石灰石礦山項(xiàng)目為例的大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)研究

徐暢平，郝明，張?jiān)?/p>

（1.云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司 云南 昆明 650221 2.易門縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站 云南 易門 651100）

0 引言

石灰石礦山項(xiàng)目的大氣污染物以粉塵為代表，主要是露天采場(chǎng)、排土場(chǎng)、破碎站產(chǎn)生的無(wú)組織粉塵，以及破碎站產(chǎn)生的有組織粉塵。該類項(xiàng)目的污染因子以TSP為主。以某石灰石礦山破碎站為例，分析比較新舊大氣導(dǎo)則中兩種估算模式對(duì)TSP預(yù)測(cè)結(jié)果的差異。

1 預(yù)測(cè)模式特點(diǎn)

根據(jù)原導(dǎo)則的評(píng)價(jià)級(jí)別判定，石灰石礦山項(xiàng)目的大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)等級(jí)普遍為三級(jí)，預(yù)測(cè)使用Screen3估算模式。Screen3估算模式是一種單源預(yù)測(cè)模式，能計(jì)算幾種類型源的最大地面濃度，包括計(jì)算建筑物下洗、熏煙等非正常條件下的最大地面濃度，估算模式中已包含54種預(yù)設(shè)的氣象組合條件，此類氣象條件在某個(gè)地區(qū)有可能發(fā)生，也有可能不發(fā)生。通過(guò)估算模式計(jì)算出的最大地面濃度相對(duì)通過(guò)進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式計(jì)算出的結(jié)果來(lái)說(shuō)偏大[1]。

新導(dǎo)則將原來(lái)的Screen3模式改為了Aerscreen模式。Aerscreen為美國(guó)環(huán)保署（U.S.EPA）開(kāi)發(fā)的以Aermod模式為基礎(chǔ)的單源估算模型，可計(jì)算多重類型源（包括一些特殊類型的源），還可以計(jì)算地形、熏煙和建筑物下洗的影響，輸出結(jié)果包括1h、8h、24h平均、及年平均的地面濃度最大值，從而對(duì)源影響周邊空氣環(huán)境的程度和范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)。Aerscreen模型主要在內(nèi)部嵌入了Makemet程序和Aerscreen命令窗口接口程序，Makemet程序主要用來(lái)處理氣象數(shù)據(jù)，可提供具有預(yù)測(cè)計(jì)算位置特征的氣象條件，通過(guò)Aerscreen程序調(diào)用，能夠?qū)庀髷?shù)據(jù)（由Makemet生成）、地形數(shù)據(jù)（由Aermap生成）以及建筑物下洗數(shù)據(jù)（由Bpipprm生成）進(jìn)行整合，并最終綜合完成預(yù)測(cè)計(jì)算[2]。

2 實(shí)例分析

2.1 源強(qiáng)參數(shù)

石灰石礦山破碎站項(xiàng)目粉塵有組織排放產(chǎn)生點(diǎn)主要為篩分、破碎、轉(zhuǎn)運(yùn)、進(jìn)料及出料等過(guò)程。使用集氣罩收塵+袋式除塵器除塵的方法進(jìn)行治理，共有3個(gè)有組織排放源，源強(qiáng)如表1所示。無(wú)組織排放源即破碎站車間，源強(qiáng)如表2所示。

表1 有組織排放源源強(qiáng)

表2 無(wú)組織排放源源強(qiáng)

2.2 氣象參數(shù)

本項(xiàng)目位于賓川，根據(jù)20年氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，賓川20年最高氣溫為38℃，20年最低氣溫為-6.2℃，全年平均氣溫為17.9℃。賓川多年平均主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，多年平均風(fēng)速為1.8m/s。

2.3 預(yù)測(cè)條件比較

由于本項(xiàng)目位于內(nèi)陸、周圍為荒山開(kāi)闊地區(qū)，則項(xiàng)目預(yù)測(cè)時(shí)不計(jì)算建筑物下洗、海岸線熏煙的影響。Aerscreen模式和Screen3模式的預(yù)測(cè)條件如下表所示：

表3 Aerscreen模式和Screen3模式預(yù)測(cè)條件對(duì)比

氣象數(shù)據(jù)方面，Screen3使用內(nèi)部已有的固定氣象組合，無(wú)法定義土地利用類型、區(qū)域濕度條件[3]，且只使用年平均氣溫、年平均風(fēng)速來(lái)進(jìn)行計(jì)算，則預(yù)測(cè)參數(shù)較少，預(yù)測(cè)結(jié)果與項(xiàng)目所在地具體氣象信息關(guān)聯(lián)性相對(duì)較小。而Aerscreen則可以調(diào)用Makemet程序來(lái)處理氣象數(shù)據(jù)，生成具有預(yù)測(cè)計(jì)算位置特征的氣象條件，可選參數(shù)較多，預(yù)測(cè)結(jié)果與項(xiàng)目所在地具體氣象信息關(guān)聯(lián)性相對(duì)較大。

地形數(shù)據(jù)方面，Screen3只有簡(jiǎn)單地形或復(fù)雜地形之分，若遇復(fù)雜地形，無(wú)法導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)，只能輸入高程，且不能選擇土地利用類型，則預(yù)測(cè)參數(shù)較少，預(yù)測(cè)結(jié)果與項(xiàng)目所在地具體地形信息關(guān)聯(lián)性相對(duì)較小。而Aerscreen是調(diào)用Aermap處理地形，可以較為真實(shí)地反映項(xiàng)目所在地地形情況，并根據(jù)項(xiàng)目所在地地表情況選擇土地利用類型，預(yù)測(cè)結(jié)果更接近于實(shí)際情況。

2.4 預(yù)測(cè)結(jié)果比較

由表4可知，使用Aerscreen模式預(yù)測(cè)的Cmax和Pmax比用Screen3模式預(yù)測(cè)的要大得多。根據(jù)伯鑫[4]等人的研究，這說(shuō)明Screen3模式的氣象條件組合過(guò)少，本項(xiàng)目所在地的最不利氣象條件不在其中，而Aerscreen模式的預(yù)測(cè)結(jié)果更加保守。從Cmax出現(xiàn)的最近距離來(lái)看，使用Aerscreen模式預(yù)測(cè)的濃度最大值均比用Screen3模式預(yù)測(cè)的最大值出現(xiàn)的距離近。

Screen3模式預(yù)測(cè)的TSP濃度隨距離的變化較為平緩，而Aerscreen模式預(yù)測(cè)的TSP濃度均在約500m范圍內(nèi)出現(xiàn)了峰值，并隨后呈現(xiàn)出濃度隨著距離增加而降低的反比規(guī)律。對(duì)比左圖和右圖可知，2 000m范圍內(nèi)，Aerscreen模式和Screen3模式對(duì)TSP的預(yù)測(cè)結(jié)果差別相對(duì)較大，雖然隨著距離的增加，都出現(xiàn)了類似拋物線的先低后高再低的濃度變化趨勢(shì)，但使用Screen3模式預(yù)測(cè)產(chǎn)生的結(jié)果曲線相對(duì)較為平緩，特別是在G1和G2的預(yù)測(cè)結(jié)果中，基本看不出這種變化，只有在G3的預(yù)測(cè)結(jié)果中可以看出。而在2000m范圍以外，Aerscreen模式和Screen3模式的預(yù)測(cè)結(jié)果值相近，變化趨勢(shì)也相近，預(yù)測(cè)結(jié)果曲線出現(xiàn)重合現(xiàn)象。

表4 兩種估算模式下Pmax和D10%預(yù)測(cè)和計(jì)算結(jié)果一覽表

根據(jù)孫爽[5]的研究，不考慮地形因素條件下（此時(shí)Screen3模式為簡(jiǎn)單地形），污染物落地濃度會(huì)在污染源近距離范圍內(nèi)與下風(fēng)向距離呈正比，但之后呈反比的規(guī)律性較強(qiáng)，使用地形數(shù)據(jù)時(shí)，污染物最大落地濃度隨下風(fēng)向變化的曲線波動(dòng)較大，單獨(dú)看最大落地濃度預(yù)測(cè)值的話，其隨著下風(fēng)向距離的變化呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律波動(dòng)狀態(tài)，但整體來(lái)看，預(yù)測(cè)曲線的變化規(guī)律仍是濃度與距離呈反比。結(jié)合Aerscreen模式和Screen3模式的預(yù)測(cè)參數(shù)，從右側(cè)的局部圖可以看出，本項(xiàng)目所在地屬于簡(jiǎn)單地形，曲線變化趨勢(shì)基本符合先與下風(fēng)向距離呈正比，再呈反比的規(guī)律，由于Aerscreen模式的預(yù)測(cè)參數(shù)更接近于實(shí)際情況，預(yù)測(cè)結(jié)果曲線在2 000m范圍內(nèi)出現(xiàn)了一些波動(dòng)，而Screen3模式的預(yù)測(cè)結(jié)果曲線相對(duì)較為平滑，這是由于局部地形特征和地表特征影響了TSP的擴(kuò)散過(guò)程，在Aerscreen模式中體現(xiàn)了出來(lái)，而在Screen3中未體現(xiàn)。

圖1 Aerscreen模式和Screen3模式對(duì)石灰石礦山破碎站TSP的預(yù)測(cè)結(jié)果

對(duì)比Aerscreen模式的各點(diǎn)源預(yù)測(cè)曲線的波動(dòng)幅度發(fā)現(xiàn)，G3的預(yù)測(cè)曲線波動(dòng)最大。計(jì)算G1、G2、G3的廢氣排放流速可得，G1為9.85m/s，G2為5.48m/s，G3為1.47m/s。所以，造成G3預(yù)測(cè)曲線波動(dòng)幅度較大的原因可能是G3廢氣排放流速較低，受局地地形特征和土地利用類型（本項(xiàng)目為針葉林）的影響更加明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

Aerscreen模式和Screen3模式都是以高斯模型為基礎(chǔ)的模式，所以使用這2種模式預(yù)測(cè)石灰石礦山破碎站項(xiàng)目，TSP最大落地濃度預(yù)測(cè)值隨距離的變化趨勢(shì)相同，都是先增后減。

從最大落地濃度預(yù)測(cè)值來(lái)看，由于Aerscreen模式預(yù)測(cè)結(jié)果較Screen3模式保守，且Aerscreen模式的氣象處理Makemet程序可以更好地模擬項(xiàng)目所在地真實(shí)氣象，并捕捉最不利氣象條件，所以用Aerscreen模式預(yù)測(cè)的Pmax比用Screen3模式預(yù)測(cè)的要大很多。

從最大落地濃度預(yù)測(cè)值對(duì)應(yīng)的下風(fēng)向最近距離來(lái)看，Aerscreen模式預(yù)測(cè)的最近距離比Screen3模式要近很多，說(shuō)明使用Aerscreen模式預(yù)測(cè)，得出的高濃度區(qū)域范圍要比Screen3模式小。

從預(yù)測(cè)結(jié)果曲線的波動(dòng)來(lái)看，Aerscreen模式和Screen3模式的差別主要集中在2 000m范圍內(nèi)，說(shuō)明地形數(shù)據(jù)、地表土地利用類型以及氣象數(shù)據(jù)的參數(shù)選擇決定了污染源附近局部區(qū)域內(nèi)的預(yù)測(cè)結(jié)果，而對(duì)2 000m以外的預(yù)測(cè)結(jié)果影響相對(duì)較小。

從TSP最大占標(biāo)率預(yù)測(cè)值來(lái)看，Aerscreen模式預(yù)測(cè)的Pmax較大，其中G3已達(dá)到10%，根據(jù)新導(dǎo)則的要求，應(yīng)進(jìn)行一級(jí)評(píng)價(jià)。則可以推斷，新導(dǎo)則實(shí)施后，大部分石灰石礦山類項(xiàng)目可能由原來(lái)的三級(jí)評(píng)價(jià)提升為一級(jí)評(píng)價(jià)，并應(yīng)使用Aermod等進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。