李朝飛

ADMS-EIA和AERMOD模型在沿海項目環(huán)評中的應(yīng)用對比

李朝飛

福建省金皇環(huán)?？萍加邢薰?/p>

針對《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.1-2008）中推薦的ADMS和AERMOD模型，結(jié)合沿海項目環(huán)境影響評價預(yù)測及監(jiān)測驗證分析，比較兩種模型預(yù)測值與監(jiān)測值的偏差，為沿海項目環(huán)境影響評價中大氣預(yù)測模型選用提供參考和借鑒。

環(huán)境影響評價 ADMS-EIA模型 AERMOD模型 沿海項目

ADMS-EIA和AERMOD模型同為《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.1-2008）中推薦的大氣預(yù)測模型，兩個模型均適用于評價范圍小于50km的工業(yè)型項目環(huán)境影響評價預(yù)測，但兩個模型預(yù)測濃度有所差別。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)已運行企業(yè)污染源及跟蹤監(jiān)測資料，通過對比兩個模型預(yù)測濃度與實測濃度之間的偏差，比較兩個模型在沿海項目的環(huán)評中適用性，為沿海項目大氣環(huán)境影響評價提供參考。

1 模型介紹

1.1 AERMOD模型簡介

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)會組建法規(guī)模式改善委員會選擇以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間，然后再混合到對流邊界層內(nèi)部中。AERMOD 計算穿透進(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 對于穩(wěn)定邊界層及對流邊界層中的擴(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)散模型三個模塊。將監(jiān)測的氣象數(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(,)等數(shù)據(jù)，結(jié)合AERMAP 地形前處理得到的地形數(shù)據(jù)計算出質(zhì)量濃度。

1.2 ADMS模型簡介

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—評價、ADMS—工業(yè)、ADMS—城市等獨立系統(tǒng)。ADMS—EIA大氣擴(kuò)散模型系統(tǒng)是ADMS系列中最復(fù)雜的一個系統(tǒng)。ADMS—EIA與其他用于區(qū)域的大氣擴(kuò)散模型的一個顯著區(qū)別是：ADMS模型應(yīng)用了Moniu-Obukhov 長度( M-O長度) 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)散過程可以更真實地表現(xiàn)出來，所獲取的污染物濃度的預(yù)測結(jié)果更精確可信。

ADMS模式的一個重要特點是它所預(yù)測的地面濃度分布，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模型適用條件對比如表1所示。

2 模型預(yù)測污染源概況

本文就福建省漳州市古雷開發(fā)區(qū)為研究對象，該開發(fā)區(qū)呈南北狹長分布，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模型適用特點比較

本次采用2014年8月12日~18日在項目所在地的環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀中SO2監(jiān)測數(shù)據(jù)作為模型驗證數(shù)據(jù)，監(jiān)測期間通過對開發(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/年對二甲苯工程及整體公用配套工程原料調(diào)整項目，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)測期間實際運行項目污染源強(qiáng)一覽表

3 模型預(yù)測參數(shù)取值

3.1 地形參數(shù)

根據(jù)項目所在地地形，ADMS-EIA和AERMOD模型同時采用CGIAR-CSI提供的免費高程數(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)范圍為以場址中心點為中心，邊長約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)保部評估中心《大氣預(yù)測軟件系統(tǒng)AERMOD簡要用戶使用手冊》，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)

模型驗證期間，氣象觀測與監(jiān)測同步開展，2014年8月12日~18日期間監(jiān)測點氣象觀測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 2014年8月監(jiān)測期間氣象觀測參數(shù)表

4 模型預(yù)測值與實測值對比分析

4.1實測項目貢獻(xiàn)值

為了解項目運行期對周圍敏感目標(biāo)的貢獻(xiàn)值，本研究針對監(jiān)測期間多數(shù)風(fēng)向為東南風(fēng)、西南風(fēng)的特點，選取項目東南面10.8km的風(fēng)動石（國家4A級景區(qū)，環(huán)境空氣質(zhì)量一類區(qū)）監(jiān)測點作為背景濃度參照點，以北面2.7km的監(jiān)測點位監(jiān)測值扣除參照點監(jiān)測值作為項目對周邊環(huán)境的貢獻(xiàn)值。其SO2小時濃度貢獻(xiàn)值如表4所示。

表4 監(jiān)測期間項目對監(jiān)測點SO2小時濃度貢獻(xiàn)值 單位：mg·m-3

4.2 ADMS-EIA和AERMOD模型預(yù)測結(jié)果對比

4.2.1監(jiān)測點對比分析

本研究選取監(jiān)測期間氣象條件，分別采用ADMS—EIA和AERMOD模型預(yù)測計算污染源對監(jiān)測點的污染物濃度貢獻(xiàn)值。預(yù)測計算結(jié)果和實際監(jiān)測結(jié)果對比如表5及圖2所示。從預(yù)測數(shù)值對比分析，AERMOD預(yù)測值高于監(jiān)測值，ADMS—EIA預(yù)測值略低于監(jiān)測值，兩個模型預(yù)測值偏差幅度，AERMOD預(yù)測值偏差略大于ADMS—EIA預(yù)測值偏差。

以監(jiān)測期間貢獻(xiàn)值為軸、ADMS—EIA和AERMOD模型預(yù)測值為軸，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)測值與實測貢獻(xiàn)值相關(guān)性均不大。主要原因為兩個模型均為單氣象站預(yù)測模型，而實際擴(kuò)散過程中，相差1km的氣象觀測點其氣象參數(shù)都會出現(xiàn)較大偏差，單氣象站無法重現(xiàn)現(xiàn)實中復(fù)雜的污染物擴(kuò)散場。相對比較而言，ADMS—EIA回歸方程2=0.3804，AERMOD回歸方程2=0.3586，ADMS—EIA模型預(yù)測值相關(guān)性略高于AERMOD預(yù)測值。

表5 ADMS-EIA和AERMOD模型預(yù)測值與實測值對比

表6 ADMS-EIA和AERMOD模型預(yù)測值對比回歸方程

4.2.2區(qū)域濃度分布對比

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

5 結(jié)論

本文以福建沿海化工項目為案例，在相同的氣象等預(yù)測參數(shù)條件下，采用ADMS—EIA和AERMOD模型對實際監(jiān)測點的SO2濃度做了對比預(yù)測分析。經(jīng)對比得出：①AERMOD預(yù)測值高于監(jiān)測值，ADMS—EIA預(yù)測值略低于監(jiān)測值，在兩個模型的預(yù)測值偏差幅度方面，AERMOD預(yù)測值偏差略大于ADMS—EIA。②根據(jù)相關(guān)性分析，ADMS—EIA和AERMOD模型預(yù)測值與實測貢獻(xiàn)值相關(guān)性均不大。相比較而言，ADMS—EIA模型預(yù)測值相關(guān)性略高于AERMOD。③AERMOD模型預(yù)測小時濃度最大值影響范圍大于ADMS—EIA影響范圍，其預(yù)測結(jié)果偏保守。

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