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抚顺西露天矿与典型平原冬季逆温特征的比较
2011-08-03
利用现场采集的数据, 通过统计分析, 得出抚顺西露天矿及其周围平原地区冬季逆 温特征,并简单分析了其成因。对两者进行比较,得出了在露天矿坑特殊的地形及小气候 条件下形成的逆温现象与典型的中纬度大陆地区逆温的差异及这种差异形成的原因。
第 2 19 卷 第 6 期 005 年 12 月 能 源 环 境 保 护 Energy Environmental Protection Vol. 19, No. 6 Dec . , 2005 问 题 探 讨 抚 顺 西 露 天 矿 与 典 型 平 原 冬 季 逆 温 特 征 的 比 较 1 1 2 1 金 龙 哲 ,张 广 宇 , 高 鹏 ,魏 巍 ( 1. 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 ,北 京 100083; 2 . 抚 顺 矿 业 集 团 有 限 责 任 公 司 西 露 天 矿 ,辽 宁 抚 顺 113000) 摘 要 : 利 用 现 场 采 集 的 数 据 , 通 过 统 计 分 析 , 得 出 抚 顺 西 露 天 矿 及 其 周 围 平 原 地 区 冬 季 逆 温 特 征 ,并 简 单 分 析 了 其 成 因 。 对 两 者 进 行 比 较 ,得 出 了 在 露 天 矿 坑 特 殊 的 地 形 及 小 气 候 条 件 下 形 成 的 逆 温 现 象 与 典 型 的 中 纬 度 大 陆 地 区 逆 温 的 差 异 及 这 种 差 异 形 成 的 原 因 。 关 键 词 :逆 温 层 ;露 天 矿 ;小 气 候 ;逆 温 强 度 ;差 异 中 图 分 类 号 : X16 文 献 标 识 码 :B B 文 章 编 号 :1006 - 8759(2005) 06- 0047- 03 WINTER INVERSION COMPARE OF FUSHUN WEST STRIP MINE AND TYPICAL PLAIN AREA 1 1 2 1 J IN Long - zhe ,ZHANG Guang - yu , Gao Peng ,WEI Wei ( 1 . University of Science and Techuology Beijing , Beijing 100083 , China; 2 . Fushun Cool Mine Group, Fushun 113000 , China) Abstract : in this text , we analyzed the data which from locale. From the analytic result , we got the Winter inversion characteristics of Fushun west strip mine and the plain area surrounds it , and an2 alyzed the reasons of inversions. At last , we compared fushun west strip mine inversion and the plain area inversion , got the differences between them and reasons of these differences. Keywords :Inversion Laye ;Strip Mine ;Microclimate ; Inversion Intensity Difference 0 前 言 间 段 的 典 型 平 原 逆 温 的 值 。这 种 状 况 导 致 了 严 重 的 空 气 污 染 , 大 量 的 颗 粒 污 染 物 排 放 不 利 , 对 露 在 大 气 圈 对 流 层 内 , 大 气 热 量 主 要 来 自 地 面 天 矿 的 生 产 是 一 个 很 大 的 安 全 隐 患 ,并 且 对 该 区 域 的 作 业 人 员 的 身 体 健 康 造 成 极 大 的 危 害 。由 此 导 致 的 矿 场 能 见 度 降 低 严 重 干 扰 了 矿 场 正 常 的 生 产 。 的 长 波 辐 射 。一 般 情 况 下 ,大 气 温 度 是 随 着 高 度 增 加 而 降 低 的 ,气 温 垂 直 递 减 率 为 0. 65 ℃ / 100m。 但 是 ,在 一 定 条 件 下 ,会 出 现 气 温 随 高 度 的 增 加 而 增 加 , 这 种 现 象 就 称 为 逆 温 层 结 。 有 逆 温 层 结 存 在 时 ,空 气 呈 一 种 稳 定 状 态 ,使 得 大 气 污 染 物 不 易 迅 速 的 扩 散 稀 释 。 1 抚 顺 西 露 天 矿 的 地 理 位 置 及 地 形 特 征 抚 顺 西 露 天 矿 位 于 抚 顺 煤 田 最 西 部 , 约 为 北 由 于 地 形 的 影 响 ,抚 顺 市 西 露 天 矿 坑 内 形 成 了 具 有 自 身 特 征 的 地 形 及 小 气 候 特 征 。在 这 些 特 征 影 响 下 ,矿 坑 及 其 上 部 大 气 的 逆 温 特 征 与 周 围 平 原 地 区 的 逆 温 特 征 表 现 出 了 明 显 的 差 异 。该 区 域 的 逆 温 现 象 比 较 严 重 ,各 项 指 标 都 高 于 同 一 时 纬 41般49′40″,东 经 123般53′20″,目 前 矿 坑 境 界 :东 西 长 6. 6 km,南 北 宽 2. 0 km。矿 坑 最 深 处 距 矿 顶 288 m。目 前 开 采 作 业 主 要 集 中 于 矿 坑 西 部 。矿 坑 周 围 地 势 较 平 坦 , 平 均 海 拔 高 度 在 海 拔 + 70 m 到 + 80 m之 间 ,至 南 部 边 界 转 为 东 西 向 山 脉 ,山 峰 海 拔 在 + 171 m 到 + 180 m,最 高 山 峰 为 千 台 山 ,海 拔 收 稿 日 期 :2005 - 04 - 30 分 48 分 金 龙 哲 等 抚 顺 西 露 天 矿 与 典 型 平 原 冬 季 逆 温 特 征 的 比 较 [ 1 ] + 214 m 。 24 日 两 天 , 在 采 场 - 196 站 通 过 释 放 探 空 小 球 , 测 定 了 温 度 随 高 度 的 变 化 , 小 球 水 平 剖 面 轨 迹 如 图 2 气 候 特 征 1 所 示 。 抚 顺 市 位 于 辽 宁 东 部 山 区 丘 陵 的 西 部 边 缘 浑 河 河 谷 地 带 ,属 于 温 带 寒 冷 、湿 润 的 大 陆 性 气 候 。 该 地 区 气 候 受 风 向 和 地 形 影 响 较 大 。 春 季 风 大 干 旱 ;夏 季 多 东 南 风 ,气 候 湿 润 多 雨 ;秋 季 凉 爽 ,干 湿 适 宜 ;冬 季 受 内 蒙 古 高 原 和 西 伯 利 亚 气 流 影 响 ,寒 冷 干 燥 。 由 于 西 露 天 矿 坑 的 影 响 ,在 长 6. 6 km,宽 2 . 2 km, 平 均 深 200 m 的 大 坑 内 , 形 成 了 矿 坑 本 身 的 小 气 候 特 征 : 多 年 平 均 气 温 8. 1 ℃ , 最 高 气 温 0. 3 ℃ , 最 低 气 温 - 35. 2 ℃ , 较 周 围 地 区 略 高 ; 该 图 1 小 球 轨 迹 4 4 西 露 天 矿 区 冬 季 逆 温 特 征 及 其 成 因 分 析 区 域 小 风 频 率 偏 高 , 且 坑 内 风 场 方 向 规 律 性 不 太 明 显 。 通 过 对 两 种 观 测 方 法 得 出 的 数 据 及 常 年 数 据 进 行 统 计 分 析 , 我 们 得 出 西 露 天 矿 冬 季 逆 温 具 有 如 下 特 征 : 3 数 据 来 源 及 观 测 方 法 对 于 西 露 天 矿 区 温 度 场 的 研 究 , 数 据 的 取 得 冬 季 抚 顺 西 露 天 矿 区 的 逆 温 类 型 为 辐 射 逆 温 , 并 存 在 两 个 比 较 明 显 的 逆 温 层 ; 逆 温 强 度 较 大 , 平 均 在 2. 5 ℃ / 100 m , 极 端 情 况 下 可 达 主 要 借 助 于 抚 顺 市 八 中 气 象 站 和 坑 内 - 196 气 象 站 ,并 于 2003 年 1 月 23 日 到 27 日 ,1 月 9 日 到 14 日 两 个 时 间 段 内 采 用 小 球 探 空 测 温 和 定 点 测 温 两 种 观 测 方 法 获 取 数 据 。 5 ℃ / 100 m; 第 一 逆 温 层 从 坑 底 海 拔 - 200 m 起 可 达 + 200 m 高 度 , 有 时 甚 至 达 到 海 拔 + 00~ + 400m 高 度 , 平 均 厚 度 约 为 260m; 第 二 西 露 天 矿 周 边 平 原 地 区 温 度 场 的 数 据 来 源 于 抚 顺 市 气 象 监 测 站 2002 和 2003 两 年 中 连 续 在 1 月 份 对 抚 顺 石 油 厂 (与 西 露 天 矿 矿 坑 北 帮 相 邻 ) 进 行 的 小 球 测 温 (共 计 17 天 , 放 球 74 次 ) 得 出 的 温 度 场 资 料 。 3 逆 温 层 存 在 于 海 拔 + 350~ + 800m 之 间 , 厚 度 约 为 200~ 300m; 两 层 逆 温 的 生 消 时 间 大 致 相 同 , 约 在 下 午 18 时 左 右 开 始 形 成 , 次 日 10~ 13 时 左 右 消 退 。 以 下 主 要 对 在 西 露 天 矿 进 行 的 观 测 方 法 作 个 简 要 介 绍 : 第 一 逆 温 层 还 有 一 个 明 显 的 特 征 : 在 日 出 后 , 坑 口 (海 拔 + 80m 左 右 ) 存 在 着 一 个 暖 中 心 。 这 是 由 于 随 着 日 出 ,坑 口 附 近 坡 面 及 地 表 增 温 ,增 温 的 暖 空 气 平 流 进 入 采 场 ,产 生 平 流 逆 温 ,从 而 使 逆 温 持 续 和 加 强 。 3 . 1 定 点 测 温 003 年 1 月 9 日 到 14 日 在 矿 坑 内 5 个 点 位 进 行 了 走 点 测 温 。 各 点 位 说 明 如 表 1 所 示 。 2 表 1 定 点 测 温 中 各 点 情 况 表 按 成 因 分 类 , 矿 区 产 生 的 主 要 是 辐 射 逆 温 : 由 于 采 场 工 作 面 接 近 黑 体 , 地 表 长 波 辐 射 散 发 热 量 较 快 , 在 抚 顺 地 区 冬 季 微 风 、 晴 天 的 气 象 条 件 下 , 由 于 热 量 辐 射 使 地 表 冷 却 , 且 由 于 受 采 场 裸 露 边 坡 的 影 响 使 得 辐 射 效 果 加 强 , 冷 却 了 的 空 气 沿 边 坡 进 入 采 场 深 部 ,从 而 形 成 了 厚 度 达 几 十 米 , 甚 至 上 百 米 的 第 一 逆 温 层 。第 一 逆 温 层 上 部 大 气 受 坑 口 地 表 辐 射 的 影 响 形 成 第 二 逆 温 层 。 点 位 号 点 号 点 号 点 号 点 号 点 号 点 所 在 位 置 参 观 台 西 端 帮 - 115站 - 145站 - 170站 - 196站 矿 区 坐 标 海 拔 高 度 H84. 5 1 S250 N400 N200 N150 N40 W165 2 W1550 W240 E360 H- 30 H- 115 H- 145 H- 170 H196 3 4 5 E1250 W1000 6 N400 注 :矿 用 坐 标 为 :纬 距 :S800 至 N1500 经 距 :W4200 至 E4200 3 . 2 小 球 测 温 在 矿 区 逆 温 现 象 比 较 严 重 的 1 月 份 ,选 取 23 , 采 场 两 层 逆 温 的 技 术 指 标 如 表 2 所 示 。 第 19 卷 第 6 期 能 源 环 境 保 护 分 49 分 表 2 1 月 份 采 场 内 及 上 部 逆 温 出 现 频 率 及 厚 度 和 强 度 时 间 / h 逆 温 频 率 / % 0 - 4 4 - 7 7 - 10 10 - 14 14 - 17 17 - 20 20 - 24 平 均 100 0 0 75 53. 3 160 0 110 170 70 3. 9 5. 4 2. 0 100 340 500 200 320 500 100 1. 29 3. 4 0. 6 50 25 50 80 10 40 33 0 0 0 60 40 30 60 0 85 33 0 0 58 21 底 高 平 均 最 大 最 小 平 均 最 大 最 小 平 均 最 大 最 小 第 一 逆 温 层 / m 0 0 0 0 厚 度 550 750 350 0. 91 1. 34 0. 48 100 775 950 600 150 150 150 0. 77 0. 87 0. 67 250 300 200 3. 5 4. 3 2. 6 50 475 600 350 200 300 100 1. 7 1. 7 1. 6 210 300 90 3. 6 5. 3 1. 8 80 660 760 600 200 400 110 1. 2 1. 7 0. 5 110 110 110 1. 3 1. 3 1. 3 261 2. 7 60 60 90 80 / m 1. 7 1. 7 1. 7 67 715 900 530 260 270 250 0. 9 1. 4 0. 4 1. 1 1. 3 0. 8 40 690 1200 180 225 250 200 1. 2 1. 9 0. 4 强 度 逆 温 频 率 / % 62 581. 8 底 高 平 均 最 大 最 小 平 均 最 大 最 小 平 均 最 大 最 小 第 二 逆 温 层 / m 厚 度 234 1. 2 / m 强 度 注 :表 中 底 高 的 零 点 (坑 底 ) 为 海 拔 - 200m 逆 温 强 度 单 位 ℃ / 100m 5 西 露 天 矿 周 围 平 原 地 面 逆 温 的 特 征 及 顺 石 油 厂 所 收 集 的 数 据 ,经 过 统 计 分 析 ,得 出 1 月 份 抚 顺 西 露 天 矿 周 围 平 原 地 区 的 地 面 逆 温 层 技 术 指 标 见 下 页 表 3 所 示 。 其 成 因 分 析 根 据 抚 顺 市 气 象 监 测 站 在 西 露 天 矿 北 帮 的 抚 表 3 地 面 一 月 份 逆 温 的 频 率 、厚 度 和 强 度 时 间 02:00 75 06:00 92 08:00 100 10:00 73 14:00 23 16:00 0 18:00 30 20:0 33 平 均 53 逆 温 频 率 / % 平 均 0 131. 7 810 0 246. 7 770 133. 6 600 0 446. 7 630 0 0 50 126. 1 底 高 最 大 最 小 平 均 最 大 最 小 平 均 最 大 最 小 0 0 0 50 / m 0 0 240 0 0 50 236. 7 480 70 217. 5 310 50 173. 3 250 120. 9 320 50 13. 6 340 63. 3 80 93. 3 140 30 90 141. 5 2. 0 厚 度 90 / m 30 20 30 90 逆 温 强 度 1. 0 1. 8 0. 2 1. 7 3. 4 0. 3 2. 6 4. 7 1. 2 2. 3 3. 6 0. 5 2. 5 4. 5 0. 9 0. 9 1. 1 0. 6 1. 1 2. 0 0. 2 3. 6 3. 6 3. 6 注 :表 中 底 高 的 零 点 为 坑 口 海 拔 高 度 ( + 60M) ; 逆 温 强 度 单 位 为 ℃ / 100m 通 过 对 表 3 中 的 数 据 进 行 分 析 , 我 们 得 出 西 露 天 矿 周 围 平 原 地 面 逆 温 特 征 如 下 所 述 : 而 很 快 的 冷 却 ,近 地 面 的 气 温 也 随 之 下 降 。离 地 面 越 近 空 气 受 地 表 的 影 响 越 大 ,因 而 降 温 越 厉 害 ,于 是 形 成 了 自 地 面 开 始 的 逆 温 。 抚 顺 西 露 天 周 围 平 原 地 区 一 般 情 况 下 存 在 一 个 逆 温 层 ; 一 般 形 成 于 18 时 左 右 ,次 日 13 时 左 右 消 散 ; 平 均 逆 温 强 度 大 约 在 2. 0 ℃ / 100 m, 极 端 最 大 值 可 达 到 4. 0 ℃ / 100 m;该 逆 温 层 存 在 于 海 拔 + 6 结 论 通 过 对 第 5、 6 节 比 较 , 我 们 得 出 了 关 于 抚 顺 西 露 天 矿 与 周 围 平 原 地 区 冬 季 逆 温 特 征 差 异 的 以 80 m~ + 300 m 之 间 ,平 均 厚 度 为 150 m 左 右 。 下 结 论 : 该 地 区 的 逆 温 特 征 符 合 典 型 的 中 纬 度 大 陆 地 [ 2 ][3 ] ( 1) 逆 温 存 在 层 次 上 的 差 异 ,一 般 平 原 逆 温 只 区 逆 温 的 主 要 特 征 。 从 成 因 来 分 类 ,属 于 辐 射 有 一 层 ,而 观 测 资 料 表 明 ,露 天 矿 坑 逆 温 经 常 会 出 逆 温 。 抚 顺 地 区 在 冬 季 ,特 别 是 1 月 份 ,大 气 边 界 层 在 平 稳 的 长 白 山 小 高 压 控 制 下 , 风 速 绝 大 部 分 时 间 里 小 于 1 m/ s。 在 这 种 晴 朗 无 云 (或 少 云 ) 、风 速 较 小 的 气 候 条 件 下 , 地 表 因 为 强 烈 的 有 效 辐 射 现 两 层 。 ( 下 转 第 64 页 ) 分 64 分 陆 海 军 等 露 天 煤 矿 矸 石 山 对 地 下 水 污 染 的 模 糊 综 合 评 价 物 质 在 天 然 降 雨 淋 溶 作 用 下 , 不 断 随 其 溢 流 出 来 并 下 渗 进 入 地 下 含 水 层 中 ,久 而 久 之 ,污 染 物 质 越 聚 越 多 ,从 而 造 成 了 地 下 水 的 严 重 污 染 。造 成 污 染 的 主 要 - 污 染 物 质 有 氯 化 物 Cl 和 总 硬 度 CaCO 3 , 其 最 大 含 量 分 别 可 达 598. 0 mg/ L 和 1 208. 0 mg/ L。 鉴 于 以 上 分 析 ,为 了 保 护 该 地 区 居 民 的 身 体 健 康 ,对 该 地 区 的 地 下 水 进 行 污 染 治 理 已 经 非 常 必 要 。 参 考 文 献 : [ 1] 胡 志 荣 , 曹 万 金 , 刘 曼 蓉 , 金 林 . 清 徐 县 地 下 水 质 量 的 模 糊 评 价 [J ] ,水 资 源 保 护 ,1 ,39~ 43. 2] 张 燕 君 , 许 广 明 . 模 糊 数 学 方 法 在 博 山 区 地 下 水 水 质 综 合 评 价 中 的 应 用 [J ] ,河 北 地 质 学 院 学 报 ,1995 ,18(2) ,139~ 143. 3] 张 永 波 , 时 红 , 王 玉 和 . 地 下 水 环 境 保 护 与 污 染 控 制 [ M] . 北 京 。 中 国 环 境 科 学 出 版 社 ,2003 ,8 第 1 版 4] 刘 兆 昌 等 . 地 下 水 系 统 的 污 染 与 控 制 [ M] , 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社 ,1991. [5] 陈 守 煜 . 工 程 模 糊 集 理 论 与 应 用 [M] , 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社 998 ,11. 图 1 地 下 水 水 质 分 级 示 意 图 [ 3 评 价 结 果 的 分 析 [ 从 评 价 的 结 果 可 以 看 出 矸 石 山 附 近 地 区 的 地 下 . 水 已 经 遭 到 不 同 程 度 的 污 染 , 其 中 于 家 沟 地 区 的 地 下 水 受 到 的 污 染 最 为 严 重 , 很 多 地 方 的 地 下 水 已 经 不 符 合 人 类 饮 用 标 准 。 污 染 物 的 主 要 来 源 是 附 近 的 矸 石 山 。由 于 矸 石 山 的 长 期 堆 积 ,矸 石 中 大 量 的 污 染 [ , 1 ( 上 接 第 49 页 ) (2) 从 技 术 指 标 上 来 看 ,两 种 地 形 、气 候 条 件 下 形 成 于 坑 底 的 接 地 逆 温 层 (第 一 逆 温 层 ) 。 (3) 从 地 形 及 矿 坑 本 身 形 成 的 小 气 候 特 征 解 释 了 这 种 差 异 的 成 因 : 矿 坑 周 围 平 原 地 区 地 面 逆 形 成 的 逆 温 层 存 在 明 显 的 差 异 : 平 原 逆 温 一 般 存 在 于 海 拔 + 80 m~ + 300 m,平 均 厚 度 150 m,平 均 逆 温 强 度 为 2. 0 ℃ / 100 m;而 矿 坑 上 部 逆 温 层 (第 二 逆 温 层 ) 底 高 平 在 海 拔 + 382 m,平 均 厚 度 23 4m,平 均 逆 温 强 度 为 1. 2 ℃ / 100 m。与 平 原 逆 温 相 比 ,逆 温 层 底 抬 高 ,平 均 厚 度 增 大 ,持 续 时 间 变 长 ,平 均 逆 温 强 度 减 小 ; 露 天 矿 与 平 原 逆 温 的 另 一 个 差 别 就 是 在 第 二 逆 温 层 的 下 部 存 在 一 个 逆 温 强 度 大 、持 续 时 间 长 的 温 符 合 典 型 的 中 纬 度 大 陆 地 区 逆 温 的 主 要 特 征 ; 而 西 露 天 矿 由 于 开 采 形 成 的 矿 坑 地 形 类 似 于 一 个 小 型 盆 地 ,且 边 坡 地 表 无 植 被 覆 盖 ,裸 露 严 重 ,加 强 了 夜 间 地 表 辐 射 , 另 外 矿 坑 内 高 浓 度 的 颗 粒 污 染 物 也 会 反 过 来 加 强 逆 温 , 所 以 在 矿 坑 及 其 上 部 大 气 中 形 成 了 具 有 露 天 矿 自 身 特 征 的 双 层 逆 温 现 象 。 ( 上 接 第 60 页 ) 泥 ,减 少 排 污 费 ,可 年 产 经 济 效 益 390 万 元 。 不 仅 可 使 大 屯 矿 区 矿 井 水 资 源 得 到 充 分 、合 理 利 用 ,为 矿 区 经 济 持 续 、稳 定 发 展 提 供 充 足 的 水 源 ,保 障 了 矿 区 未 来 用 水 安 全 , 而 且 可 大 幅 度 降 低 现 有 供 水 成 本 ,获 得 了 丰 厚 的 经 济 回 报 。 业 的 综 合 竞 争 实 力 ,具 有 较 好 的 社 会 效 益 。 4 结 语 ( 1) 循 环 经 济 是 一 种 新 型 的 、先 进 的 、可 持 续 的 经 济 发 展 模 式 ,集 经 济 、技 术 和 管 理 于 一 体 的 系 统 工 程 ,需 要 从 战 略 角 度 上 加 以 重 视 。 矿 井 水 经 过 净 化 处 理 后 每 年 可 减 少 1 570 t 悬 浮 物 的 排 放 ,减 轻 了 矿 井 水 直 接 排 放 对 周 围 生 态 系 统 的 污 染 和 破 坏 , 保 护 了 矿 区 环 境 , 具 有 明 显 的 环 境 效 益 ;同 时 矿 井 水 净 化 处 理 后 回 用 于 生 产 和 生 活 中 可 以 减 少 下 深 井 水 的 开 采 量 , 节 约 地 下 水 资 源 , 保 护 矿 区 地 下 水 和 地 表 水 的 自 然 平 衡 ,改 善 了 煤 矿 与 周 围 村 庄 的 关 系 ,解 决 了 矿 区 经 济 增 长 与 水 资 源 日 益 短 缺 的 矛 盾 , 保 证 矿 区 企 业 的 正 常 生 产 和 经 营 , 提 高 了 煤 矿 企 ( 2) 全 面 贯 彻 IS014000 环 境 管 理 体 系 ,积 极 推 行 清 洁 生 产 , 实 现 资 源 的 优 化 配 置 和 资 源 效 益 的 最 大 化 。 ( 3) 发 展 循 环 经 济 、实 现 矿 井 水 资 源 化 利 用 , 将 保 障 矿 区 用 水 安 全 ,促 进 矿 区 可 持 续 发 展 ,同 时 将 推 动 矿 区 环 保 产 业 和 水 务 产 业 的 建 立 和 发 展 , 具 有 明 显 的 经 济 效 益 、环 境 效 益 和 社 会 效 益 。
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