尾礦庫揚塵污染分析及其監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設計研究.pdf

1、尾礦庫揚塵污染是我國城市生態(tài)環(huán)境破壞的重大局部污染源之一，大氣環(huán)境質(zhì)量對國民身心健康的持續(xù)發(fā)展具有重要意義，研究尾礦庫揚塵污染災害的特征因子及其監(jiān)測網(wǎng)的優(yōu)化設計對尾礦庫揚塵污染災害的管控具有重要意義。本文運用流體力學基本理論，以山谷型鐵礦尾礦庫為研究對象，構建尾礦庫揚塵污染災害影響因素指標體系，分析表征揚塵污染災害的特征因子，建立尾礦庫揚塵污染數(shù)值模型，實現(xiàn)揚塵污染監(jiān)測網(wǎng)的優(yōu)化設計，并進行可視化研究。其主要研究工作如下:
　　(1

2、)運用演繹法逐層分析尾礦庫揚塵污染災害的影響因素，建立污染災害的影響因素指標體系。以“尾礦庫揚塵污染”為大前提，以“揚塵污染的外部影響因素”與“揚塵污染的內(nèi)部影響因素”為小前提進行影響因素的逐層剖析。結(jié)果表明，尾礦庫揚塵污染的外部因素主要包括局部大氣與局部地理因素;其內(nèi)部因素主要包括尾礦庫影響因素與尾砂影響因素等，由于文章分析需求，影響因子的分析止于3～6層不等，共分析出底層基礎影響因子90余種。
　　(2)采用改進模糊層次分析法

3、(FAHP)對尾礦庫揚塵污染影響因素指標體系進行定權分析。結(jié)果表明，指標體系中第三層指標的綜合權重值位居前4的指標分別是:風、空氣濕度、尾礦庫運行參數(shù)與尾砂理化性質(zhì);鑒于尾礦庫運行參數(shù)與尾砂理化性質(zhì)2指標存在下層指標分支，找出其底層特征因子分別是:干灘面源參數(shù)、尾砂粒徑以及尾砂含水量。因此得出:用以表征尾礦庫揚塵污染災害的五大特征因子分別是風、空氣濕度、干灘面源參數(shù)、尾砂粒徑以及尾砂含水量。
　　(3)基于不可壓縮Navier-S

4、tokes方程、標準k-ε湍流模型、氣-固兩相流模型、有限容積法，遵循尾礦庫相關工程技術指標與建模假設，建立尾礦庫揚塵污染數(shù)值模型，模擬三面環(huán)山、一面筑壩通風的山谷型鐵礦尾礦庫在風力驅(qū)動作用下?lián)P塵污染的動態(tài)變化過程。結(jié)果表明，選用FLUENT軟件中的DPM離散相模型實現(xiàn)尾礦庫揚塵污染數(shù)值模擬有較好的適應性。
　　(4)基于尾礦庫揚塵污染物理模型，以總懸浮顆粒物(TSP)為監(jiān)測項目，構建尾礦庫揚塵污染監(jiān)測網(wǎng)，由于監(jiān)測點位數(shù)目繁多，監(jiān)

5、測數(shù)據(jù)處理工作量大，考慮對揚塵監(jiān)測網(wǎng)進行優(yōu)化設計?；跀?shù)值模擬，采用基于等價關系的模糊聚類分析方法實現(xiàn)了監(jiān)測網(wǎng)的優(yōu)化求解，得出監(jiān)測網(wǎng)的最佳優(yōu)化設計方案。結(jié)果表明，選取7＃、24＃、23＃監(jiān)測點構成Ⅰ型尾礦庫監(jiān)測網(wǎng)的最佳優(yōu)化方案，選取19＃、42＃、29＃監(jiān)測點構成Ⅱ型尾礦庫的優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)，選取22＃、8＃、44＃監(jiān)測點構成Ⅲ型尾礦庫的優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)，選取21＃、38＃、35＃監(jiān)測點構成Ⅳ型尾礦庫的優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)，選取23＃、46＃、26＃監(jiān)測點構

6、成Ⅴ型尾礦庫的優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)。
　　(5)基于數(shù)值模擬過程，以馬鋼南山鐵礦尾礦庫為例，分析了干灘面源尺寸、風速這2個特征因子對尾礦庫揚塵污染災害的影響，并對其進行可視化研究。結(jié)果表明，風速較小時，尾礦塵集中漂浮于20m以下的近地表空間，上部大氣空間的礦塵濃度很低;隨著風速不斷增大，近通風口端的礦塵濃度不斷降低，漂浮于近地表空間的礦塵不斷向山體內(nèi)側(cè)遷移，礦塵運動軌跡紊亂無章，并逐漸遍布于整個大氣區(qū)域;當風速足夠大時，在20～50m的中部