第五章大气环境影响预测与评价

第五章大气环境影响预测与评价

第一节大气环境影响预测方法与内容概述

大气环境影响预测，即正确推断各种条件下污染物浓度分布及其随时间的变化，是大气环境影响评价所要解决的核心问题。通常采用模式预测法即大气扩散模式进行大气环境影响预测。所谓大气扩散模式，就是以大气扩散理论和实验研究结果为基础，将各种污染源、气象条件和下垫面条件模式化，从而描述污染物在大气中输送、扩散、转化的数学模式。

按经典的划分法，数学方法可分三大类：第一类是基于Taylor理论的“统计理论”；第二类是假设湍流通量正比于平均梯度的所谓“梯度理论”；第三类是基于量纲分析的“相似理论”。

上述方法通常都是需要进行数值计算，因此，在工程上尚未达到普遍应用的地步。但是三大理论中的有关内容，却经常在工程中应用。例如，利用“统计理论”确定扩散参数或利用“相似理论”确定参数化公式中的相似参数等。

主要的大气扩散模式有高斯模式、赫一帕斯奎尔模式、萨顿模式等。在工程和环评实践中最普遍应用是基于统计理论而建立起来的正态模式(即Gauss模式)。正态扩散模式的前提是假定污染物在空间的概率密度是正态分布，概率密度的标准差亦即扩散参数通常用“统计理论”方法或其他经验方法确定。正态扩散模式之所以一直被应用，主要因为它有以下优点：①物理上比较直观，其最基本的数学表达式可从普通的概率统计教科书或常用的数学手册中查到；②模式直接以初等数学形式表达，便于分析各物理量之间的关系和数学推演，易于掌握和计算；③对于平原地区、下风距离在10km以内的低架源，预测结果和实测值比较接近；

④对于其他复杂问题(例如，高架源、复杂地形、沉积、化学反应等问题)，对模式进行适当修正后，许多结果仍可应用。但是在应用时应当注意，常用的正态羽扩散模式实质上已假定流场是定常，不随时间变化的；同时在空问是均匀的。均匀意味着：平均风速、扩散参数随下风距离的变化关系到处都一样，在空间是常值。这一条件加上正态分布的前提，限制了正态扩散模式的应用与发展。但是，在实践中，当高斯模式条件不能满足时，通常采用对作为基础的高斯模式加以完善、修正而演变的各种模式来计算大气污染物的浓度。

环评中，应按排放特征、地形条件等正确选用相关模式。按照不同时间各种尺度的大气湍涡的作用和扩散的物理图像，通常把大气扩散分为“连续点源扩散”和“相对扩散”，对不同的扩散，采用不同的大气扩散模式进行计算。对连续点源扩散，各种尺度的湍涡同时参与扩散过程，扩散速度和范围以峰值浓度轴线为坐标轴，通常用高斯烟羽模式进行计算；对于烟团扩散，各种尺度的湍涡在扩散各个阶段起着不同作用，扩散速率是相对于烟团中心而言，是烟团运行时间或距离的函数，通常采用烟团模式进行计算。对点源、面源、线源、体源，分别选用点源、面源、线源、体源大气扩散模式；对平坦地形，选用平坦地形大气扩散模式；对复杂地形，选用复杂地形大气扩散模式，山区则采用山区地形修正模式。

环评实践中，通常采用法规大气扩散模式。所谓法规大气扩散模式是指由政府部门颁布实施、在工程上普遍应用的大气扩散模式。这种模式通常是用初等数学形式表达，其中需要给定的输入参数，可由常规气象参数、物理常数或经验数据求出。例如，我国已颁布的《大气污染物排放标准》、《环境影响评价技术导则——大气环境》中推荐的模式以及美国EPA 所推荐的一系列关于大气扩散方面的模式都属于法规大气扩散模式。作为第一代的现有法规大气扩散模式基本上都属于正态模式类型。

影响预测的主要目的是为评价提供可靠和定量的基础数据和测量成果。具体的有以下几点：

(1)了解建设项目建成后对大气环境质量影响的程度和范围。

(2)比较各种建设方案对大气环境质量的影响。

(3)给出各类或各个污染源对评价区域污染物浓度的贡献。

(4)优化城市或区域的污染源布局以及对其实行总量控制。

为达到以上目的，应以图、表、文字反映工程的大气环境影响的预测结果，其主要预测内容应当包括：

◆代表性气象条件下的最大落地浓度及距源距离：

◆不利气象条件下的大气环境影响及浓度分布；

◆对保护目标或敏感点的影响；

◆对评价区域大气环境质量的变化及影响；

*对国家实施总量控制的因子，提出总量控制建议指标；

◆进行无组织排放浓度影响预测，计算卫生防护距离。第二节大气环境影响预测模式应用条件

一、有风点源正态羽扩散模式

基于统计理论而发展起来的高斯模式，其基本假设是：污染物的浓度在Y和z方向的分布是正态的(双正态假设)。此外，还满足以下假设条件：有风；同一稳定度；连续性条件；污染物浓度不随时间变化；污染物满足“被动性”和“保守性”；平坦地形；全反射；在x 方向，平流输送远大于湍流扩散。上述假设条件下的大气扩散模式又称一般气象条件下的大气扩散模式。它适合于平稳均匀流场，即开阔平坦地形的小尺度扩散。复杂地形和其他气象条件下的扩散模式，则大多是根据基本模式进行必要的修正获得。

二、静小风模式

定性分析可知，静风污染具有各向同性和近距离污染特点。而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。均匀分布模式等。

三、封闭性扩散与熏烟模式

1．封闭性扩散

在上部逆温层存在时的扩散(或者说限制在混合层以内的扩散)称为“封闭性”扩散。定性分析可知，在近距离内，烟流的垂直扩散尚未达到逆温层底，它的扩散未受逆温影响，在这个距离内可用一般的高斯扩散公式；在离源充分远后，污染物在地面和上部逆温间经过多反射浓度可以认为在Z方向趋于均匀。在散图像上，封闭性扩散可分为正态区、过渡区、均匀区三个不同区域。

2．熏烟型扩散

清晨，伴随着辐射逆温自下而上消退，当逆温消退到烟流顶部时的污染，称为熏烟(或漫烟)污染。由于这时的温度层结为上稳下不稳，最初聚集在逆温中

的污染物迅速向地面扩散，形成高浓度污染。因此，确定这种情况下地面浓度及

其出现距离，是实际工作中最关心的问题。

不难看出，对一固定时刻，“熏烟型”扩散模式就是“定格”的封闭性扩散，

因而其浓度计算公式在形式上与封闭型差不多。

3．海岸线熏烟模式

如果评价项目设置在沿海或大面积水域附近，还应计算海岸线熏烟地面浓度的最大值和分布值。风由水面向陆地时，来自水面上的稳定空气被较暖的陆地表面加热后，将形成一个自岸边向陆地逐渐增厚的混合层(即热力内边界层)，当处于稳定大气中的烟羽进入这一混合层后，同样会出现高浓度污染，这种状况通常称为海岸线熏烟，计算这一浓度cf(mg/m3。)最大值和分布值的模式，其形式与式(5．10)的相同。

四、颗粒物扩散模式

颗粒物扩散因要考虑重力沉降而不满足“被动性”条件，不能直接应用气态污染物扩散模