大气环境质量评价资料

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课程名称环境检测与评价计划学

时

授课章节第17课大气环境质量评价

教学目的和要求：

了解大气环境质量评价的现状、大气质量的预测模型以及清楚大气环境影响评价的程序、等级划分等内容。掌握大气环境评的基本知识。

教学基本内容：

（1）大气环境现状评价；

（2）大气环境预测模型；

（3）大气环境影响评价。

教学重点和难点：

大气环境评价的预测模型，大气环境影响评价的程序等。

大气环境质量现状评价的数学方法。

授课方式、方法和手段：

采用多媒体与板书相结合的讲解、提问等方式、方法和教学手段。

作业与思考题：

什么是有效源高？怎样确定烟气抬升高度？

第十七课大气环境质量评价

一、大气环境质量现状评价

（一）大气污染监测评价

1．大气污染的形成：污染源向大气环境排放污染物（根源）——大气——在风和湍流的作用下向外输送扩散——当污染物积累到一定程度——改变了大气的化学组成和物理性状——对人类生产、生活甚至人群健康威胁——大气污染

2．影响污染物地面浓度的因素

（1）污染源：源的形态（点源、线源、面源）、源强、源的排放规律

（2）大气的稀释扩散能力

3．评价程序

（1）调查准备阶段：范围、污染源及主要污染物、制定检测规划、装备；

（2）污染物监测阶段：

（3）评价分析阶段：分析大气质量的时空变化规律、污染状况等

（4）成果运用阶段：根据评价结果，提出防治对策。

4．大气污染监测评价

（1）评价因子的选择：选择主要大气污染物，例行监测浓度较高的污染物、对人体健康已经有所影响的污染物；

目前，我国各地大气污染监测评价的评价因子包括4类：尘（降尘、飘尘、悬浮颗粒）、有害气体（SO2、氮氧化合物、CO、O3等）、有害元素（F、Pb、Hg、Cr、As等）、有机物（苯并[a]芘、总烃等）。

（2）评价标准的选择：根据不同目的选择标准

（3）监测：①布点：网格布点法、放射状——、功能分区——、扇形——。布点的原则：a：最好设置对照点；b：点的设置要考虑大气污染源的分布和地形、气象条件；c：能覆盖评价区域；d：大气监测布点图。②采样、分析法；③监测频率：一年4季，1、4、7、10月代表冬春夏秋；每个季节采样7天，一日数次，每次采20－40分钟，以一日的几次平均值代表日均值，以7天的平均值代表季日平均值；④同步气象观测：结合气象条件（气象资料）

（4）评价：对监测的数据进行统计、分析，选择适宜的大气质量指数模型求出大气质量指数。绘出大气质量分布图、主要污染源和污染物，进一步提出防治措施。

（二）大气环境质量现状评价的数学方法（P53－P59）

1．上海大气质量指数

2．均值型大气质量指数

3．沈阳大气质量指数

4．分级评价法

5．美国格林大气污染综合指数

6．美国橡树岭大气质量指数（ORAQI ） 7．美国污染物指标指数 8．美国密特大气质量指数

二、大气质量预测模型

1．点源扩散的高斯模型

（1）静风（u 10<1.5m/s 10m 高处的风速）点源扩散模型 （2）连续点源烟流扩散公式

所有连续点源公式，包括应用于各种特殊条件下的变形公式，仅适合于连续排放扩散物质且源强恒定的源。

当有风时(u ≥1.5m ／s)，可采用烟流扩散公式。设地面为全反射体：

()()

2(,,,)

22

2

2

2

exp 22.exp exp 22x y z H y z y e e z z Q

y C u z H z H πσσσσσ??

=-??????

??????-+?

?

-+???????????????

???

扩散参数σy 、σz 通常表示成如下形式：

1

1y x ασγ= 2

2z x ασγ=

最大地面浓度Cmax 及出现距离：当

z

y

const σσ= m a x 22z e y Q C euH σπσ=? max :2

2e

z x x H σγ== 当，

z

y

c o n s t σσ≠ 且11y x ασγ= 22z x ασγ= 则，m a x 21

2e Q

C e u H P π= 2

2

1

121max

221e H x αααγα-????

=+ ? ?????

12

11122212

111111221221e

P H e

ααααααααγγαα-

??+???? ?-- ? ???

????

=

??

+?? ???

2．有混合层反射的扩散公式

大气边界层常常出现这样的铅直温度分布：低层是中性层结或不稳定层结，在离地面几百米到 1—2 km 的高度中存在一个稳定的逆温层，即上部逆温，它使污染物的铅直扩散受到抑制。观测表明，逆温层底上下两侧的浓度通常相差 5—10倍，污染物的扩散实际上被限制在地面

和逆温层底之间。上部逆温层或稳定层底的高度称为混合层高度（或厚度），用h 表示。设地面及混合层全反射，连续点源的烟流扩散公式如下：

（1）当σz<1.6h

()

()()

2,,,22

2

2

2

exp 2222exp exp 22x y z H y z y e e n z z Q

y C u z H nh z H nh πσσσσσ∞

=-∞??=-?

? ??

???????-+++?

?

-+-???????????????

??

?

∑

n = - 4 ~ 4 即可达到足够的精度。

（2）当σz>1.6h

浓度在铅直方向已接近均匀分布，可按下式计算：

()

2,,2exp 22x y H y y Q

y C u h σπσ??=- ? ??

?

3．熏烟扩散公式

高架连续点源排入稳定大气层中的烟流，在下风向有效源高度上形成狭长的高浓度带。当低层增温使稳定气层自下而上转变成中性，或不稳定层结扩展到烟流高度时，使烟流向下扩散产生熏烟过程，造成地面高浓度。此时在熏烟高度zf 以下浓度在铅直方向接近均匀分布，地面浓度计算公式为：

()22

,,2exp 221

exp 22f

f x y z yf yf f p Q

y C u z p dp σπσπ-∞

??

=- ? ???

???- ???

?

式中：

/8yf y e H σσ=+()/f e z

p z H σ=-当稳定气层消退到烟流顶高度 hf 时，全部扩散物质已经向下

混合，地面浓度公式为：

()22

,,exp 222.15f

f x y h yf yf f f e z

Q y C u h h H σπσσ??=- ? ??

?

=+4．连续线源公式

连续线源是指连续排放扩散物质的线状源，其源强处处相等且不随时间变化。在高斯型模式中，连续线源等于连续点源在线源长度上的积分，其浓度公式为：

(),,0

L

L x y z Q C fdl

u

=

?

式中：

Ql ——线源源强，其单位为单位时间单位长度排放的物质量；

f ——表示连续点源浓度的函数，可根据源高及有无混合层反射等情况选择适当的表达式。 对直线型线源等简单的情形则有：

(1) 线源与风向垂直：取 x 轴与风向一致，坐标原点设于线源中点，线源在 y 轴上的长度为

2y0。有地面全反射的浓度公式为：

()

2122,0,0,221exp exp 2222p l

x H p z z Q H p C dp u σπσπ????=-- ????????01y y p σ=-0

2y y

p σ=(2) 无限长线源（线源与风

成大于45度角）的地面浓度公式为：

()

2,,0,22exp 22sin l

x y H z z Q H C u σπσ???

=-??

??Φ为线源与风的夹角

5．连续面源公式

源强恒定的面源称为连续面源。对面源扩散的处理方法主要有虚点源法和积分法等。 虚点源法：设想每个面源单元上风向有一个“虚点源”，它所造成的浓度效果与对应的面源单元相当。于是，可以用虚点源的浓度公式计算面源的浓度：

()()()()()()()()2,,22222

exp 22exp exp 22z y y z z A

x y z y z x x y x x x x e e z x x z x x Q y C u z H z H πσσσσσ+++++??

??=-?

??

?

???????+-??

-+-??????????????????式中：

QA ———某面源单元的源强，在虚点源法中，其 单位与连续点源相同；

x, y,z ——计算点的坐标，坐标原点位于面源中 心在地面的垂直投影点上；

xy,xz ——虚点源向上风向的后退距离。 若有：

1

1y x ασγ=2

2z x α

σγ=1

2

1/1/12/2.15/4.3,e y z H L x x ααγγ??

??== ?

?

??

??

L 为面源单元的边长。应用同样的原理，

也可以用虚点源计算线源、体源造成的浓度。

6．长期平均浓度公式

长期平均浓度：在几天、几月或一年的长时段内，各种风向均可能出现。此时表示短时间烟流横向散布的σy 已不重要，可以用风向频率计算水平浓度公式。

(1)简单的扇形公式：在任意角宽度为2π／n 的扇形区内，连续点源的地面公式是： 1/2

1/2

222exp 22e z z H nfQ

C ux ππσσ????

=- ?

?

??

??式中：f ——在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数。

u ， σz ———应取平均时段内平均风速和铅直扩散参数的平均值(例如，取D 类稳定度的σz)。

(2)联合频率计算公式：在长时间内，不同风速和稳定度影响浓度的权重并不相等。更精确的

计算，应该按照每一种风向、风速和稳定度的频率加权平均，此时的浓度公式为：

,,,,k m l k m l

k

m

l

C c ?=∑∑∑式中：k 、m 、l ——风向、稳定度和风速等级的下标；

ck 、m 、l ——在每一个给定风向、稳定度和风速时的浓度，可取相应的高斯扩散公式计算；

φk 、m 、l ——风向、稳定度和风速的相对联合频率，即有：

,,1

k m l

k

m

l

?

=∑∑∑6．长期平均浓度公式

长期平均浓度：在几天、几月或一年的长时段内，各种风向均可能出现。此时表示短时间烟流横向散布的σy 已不重要，可以用风向频率计算水平浓度公式。

(1)简单的扇形公式：在任意角宽度为2π／n 的扇形区内，连续点源的地面公式是： 1/2

1/2

222exp 22e z z H nfQ

C ux ππσσ????=- ?

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??式中：f ——在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数。

u ， σz ———应取平均时段内平均风速和铅直扩散参数的平均值(例如，取D 类稳定度的σz)。

(2)联合频率计算公式：在长时间内，不同风速和稳定度影响浓度的权重并不相等。更精确的计算，应该按照每一种风向、风速和稳定度的频率加权平均，此时的浓度公式为：

,,,,k m l k m l

k

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l

C c ?=∑∑∑式中：k 、m 、l ——风向、稳定度和风速等级的下标；

ck 、m 、l ——在每一个给定风向、稳定度和风速时的浓度，可取相应的高斯扩散公式计算；

φk 、m 、l ——风向、稳定度和风速的相对联合频率，即有：

,,1

k m l

k

m

l

?

=∑∑∑

三、工作程序、评价等级和评价标准

1．基本内容和工作程序

①弄清建设项目概况，进行工程的大气环境影响因素分析，获得有关源参数(排污种类、源强、源高、排放方式、排放温度、排烟速度等)资料，进行污染源评价。

②大气环境现状监测与评价，取得本底浓度值，进行评价区的环境现状评价

③评价区地形和气象资料的收集和观测，取得环境预测所必须的气象条件和地形条件资料。 ④评价区大气扩散规律的研究，取得评价区的大气扩散参数，并选择适用于评价区的烟气抬升高度模式及大气扩散模式。

⑤评价区污染浓度预测。模拟计算工程投产后将造成的长期和短期环境浓度分布，得到影响浓度值。将本底浓度值与影响浓度值迭加，得到浓度分布预测值，并绘制环境质量变化图。

⑥确定评价标准，评价预测结果，作出结论，提出预防和改善大气质量的对策和建议。

2 ．评价等级划分

《环境影响评价技术导则——大气环境》（HJ／T2.2—93），将大气环境影响评价分为三级。不同级别的评价工作要求不同，一级评价项目要求最高，二级次之，三级较低。

3．评价标准

在《环境空气质量标准》（GB3095—1996）中环境空气质量划分为三类功能区：相应的环境空气质量标准分为三级：

一类区执行一级标准；

二类区执行二级标准；

三类区执行三级标准。

四、大气污染源调查和现状评价

大气污染源调查与现状评价是大气环境影响评价的重要组成部分，其目的在于找出影响评价区域大气质量的主要污染源和主要污染物，为确定大气环境现状监测因子和大气环境影响评价因子提供依据。

1．污染源调查内容

(1)工艺流程：按生产工艺流程或按分厂、车间分别绘制污染流程图。

(2)排放量：按分厂或车间逐一统计各有组织排放源和无组织排放源的主要污染物排放量。

(3)对改扩建项目的主要污染物排放量：应给出现有工程排放量，新扩建工程排放量，以及预计现有工程经改造后污染物的削减量，并按上述三个量计算最终排放量。

(4)毒性较大的物质：除调查统计主要污染物的正常生产的排放量外，对于毒性较大的物质还应该估计其非正常排放量。如点火开炉、设备检修、原燃料中毒性较大成分含量波动、净化措施达不到应有效率的设备及管理事故等。除极少数要求较高的一级评价项目外，一般只对上述各项中排放量显著增加的非正常排放进行统计。

(5)污染物排放方式：可将污染源划分为点源和面源，面源包括无组织排放源和数量多、源强源高都不大的点源。可根据污染源源强和源高的具体分布状况确定点源的最低源高和源强。厂区内某些属于线源性质的排放源可并入其附近的面源，按面源排放统计。

(6)点源调查统计内容：

①排气筒底部中心坐标及分布平面图；

②排气筒高度(m)及出口内径(m)；

③排气筒出口烟气温度(K)；

④烟气出口速度(m/s)；

⑤各主要污染物正常排放量(t/a，t／h或kg／h)；

⑥毒性较大物质的非正常排放量(kg／h)；

⑦排放工况，如连续排放或间断排放，间断排放应注明具体排放时间、时数和可能出现的

频率：

(7)面源调查统计内容：将评价区在选定的坐标系内网格化。可以评价区的左下角为原点，分别以东(E)和北(N)为正x轴和正y轴。网格的单元，一般可取1×1 km2，评价区较小时，可取500 ×500 m2，建设项目所占面积小于网格单元面积时，可取其为网格单元面积。然后，按网格统计面源下述参数：

①主要污染物排放量[t／(h．km2)]；

②面源排放高度(m)，如网格内排放高度不等时，可按排放量加权平均取平均排放高度；

③面源分类：如果面源分布较密且排放量较大，当其高度差较大时，可酌情按不同平均高度将面源分为2—3类。

(8)对排放颗粒物的重点点源：除排放量外，还应调查其颗粒物的密度及粒径分布。

(9)风面源：原料、固体废物等堆放场所产生的扬尘可作为“风面源”处理，应通过试验或类比调查，确定其起动风速和扬尘量。

对于规模较小的建设项目，污染源调查内容可适当从简。

对于评价区内其他工业污染源的调查内容，可参照上述建设项目污染源调查的有关内容进行。一般可直接从近期的“工业污染源调查资料”中收集，对于“工业污染源调查资料”中有明显错误的和重点污染源，应进行校对和核实。

民用污染源调查，主要污染因子可限二氧化硫、颗粒物二项，其排放量可按全年平均燃料使用量估算，对于有明显采暖和非采暖期的地区，应分别按采暖期和非采暖期统计。

界外区域较大点源的调查内容，可参照评价区内工业污染源调查内容进行。

2．调查方法

对于新建项目可通过类比调查或根据设计资料确定污染源资料；对于改扩建项目的现有工业污染源调查，可以现有的“工业污染源调查资料”为基础，再对变化情况进行核实、调整。

评价区内其他工业污染源的调查，一般可直接取近期的“工业污染源调查资料”。对于重点污染源，必要时应进行核实。

核实污染物排放量一般有三种方法：

(1)现场实测：对于有组织排放的大气污染物（如烟囱排放的SO2、NOx和烟尘等），可根据实测的废气流量和污染物浓度，依下式计算：

Qi=QN·ρi×10-6

式中：Qi —废气中污染物i的排放量，kg／h；

QN —废气体积流量，m3／h；

ρi —废气中污染物i的浓度实测值，mg／m3。

(2)物料衡算法：对一些无法实测的污染源，可采用此种算法计算污染物的排放量，其通式如下：

∑G投入＝∑G产品+∑G流失

式中：∑G投入—投人物料量总和；

∑G 产品 — 所得产品量总和； ∑G 流失 — 物料或产品流失总和。

(3)经验估算法：对于某些特征污染物排放量，可依据一些经验公式（例如燃煤排放的SO2），或一些经验的单位产品的排污系数来计算。

3．污染源评价

污染源评价的目的：确定主要污染物和主要污染源，为污染源的治理或制订治理规划和污染防治对策提供依据。

为统一不同污染物和污染源的比较尺度，常采用等标污染负荷以及在此基础上所构造的其他参数进行评价。

(1)等标污染负荷

①污染物的等标污染负荷： P ij ＝（ρij ／ρoi ）.Qij 式中：

P ij — 第j 个污染源第i 种污染物的等标污染负荷，m3／s ； ρij — 第j 个污染源第i 种污染物的排放浓度，mg ／m3； ρoi — 第i 种污染物的排放标准，mg ／m3；

Qij — 第j 种污染源中含有第i 种污染物的介质排放流量，m3／s 。

②若第j 个污染源共有n 种污染物参与评价，则该污染源的总等标污染负荷为： 1

1

n

n

ij

j ij ij i i oj P P Q

ρρ====∑∑

③若评价区共有m 个污染源含有第i 种污染物，则该污染物在评价区内的

总等标污染负荷为：

1

1

m

m

ij

i ij ij i i oj P P Q

ρρ====∑∑

(2)等标污染负荷比：为了确定污染物和污染源对环境的贡献，引入污染负

荷比

①在第j 个污染源中，第i 种污染物的污染负荷比： 1

ij

n

ij ij

i P K P

==

∑Kij 无量纲，它是一个确定污染源内各种污染物排序的参数，Kij 最大者就是最

主要的污染物。

②评价区内，第j 个污染源的污染负荷比：

1

n

ij

i j P

K P

==

∑式中：

P ——评价区域内所有污染源的等标污染负荷之和；

Kj ——无量纲，它可确定评价区的主要污染源及污染源的排序。

Kj值最大者为最主要污染源。

等标污染负荷的缺陷：容易造成一些毒性大、在环境中易于积累的污染物排不到主要污染物中去。在通过计算后，还应作全面考虑和分析，最后确定出主要污染源和主要污染物。

五、大气环境影响评价内容

1、建设项目概况及工程分析

主要包括：

(1)建设项目概况：厂址位置、建设规模、产品结构、占地面积、厂区平面布置、劳动定员，工作制度等。

(2)生产工艺分析：对生产全过程各个环节进行分析和说明，对所选工艺技术和设备技术性能进行评述。通过分析，了解各类污染物来源和排放情况，各种废物的治理、回收利用措施，并附生产工艺流程图。

(3)原材料情况：原材料数量、规格、产地、运距、运输形式等。对有害有毒物质的种类、性质、危害应特别说明，并附生产过程的物料平衡表。

(4)主要污染物及其排放情况：对不同类型、不同排放种类、不同排放方式的污染源分别加以详细介绍和分析，对生产过程中产生的污染物种类、数量及排放特征(排放量、排放口高度、出口内径、出口温度等)进行深入研究分析，并附污染物排放流程图或示意图。

(5)大气环保工程情况：重点介绍工程拟采用的大气污染防治措施及设备情况，分析设备的技术性能及可靠性。如属于改、扩建项目，应本着“以新带老” 的原则，分析对比改、扩建前后环保工程变化和污染物排放量的变化。

2. 建设项目周围地区的环境概况

主要对建设项目周围地区的自然环境、生态环境和社会经济环境等状况进行评价。

3. 边界层污染气象条件分析

(1)根据可代表评价区气象条件的气象台站多年的气象观测资料，分析各气象要素常年的变化规律。

(2)利用可代表评价区气象条件的气象台站（或在评价区内设立的临时气象站）最近1～3年气象资料，采用P—T法统计出年、季（期）风频图及风向、风速、稳定度联合频率表。

(3)依据现场低空风观测资料，分析评价区低空风的时空变化规律，给出不同稳定度下风廓线表达式和有关参数。如果是引用其他资料，须说明理由。

(4)依据低空温度探测资料，分析评价区的逆温强度、厚度、生消规律的时空变化特征及混合层变化对大气污染扩散的影响。

(5)大气扩散参数的选择、测试的方法及其结果，给出评价区内不同大气稳定度条件下扩散参数值。

(6)有些项目拟建在特殊地区，如海滨、山谷、城市或其他下垫面比较复杂的地区，此时根据需要，应增加低空气象探测内容，如海陆风、山谷风、局地流场、城市热岛效应等。