基于aermod模型的敏感性預測分析

基于aermod模型的敏感性預測分析

aermod模型是國家部于2008年12月31日通過的《環(huán)境評估技術(shù)指南》（hj2.2-2008）中推薦的另一個模型之一。這是美國國家安全辦公室與美國物理會議生會共同發(fā)展的新的擴展模型。主要包括三個方面：aermod（aermod擴展模型）、aermp（aermod地形預處理）和aermet（aermod氣象預處理）。AERMOD是一個穩(wěn)態(tài)煙羽擴散模式,可基于大氣邊界層數(shù)據(jù)特征模擬點源、面源、體源等排放出的污染物在短期(小時平均、日平均)、長期(年平均)的濃度分布,適用于農(nóng)村或城市地區(qū)、簡單或復雜地形。本文以某鋼廠為例,介紹在復雜地形條件下地形數(shù)據(jù)以及探空數(shù)據(jù)對預測結(jié)果的影響。1空氣湍流的od和aermod特點作為新版大氣導則推薦的穩(wěn)態(tài)大氣擴散模式,AERMOD將最新的大氣邊界層和大氣擴散理論應用到空氣污染擴散模式中[1~3]。AERMOD具有下述特點:(1)按空氣湍流結(jié)構(gòu)和尺度的概念,湍流擴散由參數(shù)化方程給出,穩(wěn)定度用連續(xù)參數(shù)表示;(2)中等浮力通量對流條件采用非正態(tài)的PDF模式;(3)考慮了對流條件下浮力煙羽和混合層頂?shù)南嗷プ饔?(4)AERMOD模式系統(tǒng)可以處理:地面源和高架源、平坦和復雜地形和城市邊界層的濃度分布;(5)AERMAP提出了一個有效高度對流場的影響。示蹤試驗表明,AERMOD模擬的結(jié)果比較理想。1.1煙筒的氣象數(shù)據(jù)構(gòu)成AERMOD模型運行的參數(shù)主要包括污染源數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等。(本文以點源為例)污染源數(shù)據(jù)主要包括煙筒底座坐標、煙筒幾何高度、煙筒出口內(nèi)徑、煙氣流量、出口煙氣溫度、排放強度。氣象數(shù)據(jù)包括地面氣象數(shù)據(jù)及探空數(shù)據(jù),其中地面氣象數(shù)據(jù)主要包括風向、風速、總云、低云、干球溫度等參數(shù),探空數(shù)據(jù)主要包括氣壓、離地高度、干球溫度、露點溫度、風向、風速等參數(shù)。地形數(shù)據(jù)主要為評價區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格點或任意點的地理坐標及DEM文件。1.2分析影響區(qū)域最大的企業(yè)標準條件,確定是否超標、超標、超標的點線輸出結(jié)果包括典型小時、典型日及長期氣象條件下,項目對環(huán)境空氣敏感區(qū)和評價范圍內(nèi)的最大環(huán)境影響,分析是否超標、超標程度、超標位置,分析小時(日)濃度超標概率和最大持續(xù)發(fā)生時間,并繪制評價范圍內(nèi)區(qū)域小時(日)平均濃度最大值時所對應的濃度等值線分布圖。1.3污染物的類型模型可處理各種基本氣態(tài)污染物(SO2、NOx、NO2、CO),PM10、TSP等。2復雜地形下的影響預測案例的分析2.1燒結(jié)機污染源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)該鋼廠是一家集燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼為一體的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè),廠區(qū)現(xiàn)擁有多臺燒結(jié)機,本論文以廠區(qū)的4臺燒結(jié)機機頭煙氣作為污染源基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時項目所在地區(qū)主要以山區(qū)為主,地形起伏較大,山高、坡陡、谷深、山巒重疊,地形復雜,且項目位于三面環(huán)山的狹長河谷地帶,年平均風速為1.7m/s。2.2燒結(jié)機煙氣中so2的含量工程分析可知,鋼廠排放的污染物主要為煙(粉)塵及SO2,而目前SO2主要來源于該鋼鐵廠燒結(jié)機機頭所排放的煙氣中,本文以SO2為評價因子分析討論參數(shù)變化對預測結(jié)果的影響,源強參數(shù)見表1。2.3探空數(shù)據(jù)的計算地面氣象數(shù)據(jù)采用當?shù)?009年全年逐次逐日氣象數(shù)據(jù),探空數(shù)據(jù)采用廠址附近1個高空模擬格點數(shù)據(jù);地形數(shù)據(jù)源為SRTM3地形三維數(shù)據(jù),經(jīng)ArcGIS坐標及地理投影轉(zhuǎn)換,生成數(shù)字高程(DEM)文件,分辨率90m。2.4探空數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)對敏感點預測結(jié)果的影響在將上述污染源數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及地形數(shù)據(jù)輸入到AERMOD模型后,分別建立如下幾個預測方案以分析探空數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)對敏感點預測結(jié)果的影響。在復雜地形的前提下,探空數(shù)據(jù)的有無對預測結(jié)果的影響;在平坦地形的前提下,探空數(shù)據(jù)的有無對預測結(jié)果的影響。2.5不考慮探空數(shù)據(jù)因素的條件下,地形數(shù)據(jù)、復雜地形、日變化的傳播對預測結(jié)果的影響(1)在復雜地形的前提下,探空數(shù)據(jù)對預測結(jié)果的影響見表2。由表2和表3可知,在復雜地形的條件下,有探空數(shù)據(jù)時的預測結(jié)果均比無探空數(shù)據(jù)時預測結(jié)果在敏感點最大地面濃度值大其中小時濃度變化幅度為7.87%~51.19%變化幅度超過20%的占57.1%,日平均濃度變化幅度為1.06%~56.58%,變化幅度超過20%的占42.8%,影響效果較大,且最大值出現(xiàn)時刻不同。由此可見,在復雜地形的條件下,探空數(shù)據(jù)有無對預測結(jié)果影響很大。(2)在平坦地形的前提下,探空數(shù)據(jù)對預測結(jié)果的影響見表4。由表4和表5分析可知,在平坦地形的條件下,有探空數(shù)據(jù)時的預測結(jié)果均比無探空數(shù)據(jù)時預測結(jié)果在敏感點最大地面濃度值大,其中小時濃度變化幅度為7.98%~52.21%,變化幅度超過20%的占57.1%,日平均濃度變化幅度為0.73%~58.82%,變化幅度超過20%的占42.8%,影響效果較大,且最大值出現(xiàn)時刻不同。由此可見,在不考慮地形因素的條件下,探空數(shù)據(jù)有無對預測結(jié)果影響很大。(3)在考慮探空數(shù)據(jù)的前提下,地形數(shù)據(jù)對預測結(jié)果的影響見表6。由表6和表7可知,在考慮探空數(shù)據(jù)影響的條件下,平坦地形時的預測結(jié)果比復雜地形時預測結(jié)果在敏感點最大地面濃度值大,其中小時濃度變化幅度為0.49%~5.64%,日平均濃度變化幅度為0.20%~8.09%,影響效果一般,而且最大值出現(xiàn)時刻相同。由此可見,在考慮探空數(shù)據(jù)因素的條件下,地形數(shù)據(jù)是否考慮對預測結(jié)果影響一般。(4)在不考慮探空數(shù)據(jù)的前提下,地形數(shù)據(jù)對預測結(jié)果的影響見表8。由表8和表9分析可知,在不考慮探空數(shù)據(jù)影響的條件下,平坦地形時的預測結(jié)果比復雜地形時預測結(jié)果在敏感點最大地面小時濃度變化幅度為-0.96%~6.63%,日平均濃度變化幅度為-0.53%~8.37%,影響效果一般,而且最大值出現(xiàn)時刻相同。由此可見,在不考慮探空數(shù)據(jù)因素的條件下,地形數(shù)據(jù)是否考慮對預測結(jié)果影響一般。3探空數(shù)據(jù)的選取及處理AERMOD模型是《環(huán)境影響評價技術(shù)導則大氣環(huán)境》(HJ2.2-2008)中推薦的進一步預測模型之一,但是在使用AERMOD模型時,應特別注意模型所需數(shù)據(jù)(探空數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù))的選取及處理,數(shù)據(jù)選取和參數(shù)設(shè)定不得當,都會造成運算結(jié)果較大的偏差。(1)在地形數(shù)據(jù)