面源爆破拆除工程粉尘扩散模型研究.pdf
第34卷 第2期 2017年6月 爆 破 BLASTING Vol. 34 No. 2 Jun. 2017 doi10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2017. 02. 027 面源爆破拆除工程粉尘扩散模型研究 陶子夜 1, 舒晓春2, 杨红刚3, 梁开水3, 罗 静 3, 孙 磐 3, 侯 智 3, 余 荻 3, 王慧锟3 (1.湖北省电力勘测设计院, 武汉430040;2.湖北省环境科学研究院, 武汉430072; 3.武汉理工大学资源与环境工程学院, 武汉430070) 摘 要 为填补面源爆破拆除工程粉尘扩散模型研究领域的空白, 更加科学有效地指导面源爆破拆除工程 粉尘控制, 在分析爆破拆除工程粉尘扩散规律的基础上, 对烟团模型在x和y方向进行二维积分, 建立了面 源爆破拆除工程粉尘扩散模型进行研究。选择青海某火电厂整体爆破拆除工程作研究样本, 在距爆破拆除 对象中心200 m外每间隔30 m设一个粉尘浓度监测点位, 把爆破拆除过程中粉尘的监测浓度与模型预测浓 度进行对比, 以验证模型。结果表明 粉尘预测浓度在距爆破中心200 m、230 m、260 m和290 m处分别为 34. 97 mg/ m3、21. 14 mg/ m3、8. 53 mg/ m3和1. 91 mg/ m3,对应的粉尘监测浓度分别为23. 61 mg/ m3、 15. 65 mg/ m3、6. 56 mg/ m3和1. 30 mg/ m3, 粉尘的预测浓度略高于实际监测浓度, 但考虑到监测值平均性和 预测值瞬时性, 以及实际爆破拆除工程中有效的降尘措施, 面源爆破拆除工程粉尘扩散模型的预测数据与实 际情况有较好的一致性。 关键词 面源;爆破粉尘;模型研究 中图分类号 TD235. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X(2017)02 -0144 -04 Research of Dust Diffusion Model of Nonpoint Source Demolition Blasting TAO Ziye1,SHU Xiaochun2,YANG Honggang3,LIANG Kaishui3,LUO Jing3, SUN Pan3,HOU Zhi3,YU Di3,WANG Huikun3 (Hubei Electric Engneering Corporation,Wuhan 430040,China; 2. Hubei Academy of Environmental Sciences,Wuhan 430072,China;3. School of Resources and Environmental Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China) Abstract In order to fill the gaps in the field of nonpoint blasting dust diffusion model study,and to more sci entifically and effectively control the nonpoint blasting dust,the dust diffusion model of nonpoint source demolition blasting was built on the basis of blasting dust diffusion law analysis and correcting the puff model in the x and y di rections. Choose a explosive demolition of whole power plant in Qinghai province as research example,the dust con centration was monitored with interval of 30m,200m away from the center of the blasting object,and comparing with the predicted values of the dust diffusion model. The results show that,relative to the predicted values were 23. 91 mg/ m3(200 m) ,21. 14 mg/ m3(230 m) ,8. 53 mg/ m3(260 m)and 1. 91 mg/ m3(290 m) ,the corresponding monitored values were 23. 61 mg/ m3,15. 65 mg/ m3,6. 56 mg/ m3and 1. 30 mg/ m3. The predicted values are slightly higher than the monitored. However,taking into account the monitoring of the average and predictive value of the in stantaneous,and the effective dust reduction measures,the predicted values from the proposed model agreed with the measured values well. Key words nonpoint source;blasting dust;model study 万方数据 收稿日期2017 -01 -03 作者简介陶子夜(1991 -) , 男, 湖北省电力勘测设计院, 环境影响 评价工程师, (Email)1525806515@ qq. com。 通讯作者舒晓春(1970 -) , 男, 湖北省环境科学研究院, 高级工程 师, (Email)sxch11@163. com。 基金项目武汉爆破有限公司项目(611608541) 随着我国城市的快速发展, 新城区的建设和老 城区的改造都在如火如荼的进行。对城市废弃建筑 物进行爆破拆除是如今常用的方法, 爆破拆除因其 巨大的优越性而得到了越来越广泛的应用, 然而爆 破拆除工程粉尘却对环境产生了不良影响[ 1], 目前 对城市爆破拆除工程粉尘影响的研究不多, 应加强 该方面的研究。研究在分析爆破拆除工程粉尘扩散 规律的基础上, 对烟团模型进行修正, 建立了面源爆 破拆除工程粉尘扩散模型, 并选择青海某火电厂整 体爆破拆除工程作研究样本, 通过预测值与实测值 的对比, 验证了模型的正确性。 1 爆破拆除工程粉尘扩散模型研究 1. 1 爆破拆除工程粉尘扩散规律 武汉沌阳高架桥拆除爆破工程粉尘影响研究结 果表明[ 2], 爆破拆除工程粉尘以烟团的形式进行扩 散。爆破烟团被风吹离其源后, 由于湍流涨落的作 用, 将沿其中心膨胀扩散。尺度比烟团小得多的涨 落引起烟团缓慢膨胀, 尺度比烟团大得多的涨落将 烟团整体转移而不扩散, 尺度与烟团相当的湍流涨 落将引起烟团迅速扩散稀释。随烟团的膨胀, 其作 用的湍流亦越多, 扩散速率即增大[ 3]。描述烟团扩 散的烟团扩散参数与描述烟羽扩散的烟羽扩散参数 是不同的, 前者是时间的函数, 后者是距离的函数, 而爆破粉尘扩散不仅是距离的函数,也是时间的 函数[ 4]。 1. 2 爆破烟团扩散模型 在爆破拆除工程粉尘以烟团的形式进行扩散的 前提下, 一般情况将爆破粉尘烟团看作点源[ 2], 利 用高斯模型得到爆破粉尘烟团扩散模型。 ρ(x,y,o)= Q ( 2π ) 3/2σ xσy exp - (x - ut) 2 2σ 2[] y exp - y2 2σ 2[] y (1) 式中ρ(x,y,o)为下风向地面(x,y)坐标处的 空气中污染物浓度,mg/ m3;u为风速,m/ s;t为烟团 扩散时间,s;Q为烟团的排放量,mg;σx、σy为x,y 方向的扩散参数。 1. 3 面源爆破拆除工程粉尘扩散模型构建 随着爆破拆除技术的进步, 爆破拆除对象的规 模也越来越大。将爆破粉尘烟团看作点源的理想假 设与实际情况不符, 因此, 通过将爆破粉尘烟团看作 点源而构建的爆破粉尘烟团扩散模型在预测大规模 的爆破拆除工程粉尘扩散情况是不准确的。为解决 这一问题, 研究选择青海某火电厂整体爆破拆除工 程作研究样本, 将爆破粉尘烟团看作面源, 构建面源 爆破拆除工程粉尘扩散模型。 爆破拆除对象概况 2016年7月, 对青海某火电厂主厂房、2座烟囱、 4座冷却塔进行一次性整体爆破拆除。其中, 主厂房 总长226.85 m, 总宽96.8 m, 占地面积22 000 m2, 建 筑面积138 056 m2。2座烟囱高度均为180 m, 钢筋 混凝土结构。4座冷却塔高均为70 m, 自然通风逆 流式, 淋水面积2000 m2, 钢筋混凝土结构。烟囱、 主厂房和冷却塔同时起爆、 顺次倒塌。主厂房自北 向南纵向分区、 向东定向倒塌;2座烟囱顺次向东, 定向倒塌于主厂房的爆堆上;4座冷却塔向南倒塌。 爆破对象位置关系见图1。 图1 爆破对象位置关系图 Fig. 1 Position of the blasting object 显然, 火电厂整体爆破拆除区域呈面状。为构 建面源烟团扩散模型, 首先, 把点源扩散的高斯模式 对变量y进行积分, 可获得无限长线源下风向的地 面浓度模式[ 4], 然后在无线长线源高斯模型的基础 上, 把线源扩散的高斯模式对变量对变量x进行积 分, 可获得面源下风向的地面浓度模式。 ρ(x,y,o)= Q ( 2π ) 3/2σ xσy exp - (x - ut) 2 2σ 2[] y exp - y2 2σ 2[] y dxdy (2) 541第34卷 第2期 陶子夜, 舒晓春, 杨红刚, 等 面源爆破拆除工程粉尘扩散模型研究 万方数据 2 面源爆破拆除工程粉尘扩散模型验证 2. 1 爆破拆除工程粉尘量Q 爆破拆除工程粉尘量Q主要包括爆破产生的 粉尘Q1和爆破建筑物的积尘Q2。 Q = Q1+ Q2(3) 爆破产生的粉尘Q1 Q1= q1v1(4) 式中v1为爆破结构的体积, 本次爆破体积约 8万m3;q1为单位体积结构物产生的粉尘量,g/ m3。 q1= 149(agk1) 2k 2 (5) 式中a为单位体积结构物炸药消耗量, 本次爆 破a =1. 2 kg/ m3;k1为结构物炸药能量利用系数, 本次爆破对象主要是钢筋砼,k1取0. 6;k2为材料产 尘系数, 砼和钢筋砼k2取1。 爆破建筑物的积尘Q2 Q2= q2gs(6) 式中q2为单位面积的积尘量, 取0. 008 g/ m2;s 为积尘面积, 积尘面积取138 056 m2。 经计算, 得到粉尘源强Q =6. 18 109mg 根据相关实验[ 5],洒水抑尘的效率一般为 64%, 由于本项目在爆破后的第一时间采取了高压 水枪抑尘, 因此实际粉尘源强为2. 23 109mg。 2. 2 气象参数确定 起爆时间为上午11点, 当地太阳辐射强, 地面 风速2 m/ s, 风向为东风。根据帕斯奎尔稳定度级 别划分表[ 6], 判定大气稳定度为 A级, 则由式(7)和 式(8) 确定扩散参数。 σx= σy = γ 1x α1 (7) σz = γ 2x α2 (8) 2. 3 模型验证 将各参数带入式(2) , 对本次火电厂整体爆破 拆除产生的粉尘浓度进行预测, 预测结果与实际监 测数据进行对比, 具体见表1。 表1 各监测点粉尘浓度预测值与监测值对比情况表 Table 1 Comparison of predicted values and monitored values of dust concentration in each monitoring point 距爆破中心 距离/ m 预测粉尘浓度/ (mgm3) 实测粉尘浓度/ (mgm3) 20034. 9723. 61 23021. 1415. 65 2608. 536. 56 2901. 911. 30 表1中数据显示, 当烟团的中心迁移至距爆破 中心200 m处时, 距爆破中心点200 m处的粉尘浓 度预测浓度值为34. 97 mg/ m3, 而爆破后30 min内 的距爆破中心点200 m处的监测值为23. 61 mg/ m3, 预测值高于监测值。根据类似研究[ 4], 造成该现象 的原因主要包括2个方面。一方面, 监测值是一段 时间内的平均值, 而预测值是瞬时值, 预测值必定比 监测值高; 另一方面, 实际爆破拆除工程中采取了高 压水枪的降尘措施, 该类降尘措施可能比预测模型 中选取的降尘参数更有效, 也会导致预测值高于监 测值。再分别比较230 m、260 m、290 m处的粉尘浓 度浓度值, 基本上都是预测值略高于监测值, 尽管如 此, 也不难发现预测粉尘浓度与实测粉尘浓度随距 离的降低倍数是一致的。这表明模型预测的正确 性, 同时也反映了爆破拆除中降尘措施的有效性, 这 一点在有大量积尘建筑物的爆破拆除中显得尤为 突出。 3 结论 研究在分析爆破拆除工程粉尘扩散规律的基础 上, 对烟团模型进行修正, 建立了面源爆破拆除工程 粉尘扩散模型, 公式如下 ρ(x,y,o)= Q ( 2π ) 3/2σ xσy exp - (x - ut) 2 2σ 2[] x exp - y2 2σ 2[] y dxdy (9) 研究选择青海某电厂整体爆破拆除工程作研究 样本, 将预测的粉尘浓度值与实测浓度值进行对比。 一方面, 由于监测值是一段时间内的平均值, 而预测 值是瞬时值, 预测值必定比监测值高; 另一方面, 实 际爆破拆除工程中采取了高压水枪的降尘措施, 该 类降尘措施可能比预测模型中选取的降尘参数更有 效, 也会导致预测值高于监测值, 但两者总体变化趋 势表现出较好的一致性。综上所述, 该研究对火电 厂整体爆破拆除工程产生的粉尘浓度进行了定量模 拟, 可以用来预测火电厂爆破拆除过程中产生的粉 尘浓度, 为今后相类似的爆破拆除工程粉尘影响预 测提供理论依据。 参考文献(References) [1] 杜鹏瑞, 杜 睿, 任伟珊.城市大气颗粒物毒性效应及 机制的研究进展[J].中国环境科学,2016,36(9) 28152827. 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