1、第六章第六章 污染气象学的应用污染气象学的应用6.1 厂址选择与烟囱高度设计厂址选择与烟囱高度设计一、一、厂址选择厂址选择二、烟囱高度设计二、烟囱高度设计6.2 大气环境影响评价与空气污染研究大气环境影响评价与空气污染研究一、建设项目大气环境影响评价一、建设项目大气环境影响评价二、空气污染预测预报二、空气污染预测预报三、全球性大气污染问题研究三、全球性大气污染问题研究6.1 厂址选择与烟囱高度设计一、厂址选择 是一个复杂的综合性课题，涉及政治、经济、技术等各方面问题。充分利用大气扩散稀释能力、防治大气污染。（一）厂址选择的重要性（一）厂址选择的重要性 厂址选择是指在相当广阔的区域内选择建厂的地
2、区，并在地区、地点范围内从几个可供考虑的厂址方案中选择最优厂址方案的分析评价过程。厂址条件选择是项目建设条件分析的核心内容。不仅关系到工业布局的落实、投资的地区分配、经济结构、生态平衡等具有全局性、长远性的重要问题，还将直接或间接地决定着项目投产后的生产经营，直接或间接地决定着项目投产后的经济效益。厂址选择是项目投项目资决策的重要一环。必须从国民经济和社会发展的全局出发，运用系统观点和科学方法来分析评价建厂的相关条件，正确选择建厂地址，实现资源的合理配置。（二）厂址选择基本原则基本原则 厂址选择必须多方案比较论证，选出投资省、建设快、运营费低、具有最佳经济效益、环境效益和社会效益的厂址。、符合
3、所在地区、城市、乡镇总体规划布局。、节约用地，不占用良田及经济效益高的土地，并符合国家现行土地管理、环境保护、水土保持等法规有关规定。、有利于保护环境与景观，尽量远离风景游览区和自然保护区，不污染水源，有利于三废处理，并符合现行环境保护法规规定。例 发电厂厂址选择原则发电厂厂址选择原则发电厂厂址选择，应根据中长期电力规划、燃料来源、运输条件、地区自然条件、环境保护要求和建设计划等因素全面考虑。在选厂工作中，应从全局出发，正确处理相邻农业、工矿企业、城市规划、国防设施和人民生活等各方面的关系。选择发电厂厂址时应研究电网结构、电力和热力负荷、燃料供应、水源、交通、燃料及大件设备运输、环境保护要求、
4、灰渣处理，出线走廊、地质、地震、地形、水文、气象、占地拆迁、施工以及周围工矿企业对电厂的影响等条件，拟订初步方案，通过全面的技术经济比较和经济效益分析，提出论证和评价。选择发电厂厂址场地时，应充分考虑节约用地，尽量利用非可耕地和劣地，还应注意少拆迁房屋，减少人口迁移，尽量不破坏原有森林、植被和减少土石方开挖量。选择燃煤发电厂厂址时，必须选择合适的贮灰场。贮灰场应不占或少占农田，不应占用江河、湖泊的蓄洪、行洪区，并满足环境保护的有关要求。发电厂厂址宜优先选择在环境容量较大、排放条件较好的地区。除以热定电的热电厂外，不应在大中城市城区及近郊区新建燃煤电厂。选择发电厂厂址时，应注意发电厂与其他工业企
5、业所排出的废气、废水、废渣的相互影响。发电厂厂址宜选择在其附近城镇或生活区按常年最小频率发电厂厂址宜选择在其附近城镇或生活区按常年最小频率风向的上风侧。风向的上风侧。（三）、（三）、厂址区域的选择厂址区域的选择 选择建厂地区要考察的因素既有政治方面的，也有经济方面，有自然方面的，还有社会方面的。1自然环境自然环境自然环境包括气候条件和生态要求两个方面。（1）气候条件 气候在选择建厂地区时是一个重要因素。除了直接影响项目成本以外，对环境方面的影响也很重要。在厂址选择时，应从气温、湿度、日照时间、风向、降水量等方面说明气候条件。这些方面中的每一项都可以进行更详细的分析，如平均日最高气温和最低气温及
6、日平均气温等。（2）生态要求 有些工厂可能本身并不对环境产生不利影响，但环境条件则可能严重影响着工厂的正常运行。食品厂多数为农产品加工项目，明显依赖于使用的原材料，这些原材料可能由于其他因素(如被污染的水和土壤)而降低等级。有的食品项目，用水量很大，而且对水质要求也很高，如果附近的工厂将废水排入河中，影响工厂水源的卫生质量，则该项目将受到严重损害。2社会经济因素社会经济因素 （1）国家政策的作用 （2）财政及法律问题 基础设施条件基础设施条件 企业的正常运行对各种基础设施条件有很强的依赖性。可利用的、发达的、多样的经济及社会基础设施是不可或缺的。项目规模也可能对建厂地区构成严重的制约。如果项目
7、相对较大，则可能只有少数几个建厂地区能够满足项目在建设和生产期对能源、设备、劳动力、土地等的质量与数量的需要。（1）燃料动力（2）人力资源（3）基础服务设施（4）排污物及废物处理（四）（四）厂址选择厂址选择 在建厂地区基本确定后 应在可行性研究中，确定项目厂址。在可能的情况下，尽可能确定几个备选方案，然后从自然条件、基建条件、生产条件、环境保护和成本费用等方面进行综合比较论证，从中选择一个最佳的厂址方案。厂址的生态条件(土壤、场地上的危险因素和气候等)；环境影响(限制、标准、准则)；社会经济条件(限制、鼓励、要求)；厂址所在地的基础设施(现有的工业基础设施、经济和社会基础设施，关键性的项目投入
8、物，如劳动力和燃料动力的来源情况)；战略问题(有关将来可能的发展、供应和销售政策的战略)这些因素的重要性，随着项目的性质，拟进行的土建工程种类，排污物的种类和工人人数而定。充分利用大气扩散稀释能力、防治大气污染新建厂址需进行大气环境评价。1.厂址选择需要风向、风速、稳定度、混合层高度2.厂址选择（背景浓度低、污染系数小（最小风频）、温度层结、地形）3.厂址宜选择在城镇或生活区按常年最小频率风向厂址宜选择在城镇或生活区按常年最小频率风向的上风侧。的上风侧。二、烟囱高度设计 烟囱不仅是生产工艺上为获得一定抽力的排气筒,更重要的是控制大气污染保护环境的重要设施。烟囱高度要以适合当地气象和环境空气质量
9、实际情况为原则,最大限度地减轻污染物落地浓度对当地造成的不利影响,并从技术、经济的合理性方面进行分析和论证,这对减轻污染和减少资金投入以及对于指导环境空气影响评价工作具有重要意义。二、烟囱高度设计 烟囱不仅是生产工艺上为获得一定抽力的排气筒,更重要的是控制大气污染保护环境的重要设施。烟囱高度要以适合当地气象和环境空气质量实际情况为原则,最大限度地减轻污染物落地浓度对当地造成的不利影响,并从技术、经济的合理性方面进行分析和论证,这对减轻污染和减少资金投入以及对于指导环境空气影响评价工作具有重要意义。烟囱的主要尺寸和工艺参数,如烟囱高度、出口内径、出口烟气流速等不仅要满足生产工艺的要求,更主要的是
10、满足减轻所排污染物对地区污染的需要。由于地面污染浓度与烟囱高度的平方成反比,因此,通常采用增加烟囱高度的方法来减轻对局部地区的污染。但烟囱的造价大体上与烟囱高度的平方成正比,而且,当烟囱高度超过一定限度后,进一步增加烟囱高度对改善地面环境质量收效甚微,因此烟囱并非越高越好。既要保证烟囱的合理高度,能满足国家和地方规定的排放标准要求,又要使它的排放造成的地面最大浓度不超过环境空气质量标准限值,还应使它能在满足上述要求的前提下,投资最省。另一方面,也可通过增加烟气抬升高度来减轻污染物对局部地区的污染,烟气抬升高度越高,在一定条件下,可以适当降低烟囱的实际高度。因此,如何为建设单位设计出高度合理的烟
11、囱是一项非常重要的工作。在严格执行烟囱高度合理性设计的有关国家标准、规范的基础上,多方案比较论证,才能选出高度合适、满足环保要求又节约投资的烟囱。要求既满足污染扩散要求，又要考虑节省投 资，保证地面浓度不超过质量标准。按高斯模式推算。对地面浓度要求不同，其计算方法亦不同。1.按地面最大浓度计算烟囱较矮2.按绝对最大浓度计算（危险风速下）烟囱较高，造价高3.P值法国标法v注意：模式选择是否合适（封闭、熏烟）抬升公式选择 烟囱参数：出口烟速20-30m/s，烟温100以上，出口烟速需大于给出平均风速的1.5倍。烟囱为附属建筑物高度的1.5-2.5倍设计烟囱高度时需要考虑的因素设计烟囱高度时需要考虑
12、的因素在一定气象条件下,污染物落地浓度主要受有效烟源高度的影响,有效烟源高度为烟囱高度和烟气抬升高度之和。烟囱的有效高度计算方法如下:He=Hs+H式中:He 烟囱有效高度,m;Hs 烟囱几何高度,m;H烟气抬升高度,m。污染物落地浓度达标分析及对环境敏感点的影响污染物落地浓度达标分析及对环境敏感点的影响不同类别的功能区执行不同的大气质量标准,污染物最大落地浓度不得高于国标的规定。设计烟囱高度时,必须考虑：不同高度、不同稳定度的年平均风速下的污染物落地浓度是否达标,要考虑污染物落地浓度对周围环境敏感区(如风景名胜区、生态敏感与脆弱区、社会关注区、居民区等)的影响。风向、风速影响风向、风速影响风
13、向决定着污染物的落区,风向出现频率大的方位是污染物落地浓度较大的区域。风速决定着污染物的扩散速率,风速越大,污染物扩散越快。静风和小风时,污染物在污染源附近各方位均匀缓慢扩散,易在源附近地面出现污染物高浓度。在静风和小风出现频率较高的地区,不宜建污染物排放量较大的烟囱,避免出现静风型污染。逆温影响逆温影响逆温是强稳定天气指标,当温度层结出现了上部逆温情况时,污染物的垂直扩散收到抑制,污染物就在地面和逆温层底之间进行扩散,逆温层底上、下两侧的浓度相差510倍。当L(混合层厚度m)1.5m/s)1小时平均最大浓度预测结果见表3。由表3，两个方案对比分析可以看出,在有风正常条件下,浓度影响值和产生的
14、距离相差很小。(2)静小风条件电厂排放的SO2 和NO2 在静小风条件下,SO2和NO2 1小时平均浓度预测结果见表4。两个方案对比分析可以看出,在静小风条件下,浓度影响值和产生的距离相差很小。(3)薰烟条件当发生薰烟型气象时电厂排放的SO2、NO2 1小时平均浓度最大值预测结果见表5。两个方案对比分析可以看出,在熏烟条件下,浓度影响值和产生的距离相差很小。日平均浓度预测根据当地的气象条件,收集了2005年厂址地区各月逐时地面气象资料,逐日进行了大气污染物日平均浓度预测,全年中前十位最大浓度预测统计结果见表6。两个方案对比分析可以看出,两个方案的日平均浓度影响值相差很小。烟囱高度选择合理性分析
15、工程中采用高烟囱排放,充分利用大气空间的稀释能力,有效地减轻电厂排放的烟气污染物对环境空气的污染。对210m设置GGH系统、240m不设置GGH系统两种高度的烟囱进行不同条件下的环境影响分析,分析结果表明,两个方案的污染物浓度影响值和产生的影响范围相差较小,在环境影响方面两个烟囱高度建设方案均可行。因此,进一步合理的确定烟囱高度,还应从两个不同方案的技术、经济及环境的比较分析结果来确定合理的烟囱高度。两个不同方案的技术、经济及环境的比较结果见表7。(1)从环境影响方面可以看出,两种方案污染物落地浓度值变化不大,因此本期工程采用240m高烟囱、不设置GGH系统是可行的。(2)从技术方面分析认为采
16、用两者均可行,但采用210m烟囱、设置GGH系统时,GGH系统运行时会出现漏风问题,从而达不到烟气100%脱硫效果,影响脱硫效率。(3)从经济比较上看,240m烟囱投资较210m、设置GGH系统时投资相对较少,同时由于脱硫系统中的GGH设备运行管理与维修费用较高,因此从建设投资与运行费用两方面比较来看,选择210m、设置GGH系统时建设投资和运行费用均较高。因此,从技术、经济和环保角度,结合电厂运行对周围环境影响情况,认为选用240m烟囱是经济合理的。第六章 污染气象学的应用6.1 厂址选择与烟囱高度设计一、厂址选择二、烟囱高度设计6.2 大气环境影响评价与空气污染研究一、建设项目大气环境影响
17、评价二、空气污染预测预报三、全球性大气污染问题研究一、建设项目大气环境影响评价 为保护人群健康，减少正常排放条件下大气污染物对居住区的环境影响，在项目厂界以外设置的环境防护距离。3种种空气质量预报预报内容空气质量预报预报内容v空气污染指数空气污染指数(API,Air Pollution Index)v区域空气质量指数（区域空气质量指数（RAQI,Regional Air Quality Index）v空气质量指数（空气质量指数（AQI,Air Quality Index）v首要污染物首要污染物(SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5)v环境空气质量等级（环境空气质量等级（级）级）二、空气污
18、染预测预报空气污染浓度预报空气污染浓度预报：v真正的污染物浓度的准确预报是很难的。原因是：空气质量观测少，排放源资料不足；特别是与气象预报能力相适应的那个时段的排放源资料（即1到48小时的范围）不足，并且还缺少有关城市综合体上空大气的气象状态的详细情报。只有逐步改进逐步改进。（1）潜势预报加上经验方法）潜势预报加上经验方法 缺点是误差大（2）统计方法）统计方法v大气污染统计预报是不依赖物理、化学及生物过程（不了解变化机理）的预测方法，主要有因次分析法和回归分析法。v统计预报需多年的气象与污染物浓度分布资料建立统计模型。它简单、实用。v统计预报需要的参数比如有：风向、风速、空气温度、降水、日照、
19、云量、混合层厚度、逆温层高度、大气稳定度、热岛强度、建筑物形状和布局等。一般污染浓度预报有以下几种方法：（3）半经验模型）半经验模型v A基于质量守恒定律的箱模型v B基于湍流扩散统计理论的高斯模型（4）空气质量数值预报模式）空气质量数值预报模式v空气质量数值预报模式是一种专业预报模式。它主要包括两大部分：气象模式和化学物质模式。v空气污染预报是一项复杂的系统工程。需要一个完善的空气质量模式作为理论基础，该模式必须较全面地包含污染物在大气中的物理、化学和生态过程，能很好地反映污染物在大气中的演变规律，为大气环境的综合治理提供决策依据。v一个正确而合理的气象模式是空气质量模式的基础。特别对于复杂
20、地形和下垫面，由于地形的动力作用，会使流场发生形变，产生气流的辐合与辐散，增强气流的切变，地形或下垫面的加热不均会引起某些局地环流，这些作用都会影响气流的轨迹和大气湍流强度，从而影响污染物的输送和扩散。建立一个能正确预报复杂下垫面条件下的风场、温度场、湿度场及其降水量的正确模式是十分必要的。v此外，为了精确预测污染物的扩散和演变，还必需有适当的化学物质浓度模式。空气质量预报进展：v20世纪60年代，开始出现区域尺度空气污染潜势预报。v60年代末，逐渐开展空气污染浓度统计方法预报。几乎与统计预报方法同时出现了空气污染浓度预报的半经验数值模型，如基于质量守恒定律的箱箱模型模型以及基于湍流扩散统计理
21、论的高高斯模型斯模型等。（第一代模式）。（第一代模式）。v70年代后期，迅速发展起来的基于大气物理-化学过程耦合的欧拉型数值模型（第二代模欧拉型数值模型（第二代模式）式）。通常集中在单个污染物，如对流层臭氧、酸沉降、能见度、颗粒物。v1996年，第三代空气质量模式第三代空气质量模式MODELS-3。它同时模拟多个污染物，结合了化学和气象要素的综合作用。1998年释放。v第四代第四代是包括了空气、水、陆地和生物的整个生态系统的模型。各模式特点：v第一代模式第一代模式：缺排放源库，用客观分析气象场，用参数化混合层，无干沉降过程，无云过程，无化学反应v第二代模式第二代模式：用高分辨率气象模式，有气相
22、反应，液相反应，有云和降水，有干沉降，有湿沉降（冲刷），代表模式有：ADOM，RADM2，STEM-II等。v第三代模式第三代模式：化学过程更多更全面，气溶胶化学过程，平流层-对流层物质交换等。v“温室效应温室效应”与与全球气候变暖全球气候变暖v臭氧层破坏臭氧层破坏v酸雨污染酸雨污染三、全球性大气污染问题研究温室效应温室效应v“温室效应温室效应”的概念最早是由瑞典化学家斯万特的概念最早是由瑞典化学家斯万特阿阿勒尼斯提出来的。勒尼斯提出来的。v他认为，围绕地球的大气层好象温室的玻璃，不断他认为，围绕地球的大气层好象温室的玻璃，不断吸收地球的辐射，然后又把部分能量反射回地球。吸收地球的辐射，然后又
23、把部分能量反射回地球。v温室效应原本是地球保持体温的关键，但是随着世温室效应原本是地球保持体温的关键，但是随着世界工业日益发展，大气层中的二氧化碳等温室气体界工业日益发展，大气层中的二氧化碳等温室气体不断增加，改变了大气层的结构，使原来可以进入不断增加，改变了大气层的结构，使原来可以进入宇宙的地球热量更多地被大气层吸收，继而又被反宇宙的地球热量更多地被大气层吸收，继而又被反射回地球，从而提高了地球表面的温度。射回地球，从而提高了地球表面的温度。全球气候变暖全球气候变暖 过去二十万年温度变化同二氧化碳浓度变化的关系过去二十万年温度变化同二氧化碳浓度变化的关系（万年）近年大气中二氧化碳浓度变化近年
24、大气中二氧化碳浓度变化二氧化碳浓度二氧化碳浓度年代年代上升上升30cm上升上升60cm淹没面积淹没面积（平方（平方公里）公里）损失（元）损失（元）淹没面积淹没面积（平方公（平方公里）里）损失（元）损失（元）珠江三角洲珠江三角洲1153136亿亿3453416亿亿长江三角洲长江三角洲及苏北沿及苏北沿岸岸89813亿亿27241417亿亿黄河三角洲黄河三角洲及蓬莱湾及蓬莱湾21010589亿亿23100618亿亿v发现：臭氧在发现：臭氧在1849年首次被人类发现，臭氧年首次被人类发现，臭氧层问题是美国化学家罗兰和穆连于层问题是美国化学家罗兰和穆连于1974年首年首先提出来的。先提出来的。v原因：原
25、因：氯氟烃化合物的使用氯氟烃化合物的使用v分布：主要在南极上空。分布：主要在南极上空。v作用：吸收作用：吸收99%的紫外线，保护地球上的生的紫外线，保护地球上的生命命v危害危害：人类：皮肤癌、白内障等。人类：皮肤癌、白内障等。其它生物：农作物生长、海洋生物繁殖等。其它生物：农作物生长、海洋生物繁殖等。臭氧层破坏v污染源：燃煤、汽车尾气（城市）污染源：燃煤、汽车尾气（城市）v污染物：硫化物、烟尘等污染物：硫化物、烟尘等v酸雨：酸雨：ph值小于值小于5.6v酸雨的分布：北美、北欧、中国江南酸雨的分布：北美、北欧、中国江南v酸雨的危害：植被、农作物、建筑，危害人酸雨的危害：植被、农作物、建筑，危害人体健康等一系列问题体健康等一系列问题 酸雨污染酸雨污染北美北美欧洲欧洲长江以南长江以南世界三大酸雨区世界三大酸雨区？问题与讨论
