大气环境容量测算模型研究20152207014 李建文(2)

2020-04-14 17:12

(3) 为调试的目的可以要求两种中间结果文件。第一种包括模型结果相关的信息,第二

种包括气象数据的网格横断面。 (4) AERMOD不支持露天矿各类源。

(5) AERMOD包括另外两种输出文件。第一种按排序列出浓度;第二种输出提供弧形

最大值结果和与其相关烟流属性的详细文件。

研究以广州(梅州)产业转移工业园二期建设为例,通过用AERMOD模型分析工业园区建设带来的大气环境影响,并结合环境质量现状监测数据计算确定园区大气环境容量值,结果得到工业园区SO2、NO2的排放量分别为156.18 t/a、145.68 t/a,占环境空气容量的46.4%、69.4%。同时,研究结果表明,AERMOD模型结合了预测区域内的环境质量现状、地形地貌、污染环境气象资料等情况,计算出大气环境容量值接近工业园区环境现状情况,与A-P值计算结果对比更适合工业园区大气环境容量计算使用[8]。

5、Models- 3 模式

美国环保局研制的第3代空气质量预报和评估系统(Models-3)是由美国环保局野外研究实验室大气模式研制组研制的。该系统可用于多尺度、多污染物的空气质量的预报、评估和决策研究等。Models-3系统由中尺度气象模式、排放模式以及通用多尺度空气质量模式3大模式组成,其核心是通用多尺度空气质量模式(CMAQ)[7]。

6、基于 CMAQ 的大气模型

选取空气质量模型CMAQ计算研究区域的大气环境容量。具体方法是通过将不同污染源数据输入模型,选取1、4、7、10 四个月份作为研究区域大气环境容量的代表月,根据空气质量模拟结果判断该区域各代表月某种污染物的不同达标率情况下的大气环境容量。在 GIS系统的辅助下,对污染源的增减采用试差法,即在现状排放量和达标率基础上,对污染物排放量进行调整,重新进行数值计算,以满足不同的达标率要求。该达标率条件下的污染物排放量,即为该达标率条件下污染物的大气环境容量。

利用CMAQ建立了研究区域的空气质量模型系统,获得了2006年1、4、7、10四季代表月的3km网格分辨率的 PM10、SO2、NO2污染物浓度的小时浓度值。以空气环境质量二级标准为基准,通过对研究区域的污染源排放量的循环调节,并结合空气质量监测数据,建立了达标率与环境容量的关系曲线,确定了不同达标率下的大气环境容量,并充分反映容量的季节性变化特征[9]。

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7、CAPPS 系统

CAPPS系统是用有限体积法对大气平流扩散方程积分得到的多尺度箱格预报模型与 MM5或MM4中尺度数值预报模式嵌套形成的城市空气污染数值预报系统。它不需要污染源强资料就可预报出城市空气污染潜势指数(PPI)和 SO2,NO2,PM10,CO等主要污染物的污染指数(API),克服了由污染源调查本身具有的不确定性给城市空气污染的数值预报所带来的困难。CAPPS系统由MOMS中尺度气象模式提供气象背景场,再用大气平流扩散箱格模式预报污染潜势指数和污染指数。CAPPS系统气象模式的水平网格为46×61,格距60 km, 模式网格中心点可以移动。垂直方向分为10层,采用气压坐标系。箱格模式的顶层为大气边界层顶,水平分辨率由箱体底面积输入参数自动确定[7]。

8、多源高斯模型

以控制区内1000×1000网格的网格节点为计算点坐标,同时岳阳市的五个常规监测点的坐标也纳入计算点,共有148点计算点. 通过模型计算,计算出148个计算点的污染物浓度。采用试差法计算大气环境容量,通过大气环境容量模型计算,目前实际排放量1.389万吨/年,计算点的PM10的浓度有超标,因此必须对可控烟源和地面扬尘进行削减和控制。

关闭光明砖厂、胥家桥砖厂等小型砖厂,这些砖厂大量消耗粘土资源,规模小,煤为燃料,无除尘设施,关闭这些砖厂,可削减PM10的排放量755.3吨/年,通过一些措施,使其扬尘贡献浓度减少0.06mg/m3,最后,削减后PM10的容量为1.314万吨/年,则各计算点的地面浓度均达标。

研究结果表明,多源高斯模型能有效地应用于岳阳市的大气环境容量的计算。该成果可

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以为制定岳阳市的大气环境质量达标削减规划提供科学依据[10]。

9、CALPUFF模型

CALPUFF是适用于广域的大气扩散模型,可以模拟几十米到几百公里的区域,在区域范围较广和复杂地形条件下的应用具有突出优势,研究尝试以CALPUFF大气扩散模型作为区域气象场和环境质量模拟测得的基础模型,建立大气环境容量的线性优化模型,采用浓度-排放量反推模式测算SO2环境容量。

CALPUFF是一个烟团扩散模型系统,属于高斯型解的拉格朗日型K模式,可模拟三维流场中随时间和空间发生变化的污染物输送、转化和清除过程。

根据测算区域的大气环境功能及相应指标,以污染源的排放量之和最大为目标,所有源对每个控制点的总浓度贡献均小于控制目标值和各污染源排放量非负为约束条件,建立大气环境容量线性规划模型。当污染物排放强度发生变化时,可以通过传递系数矩阵得到反映污染物长期平均浓度分布的变化。CALPUFF通过对输入的排放清单进行模拟计算得出各源对控制点的传输系数。

用Matlab软件解线性规划模型,钒钛工业园区、北工业区和经久园区3个虚拟源的允许排放量分别为0.48万t/a、0.58万t/a、0.51万t/a,允许排放量之和为1.57万t/a,加上现有污染源二氧化硫排放量1.20万t/a,西昌市SO2容量测算结果为2.77万t/a [11]。

10、ADMS模型

(1)ADMS-Urban模式简介

ADMS-Urban模式是ADMS模式系统(ADMS-Sereen、ADMS-Industrial、ADMS-Roads、ADMS-EIA、ADMS-Urban)中最复杂的一个.它可以模拟城市区域来自工业、民用和道路交通的污染源产生的污染物在大气中的扩散,并用点源、线源、面源、体源和网格源模型来模拟这些污染源[12]。

运用ADMS-Urban系统模型对两种气象条件下优化分配后的SO2环境容量各进行5次的分析模拟,取得两种情况下各个点源高度对应的环境容量,结果表明,虽然研究中引进的北海市气象资料和奎屯市的气象资料有很大差异,两城市优化后的环境容量相差并不大,随着点源高度增加相应的环境容量的增加量也非常相近,即点源高度每增加20m,环境容量大约增加1800t/年左右。由此可以得出,区域环境的气象条件对该区域优化分配后的环境容量

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的影响并不大。

实践表明,运用ADMS- Urban模型,结合ArcGIs软件与线性规划模式,可以更准确更系统地测算和规划区域环境的环境容量,在污染物扩散与浓度分布的分析与模拟方面具有更多的优势[13]。

(2)ADMS模型复杂地形的应用

重庆市是一座典型的山地城市,丘陵山地多,有着起伏较大的地形,这使得污染物扩散过程非常复杂。为了比较模型预测数据与实际情况的差异,选择区域中的特征污染物进行环境监测和污染源的实际监测,并与模型的预测值进行对比分析。

ADMS模型和导则模型对不同方位4个点和SSW方位12个点的预测值与监测值的统计分析表明,ADMS模型相比于导则模型有较大的相关系数,较高的符合指数,较低的系统均方差,P/O平均值更接近于1,P/O标准偏差更小,说明了ADMS在复杂地形上应用能够获得较好的预测结果,而导则模型尽管可以在复杂地形区应用,但其预测结果则有较大的偏差。

ADMS对复杂地形区域的预测效果优于导则模型,且对地形数据敏感,因此将其应用于山地区域将会获得比导则模型更优的预测结果。但由于此次应用预测区域较小,且为乡村,其下垫面变化小,污染源简单,与重庆城区仍有较大差别[14]。

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参考文献

[1] GB/T3840-91,制定地方大气污染物排放标准的技术原则和方法[S]. [2] 王勤耕,吴跃明. 一种改进的A-P值控制法[J].环境科学学报, 1997, 17 (3).

[3] 李文慧,陈洁等. 基于修正A值法的西安市大气环境容量与剩余容量估算[J]. 安全与环

境工程, 2013, 20 (4): 71-75.

[4] 天津市大气环境容量核定技术报告,2004.

[5] 杜敏敏. 一种用箱模式与高斯模式结合计算大气环境容量的方法[J]. 重庆环境科学,

1995, 17 (6): 31-34.

[6] 吴丽芳,程水源等. 应用多维多箱与高斯复合模型研究大气环境容量[J]. 安全与环境工

程, 2007, 7 (1): 71-75.

[7] 聂邦胜. 国内外常用的空气质量模式介绍[J]. 江苏环境科技, 2008, 21 (1): 125-128. [8] 吴耀光, 吴 淮等. AERMOD模型在工业园区大气环境容量计算中的应用研究[J]. 科技

创新导报, 2013 (4): 159-160.

[9] 李 莉, 程水源等. 基于CMAQ的大气环境容量计算方法及控制策略[J]. 环境科学与技

术, 2010, 33 (8): 162-166.

[10] 万 群, 汪 铁. 多源高斯模型下岳阳市的大气环境容量研究[J]. 湖南理工学院学报(自

然科学报), 2007, 20 (4): 88-94.

[11] 王红磊, 钱 骏等. CALPUFF模型在大气环境容量测算中的应用研究[J]. 环境科学与管

理, 2008, 33 (12): 169-172.

[12] Di Sabation S, Buccolieri R, Pulvirenti B, et al. Flow and pollutant dispersion in street

canyons using fluent and ADMS-Urban[J]. Environ Model Assess, 2008(13): 370-372. [13] 徐 鹤, 丁 洁, 冯晓飞. 基于ADMS-Urban的城市区域大气环境容量测算与规划[J]. 南

开大学学报(自然科学版), 2010, 43 (4): 67-72.

[14] 胡 刚, 王里奥等. ADMS模型在复杂地形地区的应用[J]. 重庆大学学报(自然科学版),

2007, 30 (12): 42-46.

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