基于降塵的施工揚(yáng)塵空間分布規(guī)律研究

基于降塵的施工揚(yáng)塵空間分布規(guī)律研究

施工清潔是城市大氣可吸收廢物（pm0）的主要來(lái)源之一。施工清潔量與施工規(guī)模、施工方法、氣候、地質(zhì)條件、清潔控制措施等因素有關(guān)。施工清潔量屬于典型的無(wú)組織排放源，污染過(guò)程復(fù)雜，排放隨機(jī)性高，難以量化。了解施工揚(yáng)塵空間擴(kuò)散規(guī)律,對(duì)于計(jì)算施工揚(yáng)塵排放量和制定揚(yáng)塵控制措施具有重要的意義.目前,未見國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道.本文以北京市2個(gè)建筑工地為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,以降塵(DF)為一次性監(jiān)測(cè)指標(biāo),經(jīng)過(guò)2a的研究,探索了建筑工地邊界上方和邊界外部的揚(yáng)塵空間分布規(guī)律.結(jié)果表明,建筑工地邊界同一平面坐標(biāo)上方的施工降塵濃度與高度的2次方成反比,邊界外部同一高度、同一方向的施工降塵濃度與監(jiān)測(cè)點(diǎn)距工地中心距離的2次方也成反比關(guān)系.1材料和方法1.1集塵缸材質(zhì).DF檢測(cè):集塵缸尺寸、降塵采樣與分析均執(zhí)行《環(huán)境空氣-降塵的測(cè)定-重量法》(GB/T15265-1994)規(guī)定,集塵缸材質(zhì)為95號(hào)玻璃.1.2測(cè)試1.2.1降塵移動(dòng)穩(wěn)定性測(cè)方法本研究選擇降塵而不是通常采用的TSP或PM10作為分析揚(yáng)塵擴(kuò)散規(guī)律的檢測(cè)指標(biāo),其理由主要為:降塵檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、成本較低,不需要電源;降塵在空間遷移時(shí)濃度削減速率快,不易受外界揚(yáng)塵的干擾;降塵連續(xù)采樣,描述了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的揚(yáng)塵過(guò)程,可以較好地消除因時(shí)、空的不確定性造成的取樣誤差;工地邊界的降塵與TSP(PM10)有很好的正相關(guān)性.圖1是本研究實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖(實(shí)際實(shí)驗(yàn)是在不同的2個(gè)現(xiàn)場(chǎng)完成的).1.2.2背景降塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在“西城區(qū)五棟大樓”建筑工地邊界處,設(shè)置1.50～4.13m不同高度的集塵缸8個(gè),在附近官園大氣監(jiān)測(cè)子站內(nèi)設(shè)置3m高的背景降塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)1個(gè).9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)取樣分析,每月取樣1次,連續(xù)監(jiān)測(cè)1a.1.2.3國(guó)家游泳中心旱地的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在國(guó)家游泳中心建筑工地東圍檔外沿正東西方向從圍檔邊界開始,每隔15m設(shè)置1個(gè)共14個(gè)3m高集塵缸,在附近的奧體公園監(jiān)測(cè)子站內(nèi)設(shè)置3m高的背景降塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)1個(gè).15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)取樣分析,每月取樣1次,連續(xù)監(jiān)測(cè)7個(gè)月.國(guó)家游泳中心工地東邊為國(guó)家體育場(chǎng)工地,實(shí)驗(yàn)期間該實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是大范圍長(zhǎng)滿蒿草的空曠裸地,人為干擾極小,從而保證了數(shù)據(jù)的可信度.2結(jié)果與分析2.1施工內(nèi)框架內(nèi)的沉降和垂直擴(kuò)散規(guī)律2.1.1擋墻值范圍工地邊界降塵(cDF)垂直擴(kuò)散監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖2.如圖2所示,由于圍擋的阻攔,工地邊界外部低于圍擋高度范圍(1.5～2.5m)的降塵濃度變化范圍不大;圍擋上部降塵濃度隨高度增加迅速衰減,到達(dá)4m處時(shí)已經(jīng)基本接近平衡點(diǎn).2.1.2垂直擴(kuò)散方程的回歸圍擋以上高度測(cè)定的降塵濃度(cDF)是環(huán)境背景降塵濃度(c0DFDF0)與施工降塵濃度(ΔcDF)(工地自身產(chǎn)生的1次降塵)疊加引起的,且有:ΔcDF=cDF?c0DF(1)ΔcDF=cDF-cDF0(1)從圖3可以看出,圍擋以上ΔcDF與高度的變化符合雙曲線趨勢(shì),按照垂直擴(kuò)散基本方程公式(2),對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析.ΔcDF=M(h+h0)n(2)ΔcDF=Μ(h+h0)n(2)式中,ΔcDF為高于圍擋正上方hm的某一點(diǎn)施工降塵濃度[t·(km2·30d)-1],M為垂直擴(kuò)散常數(shù)(t/30d),h為該點(diǎn)距離圍擋上沿的距離(m),h0為圍擋高度(m),n為擴(kuò)散指數(shù).對(duì)公式(2)兩邊取自然對(duì)數(shù),轉(zhuǎn)換為:ln(ΔcDF)=?n×ln(h+h0)+lnM(3)ln(ΔcDF)=-n×ln(h+h0)+lnΜ(3)將每個(gè)月隨高度變化的施工降塵濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代入公式(3)進(jìn)行回歸,回歸之后得出的各垂直擴(kuò)散方程式中的M和n的值,見表1.從表1的數(shù)據(jù)可以看出,各回歸方程的相關(guān)性均較好,因此可以用公式(2)來(lái)量化描述施工揚(yáng)塵的垂直擴(kuò)散規(guī)律.各回歸方程式中擴(kuò)散指數(shù)n變化不大,最大值為最小值1.9倍,算術(shù)平均值為2.09.為了更加直觀地描述施工揚(yáng)塵垂直分布,可將擴(kuò)散指數(shù)簡(jiǎn)化成一個(gè)和施工揚(yáng)塵過(guò)程無(wú)關(guān)的常數(shù),即n=2.各方程式中的垂直擴(kuò)散常數(shù)M相差較大,最大值與最小值相差10倍之多,顯然M與施工揚(yáng)塵污染強(qiáng)度有關(guān),污染強(qiáng)度越大,M值也越大.因此,建筑工地邊界施工降塵垂直擴(kuò)散方程式可用下式表示.ΔcDF=M(h+h0)2(4)ΔcDF=Μ(h+h0)2(4)公式(4)還可以表示為:cDF=M(h+h0)2+c0DF(5)cDF=Μ(h+h0)2+cDF0(5)式中,cDF為不同高度對(duì)應(yīng)的邊界降塵測(cè)定濃度[t·(km2·30d)-1],c0DFDF0為自然背景點(diǎn)降塵測(cè)定濃度[t·(km2·30d)-1].本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,該工地經(jīng)歷了挖槽、結(jié)構(gòu)等不同施工階段,不同月份的施工強(qiáng)度、降雨量等影響揚(yáng)塵排放的重要因素也相差很大,但是這些差別主要是影響垂直擴(kuò)散常數(shù)M,對(duì)擴(kuò)散指數(shù)n影響不大.2.2施工總防塵水平擴(kuò)散規(guī)律2.2.1地圍擋邊界外延的初始降塵濃度的變化施工降塵水平擴(kuò)散監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4.如圖4所示,工地圍擋邊界外延的最初15m內(nèi)降塵濃度變化不明顯,其原因待于進(jìn)一步研究;工地15m以外范圍內(nèi)降塵濃度衰減較快,約在100m處達(dá)到平衡點(diǎn).2.2.2等效逸散初始距離的計(jì)算同垂直擴(kuò)散一樣,圍擋外一定范圍內(nèi)測(cè)定的降塵濃度cDF是環(huán)境背景降塵濃度c0DFDF0與施工降塵濃度ΔcDF疊加引起的,其相互關(guān)系也符合公式(1).從圖4可以看出,ΔcDF隨距離(15～100m)變化的趨勢(shì)也符合雙曲線的變化關(guān)系,為了和垂直擴(kuò)散方程統(tǒng)一且經(jīng)過(guò)初步回歸分析,水平擴(kuò)散指數(shù)n仍然可以取2,得水平擴(kuò)散方程式如下:ΔcDF=N(l+l0)2(6)ΔcDF=Ν(l+l0)2(6)式中,ΔcDF為圍擋外某點(diǎn)3m高處的施工降塵量[t·(km2·30d)-1],N為水平擴(kuò)散常數(shù)(t/30d),l為圍擋外降塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)與圍擋的距離(m),l0為等效逸散初始距離,可以理解為等效揚(yáng)塵源原點(diǎn)(按點(diǎn)污染源對(duì)待)與圍擋的距離(m).對(duì)公式(6)兩邊開根號(hào)并取倒數(shù),轉(zhuǎn)換為:1ΔcDF√=l0N√+lN√(7)1ΔcDF=l0Ν+lΝ(7)將ΔcDF每個(gè)月隨距離變化的降塵數(shù)據(jù)代入公式(7)進(jìn)行回歸,得出不同月份降塵水平擴(kuò)散方程式中N和l0值,見表2.從表2的數(shù)據(jù)可以看出,各回歸方程的相關(guān)性均較好,因此可以用公式(6)來(lái)量化描述施工揚(yáng)塵的水平擴(kuò)散規(guī)律.各回歸方程式中等效逸散初始距離l0變化不大,最大值為最小值2.1倍,算術(shù)平均值為46.6.本研究中,l0的平均值約為該工地東西方向一半,因此可以認(rèn)為l0是和工地?cái)U(kuò)散方向長(zhǎng)度有關(guān)的參數(shù),工地越大,l0值越大,但對(duì)于具體工地來(lái)講,l0應(yīng)該是一個(gè)常數(shù).各方程式中的垂直擴(kuò)散常數(shù)N相差較大,最大值與最小值相差30多倍,可見N與施工揚(yáng)塵污染強(qiáng)度有關(guān),污染強(qiáng)度越大,N值也越大.公式(6)還可以表示為:cDF=N(l+l0)2+c0DF(8)cDF=Ν(l+l0)2+cDF0(8)式中,cDF為圍擋外不同距離處對(duì)應(yīng)的降塵濃度[t·(km2·30d)-1],l0為等效逸散初始距離(m),可取被監(jiān)測(cè)工地?cái)U(kuò)散方向長(zhǎng)度的一半,c0DFDF0為自然背景點(diǎn)降塵濃度[t·(km2·30d)-1].同垂直擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)相似,該工地各類影響揚(yáng)塵排放的重要因素也相差很大,但是這些差別也僅對(duì)擴(kuò)散常數(shù)N影響較大,對(duì)等效逸散初始距離l0影響不大.通過(guò)比較可知,垂直擴(kuò)散方程與水平擴(kuò)散方程在形式上非常相近,均符合球面擴(kuò)散規(guī)律,與文獻(xiàn)介紹的沙塵傳輸方程也有近似之處.3建筑工地邊界外部自然條件條件條(1)建筑工地邊界同一平面坐標(biāo)上方的施工降