Aermod模型在大氣環(huán)境影響預(yù)測中的應(yīng)用

林輝斌 周小燕

（杭州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計有限公司 浙江杭州 310000）

引言

2018年《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.2-2018）中將Aermod模型作為大氣二級評價的推薦模型。Aermod模型能夠基于大氣邊界層數(shù)據(jù)特征模擬出各個點源、面源和體源等多種排放源的污染物濃度部分，也適用于地形復(fù)雜或簡單地形下洗且范圍≤50km，以及農(nóng)村或城市大氣環(huán)境影響預(yù)測及評價。Aermod模型中地表類型選取設(shè)置也會影響地表波紋比、反照率以及粗糙度等參數(shù)因子的取值變化，從而影響到最終的計算結(jié)果。本文以某鋼廠為例，就Aermod模型在大氣環(huán)境影響預(yù)測中的應(yīng)用作一簡要論述。

1 Aermod模型概述

1.1 模型運行參數(shù)

將污染源數(shù)據(jù)、地形及氣象數(shù)據(jù)作為Aermod模型運行參數(shù)。以點源參數(shù)為例，（1）污染源參數(shù)。如點源的排放率、煙囪高度、煙囪出口煙氣排放速度、煙氣溫度、煙囪出口內(nèi)徑、煙氣流量等。（2）氣象參數(shù)。包括邊界層參數(shù)（如干球溫度、總云量、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向等）、探空廓線數(shù)據(jù)（位勢高度、風(fēng)向、風(fēng)速、垂直向或水平向的湍流脈動量等）。（3）地形參數(shù)。評價區(qū)域網(wǎng)格點或任意點的地理坐標(biāo)及DEM文件。地形參與一般可根據(jù)項目周圍3km范圍內(nèi)土地利用類型進(jìn)行劃分，或采用Aersurface直接讀取可識別的土地利用數(shù)據(jù)文件。

1.2 輸出結(jié)果

長期氣象條件、典型小時/日氣象條件下，被評價項目對環(huán)境大氣敏感區(qū)及評價范圍的環(huán)境影響最大區(qū)域，從而計算出項目是否超標(biāo)，以及超標(biāo)的位置及程度，并進(jìn)一步分析出小時/日均濃度超標(biāo)概率，以及最大持續(xù)時間，根據(jù)這些數(shù)據(jù)參數(shù)，繪制評價區(qū)域小時/日均濃度最大值所對應(yīng)的濃度等值線的具體區(qū)域分布圖。

1.3 污染物種類

Aermod模型可處理大氣環(huán)境影響中的二氧化硫、氮氧化物、二氧化氮、一氧化碳等基本氣態(tài)污染物，以及大氣環(huán)境中的可吸入懸浮顆粒物濃度、總懸浮顆粒物濃度等。

1.4 Aermod模型類型

該類型是一種穩(wěn)態(tài)的煙羽擴散模式，基于大氣邊界層數(shù)特點模擬出點、面、體源排出的污染物小時/日均濃度等短期濃度分布，以及年均濃度等長期濃度分布特點，因而適應(yīng)范圍十分廣泛。此外，Aermod模型應(yīng)考慮相關(guān)建筑物的煙羽下洗，即尾流影響。Aermod模型中包括氣象預(yù)處理和地形預(yù)處理兩種模式，每小時連續(xù)預(yù)處理氣象數(shù)據(jù)模擬≥1小時均濃度分布。

2 Aermod模型在某鋼廠大氣影響預(yù)測應(yīng)用分析

2.1 案例簡介

某鋼廠是集煉鋼、軋鋼、燒結(jié)等為一體大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，該企業(yè)位于山區(qū)地帶，地形起伏大，山高、谷深，地形復(fù)雜多樣，年均風(fēng)速約為1.6m/s。本文以廠區(qū)內(nèi)的3臺燒結(jié)機頭作為污染源評價參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 污染源強數(shù)據(jù)

經(jīng)過對該鋼廠的排放污染物數(shù)據(jù)監(jiān)測和資料收集，發(fā)現(xiàn)，該鋼廠排放的污染物主要為二氧化硫、煙（粉）塵。其中，二氧化硫主要是因燒結(jié)機頭排放產(chǎn)生。便于預(yù)測分析，本文以二氧化硫作為評價因子，研究參數(shù)變化對預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生的影響。

2.3 氣象/地形數(shù)據(jù)

地面氣象數(shù)據(jù)采自年鑒（2018年）中全年逐次逐日氣象數(shù)據(jù)，鋼廠附近1個高空模擬格點數(shù)據(jù)為探空數(shù)據(jù)；地形數(shù)據(jù)源采用SRTM3地形三維數(shù)據(jù)，經(jīng)ArcGIS地理信息坐標(biāo)及地理投影轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字高程文件。

2.4 預(yù)測方案

將收集到的該鋼廠污染源強數(shù)據(jù)、氣象/地形數(shù)據(jù)等輸入到Aermod模型分別建立相應(yīng)的預(yù)測方案，預(yù)測探空數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)對鋼廠所在區(qū)域環(huán)境敏感點的預(yù)測結(jié)果影響。

2.5 預(yù)測結(jié)果

二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物地面日均濃度最大值分別為：18μg/m3、12.2μg/m3、3.3μg/m3、1.41μg/m3濃度，其中2#煙囪西南1.3km附近二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物濃度值最大，細(xì)顆粒日均最大值位于西南1.5km附近。最大年均落地濃度貢獻(xiàn)值分別為：1.21μg/m3、1.14μg/m3、1.15μg/m3、1.06μg/m3濃度，其中2#煙囪東南1.2km附近二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物濃度值最大。細(xì)顆粒物年均最大值位于西北1.3km附近。

3 預(yù)測結(jié)果分析

3.1 復(fù)雜地形，探空數(shù)據(jù)對預(yù)測結(jié)果影響

復(fù)雜地形，有探空數(shù)據(jù)的預(yù)測全部比無探空數(shù)據(jù)所預(yù)測的結(jié)果敏感點最大地面污染濃度數(shù)據(jù)大，其中，這一數(shù)據(jù)按小時濃度的變化幅度看，主要集中在6.65%-50.15%，變化幅度超過20%的達(dá)到55.3%。日均濃度變化幅度主要集中在1.52%-57.59%之間，變化幅度超過20%的占41.4%?？梢?，復(fù)雜地形，探空數(shù)據(jù)對預(yù)測結(jié)果的影響較大，并且最大值在不同時間段出現(xiàn)。

3.2 平坦地形，探空數(shù)據(jù)對預(yù)測結(jié)果影響

平坦地形，有探空數(shù)據(jù)的預(yù)測全部比無探空數(shù)據(jù)所預(yù)測的結(jié)果敏感點最大地面污染濃度數(shù)據(jù)大，其中，這一數(shù)據(jù)按小時濃度的變化幅度看，主要集中在7.15%-53.22%，變化幅度超過20%的達(dá)到57.3%。日均濃度變化幅度主要集中在0.52%-58.59%之間，變化幅度超過20%的占43.4%。可見，平坦地形，不考慮地形因素背景下，探空數(shù)據(jù)有無對預(yù)測結(jié)果的影響也較大。

3.3 考慮探空數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)對預(yù)測結(jié)果影響

在考慮探空數(shù)據(jù)影響背景下，平坦地形的預(yù)測結(jié)果比復(fù)雜地形預(yù)測結(jié)果在敏感點的最大地面濃度值大，其中，這一數(shù)據(jù)按小時濃度的變化幅度看，主要集中在0.15%-5.32%，日均濃度變化幅度主要集中在0.22%-8.59%之間，影響效果總體不大。且，最大值的出現(xiàn)時間一致。因此，考慮探空數(shù)據(jù)影響背景下，是否考慮地形數(shù)據(jù)對大氣環(huán)境預(yù)測的結(jié)果影響都較小。

3.4 不考慮探空數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)對預(yù)測結(jié)果影響

在不考慮探空數(shù)據(jù)影響背景下，平坦地形的預(yù)測結(jié)果比復(fù)雜地形預(yù)測結(jié)果在敏感點的最大地面小時濃度的變化幅度看，主要集中在-0.95%-6.12%，日均濃度變化幅度主要集中在-0.52%-8.49%之間，影響效果總體不大。且，最大值的出現(xiàn)時間一致。因此，在不考慮探空數(shù)據(jù)影響背景下，是否考慮地形數(shù)據(jù)對大氣環(huán)境預(yù)測的結(jié)果影響都較小。

結(jié)語

總體來說，地形數(shù)據(jù)是否考慮條件下，有探空數(shù)據(jù)比無探空數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果敏感點變化幅度大，因此，Aermod模型中的探空數(shù)據(jù)會對大氣環(huán)境影響結(jié)果的預(yù)測影響較大。探空數(shù)據(jù)是否考慮條件下，平坦地形預(yù)測結(jié)果比復(fù)雜地形預(yù)測結(jié)果大部分敏感點偏大，但整個預(yù)測值的增加幅度較小，可見，Aermod模型中的地形數(shù)據(jù)雖然對大氣環(huán)境影響結(jié)果的預(yù)測結(jié)果有一定的影響，但這種影響較小。可見，Aermod模型的應(yīng)用，可靠數(shù)據(jù)的采集是關(guān)鍵，但氣象數(shù)據(jù)采集難度較大，因此，要發(fā)揮該模型的應(yīng)有價值，還需要進(jìn)一步加大研究力度。