ADMS-EIA和AERMOD模型在沿海項(xiàng)目環(huán)評(píng)中的應(yīng)用對(duì)比

李朝飛

ADMS-EIA和AERMOD模型在沿海項(xiàng)目環(huán)評(píng)中的應(yīng)用對(duì)比

李朝飛

福建省金皇環(huán)保科技有限公司

針對(duì)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.1-2008）中推薦的ADMS和AERMOD模型，結(jié)合沿海項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)驗(yàn)證分析，比較兩種模型預(yù)測(cè)值與監(jiān)測(cè)值的偏差，為沿海項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中大氣預(yù)測(cè)模型選用提供參考和借鑒。

環(huán)境影響評(píng)價(jià) ADMS-EIA模型 AERMOD模型 沿海項(xiàng)目

ADMS-EIA和AERMOD模型同為《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.1-2008）中推薦的大氣預(yù)測(cè)模型，兩個(gè)模型均適用于評(píng)價(jià)范圍小于50km的工業(yè)型項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)，但兩個(gè)模型預(yù)測(cè)濃度有所差別。本文以福建省漳州市古雷開發(fā)區(qū)為例，結(jié)合開發(fā)區(qū)內(nèi)已運(yùn)行企業(yè)污染源及跟蹤監(jiān)測(cè)資料，通過對(duì)比兩個(gè)模型預(yù)測(cè)濃度與實(shí)測(cè)濃度之間的偏差，比較兩個(gè)模型在沿海項(xiàng)目的環(huán)評(píng)中適用性，為沿海項(xiàng)目大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供參考。

1 模型介紹

1.1 AERMOD模型簡(jiǎn)介

AERMOD是在20世紀(jì)90年代初期，由美國國家環(huán)保局聯(lián)合美國氣象學(xué)會(huì)組建法規(guī)模式改善委員會(huì)選擇以ISC3模型框架為突破口進(jìn)行擴(kuò)散模型開發(fā)，旨在取代舊的ISC3 模型，而開展的新法規(guī)模型改善工作，新模型將應(yīng)用最新的擴(kuò)散理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)。

AERMOD 是一種穩(wěn)定狀態(tài)的煙羽擴(kuò)散模型。在穩(wěn)定邊界層(SBL)上，垂直和水平方向上的濃度分布遵循高斯分布。在對(duì)流邊界層上，則只有水平方向上的分布是高斯分布，垂直方向上的分布則考慮用概率密度函數(shù)進(jìn)行描述。此外，在對(duì)流邊界層中，AERMOD 還考慮“煙羽抬舉”現(xiàn)象：從浮力源釋放出的部分煙羽物質(zhì)，先是升到邊界層頂部附近，并在那里停留一段時(shí)間，然后再混合到對(duì)流邊界層內(nèi)部中。AERMOD 計(jì)算穿透進(jìn)入穩(wěn)定層的那部分煙羽，允許它在某些情況下重新返回邊界層內(nèi)。AERMOD 對(duì)于穩(wěn)定邊界層及對(duì)流邊界層中的擴(kuò)散都考慮了彎曲煙羽導(dǎo)致的水平擴(kuò)散加強(qiáng)現(xiàn)象。

AERMOD模式系統(tǒng)包括AERMET氣象前處理、AERMAP 地形前處理和AERMOD擴(kuò)散模型三個(gè)模塊。將監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)或由國家氣象局生成的常規(guī)的地面和探空氣象資料直接輸入到AERMET氣象預(yù)處理模塊中，以生成模型模擬所需要的邊界層廓線數(shù)據(jù)和尺度參數(shù)數(shù)據(jù)。將下載的地形數(shù)據(jù)輸入到AERMAP中生成AERMOD運(yùn)行所能夠使用的地形數(shù)據(jù)類型。邊界層廓線數(shù)據(jù)在AERMOD 的處理下進(jìn)行內(nèi)差。最后，向擴(kuò)散模式中輸入平均風(fēng)速、溫度梯度/、水平和垂直方向湍流量脈動(dòng)(,)等數(shù)據(jù)，結(jié)合AERMAP 地形前處理得到的地形數(shù)據(jù)計(jì)算出質(zhì)量濃度。

1.2 ADMS模型簡(jiǎn)介

ADMS系列模型由英國劍橋環(huán)境研究公司(CERC)與英國氣象局和Surrey大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作開發(fā)。ADMS大氣擴(kuò)散模型軟件分為ADMS—評(píng)價(jià)、ADMS—工業(yè)、ADMS—城市等獨(dú)立系統(tǒng)。ADMS—EIA大氣擴(kuò)散模型系統(tǒng)是ADMS系列中最復(fù)雜的一個(gè)系統(tǒng)。ADMS—EIA與其他用于區(qū)域的大氣擴(kuò)散模型的一個(gè)顯著區(qū)別是：ADMS模型應(yīng)用了Moniu-Obukhov 長(zhǎng)度( M-O長(zhǎng)度) 和邊界結(jié)構(gòu)的最新理論，精確地定義邊界層特征參數(shù)，在這種最新的辦法中，邊界層結(jié)構(gòu)被可直接測(cè)量的物理參數(shù)確定，這使得隨高度變化而變化的擴(kuò)散過程可以更真實(shí)地表現(xiàn)出來，所獲取的污染物濃度的預(yù)測(cè)結(jié)果更精確可信。

ADMS模式的一個(gè)重要特點(diǎn)是它所預(yù)測(cè)的地面濃度分布，能估算輻射影響、化學(xué)反應(yīng)影響以及進(jìn)入凸起地形后的影響。在邊界層內(nèi)，濃度分布屬于考慮地表面和逆溫層底反射的高斯型煙羽。

ADMS—EIA和AERMOD模型適用條件對(duì)比如表1所示。

2 模型預(yù)測(cè)污染源概況

本文就福建省漳州市古雷開發(fā)區(qū)為研究對(duì)象，該開發(fā)區(qū)呈南北狹長(zhǎng)分布，東西兩面臨海（如圖1所示）。開發(fā)區(qū)污染源數(shù)據(jù)較易獲取，區(qū)內(nèi)原居民主要以種植農(nóng)產(chǎn)品和海產(chǎn)養(yǎng)殖為生，無其他工業(yè)面源干擾。

表1 ADMS-EIA和AERMOD模型適用特點(diǎn)比較

本次采用2014年8月12日~18日在項(xiàng)目所在地的環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀中SO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為模型驗(yàn)證數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)期間通過對(duì)開發(fā)區(qū)內(nèi)已建企業(yè)調(diào)查，有排放廢氣污染物的企業(yè)僅有騰龍芳烴（漳州）有限公司80萬噸/年對(duì)二甲苯工程及整體公用配套工程原料調(diào)整項(xiàng)目，除此以外無其他集中式排放污染源。其SO2污染源見表2所示。

表2 2014年8月12日監(jiān)測(cè)期間實(shí)際運(yùn)行項(xiàng)目污染源強(qiáng)一覽表

3 模型預(yù)測(cè)參數(shù)取值

3.1 地形參數(shù)

根據(jù)項(xiàng)目所在地地形，ADMS-EIA和AERMOD模型同時(shí)采用CGIAR-CSI提供的免費(fèi)高程數(shù)據(jù)，分辨率為90m，通過http://srtm.csi.cgiar.org/網(wǎng)站下載獲取，數(shù)據(jù)范圍為以場(chǎng)址中心點(diǎn)為中心，邊長(zhǎng)約20km×20km的矩形。區(qū)內(nèi)高程最小值為-1m，高程最大值為古雷山頭259m。

3.2 地表利用參數(shù)

項(xiàng)目所在地周圍主要植被為農(nóng)作地和防風(fēng)林混合，參照環(huán)保部評(píng)估中心《大氣預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)AERMOD簡(jiǎn)要用戶使用手冊(cè)》，地表反照率取0.23、BOWEN參數(shù)取0.3、地表粗糙度選擇0.3。

3.3 氣象數(shù)據(jù)

模型驗(yàn)證期間，氣象觀測(cè)與監(jiān)測(cè)同步開展，2014年8月12日~18日期間監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 2014年8月監(jiān)測(cè)期間氣象觀測(cè)參數(shù)表

4 模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比分析

4.1實(shí)測(cè)項(xiàng)目貢獻(xiàn)值

為了解項(xiàng)目運(yùn)行期對(duì)周圍敏感目標(biāo)的貢獻(xiàn)值，本研究針對(duì)監(jiān)測(cè)期間多數(shù)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)、西南風(fēng)的特點(diǎn)，選取項(xiàng)目東南面10.8km的風(fēng)動(dòng)石（國家4A級(jí)景區(qū)，環(huán)境空氣質(zhì)量一類區(qū)）監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為背景濃度參照點(diǎn)，以北面2.7km的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)值扣除參照點(diǎn)監(jiān)測(cè)值作為項(xiàng)目對(duì)周邊環(huán)境的貢獻(xiàn)值。其SO2小時(shí)濃度貢獻(xiàn)值如表4所示。

表4 監(jiān)測(cè)期間項(xiàng)目對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)SO2小時(shí)濃度貢獻(xiàn)值 單位：mg·m-3

4.2 ADMS-EIA和AERMOD模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

4.2.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)比分析

本研究選取監(jiān)測(cè)期間氣象條件，分別采用ADMS—EIA和AERMOD模型預(yù)測(cè)計(jì)算污染源對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的污染物濃度貢獻(xiàn)值。預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果和實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比如表5及圖2所示。從預(yù)測(cè)數(shù)值對(duì)比分析，AERMOD預(yù)測(cè)值高于監(jiān)測(cè)值，ADMS—EIA預(yù)測(cè)值略低于監(jiān)測(cè)值，兩個(gè)模型預(yù)測(cè)值偏差幅度，AERMOD預(yù)測(cè)值偏差略大于ADMS—EIA預(yù)測(cè)值偏差。

以監(jiān)測(cè)期間貢獻(xiàn)值為軸、ADMS—EIA和AERMOD模型預(yù)測(cè)值為軸，回歸方程如表6所示。根據(jù)相關(guān)性分析，ADMS-EIA和AERMOD模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)貢獻(xiàn)值相關(guān)性均不大。主要原因?yàn)閮蓚€(gè)模型均為單氣象站預(yù)測(cè)模型，而實(shí)際擴(kuò)散過程中，相差1km的氣象觀測(cè)點(diǎn)其氣象參數(shù)都會(huì)出現(xiàn)較大偏差，單氣象站無法重現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的污染物擴(kuò)散場(chǎng)。相對(duì)比較而言，ADMS—EIA回歸方程2=0.3804，AERMOD回歸方程2=0.3586，ADMS—EIA模型預(yù)測(cè)值相關(guān)性略高于AERMOD預(yù)測(cè)值。

表5 ADMS-EIA和AERMOD模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

表6 ADMS-EIA和AERMOD模型預(yù)測(cè)值對(duì)比回歸方程

4.2.2區(qū)域濃度分布對(duì)比

利用Surfer8.0繪制了ADMS—EIA和AERMOD模型最大小時(shí)濃度預(yù)測(cè)等值線分布如圖3所示。從等值線圖對(duì)比來看，AERMOD模型預(yù)測(cè)小時(shí)濃度最大值影響范圍均大于ADMS—EIA影響范圍。

5 結(jié)論

本文以福建沿?；ろ?xiàng)目為案例，在相同的氣象等預(yù)測(cè)參數(shù)條件下，采用ADMS—EIA和AERMOD模型對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)點(diǎn)的SO2濃度做了對(duì)比預(yù)測(cè)分析。經(jīng)對(duì)比得出：①AERMOD預(yù)測(cè)值高于監(jiān)測(cè)值，ADMS—EIA預(yù)測(cè)值略低于監(jiān)測(cè)值，在兩個(gè)模型的預(yù)測(cè)值偏差幅度方面，AERMOD預(yù)測(cè)值偏差略大于ADMS—EIA。②根據(jù)相關(guān)性分析，ADMS—EIA和AERMOD模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)貢獻(xiàn)值相關(guān)性均不大。相比較而言，ADMS—EIA模型預(yù)測(cè)值相關(guān)性略高于AERMOD。③AERMOD模型預(yù)測(cè)小時(shí)濃度最大值影響范圍大于ADMS—EIA影響范圍，其預(yù)測(cè)結(jié)果偏保守。

[1] 杜世明. AERMOD和CALPUFF模型用于濟(jì)南地區(qū)空氣污染模擬效果的對(duì)比研究[D]. 濟(jì)南：山東師范大學(xué), 2013.

[2] 牟真. ADMS-EIA模型在污水處理廠惡臭影響預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境化學(xué), 2014, 1(6):1042-1043.

[3] 胡剛, 王里奧, 張軍,等. ADMS模型在復(fù)雜地形地區(qū)的應(yīng)用[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 30(12):42-46.

[4] 回蘊(yùn)珉. AERMOD模式在大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[D]. 天津：天津大學(xué), 2012.

[5] 李傳豐. AERMOD模型參數(shù)敏感性分析[D]. 北京：中冶集團(tuán)建筑研究總院, 2012.

[6] 胡瑩. 基于AERMOD模型的復(fù)雜地形下大氣工業(yè)源污染模擬與評(píng)估[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué), 2014.