高斯模式在点源大气污染防护绿地布局的应用（可编辑）

高斯模式在点源大气污染防护绿地布局的应用（可编辑） 高斯模式在点源大气污染防护绿地布局的应用 .年 月 山东师范 大学学报 自然科学版. . 第 卷 第 期高斯模式在点源大气污染防护绿地布局的应用 胡 宏 徐建刚 南京大学地理与海洋科学学院, ,南京‖第一作者 岁,女,硕士生 摘要 以往临近工业园区直接布局防护绿地的做法没有考虑污染物扩散的特点和分布范围,有时并不能起到削减、过滤污 染物的作用,反而造成土地和经济上的浪费,即生态不经济.本文通过比较既有大气扩散模式,提出高斯模式在平坦地形高架点源 防护绿地布局的应用方法,为城市防护绿地布局提供借鉴.以仪征市扬农电厂为例,分析其气体污染物扩散特点、计算地面最大污 染浓度分布范围,进行生产防护绿地布局.研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,常风速条件下污染浓度随距离增大先增大后减小,静风条件下污染浓度 随距离增大而减小;在电厂与主城区之间设置两处防护绿地,一处在污染源与主城区之间距污染源约 ,宽;一处在污染 源四周距污染源,宽 ~. 关键词 高架点源;大气扩散;高斯模式;防护绿地 中图分类号. 快速城市化进程中,城市出现诸多污染问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 .其中,工业点源大气污染是危害城市发展和生态和谐的原因之一,在城市规 划中,削弱工业大气污染的防护绿地布局问题日益重要.城市防护绿地指用于隔离、卫生和安全的防护林带及绿地,建立防护 绿地的目的之一是削减污染物对于城市居民的危害.既有城市规划对于防护绿地的布局多采用沿工业区四侧布局的方法.这 种布局方式从空间上看,似乎将污染源与其他城市用地隔离,但已有点源大气污染扩散研究表明,大气污染地面浓度随距离 先增大后减小 。 ,因此在工业用地近侧的绿地隔离未必能起到完全消减气体污染物方面的作用,反而导致用地和经济的浪 费,造成生态效益低下以及生态不经济.笔者认为,防护绿地布局与工业的大气污染扩散模式有密切联系,故从研究既有大气 扩散模式出发,选择适用模型,以工业园大气污染的特殊类型??高架点源污染为研究对象,界定大气污染最大浓度分布范 围,为城市防护绿地布局提供借鉴. 点源污染大气扩散模式研究综述 大气扩散模式是一种用以处理大气污染物在大气中输送和扩散问题的物理和数学模型 对于点源大气污染的研究,主 要是通过运用点源污染大气扩散模式,建立数学模型,研究污染物扩散的空间规律,推算污染物地面最大浓度和位置.有关这 一 类型的扩散理论和数学方法主要有高斯模式、统计模式、大气压扩散相似模式和 模式,它们的共同点是研究湍流与烟流 传播和污染物浓度衰减的关系 ,但其理论基础不同,适用的大气扩散研究对 象不同 见表 .目前,国内学者研究和应用最 多的是高斯模式及其变形模式.吴兆清等 利用高斯大气扩散模式研究了以高架点源为主的株洲市城区的分布规律.洪 燕峰等 提出运用高斯迭加模式在区域性大气环境影响评价中多源污染对进行复合污染计算.在其他几种扩散模式的研究 中,汤广发等 应用 模式,对平原地区高架烟囱排烟的大气扩散现象做了数值计算.金维明 推导梯度模式,引用大气边界 层湍流系数进行实际运算. 扬农电厂所在区域下垫面平坦,污染物的大气扩散近似符合正态分布;且研究针对企业的点源污染,污染源距市区不大 于 ,因此,该问题属于平坦地形高架连续点源扩散问题,对比表 种模式的优缺点和适用范围知高斯模式最适合此类问 题的研究. 表 各种大气扩散模式比较 注:依据参考文献 ~ 整理 收稿日期:? 一第 期 胡 宏,等:高斯模式在点源大气污染防护绿地布局的应用 第 卷 表 扬农电厂污染物参数 数据与方法 . 电厂数据 扬农电厂位于仪征市西南部的化学工 业园内,长江岸边.该地区地处北亚热带季风气候区,全 年雨量充沛,四季分明,温和湿润,年平均气温 . ?, 资料来源:仪征市化学工业园区环境规划 年降雨量,年平均日照 左右,无霜期 天.扬农电厂距仪征内河胥浦河仅 多 ,距仪征主城区也不足 .扬农电厂污染排放方式为连续稳定排放,符合 高斯模型对污染物扩散的要求. . 气象数据 由仪征气象统计资料知,扬农电厂所在的化学工业园常年主导风向为东风,频率为%,静风频率 %.冬季月 主导风向为东北风、东北 表 仪征化学工业园常年风速、风向统计 东风,夏季 月 主导风向为东 南东风.仪征常年主导风向为东 风,理论上扬农电厂的布局符合 城市规划中污染企业位于城市下 风向的布局原则.然而由表 看 资料来源:仪征市化学工业园区环境规划 。 出,尽管仪征常年主导风向为东风,但偏西风也时有发生,其对电厂以东地区,特别是主城的大气污染程度值得研究.本文的 计算思路即是确定各风向下扬农电厂的最大大气污染浓度和位置. . 研究方法 应用高斯模式研究扬农电厂气体污染物扩散特征,共分为 个步骤:?收集整理扬农电厂所在区域气象数 据和扬农电厂排污数摒;?运用高斯模式构建数学模型,计算污染物地面浓度分布,首先计算烟气抬升高度、烟气出口高度处 风速,然后计算有效泺岛、大气扩散参数,最后确定不同风速条件下污染物地面浓度分布;?依据污染物地面浓度分布,确定 最大污染沉积地区;?研究防护绿地布局位置、模式. 数学模型构建 墼塑 电厂捧污数据 运用高斯模式中的落地浓度模型计算气体污染物的最大地面『计算烟 面芒 嚆度 威 计垂烟气抬 哺厦 沉积浓度范围.运用该模型的关键在于计算有效源高和大气扩散 计算有效源高 参数.以西风为例,构建落地浓度数学模型,其他风向下的落地浓 高 二二 二 斯 度计算原理与之相同见图 . 计算大气扩散参数 模 . 有效源高数学模型 气体污染物从烟囱口排出后并不直接 式 下沉,而是先上升再趋向水平,最后沉积.因此点源污染的有效源 计算常风速条件下污染 计算静风、微风条件下 、? ?\厂, 高是烟囱高度与烟云最大抬升高度之和.烟囱高度已知,烟云最大 物地面浓 度分布污染物地面浓度分布 抬升高度受烟气热排放率、烟气出口高度处风速影响? . 确定污染沉积 . . 烟气热排放率模型 烟气热排放率可采用 式计算 最严重地区: . ? ?? 一 ? ? 生产防护绿地 烟气热排放率 . ; ??大气压力 ; 布局研究 ??实际排烟率 ;?卜 烟气出口温度与环境大气温 图 研究方法示意图 度差 ,? : ? ; ??烟气出口温度 ;??环境大 气温度 . 计算得.. ? / : . .. 烟气出口高度处风速模型 烟气出口高度处风速可采用 式计算:/ , 。。??地面 高处的风速 ,即气象台测量的风速; ??大气稳定度参数依据参考文献 ,本文取 . ;计 算得 ./ .. ?‘。. . . 烟气抬升高度模型 因为烟气烟气热排放率大于~,所以烟气抬升高度采用 式计算 :? : ~, ??烟气热状况及地表状况系数研究区域为工业园,依据参考文献 ,本文取 . ;??烟气热释放率指数取 / ;/??排气筒高度指数取/ ;. .. ~:. 依据公式得到最终有效源高为. . 大气扩散参数数学模型 大气扩散参数是下风距离、大气稳定度和地面粗 糙度的函数,本研究采用 、式计算 .第 卷 山东师 范大学学报 自然科学版 第 期 。 , 戈? , 其中, 是垂直于主导风向的大气横向扩散参数, 是 表 扬农电厂污染物参数值 铅直向扩散参数; 、 、 、口:是扩散参数在不同下风距离 处的经验回归系数和经验回归指数. 依据参考文献 中表 . 和表 . ,可查出 ,、 、 ,、 :在不同下风距离的参数值,由公式 、 计算得到 、 . . 落地浓度数学模型 . . 常风速条件下落地浓度 研究对象为连续排放的高 架点源,采用高斯模式中经典点源烟流模型,以烟囱地面位置 为原点,下风地面落地浓度计算公式为 : 。, 【一\】.??污染物的排出量 ‘; ??在任意点上烟气横向分布曲线的标准偏差, 的函数; ??在任意点上烟气竖向分布曲线的标 准偏差, 的函数; , ~风速/; 一 有效高度/ ; ??从烟源至下风方向任意点的距 / ;广 直角方向上烟气中心轴至任意点的 距离, ; ??自地面至任意点的高度/ ; ??任意点的浓度. 表 扬农电厂西风下 和烟尘地面浓度值 . . 静风条件下平均落地浓度 在静风条件下,气体污染物扩散无明显的方向性,一般假设污染物沿铅直方向为高斯分 布,水平方向以污染源为圆心呈同心圆分布.静风条件下平均落地浓度的数学公式为 : :? 唧一吉】.尺 。 二、 :, ??污染物的排出量?;??在任意点上烟气竖向分布曲线的标准偏差, 依据参考文献 中表 . 计算 ; ,?一静风风速,取 . ?~; 静风有效源高; ??下风向距点源距离;卜 任意点的浓度 。. 防护绿地布局分析 . 最大污染分布范围分析 对比地面污染浓度值和国家规定的大气环境质量标准 ,发现扬农电厂作为研究区的高架点 源其污染程度在国家标准以内,如果其后续发展按照 年的排放量,理论上不会对环境造成危害.本文重在探讨区域高架 点源防护绿地布局,故暂不考虑其地面浓度值,而以最大浓度分布范围为分析对象.第 期 胡 宏,等:高斯模式在点源大气污染防护绿地布局的应用 第 卷. 】 . .. ... . . . . ... .... . . ... . 常风速条件下最大污染分布范围 经第四节计算可知,常风速条件下和烟尘随扩散距离的增大先增大后减小,且在不同方向其污染物扩散范 围不同图 .虽然主导风向为东风,但主城区位于电厂东侧,其他方向居住 用地分布较少,故主导风向下的污染扩散对城市居民生活影响不大,防护绿地 布局主要应考虑选择在主城区与电厂之间的位置.研究这一区域内地面污染 沉积变化,发现常风速条件下,污染物地面沉积可分为 个等级, 范围 内污染很小; ~范围内,污染逐渐增大; ~ 范围内,污 染达到最大; 范围内,污染逐渐减小; 以外,污染逐步减 至零. . . 静风条件下最大污染分布范围 在静风条件下,污染物扩散动力小, 基本在污染源附近分布, 和烟尘随扩散距离的增大而减小.研究主城区与 电厂之间污染沉积变化,发现常风速条件下,污染物地面沉积可分为 个等 图 常风速下污染物扩散范围 级, 范围内地面污染逐步增加; ~ 范围内,污染达到最大值; 范围内,污染逐步减少; 以外,污染几乎不存在. . 防护绿地布局 防护绿地的主要功能是在削减、过滤、稀释工业污染气体的同时,改善城市的自然生态环境.一般都设置 在工业区与居住区之间,宽约 ?...依据最大污染物沉积浓度范围,防护绿地应布局在两个地区,一是常风防护绿地,主 要防护常风速条件下的气体污染,布局在污染源与主城区之间距离污染源约 处,临近主城西南边缘,宽约 ;二是 静风防护绿地,防护静风条件下的气体污染,在污染源周围 处,宽约 ~ .防护绿地宽度主要根据最大污染分布宽 度并参考既有防护绿地相关研究 。。 得出. 防护绿地的树种选择也是削减污染的关键因素.依据植物对大气污染吸收能力和抗性来选择绿化植物,同时在布置形式 上从水平绿化和垂直绿化两方面考虑.靠近地面种植相对低矮的绿篱和草坪,比如夹竹桃、黄杨等;在地面较高处种植抗污性 强、树干高大的乔木,如选择悬铃木、樟树等 . 结 论 以往城市工业园区防护绿地布局多围绕工业园四周布设,这种做法没有考虑工业污染的特点,是一种经验做法.本文认 为工业区防护绿地布局应以企业污染的特点为依据,分析其污染方式,比如点源大气污染,可借用高斯公式研究污染扩散特 点,确定地面沉积范围,再进行防护绿地布局,使其发挥污染防治、美化环境的生态作用,达到人地关系的和谐发展 . 以仪征市化学工业园区扬农电厂为例,其设置防护绿地的目的主要为削减、过滤、隔离工业园气体污染对仪征主城的影 响,故布局主要考虑工业园与主城之间污染物扩散特征.研究表明,常风速条件下污染浓度随距离增大先增大后减小,在 ? 范围内污染达到最大;静风条件下污染浓度随距离增大而减小, ? 范围内污染达到最大值.依据最 大污染物沉积浓度范围,在两处布局防护绿地,一处是常风防护绿地,布局在污染源与主城区之间距离污染源约 处, 宽约 ;一处是静风防护绿地,在污染源周围 处,宽约 ~ . 参考文献 牛文胜,孙振海.大气扩散模式的简要回顾.气象科技,, : ~ 彭定一,林少宁.大气污染及其控制 .北京:中国环境科学出版社,. ? 帕斯奎尔,史密斯 著.大气扩散.曲绍厚,温玉璞,邹孝恒译.北京:科学出版社, . ? 王宏模.大气扩散模式及其应用 .包钢科技,, : ~ 宣 捷 大气扩散的物理模拟 .北京:气象出版社, . ~】