荒漠区典型露天煤矿粉尘扩散模拟研究

发布时间：2017-04-24 14:22

  本文关键词：荒漠区典型露天煤矿粉尘扩散模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭作为当今世界经济中与石油、天然气并存的三大支柱能源之一，在未来相当长的时期内，以煤炭为主的能源供应格局难以改变，煤炭资源开发面临的环境保护形势也更加严峻，特别是在荒漠区，露天煤矿的开发对自身及周边大气环境等造成一定影响。露天煤矿开采过程中的粉尘随风飘扬，若缺少相应的保护和净化设施，释放的粉尘除导致大气质量下降。新疆维吾尔自治区准东煤田五彩湾矿区，已探明可采储量约为117亿吨。该矿区煤质优良，是我国重要的动力煤和化工用煤基地之一。随着该煤矿的大量开采，矿区及其周边的空气污染问题应该引起我们的关注。 本文采用中尺度气象模型（MM5）和空气质量预测模型（CALPUFF）来模拟五彩湾矿区中空气中粉尘浓度，同时分析了影响环境空气粉尘浓度的主要因素。空气质量模型CALPUFF对输入源强有规定，需要对排放源强进行分类和整理：将煤矿的打眼爆破设置为瞬时面源；将露天煤矿本身，这种面积大但排放高度较低、量较小的排放源设为面源（煤炭装卸源强为方便计算也归于此）；将煤的道路运输起尘根据相关的规范设为线源。然后根据各类源强估算方法，进行源强大小估算；耦合气象诊断模型（CALMET）和中尺度气象预测模型（MM5）模拟研究区域内的气象场，同时分析矿区的气象特征。以1、4、7、10为代表月代表四季，使用CALPUFF模拟随时间的分布，矿区的粉尘浓度变化情况，同时分析粉尘的浓度特征以与气象的关系。 风场模拟的矿区四季平均风速中，冬季春季夏季秋季；矿区各季节西风和东风的概率最高，次主导风向为西北风；夏季在0点至4点有逆温的存在，但只有几十米的厚度；由于冬季空气的竖向混合能力不强，且逆温层厚度很大、同时维持时间较长，所以冬季较夏季相比会不利于污染物的竖向扩散；在不同季节时，变化较大的是最大混合层高度，夏季时混合层最高为2500m以上，冬季时只有200m左右，对于日变化特征基本一致；矿区四季温差较大，夏季和冬季最高温和最低温最大相差37°℃，，并且昼夜温差在10℃以上。 在典型小时2012年7月11日21时，主要是风速较大且持续扬起，并且气温较高，使洒水降尘等一些抑尘措施达不到应有的效果，加上混合层高度较低，极不利于粉尘的向外扩散，故使得这一时刻粉尘浓度达到了较高值。典型日是10月31日，造成当天粉尘浓度在某些区域偏高的主要原因是，持续的低风速，和混合层高度全天高度基本都小于秋季平均值，不利于污染物在水平方向的扩散。对于四季的平均浓度，呈现出矿区粉尘浓度从大到小依次为秋季夏季春季冬季，这主要和气象条件及开采能力有关。对于粉尘浓度的日均值，经过模拟，发现有些点位达标，但有些点位超标，这主要和模拟点的位置及粉尘扩散能力有关。 为了减少矿区粉尘污染对自身和周边环境尤其是保护区的影响，应该采取一些有效的抑尘措施，在现有的洒水抑尘和挡风抑尘墙(网）之外，还可以采取化学抑尘法、泡沫除尘等方法。
【关键词】：露天煤矿 MM5/CALPUFF 粉尘浓度 数值模拟
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X752
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9
• 1.2 研究的目的及意义9-10
• 1.2.1 研究的目的9
• 1.2.2 研究的意义9-10
• 1.3 研究内容及技术路线10-12
• 1.3.1 研究内容10-11
• 1.3.2 技术路线11-12
• 1.4 建设项目所在区域环境概况12-15
• 1.4.1 地理位置12-13
• 1.4.2 自然环境概况地形地貌13
• 1.4.3 区域水文及水文地质概况13
• 1.4.4 气象13
• 1.4.5 社会经济概况13-14
• 1.4.6 矿区周围的自然保护区概况14-15
• 1.5 国内外研究现状15-17
• 1.5.1 国外研究现状15
• 1.5.2 国内的研究现状15-17
• 第2章 模型简介17-31
• 2.1 空气质量耦合模拟研究17-19
• 2.1.1 中尺度气象数值模型17-18
• 2.1.2 空气质量模型18-19
• 2.2 MM5 模型系统介绍19-24
• 2.2.1 MM5 模型耦合模拟过程简介20-22
• 2.2.2 MM5 模式基本方程22-24
• 2.3 CALPUFF 模拟系统的组成24-30
• 2.3.1 CALMET 模块26-28
• 2.3.2 CALPUFF 系统模块28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 污染排放来源分析31-40
• 3.1 排放源的研究现状31-36
• 3.1.1 矿坑采煤产尘源强估算32-34
• 3.1.2 矿坑爆破产尘源强估算34
• 3.1.3 煤炭运输道路产尘34-35
• 3.1.4 煤堆、排土场产尘35
• 3.1.5 物料装车时机械落差产尘35-36
• 3.1.6 自卸汽车卸料起尘36
• 3.2 排放源空间分析36-38
• 3.3 排放源输入简表38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 气象条件模拟及成果分析40-53
• 4.1 气象条件模拟方案41-45
• 4.1.1 中尺度气象背景场41-43
• 4.1.2 CALMET 诊断气象场43-45
• 4.2 矿区气象要素分析成果45-52
• 4.2.1 风45-47
• 4.2.2 温度层结分析47-50
• 4.2.3 混合层高度分析50-52
• 4.2.4 气温52
• 4.3 本章小结52-53
• 第5章 矿区 PM10浓度模拟和分析53-67
• 5.1 模拟方案53-54
• 5.1.1 模拟范围53
• 5.1.2 模拟方案的时间参数53
• 5.1.3 模拟方案排放源的参数设置53-54
• 5.2 模拟的结果校核验证54-57
• 5.3 模拟结果分析57-66
• 5.3.1 典型小时浓度与气象条件关系分析57-58
• 5.3.2 典型日浓度与气象条件关系分析58-61
• 5.3.3 四季粉尘浓度平均值比较61-64
• 5.3.4 四季日平均浓度值64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 矿区粉尘污染防治措施67-71
• 6.1 矿区现有抑尘措施67-68
• 6.1.1 洒水抑尘67-68
• 6.1.2 挡风抑尘墙(网)68
• 6.2 可采取的抑尘技术措施68-69
• 6.2.1 化学抑尘技术68-69
• 6.2.2 泡沫除尘69
• 6.2.3 其它抑尘技术措施69
• 6.3 本章小结69-71
• 第7章 结论71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 研究成果意义72
• 7.3 展望72-73
• 附图： 典型小时不同高度风场情况73-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 作者简历82

【参考文献】

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本文编号：324389