不同吊顶形式的地铁站台火灾人员疏散环境分析

以西安市某地铁车站岛式站台层为研究对象,利用火灾动力学模拟软件FDS,构建了3种不同吊顶形式(平板式、方形内凹式和格栅式)的站台层物理模型,在站台层5 MW火灾的情况下,对各个模型下烟气蔓延过程、吊顶层温度分布、人眼特征高度层温度分布、CO浓度分布和楼梯口处风速等与人员疏散环境相关参数进行了数值模拟,对比分析了3种不同吊顶形式下地铁车站站台层火灾的排烟效果。结果表明:方形内凹式吊顶可有效减缓烟气蔓延过程,降低楼梯口外侧烟气浓度,但会造成温度和CO浓度分布的局部波动;格栅式吊顶能提升烟气层高度,使人员疏散在火灾前中期处于更为安全的环境中,但烟气层过高不利于排烟口排烟。     

北京秋冬季近地层PM2.5质量浓度垂直分布特征

选取秋冬两季各14 d对北京地区近地层ρ(PM_2.5)垂直分布进行监测,获得ρ(PM_2.5)垂直廓线;结合同步测得的气象数据,就气象因素对垂直分布的影响进行了分析;最终拟合了ρ(PM_2.5)垂直廓线方程.研究表明:秋冬两季ρ(PM_2.5)的垂直分布随高度增加而呈对数递减的规律;风速随高度的变化遵循对数规律;发生逆温时,大气层结稳定,垂直方向上的湍流受到抑制,风速与PM_2.5逐时质量浓度在垂直方向的分布呈较好的线性关系,ρ(PM_2.5)随高度改变呈显著的对数相关关系;而在非逆温的情况下,PM_2.5逐时质量浓度垂直分布与风速线性相关的概率较小,质量浓度的垂直分布与高度的对数关系不显著.      

CCSM4/WRF-CMAQ动力降尺度预估RCP8.5情景下京津冀地区空气质量的潜在变化

目前,针对气候变化对区域空气质量影响的研究相对较少,并且多采用统计降尺度方法对全球气候模式结果进行处理.采用WRF中尺度气象模式对CCSM4气候模式的CMIP5 RCP8.5情景预估结果进行动力降尺度处理,并为CMAQ空气质量模式提供气象场;在2012年清华大学MEIC大气污染物排放清单的基础上,选取2005年作为气候现状代表年、2049-2051年作为未来气候代表年,对京津冀地区典型月份（1月、4月、7月、10月）的气象及空气质量数值模拟结果进行对比,以此预估气候变化背景下京津冀地区空气质量潜在变化.结果表明,在排放情况不变及RCP8.5情景下,未来代表年与现状代表年相比,京津冀地区以典型月份为代表的年均气象因素整体呈现温度升高,风速、相对湿度及大气边界层高度均降低的趋势;年均大气污染物浓度整体呈现升高的趋势,其中,温度升高约0.8℃,风速降低约0.11 m/s,相对湿度降低约2%,大气边界层高度降低约8 m,ρ（PM_2.5）升高约2.4 μg/m3,ρ（SO₂）升高约1.8 μg/m3,ρ（NO_x）升高约1.0 μg/m3;此外,主要的气象条件（温度、风速、相对湿度、大气边界层高度）中,风速及大气边界层高度的降低可能是造成这些大气污染物浓度变化的主要气象因素,并且风速及大气边界层高度的降低与ρ（PM_2.5）降低的相关系数分别约为-0.44和-0.26.研究显示,气候变化会对京津冀地区造成污染物浓度升高的潜在风险,同时由于现阶段缺乏可用于空气质量模式的未来排放情景数据、在线耦合模式日臻完善,在我国气候-空气质量的研究领域亟待进行更深层次的研究.      

国防工程火灾烟气成分分布规律研究

利用火灾模拟软件FDS,对国防工程发生火灾时不同走廊开口情况下烟气成分在垂直和水平方向上的分布规律进行研究。结果表明:国防工程发生火灾时,单向型走廊内烟气成分在垂直方向上呈上下两层分布,烟气在走廊末端沉降,而在水平方向上烟气成分的分布规律与高度和距火源的距离有关,距火源的距离越远走廊上层O_2浓度越高、CO_2浓度越低,走廊下层正好相反;全封闭型走廊内烟气成分在垂直方向上不会分层,烟气充满走廊,烟气浓度分布受火源燃烧状态影响分为前后两个阶段,前期走廊上层区域烟气浓度会达到极值,后期趋于稳定,而在水平方向上,前期走廊上层区域离火源越远,CO_2浓度越低、O_2浓度越高,后期离火源越远,CO_2浓度越高、O_2浓度越低;烟气迁移及沉降导致远离火源处危险性仍然较高,人员逃生时不可大意。     

沙尘暴期间莫高窟大气颗粒物变化及影响因素

为有效预防突发沙尘暴天气下大气颗粒物对世界文化遗产地敦煌莫高窟壁画及彩塑的污染,文章选取了第138窟内、72窟前及九层楼顶3处监测点,探讨了大气颗粒物污染特征及影响因素。结果表明:72窟前平均风速为1.57 m/s,小于起沙风速,九层楼顶平均风速为10.66 m/s,大于起沙风速,占比为98.50%,主风向为东北偏东,占比为39.85%。九层楼顶颗粒物质量浓度比其他监测点更快达到最大值。第138窟内、72窟前PM2.5日均质量浓度为(43.82±15.51)、(59.85±29.78)μg/m~3,超标倍数为0.25、0.71,九层楼顶PM2.5超出仪器上限。第138窟内、72窟前、九层楼顶PM10日均质量浓度为(58.60±21.36)、(74.43±36.52)、(3 725.41±203.41)μg/m~3,超标倍数为0.17、0.49、73.51;TSP日均质量浓度为(80.15±29.02)、(102.33±48.22)、(5 593.68±707.98)μg/m~3,超标倍数为0、0、45.61。各监测点输送颗粒物的主要风向为ENE、NE、E和N、NNE。颗粒物质量浓度与气温、气压呈负相关,与风速呈正相关,除72窟前PM2.5外,其他颗粒物质量浓度与空气相对湿度呈负相关。     

广州城区近地面层大气污染物垂直分布特征

为更好地了解广州城区近地面层大气污染物的扩散与输送过程,利用广州塔4层大气污染物垂直梯度观测平台(高度分别为地面、118、168和488 m)于2014年1月—2015年12月对多种大气污染物进行连续观测,分析了广州城区近地面层大气污染物的垂直分布特征.结果表明:①ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)、ρ(PM₁)、ρ(NO₂)和ρ(NO)随高度的上升而降低,其中ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)和ρ(PM₁)在低层(地面点位)—高层(488 m点位)的递减率分别为35%、30%和26%,ρ(NO₂)和ρ(NO)分别为75%和84%;ρ(O₃)随高度上升而增加,其低层—高层的增长率为135%;ρ(SO₂)和ρ(CO)则随高度上升先增后减.②除ρ(O₃)外,其余污染物浓度均符合“冬强夏弱”的季节特征,ρ(O₃)则在夏秋季较高,春冬季较低.冬季ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)、ρ(NO₂)和ρ(NO)高、低层间差异为全年各季最大,分别为38.6、18.5、49.4和31.9 μg/m3.③各污染物小时浓度日变化特征均不同程度地受混合层发展过程的影响,各高度污染物浓度在一天中混合层高度最高的时段(12:00—17:00)最接近,而在其余时段分层较明显.除O₃外,其余污染物质量浓度在中、低层大致呈早晚双峰分布,而在高层大致呈单峰分布.ρ(O₃)则在各层均保持单峰分布,峰值一致出现在14:00.④对一次典型污染过程分析发现,不同高度的ρ(PM_2.5)和ρ(NO₂)最大差值分别可达183.0和148.0 μg/m3,ρ(PM_2.5)显著地受到本地近地面污染源的影响,污染物高浓度区域主要集中在488 m以下.      

气溶胶直接气候效应对天津气象和空气质量的影响

基于在线大气化学模式WRF/chem,发挥其在线模式的优势,假设是否考虑气溶胶直接气候效应2种情况,模拟2015年全年天津地区气象场和空气质量的演变,并与观测实况比较,定量剖析天气-气溶胶-天气-空气质量之间的相互关系.结果表明:2015年气溶胶直接气候效应导致天津地面太阳辐射下降27.42W/m~2,气温下降0.21℃,风速减少1.1%,相对湿度增加1.4%,边界层高度下降6.3%,气象条件向不利于大气污染扩散方向转变,由于上述作用的存在,2015年PM_(2.5)质量浓度增加3μg/m~3,PM_(10)增加5.5μg/m~3,SO_2增加1.2μg/m~3,同时由于气溶胶影响光化学条件导致的O_3质量浓度减少1.4μg/m~3.气溶胶直接气候效应形成天气-气溶胶-天气-气溶胶之间的循环作用并不是线性的,重污染天气显著强于清洁日和平均条件,从而导致重污染天气空气质量的进一步恶化.     

西安南郊夏季空气二氧化碳浓度时空变化

利用红外CO_2监测仪对西安南郊3种人工植被不同高度下空气CO_2浓度分别进行了3次昼夜观测,探讨了不同高度空气中CO_2的浓度动态日变化规律及其影响因素。结果表明:西安南郊地区夏季一昼夜内空气中CO_2浓度具有明显变化,从当日上午08:00到次日上午08:00,空气中CO_2浓度变化呈现出由高变低再变高的规律,这种变化特点与昼夜温度变化基本一致,但两者在时间上并不完全同步。CO_2浓度昼夜变化分为四个阶段,第一阶段在08:00—12:00,为CO_2浓度较高阶段,平均浓度为516μL?L~(-1);第二阶段在13:00—21:00,为CO_2浓度最低阶段,平均浓度为483μL?L~(-1);第三阶段在22:00到次日04:00,为CO_2浓度较低阶段,平均浓度为502μL?L~(-1);第四阶段在05:00—07:00,为CO_2浓度最高阶段,平均浓度为533μL?L~(-1)。在2 m高度范围内,空气中CO_2浓度与高度呈负相关关系,与空气湿度呈正相关关系,风速对CO_2昼夜浓度影响较小。白天光合作用强,空气对流作用强,空气中CO_2浓度明显低于夜间。     

地铁车站空气污染物影响因素探讨

地铁交通系统内空气质量因对乘客健康具有明显影响而逐渐受到了重视,为了准确判断影响地铁交通系统空气污染物的各类因素,以上海市地铁10号线同济大学站为例,利用便携式测量仪器,分析了室外大气空气质量,客流量以及通风条件对地铁站内空气中PM_(2.5),CO_2浓度的影响。结果表明:地铁站空气中PM_(2.5)的浓度受室外大气空气质量的影响较大,室外大气与地铁站空气中PM_(2.5)的浓度具有较强的相关性,二者变化趋势一致;乘客呼吸是导致地铁站空气中CO_2浓度变化的主要原因,CO_2浓度随乘客数量的增加呈上升趋势;地铁站的通风条件显著影响空气的流动情况,通风条件越好,越有利于空气污染物的扩散,从而可有效降低空气中PM_(2.5)和CO_2的浓度水平。     

地质封存CO_2泄漏对土壤真菌群落结构影响

以鄂尔多斯二氧化碳地质储存地的土壤和典型植被小麦为研究对象,通过模拟试验,采用PCR-DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)技术对不同浓度CO_2施加条件下土壤真菌多样性进行了研究。结构表明:土壤CO_2浓度由对照区的990 mg/m~3增加到35 990、71 980、107 970 mg/m~3时,真菌多样性指数(Shannon's method)依次为1.609、1.386、1.609、1.609。随着土壤CO_2浓度升高,Chaetomium sp.(毛壳菌属)等真菌丰度显著降低,990 mg/m~3条件下Pseudallescheria boydii(波氏假阿利什菌)菌种消失;优势菌群Ascobolus crenulatus(粪盘菌科)具有很高的同源性。土壤CO_2浓度升高至107 970 mg/m~3对土壤真菌群落结构有一定影响,但其主要建群种未变;高浓度CO_2对一些真菌生长有刺激作用,对另一些真菌生长有抑制作用甚至会导致土壤真菌遗传基因发生改变;尖端赛多孢子菌Pseudallescheria boydii(波氏假阿利什菌)对CO_2浓度升高反应敏感,可能用于地质封存CO_2泄漏微生物监测与甄别指示菌种。     

青岛市不同空气质量下可培养生物气溶胶分布特征及影响因素

利用Andersen空气微生物采样器采集青岛市不同空气质量下的可培养生物气溶胶,分析了其浓度和粒径分布特征,并利用Spearman’s相关性分析了可培养生物气溶胶浓度和空气质量指数中的颗粒物质量浓度〔ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)〕、气体污染物质量浓度〔ρ(O₃)、ρ(SO₂)、ρ(NO₂)〕和气象参数(温度、相对湿度、风速)之间的关系.结果表明:可培养真菌和细菌气溶胶浓度范围分别为133～1 113和13～212 CFU/m3.真菌气溶胶浓度与ρ(SO₂)、ρ(PM₁₀)、ρ(PM_2.5)均呈正相关,而与相对湿度呈显著负相关(P<0.05).细菌气溶胶浓度与ρ(NO₂)、ρ(SO₂)呈负相关,而与ρ(O₃)、温度呈正相关.风速对可培养生物气溶胶浓度的影响较小.以AQI(空气质量指数)中ρ(PM₁₀)为依据,将研究时间段空气质量划分为4个空气污染等级.在不同污染等级下,真菌气溶胶均呈对数正态分布,粒径主要分布于2.1～4.7 μm.低污染时细菌气溶胶呈偏态分布(粒径>4.7 μm),高污染时粒径分布发生改变.初步推断,随着空气污染等级的升高,可培养生物(真菌+细菌)气溶胶总浓度增加,但单位颗粒物上的浓度变化较稳定.ρ(PM₁₀)是影响可培养生物气溶胶浓度及粒径分布的主要因素.      

离子风对ESP气流分布和除尘效率影响的数值模拟

针对离子风对静电除尘器内气流分布均匀性和除尘效率影响的问题,基于计算流体力学,以ANSYS软件中的FLUENT模块为平台,应用动力风模拟离子风,以数值模拟的方式进行研究。研究表明离子风会在静电除尘器内形成涡流,严重影响气流分布的均匀性;并且离子风会通过冲刷收尘极板造成二次扬尘,进一步降低除尘效率。研究还发现,在不同的烟气流速、粉尘直径、烟气含尘浓度和电晕极电压条件下,离子风对除尘效率的影响程度不同:烟气流速由0.1 m/s增加0.5 m/s,影响程度由24%降到1%;粉尘直径由1μm增加5μm、电晕极电压由35 k V增加到55 k V,影响程度分别由4%增加到18%、由0增加到27%;烟气含尘浓度由1 g/m~3增加到5 g/m~3,影响程度由18%降低到7%;超过5 g/m~3影响程度开始上升,由5 g/m~3增加到8 g/m~3,影响程度由7%增加到17%。     

地质储存CO_2泄漏对黑麦草生理生化性质的影响

以黑麦草为研究对象,采用人工模拟CO_2泄漏平台,考察不同浓度CO_2泄漏对黑麦草主要生长性状和生理生化性质的影响。实验结果表明:当CO_2浓度达到1439 600 mg/m~3时,黑麦草的光合作用受到抑制,黑麦草体内的可溶性蛋白含量增加,黑麦草的脯氨酸调节机制遭到破坏,黑麦草体内的过氧化氢酶的活性降低,植物抗逆能力减弱。     

城市形态参数对边界层气象条件影响的模拟

利用耦合城市冠层方案的气象模式WRF,选取高密度城市深圳,通过在模式中设置不同建筑物高度和密度的敏感性试验,研究城市形态参数对边界层气象条件的影响.结果表明：建筑物高度和密度增加会使日间城市冠层对热量的截留作用增强,城市储热分别增加约6W/m²和9W/m²;在城市冠层遮蔽效应和截限作用的共同影响下,建筑物高度增加会使日间地表温度降低约0.3℃,而建筑物密度增大则会引起地表温度增加0.6℃以上,2m温度和地表温度的变化有很好的一致性.城市建筑物高度和密度增加均会引起地表粗糙度增加,造成风速分别降低约0.4m/s和0.6m/s,同时在夜间,由于湍流运动增强,使得夜间边界层高度分别增加约30~40m和20~30m.反之,建筑物高度和密度减小使日间储热减小6~7.5W/m²,10m风速增加约0.3m/s和0.4m/s,夜间边界层高度降低约30~50m和10~30m.     

城市公园不同植被结构绿地削减空气颗粒物浓度研究

随着城市化和工业化进程的加快,空气颗粒物污染成为城市最为严峻的环境问题之一.依据植被的横向结构、竖向结构及植被类型3个因子对宝鸡市公园绿地进行划分,并选取11种不同植被结构的绿地,在分析地点、时间、风速、温度、相对湿度、绿地面积等环境因子对绿地内空气中ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）"本底效应"影响的基础上,探究不同植被结构绿地对空气颗粒物质量浓度削减作用的差异.结果表明:①在不同监测地点和监测时段内,ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）有极显著差异,植物养护管理程度较高的城市公园绿地对空气颗粒物质量浓度削减作用较为明显,一天中空气颗粒物质量浓度呈现出早晚高、中午低的变化趋势;②风速、温度、相对湿度对ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）有极显著影响,在晴朗、无风或微风天气条件下,ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）随风速的增大、温度的减小、相对湿度的增大而增大,且ρ（PM₁₀）变化范围大于ρ（PM_2.5）;③1 hm2以下绿地面积的变化对ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）无显著影响;④不同植被结构绿地内ρ（PM_2.5）无显著差异,但ρ（PM₁₀）有极显著差异,其中开敞式以灌木为主的绿地中ρ（PM₁₀）最低,多层闭合式阔叶林中ρ（PM₁₀）最高,其余9种植被结构绿地削减作用居中且相近.研究显示,不同植被结构的城市公园绿地对ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）的削减作用存在一定的差异且受多种环境因素的共同制约,可为优化城市绿地植被结构进而有效改善空气质量提供依据.      

拉萨市餐馆厨房内空气污染特征

2010年8月对拉萨市4个餐馆厨房内细颗粒(PM_2.5)和CO的浓度进行监测,以认识2种污染物的污染水平、日变化特征及主要影响因素;同时采集气溶胶样品,以分析颗粒物中有毒元素的含量特征.结果表明:厨房1～4内的ρ(PM_2.5)的平均值分别为0.356,2.045,1.387和0.191 mg/m3,φ(CO)的平均值分别为20.600×10-6,142.900×10-6,9.200×10-6和7.800×10-6,藏式餐馆厨房内的φ(CO)明显高于汉式餐馆厨房;厨房内的ρ(PM_2.5),φ(CO)和φ(CO₂)的日变化具有一致性,且污染物浓度峰值与就餐活动有很好的对应关系;厨房内气溶胶中的ρ(Cu),ρ(Zn),ρ(Cd),ρ(As),ρ(Pb)和ρ(Bi)等很高,均高于室外空气,且藏式餐馆厨房高于汉式餐馆,其中ρ(Cu)最高,在藏、汉式餐馆的厨房内分别高达5.684和2.081 μg/m3,分别是室外的236和111倍,这可能是液化气炉子铜质出气口在高温下的损耗所致.      

深圳市南山区垃圾焚烧发电厂对空气质量的影响

利用气象模式WRF生成的气象数据,采用CALPUFF空气质量模式模拟研究了深圳市南山区垃圾焚烧发电厂对空气质量的影响。结果表明:SO_2的最大小时浓度为19.0μg/m~3;NO_2的最大小时浓度为42.0μg/m~3;HCl的最大小时浓度为5.27μg/m~3,区域各污染物小时最大落地浓度均能达标。SO_2的最大日均浓度为2.5μg/m~3,为评价标准的1.67%;NO_2的最大日均浓度为5.2μg/m~3,为评价标准的6.50%;HCl的最大日均浓度为0.68μg/m~3,为评价标准的4.53%;PM10的最大日均浓度为0.83μg/m~3,为评价标准的0.55%。SO_2的年均浓度最大值为0.11μg/m~3,为评价标准的0.19%;NO_2的年均浓度最大值为0.28μg/m~3,为评价标准的0.70%;PM_(10)的年均浓度最大值为0.04μg/m~3,为评价标准的0.05%;Hg的年均浓度最大值为0.081 ng/m~3,为评价标准的0.16%,对周边大气环境的影响较小,能够满足环境质量标准要求。     

数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究

热电厂"烟塔合一"排烟技术因其初期投资和运行维护费用少,排烟效果好、SO2落地浓度低等优势,特别是在机场附近的净空限高和对景观环境有特殊要求的地区具有广阔的发展空间。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模型——德国模式在烟塔合一排烟方式的预测上尚存在许多问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最大地面浓度等难以给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排烟方式的大气污染物扩散情况,一种新的大气污染物扩散预测模式——数值风洞模型以及物理风洞实验被用于模拟烟塔合一的环境影响,分析数值风洞模式和物理风洞实验在大气环境预测领域应用的适用性和优缺点。2个预测方法的结果表明:在烟塔合一排烟方式下,大气污染物最大落地浓度随风速增加而增加同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。对2种方法进行比较,物理风洞实验由于受到物质和气象等条件的限制,无法得到精确的预测结果以及无法直观地描述空腔区的产生和变化规律。而数值风洞模拟具有更大的自由度和灵活性,预测出在夏季6 m/s风速下,冷却塔下风向最大落地浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。同时该方法可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。     

MM5/WRF气象场模拟差异对CMAQ空气质量预报效果的影响

评估了为公共多尺度空气质量模式(CMAQ)提供气象输入场的第五代NCAR/Penn State中尺度 (MM5) 模式与天气研究和预报(WRF)模式模拟的多种气象要素的准确性;比较了2个模式提供的气象场对华北地区SO₂和NO₂源同化反演效果及其质量浓度预报的差异;分析了相对湿度和边界层高的变化对ρ(SO₂),ρ(NO₂)预报的影响及其物理机制.结果表明:WRF模式模拟的各气象要素准确性优于MM5模式,其中MM5模式对相对湿度和边界层高度的模拟值与实测值的偏差较明显,而WRF模式的模拟值与实测值较接近;相对湿度和边界层高度参数是影响CMAQ空气质量预报的关键气象要素,这2个参数的变化对ρ(SO₂)和ρ(NO₂)的预报有显著影响,因此,对2个参数的改进可显著减小预报误差;ρ(SO₂)模拟误差减小的主要原因是垂直输送和质量调整过程对ρ(SO₂)的贡献减小;而ρ(NO₂)模拟误差减小的主要原因是化学反应过程对ρ(NO₂)的贡献明显减小.      

国防工程中烟气毒害程度的评价方法研究

综合考虑火灾时人员疏散过程中时间、位置和烟气成分浓度三个因素,提出了国防工程火灾疏散过程中人员遭受到烟气毒害程度的评价模型,模型的评价指标是一个无量纲数,将其定义为毒害指数,该指数是人员逃生时遭受到的烟气毒害量与人员可接受的烟气极限毒害量的比值,可用于评价国防工程火灾疏散过程中人员遭受到的烟气毒害量是否超过耐受极限;根据提出的烟气毒害程度评价模型,分别计算疏散开始时间和疏散行动时间内人员遭受到的烟气毒害量,结果表明疏散开始时间内烟气的毒害量要大于疏散行动时间内的烟气毒害量,缩短疏散开始时间意义重大;全封闭型走廊中人员遭受的CO_2毒害量大于人员可接受的CO_2毒害量,对人员疏散影响较大;人员疏散时间内,CO_2的毒害程度大于CO。该研究可为火灾疏散过程中人员毒性评价研究提供参考。