甄瑞卿，劉夢，田軍，葛春風(fēng)

(1.北京京誠嘉宇環(huán)境科技有限公司，北京 100053; 2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084;3.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210093;4.北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司，北京 100084)

AERMOD新舊版本在我國大氣環(huán)評工作中的對比分析研究

甄瑞卿1，劉夢2，田軍3，葛春風(fēng)4

(1.北京京誠嘉宇環(huán)境科技有限公司，北京 100053; 2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084;3.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210093;4.北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司，北京 100084)

我國常見AERMOD版本為09292，而大氣污染預(yù)測對不同版本AERMOD結(jié)果影響的考慮較少。針對上述問題，本研究對比AERMOD(12345)與AERMOD (09292)版本在不同理論案例情景下模擬結(jié)果，分析不同版本AERMOD在鋼鐵、有色、火電等真實案例預(yù)測結(jié)果。結(jié)果表明：AERMOD(12345)與AERMOD (09292)進行項目的預(yù)測，存在預(yù)測結(jié)果非一致性問題。

AERMOD；大氣環(huán)評； AERMET

《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則——大氣環(huán)境》HJ2.2—2008中推薦了進一步大氣污染預(yù)測模式AERMOD(AERMIC DISPERSION MODEL)，目前在國內(nèi)環(huán)評工作中得到了廣泛的應(yīng)用，獲得了良好的效果[1-3]。

目前，我國大氣導(dǎo)則附錄A中推薦 AERMOD模式版本為07026版，而近年來隨著美國EPA不斷發(fā)展、更新、改進AERMOD模式，美國EPA先后發(fā)布了09292、11059、11103、11353和12345版本，特別是2012年12月EPA發(fā)布了最新版本的AERMOD(12345)，其功能、算法、運算速度等已與以往的舊版本大不相同，EPA統(tǒng)計結(jié)果顯示，不同版本AERMOD在某些案例情況下的小時最大濃度誤差可達到50%以上。此外，近年來環(huán)評單位存在使用不同版本AERMOD的情況，導(dǎo)致大氣預(yù)測結(jié)果存在非一致性等問題，影響環(huán)評報告書的科學(xué)性。

目前國內(nèi)常見AERMOD版本為09292，因此本文通過平坦地形條件下不同高度源強方案設(shè)置，對比AERMOD(12345)與AERMOD (09292)版本的差異，并對比兩個版本AERMOD在鋼鐵、有色、火電等行業(yè)預(yù)測結(jié)果存在的差異和其中可能存在的問題，并提出解決方案和建議對策。

1 AERMOD 模型系統(tǒng)更新情況

AERMOD 模型系統(tǒng)包括AERMOD 擴散模塊、AERMET(AERMOD METEOROLOGICAL PREPROCESSO)氣象前處理和AERMAP(AERMOD TERRAIN PREPROCESSOR) 地形前處理三個模塊，可用于多種排放源污染模擬(包括點源、面源、體源)[4]。本研究案例均為平坦地形，故不對AERMAP更新情況做詳細介紹。

1.1 AERMET更新情況

AERMET是氣象處理模塊。目前國內(nèi)常見AERMET版本為06341[5]。AERMET(12345)版本主要更新情況如下：(1)AERMET舊版本低估了對流混合高度，進而低估對流速度尺度(w*)大小。尤其當(dāng)溫度垂直廓線是基于少量探空層數(shù)計算，誤差會更大。新版本AERMET(12345)修正了該錯誤。(2)增加小風(fēng)穩(wěn)定條件下摩擦速度(u*)的調(diào)整選項(BETA)。

AERMOD為污染源擴散模塊[6]。目前國內(nèi)常見AERMOD版本為09292。AERMOD(12345)版本主要更新情況如下：(1)增加兩個BETA 選項來處理低風(fēng)速的情況，其中可將sigma-v的最小值從0.2m/s增加到0.5m/s，并“關(guān)閉”了水平彌散部分；或者將sigma-v的最小值從0.2m/s增加到0.3m/s，考慮彌散部分，并調(diào)整了部分算法，包括設(shè)定meander factor (FRAN) 上限為0.95。(2)增加了線源的選項，用戶可定義線的起點、終點、寬度。線源采用面源同樣算法，線源結(jié)果與等效面源分段的結(jié)果相近。

2 理論結(jié)果對比分析

2.1 污染源排放參數(shù)

本研究的污染源假設(shè)理論情景見表1，由于源強與污染物模擬濃度成正比，源強參數(shù)數(shù)據(jù)為相對值，因此不涉及污染物具體名稱，本研究重點分析污染物預(yù)測濃度相對大小(大氣環(huán)境影響預(yù)測工作中常關(guān)注的小時最大濃度值)。

表1 不同高度源強排放參數(shù)表

案例源類型排放源強(g·s-1)煙囪高(m)煙囪內(nèi)徑(m)出口煙氣溫度(℃)出口煙氣速度(m·s-1)1高架源?110024010 6120252高架源?210012010 4120143中架源100802 2120144低架源100151 61203

2.2 參數(shù)及點位設(shè)置

本研究的AERMOD模式計算參數(shù)選用見表2，氣象數(shù)據(jù)為某平坦地形的2007年氣象數(shù)據(jù)，預(yù)測范圍50km×50km，設(shè)置為100m網(wǎng)格距。預(yù)測模擬過程不涉及化學(xué)轉(zhuǎn)化、污染物衰減、干濕沉降等影響。

表2 AERMOD模式計算選用參數(shù)一覽表

參數(shù)名稱城市數(shù)值地表參數(shù)時段Albedo(正午反照率)BowenRatio(波文比)SurfaceRoughness(地表粗糙度)冬季(12，1，2月)0 351 51春季(3，4，5月)0 1411夏季(6，7，8月)0 1621秋季(9，10，11月)0 1821化學(xué)轉(zhuǎn)化不考慮

2.3 理論結(jié)果分析

分別采用AERMOD(09292)與AERMOD(12345)計算不同設(shè)計方案地面最大濃度，其中AERMOD(09292)采用AERMET(06341)處理的氣象數(shù)據(jù)，AERMOD(12345)采用AERMET(12345)處理的氣象數(shù)據(jù)。結(jié)果對比見表3。

表3 理論結(jié)果對比

污染源排放高度(m)模式小時最大濃度(μg/m3)15AERMOD(09292)3603 00AERMOD(12345)3408 54AERMOD(09292)/AERMOD(12345)1 0680AERMOD(09292)128 00AERMOD(12345)203 00AERMOD(09292)/AERMOD(12345)0 63120AERMOD(09292)27 00AERMOD(12345)23 08AERMOD(09292)/(12345)1 17240AERMOD(09292)14 00AERMOD(12345)11 00AERMOD(09292)/AERMOD(12345)1 27

對于15m高的低架源、120m和240m高的高架污染源，AERMOD(09292)均大于AERMOD(12345)的預(yù)測結(jié)果。AERMOD(09292)與AERMOD(12345)比值最大達到1.27。

2)其他硬件選型。將控制面板和PLC集成到礦用本安型防爆殼中，本智能裝置的激光測傳感器選用GJJ50礦用本安型考慮井下工作環(huán)境模擬量信號傳輸會受干擾，選取RS485串行接口接測距傳感器模擬量信號，抗干擾且傳輸距離較遠；增量式編碼器選取BQH12礦用本安型。選取步進電動機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行功能調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)步進電動機和開合步進電動機選取42BYGH47型永磁感應(yīng)式兩相步進電動機，位移步進電動機選用57BYGH250B型步進電動機，且都必須選用礦用防爆型。

對于80m高的中架源，AERMOD(09292)小于AERMOD(12345)的預(yù)測結(jié)果。AERMOD(09292)與AERMOD(12345)比值為0.63。

3 實際案例對比分析

3.1 實際環(huán)評案例選取

為分析不同行業(yè)案例差異，本研究選取某大型鋼鐵廠(平坦地形)、某有色冶煉廠項目(平坦地形)、某火電廠(平坦地形)作為案例，根據(jù)AERMOD(12345)版本和AERMOD(09292)版本要求和格式進行建模，分別輸出污染物網(wǎng)格點小時最大濃度、日均最大濃度進行統(tǒng)計分析。

鋼鐵廠案例共有159個源，其中面源8個，點源151個，源強高度范圍10～180m。 有色冶煉廠案例共有44個源，其中面源3個，點源41個，源強高度范圍7～120m。火電廠案例共有2個點源，源強高度均為50m。

3.2 實際案例結(jié)果及分析

分別采用AERMOD(09292)與AERMOD(12345)計算某大型鋼鐵廠、某有色冶煉廠、某電廠項目污染物小時、日均最大落地濃度，預(yù)測結(jié)果見表4。

表4 實際案例計算結(jié)果對比

項目名稱污染因子AERMODAERMOD(09292)AERMOD(12345)AERMOD(09292)/AERMOD(12345)SO2小時最大值37 3948 010 78某大型鋼鐵廠NO2小時最大值90 50103 860 87BAP日均最大值0 0190 0230 85TSP日均最大值231 00241 650 96SO2小時最大值252 63270 900 93NO2小時最大值9 3728 400 33某有色金屬冶煉廠PM10日均最大值15 7520 900 75H2S小時最大值2 203 010 73Pb小時最大值0 620 670 93某電廠SO2小時最大值0 820 721 15NO2小時最大值30 6026 601 15

從鋼鐵、有色項目結(jié)果來看，AERMOD(09292)均小于AERMOD(12345)的預(yù)測結(jié)果。AERMOD(12345)結(jié)果較為保守。

從電廠項目結(jié)果來看，AERMOD(09292)均大于AERMOD(12345)的預(yù)測結(jié)果。AERMOD(09292)結(jié)果較為保守。

根據(jù)上述結(jié)果可推斷，項目可能存在某一版本AERMOD預(yù)測不超標(biāo)，而另一版本預(yù)測超標(biāo)的情況。

4 結(jié)論和建議

不同版本AERMOD進行同一個項目的預(yù)測，存在預(yù)測結(jié)果非一致性(偏大或偏小)等問題，本文和EPA的統(tǒng)計結(jié)果顯示小時、日均最大濃度誤差可達到30%～50%以上。根據(jù)模式發(fā)展需要，我國應(yīng)更新并統(tǒng)一AERMOD模式版本以及說明技術(shù)文檔等。

[1] HJ2.2—2008，環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則——大氣環(huán)境[S].

[2] 江磊,黃國忠,吳文軍,等.美國AERMOD模型與中國大氣導(dǎo)則推薦模型點源比較[J].環(huán)境科學(xué)研究,2007, 20(3)：45-46.

[3] 劉夢,伯鑫.CALPUFF-AERMOD大氣預(yù)測模式耦合系統(tǒng)[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2012, 37(7)：118-121.

[4] 楊多興,楊木水,趙曉宏,等.AERMOD模式系統(tǒng)理論[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2005,22(2)：130-135.

[5] EPA(USA).User’s guide for the AERMOD METEOROLOGICAL PREPRO-CESSOR (AERMET) [M].U.S.Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and Standards Emissions, Monitoring, and Analysis Division Research Triangle Park, North Carolina 27711, 2004：1-40.

[6] EPA(USA).User ’s guide for the AERMODUG, EPA (USA) document [R].North Carolina： U.S.Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards Emissions,Monitoring, and Analysis Division,Research Triangle Park,1998：1-28.

Comparative Analysis of the New and Old Versions of AERMOD in Atmospheric Environmental Impact Assessment in China

ZHEN Ruiqing1, LIU Meng2, TIAN Jun3, GE Chunfeng4

(1.CERIEcoTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100053,China;2.SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;3.AcademyofEnvironmentalPlanningandDesign,NanjingUniversity,Nanjing210093,China;4.GuohuanTsinghuaEnvironmentEngineeringDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.,Beijing100084,China)

Air pollution predictions of environmental impact assessment rarely consider results of different versions AERMOD model in China.This paper designed and simulated four pollutant discharge scenarios,compared results of the different versions in the iron and steel, nonferrous metals, thermal power plant.The results showed that different versions of AERMOD may have the different results in the same case.

AERMOD; environmental impact assessment of atmosphere; AERMET

2016-05-27；

2016-07-06

甄瑞卿(1980—)，男，山東菏澤人，碩士研究生，高級工程師，從事環(huán)境影響評價、鋼鐵行業(yè)高階段設(shè)計等。

2095-1671(2016)04-0170-03

X823

B