第六章城市大氣環(huán)境4、5、6

第四節(jié)

大氣中污染物的擴(kuò)散一個(gè)區(qū)域的大氣污染程度取決于該區(qū)域內(nèi)排放污染物的源參數(shù)、氣象條件和近地區(qū)下墊面的狀況。其中氣象條件和下墊面狀況決定了大氣對污染物的稀釋、擴(kuò)散的速率和遷移轉(zhuǎn)化的途徑。因此，在源參數(shù)一定的情況下，氣象條件和下墊面狀況是影響大氣污染的重要因素。一、氣象因素1、溫度層結(jié)氣溫沿垂直高度的分布可用曲線表示，稱為溫度層結(jié)曲線，如圖有幾種情況：①②氣溫隨高度的增加而遞減，有利于污染物的擴(kuò)散。

③氣溫不隨高度變化，為等溫層結(jié)。

④氣溫隨高度增加而增加，稱為逆溫，不利于大氣污染物的擴(kuò)散。①定義：氣溫隨高度增加而增加的現(xiàn)象稱為逆溫；②分類：根據(jù)逆溫的生成過程，分為五類：輻射逆溫，下沉逆溫，地形逆溫，湍流逆溫，平流逆溫。2、逆溫

(a)正常溫度層結(jié)(b)逆溫開始生成，隨地面輻射增強(qiáng)，迅速冷卻，逐漸向上發(fā)展(c)輻射達(dá)到最強(qiáng)時(shí)為黎明前(d)日出后，地面增溫，空氣自下而上增溫，逆溫逐漸消失(e)上午10時(shí)左右，逆溫消失這種逆溫冬季最強(qiáng)，中緯度地區(qū)可達(dá)200~300m3、大氣水平運(yùn)動(dòng)和湍流1)、風(fēng)對大氣污染物擴(kuò)散的作用污染物在風(fēng)的作用下，沿下風(fēng)向輸送、擴(kuò)散和稀釋，因此，大氣污染物受到兩方面的影響，即風(fēng)向和風(fēng)速的影響。風(fēng)向頻率越大，其下風(fēng)向受污染的機(jī)率就越高，因此，污染的程度與風(fēng)向頻率成正比；某一風(fēng)向的風(fēng)速越大，則下風(fēng)向的污染程度就越小，因?yàn)閬碜陨巷L(fēng)向的污染物的輸送、擴(kuò)散、稀釋的能力加大，使大氣中污染物的濃度降低，因此，風(fēng)速與污染的程度成反比，得出一個(gè)污染系數(shù)的定義和公式：污染系數(shù)綜合了風(fēng)向、風(fēng)速的作用，某方位的風(fēng)向頻率小、風(fēng)速大，該方向的污染系數(shù)就小，說明其下風(fēng)向的空氣污染就輕，這項(xiàng)氣象條件是選廠址時(shí)最重要的依據(jù)。廠址應(yīng)設(shè)在污染系數(shù)最小方位的上側(cè)。依據(jù)各方位的污染系數(shù)和它的百分率，可以繪制成的污染系數(shù)玫瑰圖。2）水平運(yùn)動(dòng)大氣的水平運(yùn)動(dòng)通常稱為風(fēng)，它對大氣中水分、熱量的傳輸和天氣、氣候的演變，對大氣中污染物的擴(kuò)散和輸送起著重要的作用。風(fēng)受著各種力的影響，也是在各種力的作用下產(chǎn)生的。作用于空氣的力有：①由于氣壓分布不均而產(chǎn)生的氣壓梯度力；②由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力；③由于空氣層之間，空氣與地面之間相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦力；④由于空氣作曲線運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性離心力等，這些力間的不同組合構(gòu)成了不同形式的大氣水平運(yùn)動(dòng)。3)大氣的湍流運(yùn)動(dòng)定義：大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為大氣湍流在實(shí)際大氣中，往往是大氣在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行著不同尺度的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)叫湍流，它是由大大小小的“湍渦”組成的。湍流的擴(kuò)散能力很強(qiáng)，也就是說，它具有明顯的擴(kuò)散效應(yīng)。風(fēng)速越大，湍流越強(qiáng)，污染物擴(kuò)散的速度就越快，污染物的濃度就越低。4、云和霧由于云能反射太陽輻射，而減少了地面對太陽輻射能的吸收(不易增溫)；另外，云還能增強(qiáng)大氣的逆輻射，減少地面的有效輻射(不易冷卻)，因此，云層的效果是：減小氣溫隨高度的變化，(中性天氣)不利于污染物的垂直擴(kuò)散。霧像一層厚厚的被子，蓋在近地面上，阻擋了污染物向上擴(kuò)散。有利：云霧形成初期，捕獲空氣中的顆粒物作為凝結(jié)核，降低空氣中顆粒物的濃度–––凈化空氣。5、降水清洗大氣中的污染物，尤其是可溶性的氣體污染物能被降水溶解而從大氣中凈化。二、影響大氣污染的地理因素1、動(dòng)力效應(yīng)：地形地物(1)地形受地形影響，形成具不同特點(diǎn)的局地環(huán)流或改變原來的氣流方向，導(dǎo)致對污染物分布及濃度的變化。(2)過山氣流①氣流下滑；②空氣動(dòng)力“下沉”現(xiàn)象或形成環(huán)流；③地形的屏障作用。(3)地物：①城市中高大建筑物阻礙氣流運(yùn)行，背風(fēng)面形成局地窩旋，不利污染物擴(kuò)散，減小平均風(fēng)速；②風(fēng)向擺動(dòng)大，近地層風(fēng)場不規(guī)則2、熱力效應(yīng)由于下墊面性質(zhì)不同，或地形起伏，使其受熱、散熱不均勻，引起的溫度場和風(fēng)場的變化。(1)山谷風(fēng)：山谷風(fēng)的影響是污染物往返積累，形成很高的濃度。風(fēng)方向是不穩(wěn)定的，時(shí)而山風(fēng)，時(shí)而谷風(fēng)，若有大量污染物排入山谷中，則因風(fēng)向擺動(dòng)而使污染物不易擴(kuò)散，積聚造成污染。(2)海陸風(fēng)：影響是盛行風(fēng)向帶向海洋的污染物，由于海面上的下沉氣流又被帶到低層，隨海風(fēng)吹向陸地，在近海處造成污染。2、熱力效應(yīng)(3)城市效應(yīng)：城市特殊下墊面的特點(diǎn)造成城市和農(nóng)村對大氣污染的影響不相同。①城市溫度②城市的溫度層結(jié)③“熱島”環(huán)流：城郊的污染物隨環(huán)流被帶到市區(qū)，從而加重了城市的污染。三、影響大氣污染的其他因素1、污染源的排放方式和幾何形狀污染源的幾何形狀分為點(diǎn)源、線源和面源；排放污染物的持續(xù)時(shí)間分為瞬時(shí)源和連續(xù)源；排放源高度分為地面源和高架源等。不同類別的源有不同的排放方式，污染物進(jìn)入大氣的初始狀態(tài)也不一樣，因而濃度分布也不同，如工廠煙囪排放當(dāng)作高架連續(xù)點(diǎn)源，繁忙的公路作為連續(xù)線源，城市居民區(qū)的家庭爐灶當(dāng)作地面面源，把各個(gè)污染源結(jié)合在一起考慮，稱為復(fù)合源。三、影響大氣污染的其他因素2、源強(qiáng)和源高源強(qiáng)：排放濃度的大小源高：排放的高度煙氣排放的方式有點(diǎn)源（煙囪，利用區(qū)域布置，提高煙囪高度）線源（自然通風(fēng)法，降低污染物濃度）面源（爐灶，集中供熱）。煙羽：煙氣從煙囪口排出后，在浮升力和風(fēng)力及慣性力的作用下，向下風(fēng)方向逐漸擴(kuò)散，形成像羽毛狀的煙氣流。三、影響大氣污染的其他因素

四、高斯煙羽模式假定條件：1、煙氣是從高架點(diǎn)源連續(xù)排放的。2、污染物擴(kuò)散是被動(dòng)，它完全隨周圍空氣一起流動(dòng)，煙氣中污染物排放到空氣中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從它排出來到接觸地面之間，污染物量既沒有損失，也沒有增加。地面不但對污染物不吸收，而且還將污染物完全反射到大氣中去。3、污染物出在同一類溫度層結(jié)的大氣層中，計(jì)算的擴(kuò)散范圍以不超過10公里為宜。4、風(fēng)在空間分布平直并且均勻穩(wěn)定，不漲落，平均風(fēng)速和風(fēng)向沒有顯著變化。

高斯煙羽模式假定條件：5、應(yīng)用高斯模型估算污染物濃度，僅適用于平均風(fēng)速大于1m/s以上的情況。6、污染物在空間的分布規(guī)律呈正態(tài)分布，即假定污染物的濃度在煙羽中軸線上最大，離軸線越遠(yuǎn)，濃度越低，不論在水平方向還是在垂直方向，污染物的分布都服從正態(tài)分布規(guī)律。高斯煙羽模式：1、污染物的濃度與污染物排放率成正比，排放率越大，濃度就越高；2、污染物濃度與平均風(fēng)速成反比；3、污染物濃度與煙囪有效高度平方成反比；4、污染物濃度在橫向方向和垂直方向均符合正態(tài)分布。作業(yè)分析在蘭州南北兩山上開口子能否改善蘭州市的空氣質(zhì)量？第五節(jié)：控制大氣環(huán)境污染的規(guī)劃設(shè)計(jì)原則概述城市大氣環(huán)境的控制需要城市各個(gè)方面的共同努力才能實(shí)現(xiàn)，但是無論是經(jīng)濟(jì)規(guī)劃還是實(shí)體規(guī)劃，都起到宏觀調(diào)控的作用，意義重大。本節(jié)主要介紹實(shí)體規(guī)劃中的原則。4個(gè)原則選擇合理風(fēng)象污染指標(biāo)正確處理地形地物與污染的關(guān)系加強(qiáng)城市綠化建設(shè)發(fā)展區(qū)域供熱，集中供暖，供熱能源的改善。一、選擇合理風(fēng)象污染指標(biāo)0、風(fēng)象風(fēng)象是一個(gè)地區(qū)風(fēng)向、風(fēng)頻和風(fēng)速的綜合。主導(dǎo)風(fēng)向原則的不全面性風(fēng)向、風(fēng)頻和風(fēng)速等單一指標(biāo)的作用無法對比；需要考慮各個(gè)指標(biāo)的綜合效果。1、污染系數(shù)污染系數(shù)指一個(gè)地區(qū)某方向的風(fēng)向頻率與平均風(fēng)速的比值。有了污染指數(shù)，用它代替風(fēng)向頻率進(jìn)行規(guī)劃布局。具體f和u值的選取可以取最近5年的氣象資料平均值。

風(fēng)象頻率風(fēng)象頻率2、污染風(fēng)頻對污染系數(shù)修正的結(jié)果Fpi----i方向的污染風(fēng)頻Fi----i方向的風(fēng)向頻率Ui----i方向的平均風(fēng)速Uo----該地區(qū)各方向平均風(fēng)速3、風(fēng)象頻率前提：1~2m/s微風(fēng)極易產(chǎn)生污染，7~8m/s以上的風(fēng)不太產(chǎn)生污染。采用多年氣象統(tǒng)計(jì)資料，將風(fēng)速分為8個(gè)等級(jí)，1~7m/s的風(fēng)速每增加1m/s為一個(gè)等級(jí)，大于8m/s的風(fēng)速為最后一個(gè)等級(jí)，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)方向每級(jí)風(fēng)速出現(xiàn)的頻率，最終匯制出封閉曲線圖。4、污染概率背景：大氣污染與風(fēng)、大氣穩(wěn)定度、降水強(qiáng)度、大氣熱力湍流等因素有關(guān)。必須考慮Ii：風(fēng)的污染指數(shù)，S：大氣穩(wěn)定度相對值Pr：降水量相對值，u：風(fēng)速相對值，h：湍流混合層厚度相對值4、污染概率一般認(rèn)為I值<0.8歸于大氣清潔類型，I值>0.8歸于大氣污染類型建議在進(jìn)行城市規(guī)劃時(shí)，需要對10~20年時(shí)間的資料進(jìn)行計(jì)算，繪制出污染概率風(fēng)玫瑰圖，以便對城市工業(yè)作出合理的布局。二、正確處理地形地物與污染的關(guān)系1、山間盆地全年靜風(fēng)、小風(fēng)多，且常發(fā)生地形逆溫和輻射逆溫，逆溫強(qiáng)度大于平原，不利于氣體向外擴(kuò)散。不適合設(shè)置有污染的工廠；2、沿海地區(qū)或大型內(nèi)陸水域周圍地區(qū)，因?yàn)楹ｊ戯L(fēng)形成日變型局地環(huán)流。在規(guī)劃中應(yīng)將污染源與居住區(qū)二者連成一線平行沿海岸布置。3、當(dāng)山丘兩側(cè)分別布置污染工業(yè)和居住區(qū)時(shí)，必須考慮煙氣跨過山丘對居住區(qū)的下旋渦流影響。4、煙囪高度與對周圍建筑物或其他地物煙氣擴(kuò)散有直接影響，煙囪高度要超過近旁建筑物高度2.5倍。二、正確處理地形地物與污染的關(guān)系三、加強(qiáng)城市綠化建設(shè)1、城市綠化的功能1）、凈化大氣環(huán)境2）、改善城市小氣候3）、改善城市聲環(huán)境2、發(fā)展城市衛(wèi)生防護(hù)林帶位置選擇需要考慮污染源、地形、風(fēng)場等因素。四、發(fā)展區(qū)域供熱，集中供