室外空气污染对室内空气质量的影响研究

利用数值模拟方法,研究了单个建筑物外存在点污染源时室外空气污染对室内空气质量的影响.首先利用点污染源时单个建筑物周围污染物扩散的风洞实验验证了计算模型和方法的正确性,再利用自然通风的风洞实验,计算了不同污染源位置和建筑物进风口时的室内外速度场和污染物浓度场.结果表明:速度场的计算结果与风洞实验结果基本吻合,无量纲通风量的计算值略小于实验值;建筑物迎风面回流区上方的气流进入室内;当点污染源位于建筑物前的距离和建筑物高度之比约等于1时,污染源在地面处的室内污染物浓度要小于源在建筑物高度一半处的;建筑物进风口的挡风板对室内污染物浓度的影响不大;根据壁面上污染物浓度的分布来改变进风口位置,是减少室内空气受室外污染影响的有效方法.      

城市交通十字路口处污染物分布数值模拟

运用描述湍流运动的k-ε双方程模型,模拟计算某城市以公路为线性污染源十字路口处在两种不同风向影响下流场和浓度场分布。方案一中,气流绕过建筑物时在建筑物后会形成明显的涡流,污染物容易在此附近聚集。高浓度带位于两排建筑物之间靠外侧,最大达2.9440μg/m3。方案二中,由于建筑物的位置与风向的关系,气流在建筑物背面形成的涡流不明显,后排建筑物背风面附近以及建筑物之间下部附近的风速较小,易形成高浓度带。高浓度带主要位于下部两建筑物之间一带,以及后排建筑物背风向附近,最大达2.6402μg/m3。方案二明显更有利于污染物的扩散。因此,风向倾斜进入建筑群时,湍流作用减弱,风的迁移作用增强,有利于污染物的扩散。在实际中若建筑物迎风向的表面形状接近梭形,则可促进风对污染物的扩散作用,从而改善建筑物周围的环境空气质量。     

建筑间距对大气流动及输移特性影响的模拟研究

采用修正的k-ε湍流模型对不同建筑间距情况下的大气流场、污染物浓度场进行模拟研究。模拟研究结果表明,气流遇到建筑物发生绕流,风速为3m/s的气流在建筑物附近的最大抬升速度达到1.98m/s,气流绕过建筑物后湍动能增强,建筑物后污染物的扩散区域变大;建筑物的布局对气流流动和污染物浓度分布有着很大影响,在不同建筑间距情况下,建筑物尾流区的流场形态有着明显的不同,尾流区内污染物的分布也存在差别。研究结果对认识多个建筑物附近的气流和污染物分布有重要意义。     

屋顶形状对街道峡谷内污染物扩散的影响

采用Spalart-Allmaras湍流模型,通过求解二维连续性方程,Navier-Stokes方程及污染物输运方程,模拟了具有不同屋顶形状的街道峡谷的流场及交通污染物浓度场.计算结果与风洞试验结果总体趋势一致.由于屋顶形状的不同,峡谷内的流场会形成顺时针或逆时针方向的旋涡,从而影响建筑物迎风面与背风面污染物浓度分布.在各种屋顶形状的街道峡谷中,壁面污染物浓度的相对大小与其附近的速度分布有直接关系.通过对街道峡谷建筑屋顶高度处垂直方向污染物通量的计算和比较,说明了不同屋顶形状的街道峡谷平均流扩散和湍流扩散的强弱,污染物湍流扩散通量值有可能为正或为负;同时,峡谷内剩余污染物浓度的大小表明了屋顶形状对污染物扩散出街道峡谷难易的影响.      

城市街道峡谷气流和污染物分布的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)软件中的FLUENT软件模拟了典型城市街道峡谷中的气流和污染物分布状况.建立的模型包括不同形状的建筑物所构成的街道峡谷和存在高架桥的街道峡谷.研究结果表明:①不同形状的建筑物改变了街道峡谷内的风和湍流分布,从而对街道峡谷内污染物的分布产生很大的影响,在几何比例相同的街道峡谷里,建筑物外形越趋向于流线型,街道峡谷里污染物的地面浓度越小;②高架桥对街道峡谷内污染物浓度的影响取决于高架桥相对于街道峡谷的高度和宽度,高度越高、宽度越窄的高架桥其地面污染物的浓度越低;③ FLUENT软件对街道峡谷大气环境的模拟结果基本合理,可用于研究城市大气环境问题.      

地下水有机污染源识别技术体系研究与示范

地下水有机污染点多面广、污染源不清、治理难度大,如何从源头上控制污染源,减少污染源对地下水的威胁,是地下水污染控制和治理的关键.以典型污染场地为例开展有机污染源辨识研究,建立地下水有机污染源识别技术体系,并应用于典型污染场地地下水有机污染源的识别.在掌握污染场地地质、水文地质条件的基础上,从大量地下水分析化验数据中,确定污染场地特征污染物为四氯化碳,建立污染场地溶质运移模型,并结合单体同位素技术,通过模型反演和同位素溯源,确定了典型场地有机污染源的分布、污染现状,并对识别出的潜在污染源进行调查和土壤取样分析,结果表明,辨识出的两个历史污染源位置、污染物浓度分布结果可靠,为地下水污染治理提供了依据.     

区域地下水污染风险评价方法研究

依据系统风险评价的边界要素,初步建立了区域地下水污染风险评价指标体系:区域地下水特殊脆弱性评价、区域污染源特性评价和区域特征污染物健康风险评价.采用多指标综合方法,对3个评价体系进行耦合,并运用ArcMap的Spatial Analysis功能制图对其进行风险表征,从而建立了对不同地区不同自然条件、不同污染类型的区域地下水污染风险评价的新方法.以常州市为例,利用该方法对其浅层地下水进行污染风险评价,研究表明该市地下水脆弱性指数较高,且分布不均;污染源分布较为集中,对地下水污染风险影响较大;受污染物及污染源影响,常州市区人群健康风险值较高.全市浅层地下水污染风险高且分布不均,污染风险较高区域分布在安家-薛家-郑陆一线以北和城区及其东南部一带.     

面向多源数据的AQP区域大气污染精准溯源研究

空气质量优先保障(AQP, Air Quality Priority)区域包括城市居住区和亚运会、世博会等重大活动的举办地等.为了解决AQP区域PM_2.5浓度超标而无法准确追溯污染源头的问题,提出一种新的面向多源数据的AQP区域大气污染精准溯源方法 .由于直接溯源方法无法量化不同污染源区域对复合污染的贡献大小,建立一种融合气象数据、污染源区域排放数据、污染物浓度数据的机器学习模型LightGBM-PSO,以捕捉污染源排放和大气污染物浓度之间的非线性响应,模型输出AQP及相邻区域各污染源监测区域排放输入的特征重要程度(FI),由此可得各污染源区域的贡献度排名,并通过贡献度划分污染源站点等级,结合不同等级污染源站点的空间分布确定溯源结果.以2022年1月1日—4月15日杭州市滨江区、上城区、西湖区和萧山区的气象数据、污染源区域排放数据和大气污染物数据进行实验验证.结果表明：相比于贝叶斯优化算法,PSO对LightGBM模型超参数具有更好的优化效果,分别在RMSE、MAE和R2指标上高出7%、3%和3%;相比于SVR、LSTM和CNNLSTM模型,提出的LightGBM...     

污染源位置对气体污染物影响的数值模拟

在自然通风、置换通风和单侧送侧回式通风3种方式下,通过改变污染源位置,运用CFD软件模拟研究了办公室内苯污染物的浓度分布规律,比较得出最佳通风方式下的最合理污染源位置。结果表明,3种通风方式下污染源放置的最合理位置是点3;苯污染源处于位置3时,3种通风方式中自然通风各平面苯污染物平均浓度普遍相对最高,而单侧送侧回方式的相对最低,置换通风居于二者之间。最终确定单侧送侧回通风方式下污染源处于位置3时为最佳物理模型,在该模型下办公室内通风效果最好,能够有效地排出室内气体污染物。因此,不同污染源位置对办公室内空气品质的影响不同。     

城市街道峡谷内机动车排放污染物的扩散规律

街道峡谷中机动车排放污染物的扩散取决于屋顶风向和风速,并受街道峡谷宽高比、峡谷两侧街区建筑物高度的对称性和高度分布及街区形状等因素的影响.街道峡谷宽高比接近1时,递升型峡谷以及宽阔街道有利于污染物的扩散;可以通过改变街道线源附近街区内建筑物的高度来明显降低污染物浓度.城市建筑规划中若科学考虑上述影响可以减少街道峡谷内污染物的积聚.      

面源长期平均浓度的新算法

利用线源长期平均浓度模式对面源的积分得到了一个用风向、风速和稳定度的联合频率计算大气面源长期平均浓度的新算法。通过对比分析表明,该算法比传统的按16个风向一次浓度的叠加算法简便、快速,且能消除叠加算法夸大16个常规风向附近计算点的浓度而缩小远离常规风向计算点的浓度现象。     

工业污染源对大连地区酸雨形成的影响研究

为了研究局地污染源对大连地区酸雨形成的影响,在市区及县级市布设监测点对酸雨进行监测,并获取酸雨点位附近局地污染源的酸性污染物排放量,应用地理信息系统的空间叠加分析功能,分析局地源对大连地区酸雨点位分布和频率变化的影响.结果表明：部分距离大污染源较近的点位受局地源影响较明显,但市区酸雨频率高低与局地源二氧化硫排放量变化趋势并不完全一致,说明大连地区酸雨的形成除了受本地源的影响外,还应存在其它更复杂的影响因素.     

Study on the wind field and pollutant dispersion in street canyons using a stable numerical method

A stable finite element method for the time dependent Navier-Stokes equations was used for studying the wind flow and pollutant dispersion within street canyons. A three-step fractional method was used to solve the velocity field and the pressure field separately from the governing equations. The Streamline Upwind Petrov-Galerkin(SUPG) method was used to get stable numerical results. Numerical oscillation was minimized and satisfactory results can be obtained for flows at high Reynolds numbers. Simulating the flow over a square cylinder within a wide range of Reynolds numbers validates the wind field model. The Strouhal numbers obtained from the numerical simulation had a good agreement with those obtained from experiment. The wind field model developed in the present study is applied to simulate more complex flow phenomena in street canyons with two different building configurations. The results indicated that the flow at rooftop of buildings might not be assumed parallel to the ground as some numerical modelers did. A counter-clockwise rotating vortex may be found in street canyons with an inflow from the left to right. In addition, increasing building height can increase velocity fluctuations in the street canyon under certain circumstances, which facilitate pollutant dispersion. At high Reynolds numbers, the flow regimes in street canyons do not change with inflow velocity.     

Assessing the impact of air pollution sources in Hong Kong, a densely populated city

As the simple dispersion model tested is not sufficiently accurate to predict the SO2 concentration in complex terrain commonly encountered amongst high rise buildings in Hong Kong, and the lack of comprehensive local wind data at most sites prevents the use of more advanced dispersion model to assess the impact of major air pollutant sources, a receptor model approach is adopted for the apportionment of air pollution sources in Hong Kong. The preliminary results obtained are presented and discussed.     

Building amplification factors for sources near buildings: A wind-tunnel study

The aerodynamics of a building can strongly influence the dispersion of pollutants released from nearby sources. Low releases may be entrained into the building's highly turbulent flow region and result in high pollutant concentrations on the building surface where building air intakes are located. High releases may result in increased concentrations at ground level downwind of the building as a result of the building's influence on the mean flow field. High releases at distances far upwind of the building can produce significant concentrations on the building surfaces if the building extends up into the elevated plume. Concentration measurements from a wind-tunnel study for numerous release locations upwind, above and downwind of each of four rectangular buildings are presented and compared with some previous measurements and calculations. Both building surface and ground-level values are presented. The concentrations are used to compute “building amplification factors”, which are defined as the ratios of the maximum concentration from a given source near the building to the maximum concentration from the same source in the absence of the building. This simple measure of the building's influence showed a significant influence of the building on concentrations from sources far upwind of the building, sources well above the building cavity and sources in the near wake of the building.     

上游建筑对街道峡谷内流场和污染物分布特征的影响

利用数值模拟方法研究了不同的上游阻挡建筑布局下,行列式和错列式街谷内气流速度和污染物浓度场特征.结果指出,阻挡建筑的存在改变了街谷内的二次流,从而对流场和浓度场均有明显影响.在行列式街谷中,无论上游建筑以何种布局存在,都会减小街谷内污染物浓度.若不考虑上游建筑的存在,将会过高估计行列式街谷内污染程度;在错列式街谷中,与街谷建筑并列的上游阻挡建筑会减小街谷内污染物浓度,而与街谷建筑错列布置的阻挡建筑会增大街谷内污染物浓度;数值模拟结果还表明,街谷内污染物的扩散和清除效果受气流速度和涡流特性的共同作用.     

街道峡谷型交叉口内气态污染物扩散的数值模拟

对大气边界层内大气湍流和建筑物对道路交叉口处机动车排放气态污染物扩散的影响进行了研究.在计算区域内建立了三维街道峡谷型道路交叉口及其内部机动车排放的模型,并在中性层结条件下,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)稳态κ-ε湍流模型和被动标量的输运方程模拟了模型内外的流场和CO浓度场.结果表明:① 在相同高度条件下,交叉口处与处于下风向的街区内CO浓度明显高于其他街区;②风向对污染物的输运起决定性作用,在不同高度平面内CO浓度最大值均出现在平行风向的街区内;③外部大气湍流的驱动使得垂直风向的街区内产生强烈涡旋,涡旋的输运作用导致相同高度下上风向CO浓度较高;④交叉口处气流的掺混导致气流速度降低,使得平行风向的街区内CO可以向两侧垂直风向的街区内扩散,起到了稀释交叉口处地面附近CO浓度的作用.模拟结果与风洞实验结果符合较好,验证了方法的可靠性.      

街道峡谷对称性对污染物扩散的影响

采用数值模拟的方法,研究了行列式和错列式街谷两侧建筑物的对称性对街谷内和下游建筑尾流区污染物浓度的影响,并引入3个用于评价室内空气环境的指标来描述街谷中人员区域内的空气质量.结果表明,平均残留时间(ART)和有效通风率(PFR)可用于评价不对称街谷内的空气质量.街谷的不对称性对街谷内部和下游建筑尾流区污染物浓度分布均有明显影响.下游建筑越低,则尾流区的浓度越高.行列式和错列式街谷中人员活动空间的无量纲平均浓度分别在建筑高度比例为7/3和7/2时最大.为在城市规划中尽可能避免出现最不利比例的街谷,根据平均残留时间和有效通风率等指标,给出了上下游建筑高度比与最不利街谷改善率的关系.