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)據以及探空數(shù)據對預測結果的影響。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)按空氣湍流結構和尺度的概念,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模擬的結果比較理想。1.1煙筒的氣象數(shù)據構成AERMOD模型運行的參數(shù)主要包括污染源數(shù)據、氣象數(shù)據、地形數(shù)據等。(本文以點源為例)污染源數(shù)據主要包括煙筒底座坐標、煙筒幾何高度、煙筒出口內徑、煙氣流量、出口煙氣溫度、排放強度。氣象數(shù)據包括地面氣象數(shù)據及探空數(shù)據,其中地面氣象數(shù)據主要包括風向、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)據主要為評價區(qū)域內網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燒結機污染源基礎數(shù)據該鋼廠是一家集燒結、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)擁有多臺燒結機,本論文以廠區(qū)的4臺燒結機機頭煙氣作為污染源基礎數(shù)據,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)變化對預測結果的影響,源強參數(shù)見表1。2.3探空數(shù)據的計算地面氣象數(shù)據采用當?shù)?009年全年逐次逐日氣象數(shù)據,探空數(shù)據采用廠址附近1個高空模擬格點數(shù)據;地形數(shù)據源為SRTM3地形三維數(shù)據,經ArcGIS坐標及地理投影轉換,生成數(shù)字高程(DEM)文件,分辨率90m。2.4探空數(shù)據、地形數(shù)據對敏感點預測結果的影響在將上述污染源數(shù)據、氣象數(shù)據及地形數(shù)據輸入到AERMOD模型后,分別建立如下幾個預測方案以分析探空數(shù)據、地形數(shù)據對敏感點預測結果的影響。在復雜地形的前提下,探空數(shù)據的有無對預測結果的影響;在平坦地形的前提下,探空數(shù)據的有無對預測結果的影響。2.5不考慮探空數(shù)據因素的條件下,地形數(shù)據、復雜地形、日變化的傳播對預測結果的影響(1)在復雜地形的前提下,探空數(shù)據對預測結果的影響見表2。由表2和表3可知,在復雜地形的條件下,有探空數(shù)據時的預測結果均比無探空數(shù)據時預測結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)據有無對預測結果影響很大。(2)在平坦地形的前提下,探空數(shù)據對預測結果的影響見表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)據時的預測結果均比無探空數(shù)據時預測結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)據有無對預測結果影響很大。(3)在考慮探空數(shù)據的前提下,地形數(shù)據對預測結果的影響見表6。由表6和表7可知,在考慮探空數(shù)據影響的條件下,平坦地形時的預測結果比復雜地形時預測結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)據因素的條件下,地形數(shù)據是否考慮對預測結果影響一般。(4)在不考慮探空數(shù)據的前提下,地形數(shù)據對預測結果的影響見表8。由表8和表9分析可知,在不考慮探空數(shù)據影響的條件下,平坦地形時的預測結果比復雜地形時預測結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)據因素的條件下,地形數(shù)據是否考慮對預測結果影響一般。3探空數(shù)據的選取及處理AERMOD模型是《環(huán)境影響評價技術導則大氣環(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(探空數(shù)據和地形數(shù)據)的選取及處理,數(shù)據選取和參數(shù)設定不得當,都會造成運算結果較大的偏差。(1)在地形數(shù)據