的悬浮颗粒包括固体杂质和液体杂质。 固体杂质主要有燃烧烟尘、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒、风吹起的扬尘以及细菌、微生物、植物种子、花粉等，多集中于大气的低层； 液体杂质，如水滴等。,大气成分,大气污染物质 各种自然活动（如火山活动、森林火灾、有机体腐败、雷电等），以及人类活动（生产、生活活动等）排入大气的污染物，如SO2、NOX、H2S、NH3等。 天然情况下，一般可达到动态平衡。 人类活动影响下，如排放的大气污
4、染物超过大气的自净能力，其在大气中的浓度和滞留时间足以影响人体健康和动植物正常生长时，就造成了大气污染。,大气层的垂直分布,对流层：08-15km，温度梯度0.65K/100m 平流层：8-1555km；3050km逆温层 中间层：5585km 暖层：85800km 散逸层：超过800km,气象要素对大气状态和物理现象给予定性或定量描述的物理量,气温：离地面1.5m高处的百叶箱中观测到的空气温度。 气压：大气作用在单位面积上的作用力。 湿度：相对湿度、露点。,气象要素,风：风向、风速等。,空气质点的水平运动风 空气质点的垂直方向运动对流,10m高处一定时间内的平均值 正点前10min的平均风速
5、、风向,气象要素,云：云高、云量等（用于确定大气稳定度）。 能见度：反映大气的混浊程度。 降水量、蒸发量 日照时数 太阳辐射 地面辐射 大气辐射等,各种气象要素可以通过观测得到,大气边界层,大气边界层（行星边界层）：受下垫面影响的低层大气，厚度12km 近地层（摩擦边界层）：下垫面以上100m左右的一层大气 过渡层：近地层大气边界层顶的一层，大部分大气扩散发生在此层 了解大气边界层中的温度场、风场及湍流特征，对于研究大气扩散问题、进行大气环境影响评价具有重要意义。,大气边界层的温度场,干绝热温度递减率：d=0.89K/100m 温度层结 正常：气温随高度增加而降低，温度梯度大于d，有利于污染物
6、质扩散； 中性：气温随高度增加而降低，温度梯度等于d； 等温：气温不随高度而变化； 逆温：气温随高度增加而升高。,逆 温,具有逆温的大气层是强稳定的大气层。 空气污染事故大多发生在有逆温层和静风条件下。 按高度，可分为接地逆温和不接地逆温。 按生成过程，可分为辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温、峰面逆温、平流逆温。,逆 温,辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温； 下沉逆温：又称为压缩逆温，由气团下沉，顶部绝热增温比低部多形成； 湍流逆温：由低层空气的湍流混合而形成的逆温；,逆 温,锋面逆温：多在对流层中，暖气流受地球旋转作用力而与相邻的低温气流相遇时，形成一冷暖气流交界面，当暖气流在冷空气之上
7、时且温差较大时，即出现锋面逆温； 平流逆温：暖空气平流到冷地面，下层空气受地面影响大、降温多，上层空气降温少而形成的逆温。 很多情况下，大气中出现的逆温是几种原因共同形成,大气边界层风场,风的形成：水平运动 水平气压梯度力 地球自转偏向力 惯性离心力 摩擦力 在大气边界层内，风速随高度增加而增大 一般气象站观测到的是地面10m处的风速，需要知道烟囱出口及烟囱有效高度处的平均风速,大气边界层风场,风速廓线：风速随高度变化的曲线,适合高度小于300m。,不同稳定度下的p值,大气边界层风场,地方性风场 山谷风：发生在山区的山风与谷风的总称，是以24小时为周期的局地环流，由山坡和谷地受热不均匀产生；
8、海陆风：海风与陆风的总称，发生在海陆交界地带，是以24小时为周期的局地环流； 城市热岛风：由城乡温度差引起的局地风。 要引起注意，增加了大气环境影响评价的难度,污染源调查与评价,污染源调查 调查范围 调查内容与方法 工业污染源 交通运输污染源 居民污染源 污染物排放量估算 物料平衡法 排放系数法,污染源评价等标污染负荷,污染物的等标污染负荷 Gij为污染源j污染物i的年排放量，Si为污染物的评价标准 污染源j有n种污染物参与评价，则污染源j的等标污染负荷Pi为各污染物等标污染负荷Pij之和； 评价区有m个污染源含第i种污染物，则该污染物在评价区内的等标污染负荷Pi为各污染源等标污染负荷Pij之
9、和；,污染源评价,区域的等标污染负荷P为该区域内所有污染源的等标污染负荷Pi之和； 污染物i占工厂的等标污染负荷比Kij=Pij/Pj 评价区污染物i的等标污染负荷比Ki=Pi/P 污染源j占区域的等标污染负荷比Kj=Pj/P,污染源评价,主要污染物的确定 将污染物等标污染负荷进行排列，从小到大计算累计百分比，确定主要污染物。 主要污染源的确定 将污染源等标污染负荷进行排列，计算累计百分比，确定主要污染源。,实 例,评价标准：C SO2 =0.15; C NOx=0.1;CTSP=0.3,等标污染负荷,污染气象参数调查,一般污染气象参数 地面气象资料 高空气象资料 大气平均场参数和湍流扩散参数
10、的观测 地面观测 低空探测,大气扩散实验,示踪法 平衡球标记法 烟云照相法 环境风洞模拟法,大气环境质量现状评价,评价工作程序 调查阶段 环境监测 评价分析 现状监测 确定监测范围 监测点数目和布设 监测时间和频率,大气环境质量现状评价方法,目前采用比较直观、简单的单项评价指数法,大气环境影响评价,定量地评价拟建项目建设前大气环境质量现状，识别对大气环境的哪些质量参数产生影响，预测建设项目投产后大气污染指数的变化，解释污染物质在大气中的输送、扩散和变化的规律，提出建设项目污染源的控制治理对策。,大气环境影响评价,评价工作级别与范围 工作程序 影响预测 参数确定 影响评价,评价工作的分级,根据评
11、价项目的主要污染物排放量、周围地形的复杂程度以及当地执行的大气环境质量标准等因素,将大气环境影响评价工作划分为一、二、三级。 项目周围地形特征可分为平原和复杂地形两类。复杂地形系指：山区、丘陵、沿海、大中城市的城区等。 根据对建设项目的初步工程分析，选择13种主要污染物，以Pi确定评价等级。,评价工作的分级,Pi-等标排放量，m3/h； Qi-单位时间排放量，t/h； coi-大气环境质量标准，mg/m3。GB3095-1996二级标准，小时浓度。,大气环境影响评价范围的确定,建设项目的大气环境影响评价范围，主要根据项目的级别确定。 对于一、二、三级评价项目，大气环境影响评价范围的边长，以项目
12、主要污染源为中心，一般分别不应小于1620km、1014km、46km。平原取上限，复杂地形取下限。,污染气象及大气扩散规律,大气环境影响预测,预测任务 大气环境影响预测应利用数学模式和必要的模拟试验，计算或估计评价项目的污染因子在评价区域内对大气环境质量的影响。 预测内容 一次(30min)和24小时取样时间的最大地面浓度和位置。 不利气候条件下，评价区域内的浓度分布图及其出现的频率。 评价区域季（期）、年长期平均浓度分布图。,大气环境影响预测,预测方法 三级评价项目，建议采用正态模式进行预测。 一、二级评价项目，可采用正态模式（包括某些修正的正态模式）或平流扩散方程、随机游动等数值模式预测
13、，预测中应估计到地形的影响及气象平均场的时空变化规律，并尽可能估计污染的迁移转化规律。 对于一、二级评价项目，在可能出现背风涡以及下沉、下洗气流的复杂地形或高大建筑物附近，必要时，还应通过室内模拟（风洞、水槽）试验进行预测。,大气环境影响预测,高斯模式（正态模式）统计模式 假定条件 污染物稳定且保守 地面全反射，没有沉降、吸收 流场均匀定常 平均风速不能太小 标记粒子在Y、Z方向上均满足正态分布 连续点源的高斯模式的导出（略） 质量守恒原理 梯度输送理论,高斯模式,无界空间情况（不考虑地面情况）,有很强的假定，限定条件多 未考虑地面、地形条件 气象条件仅考虑风速 污染源空间位置没有考虑等等 需
14、要进行修正,高斯模式,有界情况下，考虑地面及源高的影响，利用像源法,y，z扩散参数 He有效排放源高,高斯模式,污染物在地面浓度的分布,高斯模式,污染物沿下风轴线的分布,最大地面浓度及其位置 对上式求导，令其为0，可得到,高斯公式,高架连续点源地面浓度 H大于50m 需要考虑混合层修正问题 与考虑地面反射类似 一般反射次数考虑4次,高斯公式,长期平均浓度 平均时间超过1h，由于风向的摆动，任一方位内的污染物浓度在横向上趋于均匀分布 需要考虑各个风向的影响,高斯公式,多源长期平均浓度 单源长期影响的累加 小风与静风的点源扩散模式 0.51.5m/s与00.5m/s 不能用高斯公式,高斯公式,颗粒
15、物模式 颗粒物大于15m时使用 熏烟模式 发生在早晨逆温情况下,高斯公式,线源模式（公路及街道） 风向与线源的关系 边缘效应,高斯公式,面源模式 等效（虚拟）点源法 扩散系数修正法,参数确定,烟气抬升高度的计算 有风，中性和不稳定条件下 有风，稳定条件下 静风、小风条件下 大气边界层高度 中性和不稳定条件 稳定条件下,参数确定,大气稳定度分级 大气扩散参数,大气稳定度分级,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（简记PS），分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定六级。它们分别为A、B、C、D、E、F。 确定等级时首先由云量与太阳高度角，查出
16、太阳辐射等级数,再由太阳辐射等级数与地面风速，查找稳定度等级。,太阳辐射等级数,总云量/低云量,大气稳定度的等级,太阳高度角的计算,式中：ho太阳高度角，deg ； 当地纬度，deg.； 当地经度，deg ； t进行观测时的北京时间； 太阳倾角。,扩散参数y、z的确定,0.5h取样时间 平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法如下： A、B、C级稳定度直接由表B3和表B4查算，D、E、F级稳定度则需向不稳定方向提半级后由表B3和表B4查算。 工业区或城区中的点源，其扩散参数选取方法如下： A、B级不提级，C级提到B级，D、E、F级向不稳定方向提一级，再按表B3和表B4查算。 丘陵山区的农村或
17、城市，其扩散参数选取方法同工业区。,B3 横向扩散参数幂函数表达式数据 （取样时间0.5h）,B4 垂直扩散参数幂函数表达式数据 （取样时间0.5）,其它情况下扩散参数y、z的确定,大于0.5h取样时间 小风和静风（u101.5/s）时 对于一、二级评价项目，当He200m时也可选用更符合该项目实际条件的扩散参数。,大气环境影响评价,计算评价指数和污染分担率 建设项目的厂址和总图布置的评价 污染源评价 分析超标时的气象条件 评价大气环境质量影响 确定分担率 环境保护对策,计算评价指数和污染分担率,评价指数Ii的定义如下： 式中： ci某种污染因子不同取样时间的浓度预测值，mg/m3 ； coi
18、大气环境质量标准，mg/m3。 Ii1为超标，否则为未超标，也可采用类似于Ii的其它形式的评价指数。 应对预测的各污染因子的浓度分布图，指明其超标区或Ii最大值区（未超标时）的位置、面积、Ii的变化范围和平均值，以及超标区的功能特点。 一次取样浓度超标时，应估计其季（期）或年的超标小时数或频率值。季（期）、年按其平均浓度值是否超标计算。,计算评价指数和污染分担率,污染分担率Kij 式中： ciji类污染因子的第j类（或个）源在同一接 收点上所产生的地面浓度，mg/m3； ci某种污染因子不同取样时间的浓度预测 值，mg/m3。 给出各计算点（包括关心点）的Kij值以及超标区、各功能区和全评价区
19、的Kij平均值。,建设项目的厂址和总图布置的评价,根据建设项目各主要污染因子的全部排放源在评价区的超标区（或Ii值的最大区域）中或关心点上的污染分担率Kij，同时结合评价区的环境特点、工业生产现状和发展规划，以及环境质量水平和可能的改造措施等因素，从大气环保角度，对厂址选择是否合理，提出评价和建议。 根据建设项目各类（如点、面源；各分厂或车间等）和各个（点源）污染源在评价区（主要指超标区和关心点）以及本项目的厂区、办公区、职工生活区的污染分担率，同时结合环境、经济等其它因素，对总图布置从大气环保角度提出评价和建议。,建设项目的厂址和总图布置的评价,如果在该评价区内有几种厂址选择的方案或总图布置
20、方案，则应给出各种方案的预测结果（包括浓度分布图和污染分担率），再结合环境、经济等方面的各种因素，全面权衡利弊，从大气环保角度，提出最佳选择方案的建议。,污染源评价,根据各污染因子和各类（或个）污染源在超标区或关心点上的Ii及Kij值，确定主要污染因子和主要污染源，以及各污染因子和污染源对污染贡献大小的次序。 对主要污染物或主要污染源的原设设计方案（源高、源强、工艺流程、综合利用措施和治理技术等）从大气环保角度，提出评价和建议。必要时，进行不同方案的预测和最佳方案的选择。,分析超标时的气象条件,根据预测结果分析出现超标时的气象条件。例如：静风，大气不稳定状态，日出和日落前后的熏烟和辐射逆温的形
21、成，海岸线熏烟，下沉逆温，因特定的地表或地形条件引起的局地环流（海陆风、山谷风、热岛环流等），背风涡以及山沟内河湾地区造成的气流阻塞现象等。给出其中的主要影响因素以及这些因素的出现时间、强度、周期和频率。 对于扩建项目，如已有污染因子的监测数据，可结合同步观测的气象资料，分析其超标时的气象条件。,评价大气环境质量影响,根据评价或分析结果，结合调查中的各项资料，全面分析建设项目最终选择的设计方案（一种或几种）对评价区大气环境质量的影响，并给出这一影响的综合性估计和评价。,确定分担率,如果条件具备，应在当地环保部门的主持下，根据建设项目预计的经济效益和社会效益经及预测的污染分担率，评价区的大气环境
22、质量现状及其改造和长远发展规划，当地的地理地形和气象特征等因素给出各污染因子的标准分担率（该建设项目某一污染 因子的允许最大地面浓度占该因子质量标准的百分比）。 对于一级评价项目，必要时应在对评价区及其界外区域进行更详细的调查和预测之后，按总量控制的原则，提出比较合理的标准分担。,环境保护对策,制定的环境保护对策应力求减轻建设项目对大气环境质量的不良影响，并使环境效益、社会效益、经济效益达到统一。 环境保护对策的内容，建议包括以下几个方面： 改变原燃料结构 改进生产工艺； 对重点污染源加强环保治理（应提出具体治理方案）； 加强能源、资源综合利用； 重点污染源的合理烟囱高度选择；,环境保护对策,
23、无组织排放的控制途径； 区域污染物排放的总量控制； 当地土地的合理利用或调整； 厂区及评价区的绿化，必要时可提出防护林带的设置方案； 环境监测大纲的建议，包括监测项目、监测布点方案、监测制度的确定、监测资料的统计分析要点等； 关于生产管理制度的建议。,大气环境评价的前沿问题,长距离输运的估算 不确定性评价 数值方法的验证问题 局地大气环境评价问题风洞模拟 地方性风场影响预测问题 项目建设对全球变化的影响问题,应用实例,某钢铁厂技改工程大气环境影响评价,工程概况,生产钢材能力由15万t/a增加到30万t/a 需完成转炉炼钢、电炉炼钢等系统的扩建和技术改造，废气排放量将增加 厂址位于城市东面，距城
24、区中心7km，地形为河谷盆地，地质结构为风成黄土 属温带半干旱气候，干旱而寒冷，温差大、降水少,评价等级及范围的确定,技改工程主要污染物为TSP、SO2， TSP排放量为4580t/a， SO2排放量为1210t/a 根据评价等级确定公式，计算得到PTSP= 1.74 109， PSO2= 2.75 108，故评价级别为三级？二级？ 评价范围根据级别及周围实际情况选择6 5km。,工程分析,电炉炼钢工艺流程：钢铁料、合金料 熔化 氧化 扒渣 还原 浇铸 在熔化、氧化、还原阶段均有废气排放，主要是烟尘、SO2、CO、CO2、氟化物等 转炉炼钢工艺流程：矿石、石灰、铁水、氧气 转炉炼钢 炼钢、炼铁
25、阶段有废气外排，主要是烟尘、SO2、CO等,污染源情况,现有废气污染源废气排放总量14.43 108 m3/a，其中烟尘5386t/a，SO2 707.17t/a，NOX123t/a，CO 638t/a。 根据污染源调查，主要污染物为烟尘、 SO2，主要污染源是转炉车间，其等标污染负荷分担率为36%，其次为电炉车间，分担率为23%。 技改工程后，废气排放总量31 108 m3/a，由于改造布袋除尘治理设施，烟尘排放量4580t/a，SO2 1210t/a。,大气环境质量现状,现状监测以转炉车间为中心，东西向各3km，南北向各2.5km范围内布点，设7个采样点，厂区2个，厂生活区1个，市区3个，
26、对照点1个， 监测项目：TSP、 SO2、CO、NOX、HF 采用GB3095-1996二级标准进行评价 结果表明厂区空气质量差，生活区、城区尚可,大气环境影响预测,预测内容 1h和日平均取样时间地面最大浓度和位置 不利气象条件下，评价区域内浓度分布图及其出现频率 评价区年平均浓度分布图 预测因子：TSP、SO2,评价区网格化,以炼钢车间为中心5km 5km范围 500m 500m为1个计算网格,气象数据的处理,根据气象资料归纳出评价区年、季，风向、风速、稳定度联合频率分布,气象数据的处理及源项的处理,收集全年不利（逆温）气象条件参数 污染源处理 源高小于30m及无组织排放源作为面源 30m以
27、上排气筒安高架源处理,预测模型及方法,采用高斯模式 扩散参数根据相关表格查得（导则） 有效源高：面源按冷排放考虑，高架源要考虑抬升，抬升高度按GB3840-83规定的方法计算 预测结果：将短期浓度监测时的气象条件用于预测模型的计算，根据建设工程的污染源，计算出相同条件下的预测浓度，与现状监测数据相叠加。,评价结果,需给出以下图件 主导风向下各大气稳定类型的大气环境质量状况短期预测分布图 月、季、年平均大气环境质量状况长期预测分布图 各大气稳定类型下主要评价因子TSP、SO2的最大落地浓度值及距离 季、年最大落地浓度的平均值及平均距离等,浓度等值线图,2019/7/7,92,使用时，直接删除本页！,精品课件，你值得拥有！,精品课件，你值得拥有！,2019/7/7,93,使用时，直接删除本页！,精品课件，你值得拥有！,精品课件，你值得拥有！,2019/7/7,94,使用时，直接删除本页！,精品课件，你值得拥有！,精品课件，你值得拥有！,评价结果,技改后，评价区各测点SO2夏、冬季日平均浓度值达到GB3095-1996二级标准。 TSP总排放量减少，日平均值在评价区内较监测时降低0.18-0.31mg/m3。 但由于炼钢区本底TSP超标，项目技改后仍将超标。,