(1) 烟囱下风向任一点1小时地面浓度公式:
?He2?Qy2C(x,y,0,He)?exp(?)exp???2?z2???u?y?z2?y2??31
其中:C(x,y,0,He)——计算点(x,y)地面污染物浓度分布(mg/m); Q——单位时间排放量(mg/s); He——有效源高(m);
?y、?z——水平和垂直方向扩散参数(m); u——烟囱高处平均风速(m/s);
He=Hs+△H
其中:Hs——烟囱实际高度(m); H ——烟气抬升高度(m)。 ★掌握抬升高度计算方法(P123-125及导则)
烟气抬升公式较多,著名的有霍兰德公式、康凯维公式、摩西和卡森公式、TVA公式,导则推荐的公式如下: 7.6烟气抬升公式
7.6.1 有风时,中性和不稳定条件,建议按7.6.1.1-7.6.1.3式计算烟气抬升高度△H(m)。
7.6.1.1 当烟气热释放率Qh大于或等于2100KJ/s,且烟气温度与环境温度的差值△T大于或等于35K时,△H采用下式计算:
h?H?noQn1Hn2U?1...............................(55)
?T...............................(56) Qh?0.35PQ??T?T?Ts?T?s.................................(57)
3
式中: no——烟气热状况及地表系数,见表5;
n1——烟气热释放率指数,见表5; n2——排气筒高度指数,见表5; Qh——烟气热释放率,KJ/s;
H——排气筒距地面几何高度,m ,超过去240m时,取H=240m;
Pa——大气压力,KPa ,如无实测值,可取邻近气象台(站)季或年平均值,调查期间按劳取酬6.1.3执行; Qv——实际排烟率,m3/s;
△T——烟气出口温度与环境温度差,K; Ts——烟气出口温度,K;
Ta——环境大气温度,K,如无实测值,可取邻近气象台(站)季或年平均值,调工查期间按6.1.3执行; U——排气筒出口处平均风速,m/s ,如无实测值,其确定方法参阅7.5.1。
表5 no、n1、n2的选取 Qh,KJ/s Qh,KJ/s 地表状况(平原) 农村或城市远郊区 城市及近郊区 农革或城市远郊区 城市及近郊区
no 1.427 1.303 0.332 0.292 n1 1/3 1/3 3/5 3/5 n2 2/3 2/3 2/5 2/5 2100≤Qh<21000且△T≥35K 7.6.1.2 当1700 kJ/s<Qh<2100KJ/s时,
Q?1700............................(58) ?????1????2????h400??1?2?1.5VsD?0.01Qh?/U?0.048?Qh?1700?/U...................(59)
式中:
Vs——排气筒出口处烟气排出速度,m/s; D——排气筒出口直径,m;
△H2——按(55)-(57)式计算,no、n1、n2按表5中Qh值较小的一类选取;
Qh ,U——与(55)-(57)式中的定义相同。
7.6.1.3 当Qh≤1700kJ/s或者△T<35K时,
32
?H?2?1.5VsD?0.01Qh?/U...........................(60)
式中各参数的定义同7.6.1.1及7.6.1.2.。
7.6.2 有风时,稳定条件,建议按下式计算烟气抬升高度△H(m)。
1/3?dT???1/3??H?Qh??0.0098U..........................(61) ?dZ??7.6.3 静风和小风(定义见7.5.2)时,建议按下式计算烟气抬升高度△H(m).。 ??3/8dT??1/4???5.50Qh???0.0098?..........................(62)
dT??dZ?式中符号同7.6.2,但取值宜小于0.01K/m。 dZ7.6.4 对于一、二级评价项目,也可采用其它更符合该项目实际条件的烟气抬升公式。 ★掌握地面轴线及最大落地浓度计算(P113-114及导则) 1、污染源下风向地面轴线浓度计算公式为:
1/3?He2QC(x,0,0)?exp???2?z2?u?y?z?????3
2、排气筒下风方一次(30 min)取样时间的最大地面浓度cm (mg/m)及其距排气筒的距离Xm(m),建议按下式计算:
2Q................................(7)
e.?.U.He2.P1式中:
2?1??2??1/?21/?? P .............................(8) 21??1??1????He?1???1???1/?2???1??1???1????????1?2.......................................(9) 1 Xm?2???2??2????????????1?12??2?????1?2H??2??e???e?? ?◆熟悉小风和静风扩散模式和熏烟模式的运用
??2?cm?Xm??1、小风和静风扩散模式
静风污染具有各向同性和近距离污染的特点。小风污染具有风向多变和近距离污染的特点,因此必须考虑在顺风方向(x方向)的扩散。对于静小风,有积分烟团模式、简化的积分烟团模式,360度均匀分布模式。
大气导则推荐的小风(1.5m/s>U10≥0.5m/s)和静风时 (U10<0.5m/s=的点源扩散模式如下:
以排气筒地面位置为原点,平均风向为X轴,地面任一点(X,Y)小于24小时取样时间的浓度cL(mg/m)建议按下式计算:
3
式中η和C按下式计算:
?02?2?2?01222? ???X,?Y?2?He? ???02?U/2??3/2C?e?1?2?????s?s?se2201cL?X,Y??2Q?2??3/22?C
??s???12S?Φ(s)可根据s由数学手册查得,?间(s),?01、?02
01
e?UX2??oo?t/22?
dt
?02
分别是横向和铅直向扩散参数的回归系数(σy=σz=?01T,σ2=?02T),T为扩散时
?01?
的定值见附录B。
2、熏烟模式
7.5.4 熏烟模式
熏烟模式主要用以计算日出以后,贴地逆温从下而上消失,逐渐形成混合层(厚度为hf)时,原来积聚在这一层的污染物所造成的高浓度污染,这一浓度值cf(mg/m)可按下式计算:
3
??Y2Qcf?exp?2?2?2?Uhf?yf?yf????P???.........................(18)
式中:
?yfΦ(P)的表达式及确定方法与7.5.2中的Φ(s)相同。σyσz应选取逆温层破坏前稳定层结的数值。注意(18)、(19)式中的hf ,σy和σz都是下风距离Xf ( 或时间tf ,tf=Xf/U )的函数,当给定Xf时,hf应由下述二式确定:
P??hf?He?/?Hz??y?H/8?e...........................(19)
8 .........................(20)
hf?H??hf..............................(21)
Xf?A?h2f?2H?hf............................(22)
??
式中A少△hf按下式计算:
33
A?pacpU/4Kc.......................................(23)
?hf??H?P?z,m.....................................(24)
Kc?4.186exp??99x?d?/dZ??3.22?103,J/?m?s?K?式中:△H——烟气抬升高度,m ,参阅7.6条;
.....................(25)
pa——大气密度,g/m3;
cp——大气定压比热,J/(g.。K);
dθ/dZ——位温梯度,K/m,dθ/dZ?dTa/dZ+0。0098,Ta为大气温度,如无实测值,dθ/dZ.可在0.005至0.015K./m之
间选取,弱稳定(D~E)可取下限,强稳定(F)可取上限.
cf最大值可用迭代法求出,P的初始值可取2.15。cf分布值可以Xf为自变量,由上述各式解出其所对应的P、hf和Xf(或tfi)
关系,可用实验值校正。 ▲了解颗粒物扩散模式的运用
颗粒物扩散因要考虑重力沉降,不能直接应用气态污染物扩散模式,但可通过对高斯模式修正后进行计算。常用的颗粒物扩散模式有:源损耗模式、部分反射模式、倾斜烟云模式。源损耗模式主要对源强进行修正、部分反射模式主要对物质反射进行修正。环评中主要应用导则中推荐的倾斜烟云模式,倾斜烟云模式主认为:由于颗粒的重力沉降作用,烟羽的轴线将产生倾斜,有效源高将降低,必须对有效源高进行修正。导则中的有关内容如下(有风时的倾斜烟云模式): 7.5.9 尘(颗粒物)模式
7.5.9.1 对于由排气筒排放的粒径小于15μm的颗粒物,其地面浓度建议按7.5.1-7.5.8中所推荐的气体模式计算。
2X???Vg?He???2(1??)QYU??..................................................(53) cp?exp????22?2?y?2?U?y?z2?z式中α为尘粒子的地面反射系数(其定值参阅表4),Vg为尘粒子的沉降速度。2 ??d?g?Vg??...................................................................(54)
7.5.9.2 当粒径大于15μm时,其地面浓度cp建议按下述倾斜烟羽模式计算:??
式中d、ρ分别为尘粒子的直径和密度,g为重力加速度,μ为空气动力粘性系数。
表4 地面反射系数α 粒度范围(μm) 平均粒径(μm) 反射系数 α 15-30 22 0.8 31-47 38 0.5 48-75 60 0.3 76-100 85 0 18?◆熟悉线源和面源扩散模式的运用(P120-121及导则) 1、线源扩散模式
对于线源扩散,通常采用点源叠加法求取。设线源长度为L,源强QL(单位长度的线源在单位时间内排放污染物质量),则整个线源造成的浓度为:
式中:f为一般点源扩散模式。
Qc?LuL?fdL
0?1?H?2??? Q1(x,y,0,H)?exp?????2?2?zu??? 对无限长线源,若风向与线源平行,此时只有上风向的线源才对计算点的浓度有影响: ??z2??1?H??Q1?? Q1(y,0,H)?exp?????2?2?zu?对于公路、铁路等典型线源,可选用相应的导则或规范中推荐的公式,其实质也都是点源叠加方法。 ??z???2Q12、面源扩散模式 (1)导则的面源扩散模式 7.5.6.2 面源模式
将评价区在选定的坐标系内网格化(参阅5.4.4.7),则评价项目的面源或无组织排放源的地面浓度cs可按下式计算:
.cs
若为无限长线源,风向与其成正交,则线源造成的地面浓度由正式计算:
?12??Q?jj .......................................................(32)
?j?α、?是垂直扩散参数σz的幂指数和系数(σz=?X2j2?1jj
????,??????,???.........................................(33)
jjj?1j?12
34
Hj处的平均风速;式中Qj 、Hj、Uj分别是接受点上风方第j个网格的单位面积单位时间排放量、平均排放高度和UH2???,?、?的定值与附录B中的α、?2相同),X轴指向上风方,坐标原点
222?22?在接受点;?????1?/2?;?j?H/?2?Xj?;?j?1?Hj/?2?Xj?1?;???,??为不完全伽马函数,可由下述公式
确定:
..........................................................(34) ???,???c?????b?1/???2?32?0?28.................................................................(35)
b?10?00?5?00?..........................................................(36) c?0?88?0?82?........................................................(37)
除有风时外,风速小于1.5m/s时也可按(32)~(37)各式计算,但当平均风速U<1m/s时,一律取U=1m/s。
计算时,应注意坐标变换,将坐标变换到以接受点为原点,上风方为正X轴后,应再用(32)~(37)各式。有风时16个风方位的风向路径如图2所示,风速小于1.5m/s时,因风向脉动角较大,影响接受点的上风方网格数应适当增加。确定Qj时,可根据图3所示,沿上风方按步长取粗实线内各网格Qj的面积加权平均值。图2和图3都是按评价区坐标系给出的,图中只给出3个风方位,其余13个方位可利用其对X或Y轴的对称关系导出。
图3 c 面源模式风向路径(U<1.5m/s;2为接受点,风方位为NE=
将7.5.3.2中公式(17)中的crijk代以csijk,可以得到面源季(期)或年长期平均浓度值。如需将面源按高度分为2~3类(参阅5.4.4.7)c,可表示为
??cs?式中m为面源类别序号。
如果面源或无组织排放源所占的面积S≤1 km,网格内的cs按下式计算:
2
12???Q,mjmj.........................................(38)
Q?j??,??.................................................(39)
22?22?式中??H/?2?X?,X为沿上风方自接受点至面源最远边缘的距离。一般情况,可只计算网格内的平均浓度这时,1/2X??S/??。
cs???y??1X???.............................................(40)
H4.3?z??2X??.............................................(41)
2.15式中的X为自接受点至面源中心点的距离;a为面源在Y方向的长度;H为面源的平均排放高度;α、α、?1、?2的定义
12y
1
2
S≤1Km2时,网格外的cs可按7.5.1中的点源扩散模式计算,但需对扩散参数σy和σz进行修正,修正后的σy、σz分别为:
见公式(6)。
(2)教材中的有关内容
主要的面源扩散模式有后退点源模式(虚点源模式)、窄烟云模式(ATDL模式)、箱模式。前者主要用于计算小面源,后二者主要用于计算较大面源。
A、后退点源模式(虚点源模式)
先假设面源排放的污染物都集中于面源中心,然后向上风向后退一个距离x0,变成一个虚点源,使点源排放的污染物经x0距离扩散后与面源具有相同的扩散幅。因此后退点源扩散模式在形式上与点源模式完全一样,只是在查算横向扩散参数时需要加上x0,因此其核心问题是确定后退距离x0,由于点源排放的污染物经x0距离扩散后与面源具有相同的扩散幅,因此有:
??4.3?y
由此可得出x0。而浓度计算公式为
2???He?Qy2c(x,y,0)?exp??exp??? 22?u?y(x?x0)?z(x)??2?z(x)??2?y(x?x0)??式中:Q-源强
?
-面源边长
(2)箱模式
想象一个由面源四边和混合层高度组成的箱子,箱内污染物的浓度变化是由于质量在箱内输入输出引起的,因而箱内污染物的平均浓度为:
c?
QuLD
式中:Q-源强
L-面源边长
D-混合层高度 u-平均风速
◆熟悉日均浓度计算方法和长期平均浓度计算 1、日平均浓度计算方法(P121)
(1)计算日平均浓度的方法有保证率法以、典型日法、换算法等。通常采用典型日法。
35
(2)典型日法是利用典型日的气象条件计算日平均浓度,即根据典型日的逐时气象条件,利用扩散模式求得小时平均浓度,然后求其24小时的平均值:
A、气象资料的选取上,典型日一定要典型,必要时要多取几个典型日,如可选现状监测中的一天或几天,与风玫瑰相似的一天或几天,对保护目标影响严重的一天或几天,初步估计污染严重的几天等。
B、必须给出典型日逐时的风向、风速、大气稳定度。
C、所取典型日的每日小时数必须满足GB3095中对1小时平均浓度统计数据的有效性规定。 2、长期平均浓度计算方法(P121-122及导则) 7.5.3 长期平均模式
7.5.3.1 对于孤立排放源,以排气筒地面位置为原点,任一风向方位i距排气筒下风方X处的季(期)或年长期平均浓度c(X)
i3
124cd??ci24i?1
???c?X?i???cfijk??cfLijk?..........................(15) ??j?kkijkLijk?点的浓度值,cijk可按下式计算: 式中fijk为有风时风向方位、稳定度、风速联合频率,cijk为对应于该联合频率在下风方X
Qcijk?F3/2(2?)U?(X/?)zF的确定方法同前,η为风向方位数,一般取16;k、j分别为稳定度和风速段的序号,其加和总数取决于所划分的稳定度和风速..........................(16)
段数目,j的总数不宜少于3(稳定、中性、不稳定);如不单独考虑静风频率时,k的总数也不应少3。fLijk为静风或小同时,不同风方位和稳定度的出现频率(下标k只含有静风和小风两个风速段)。cLijk的计算方法同cL。如果He较大(>200m)且得自常规地面气象资料的fLijk不太大(<20%)时,fLijk可以不单独统计,此时,c均浓度为
(mg/m)建议按下式计算:
?X?i分试的右侧括号内只包括前一项。
7.5.3.2如果评价区的排气筒数目多于一个,则评价区坐标系(参阅5.4.4.7)内任一接受点(X,Y)的季(期)或年长期平
???c?X,Y???????crijkfijk??cfLijk?.....................(17)
?ijk?rrLrijk?个源对接收点的浓度贡献。式中crijk和cLrijk分别是在接受点上风方2π/n方位角内对应于fijk和fLijk联合频率的第rcrijk?cLrijk的分式形式分别和cijk?cLijk个同(参阅7.5.3.1),但应注意坐标变换,将坐标转换到以接收点为原点i风方位为
正X轴的新坐标系后,再应用cijk或cLijk公式。计算cLrijk时,对其作贡献的源可适当地增加(通过增大方位角)。
◆熟悉卫生防护距离的估算方法(P125-127及GB/T 13201--91) 7 有害气体无组织排放控制与工业企业卫生防护距离标准的制定方法
7.1 凡不通过排气筒或通过15m高度以下排气筒的有害气体排放,均属无组织排放。工业企业应采用合理的生产工艺流程,加强生产管理与设备维护,最大限度地减少有害气体的无组织排放。
7.2 无组织排放的有害气体进入呼吸带大气层时,其浓度如超过GB 3095与TJ36规定的居住区容许浓度限值,则无组织排放源所在的生产单元(生产区、车间或工段)与居住区之间应设置卫生防护距离。
7.3 卫生防护距离在100m以内时,级差为50m;超过100m,但小于或等于1000m时,级差为100m;超过1000m以上,级差为200m。
7.4 各类工业、企业卫生防护距离按式(31)计算:
式中: Cm----标准浓度限值,mg/m; L----工业企业所需卫生防护距离,m;
r----有害气体无组织排放源所在生产单元的等效半径,m。根据该生产单元占地面积S(m)计算,r2
3
?(s/?)0.5 ;
A、B、C、D----卫生防护距离计算系数,无因次,根据工业企业所在地区近五年平均风速及工业企业大气污染源构成