第六章城市大氣環(huán)境4、5、6

第四節(jié)

大氣中污染物的擴散一個區(qū)域的大氣污染程度取決于該區(qū)域內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、擴散的速率和遷移轉化的途徑。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、溫度層結氣溫沿垂直高度的分布可用曲線表示，稱為溫度層結曲線，如圖有幾種情況：①②氣溫隨高度的增加而遞減，有利于污染物的擴散。

③氣溫不隨高度變化，為等溫層結。

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(b)逆溫開始生成，隨地面輻射增強，迅速冷卻，逐漸向上發(fā)展(c)輻射達到最強時為黎明前(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時左右，逆溫消失這種逆溫冬季最強，中緯度地區(qū)可達200~300m3、大氣水平運動和湍流1)、風對大氣污染物擴散的作用污染物在風的作用下，沿下風向輸送、擴散和稀釋，因此，大氣污染物受到兩方面的影響，即風向和風速的影響。風向頻率越大，其下風向受污染的機率就越高，因此，污染的程度與風向頻率成正比；某一風向的風速越大，則下風向的污染程度就越小，因為來自上風向的污染物的輸送、擴散、稀釋的能力加大，使大氣中污染物的濃度降低，因此，風速與污染的程度成反比，得出一個污染系數(shù)的定義和公式：污染系數(shù)綜合了風向、風速的作用，某方位的風向頻率小、風速大，該方向的污染系數(shù)就小，說明其下風向的空氣污染就輕，這項氣象條件是選廠址時最重要的依據。廠址應設在污染系數(shù)最小方位的上側。依據各方位的污染系數(shù)和它的百分率，可以繪制成的污染系數(shù)玫瑰圖。2）水平運動大氣的水平運動通常稱為風，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散和輸送起著重要的作用。風受著各種力的影響，也是在各種力的作用下產生的。作用于空氣的力有：①由于氣壓分布不均而產生的氣壓梯度力；②由于地球自轉產生的地轉偏向力；③由于空氣層之間，空氣與地面之間相對運動而產生的摩擦力；④由于空氣作曲線運動所產生的慣性離心力等，這些力間的不同組合構成了不同形式的大氣水平運動。3)大氣的湍流運動定義：大氣的無規(guī)則運動稱為大氣湍流在實際大氣中，往往是大氣在短時間內進行著不同尺度的無規(guī)則運動，這種運動叫湍流，它是由大大小小的“湍渦”組成的。湍流的擴散能力很強，也就是說，它具有明顯的擴散效應。風速越大，湍流越強，污染物擴散的速度就越快，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散。有利：云霧形成初期，捕獲空氣中的顆粒物作為凝結核，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、動力效應：地形地物(1)地形受地形影響，形成具不同特點的局地環(huán)流或改變原來的氣流方向，導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行，背風面形成局地窩旋，不利污染物擴散，減小平均風速；②風向擺動大，近地層風場不規(guī)則2、熱力效應由于下墊面性質不同，或地形起伏，使其受熱、散熱不均勻，引起的溫度場和風場的變化。(1)山谷風：山谷風的影響是污染物往返積累，形成很高的濃度。風方向是不穩(wěn)定的，時而山風，時而谷風，若有大量污染物排入山谷中，則因風向擺動而使污染物不易擴散，積聚造成污染。(2)海陸風：影響是盛行風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，隨海風吹向陸地，在近海處造成污染。2、熱力效應(3)城市效應：城市特殊下墊面的特點造成城市和農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源、線源和面源；排放污染物的持續(xù)時間分為瞬時源和連續(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，如工廠煙囪排放當作高架連續(xù)點源，繁忙的公路作為連續(xù)線源，城市居民區(qū)的家庭爐灶當作地面面源，把各個污染源結合在一起考慮，稱為復合源。三、影響大氣污染的其他因素2、源強和源高源強：排放濃度的大小源高：排放的高度煙氣排放的方式有點源（煙囪，利用區(qū)域布置，提高煙囪高度）線源（自然通風法，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，在浮升力和風力及慣性力的作用下，向下風方向逐漸擴散，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、煙氣是從高架點源連續(xù)排放的。2、污染物擴散是被動，它完全隨周圍空氣一起流動，煙氣中污染物排放到空氣中不發(fā)生化學反應，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的大氣層中，計算的擴散范圍以不超過10公里為宜。4、風在空間分布平直并且均勻穩(wěn)定，不漲落，平均風速和風向沒有顯著變化。

高斯煙羽模式假定條件：5、應用高斯模型估算污染物濃度，僅適用于平均風速大于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，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量？第五節(jié)：控制大氣環(huán)境污染的規(guī)劃設計原則概述城市大氣環(huán)境的控制需要城市各個方面的共同努力才能實現(xiàn)，但是無論是經濟規(guī)劃還是實體規(guī)劃，都起到宏觀調控的作用，意義重大。本節(jié)主要介紹實體規(guī)劃中的原則。4個原則選擇合理風象污染指標正確處理地形地物與污染的關系加強城市綠化建設發(fā)展區(qū)域供熱，集中供暖，供熱能源的改善。一、選擇合理風象污染指標0、風象風象是一個地區(qū)風向、風頻和風速的綜合。主導風向原則的不全面性風向、風頻和風速等單一指標的作用無法對比；需要考慮各個指標的綜合效果。1、污染系數(shù)污染系數(shù)指一個地區(qū)某方向的風向頻率與平均風速的比值。有了污染指數(shù)，用它代替風向頻率進行規(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。

風象頻率風象頻率2、污染風頻對污染系數(shù)修正的結果Fpi----i方向的污染風頻Fi----i方向的風向頻率Ui----i方向的平均風速Uo----該地區(qū)各方向平均風速3、風象頻率前提：1~2m/s微風極易產生污染，7~8m/s以上的風不太產生污染。采用多年氣象統(tǒng)計資料，將風速分為8個等級，1~7m/s的風速每增加1m/s為一個等級，大于8m/s的風速為最后一個等級，分別統(tǒng)計每個方向每級風速出現(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、大氣穩(wěn)定度、降水強度、大氣熱力湍流等因素有關。必須考慮Ii：風的污染指數(shù)，S：大氣穩(wěn)定度相對值Pr：降水量相對值，u：風速相對值，h：湍流混合層厚度相對值4、污染概率一般認為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行城市規(guī)劃時，需要對10~20年時間的資料進行計算，繪制出污染概率風玫瑰圖，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系1、山間盆地全年靜風、小風多，且常發(fā)生地形逆溫和輻射逆溫，逆溫強度大于平原，不利于氣體向外擴散。不適合設置有污染的工廠；2、沿海地區(qū)或大型內陸水域周圍地區(qū)，因為海陸風形成日變型局地環(huán)流。在規(guī)劃中應將污染源與居住區(qū)二者連成一線平行沿海岸布置。3、當山丘兩側分別布置污染工業(yè)和居住區(qū)時，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系三、加強城市綠化建設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)生防護林帶位置選擇需要考慮污染源、地形、風場等因素。四、發(fā)展區(qū)域供熱，集中供