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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