AERMOD在火電大氣環(huán)評中出現(xiàn)山地極端異常值的分析

趙秀勇，尤一安，朱庚富，王 圣，邰 恒

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031)

AERMOD在火電大氣環(huán)評中出現(xiàn)山地極端異常值的分析

趙秀勇，尤一安，朱庚富，王 圣，邰 恒

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031)

近年來，針對我國大氣環(huán)境污染成因、控制等相關(guān)方面的研究越來越多［1－5］?！董h(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》(HJ 2.2－2008)自2009-04-01起正式實施。導(dǎo)則采用國際通用、模擬效果更好的大氣環(huán)境預(yù)測模式［6］，同時對評價工作等級、評價范圍和現(xiàn)狀監(jiān)測方案要求進(jìn)行調(diào)整，以提高我國大氣環(huán)境影響評價工作的科學(xué)性和客觀性。

該導(dǎo)則在實施中出現(xiàn)一些新的問題，特別是在模式應(yīng)用方面。例如，推薦模式中加入了地形，但模型在有地形區(qū)域煙氣抬升、擴(kuò)散方面處理較簡單，導(dǎo)致在山區(qū)應(yīng)用過程中出現(xiàn)高值和極端異常值，對我國大氣環(huán)境影響評價工作提出了挑戰(zhàn)。

1 概況

評價項目位于我國東部某市，為燃煤電廠“上大壓小”項目，即關(guān)停2×220MW機(jī)組，原址擴(kuò)建1000MW機(jī)組。所在地區(qū)以丘陵地形為主，廠址處為平原，周圍有兩座山，一座山位于東南面約2km處，山體比較小，最高處海拔約340m;另一座山位于西北約11km處，最高處海拔約500m。電廠已經(jīng)采取環(huán)境保護(hù)措施，包括同步建設(shè)配套除塵、脫硫、SCR脫硝設(shè)施，其除塵、脫硫、脫硝效率分別達(dá)到了99.85%、93%和 80%。

2 模型設(shè)置

2.1 預(yù)測方法

評價采用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》(HJ 2.2－2008)推薦的 AERMOD 模式，預(yù)測 SO2、NO2和煙塵地面濃度。氣象數(shù)據(jù)采用當(dāng)?shù)貧庀笈_，包括全年逐日逐次的風(fēng)向、風(fēng)速以及云量、氣溫資料。高空氣象數(shù)據(jù)采用環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心提供的中尺度氣象模型MM5數(shù)據(jù)，模擬的格距為27km。根據(jù)大氣導(dǎo)則要求，評價范圍劃為等間距的網(wǎng)格。其中距離污染源1km范圍內(nèi)網(wǎng)格間距為50m，1km以外網(wǎng)格間距為500m。通過計算，可得出所排放的污染物在每一個網(wǎng)格點的濃度值。

2.2 下墊面與地形選擇

電廠周圍3km范圍內(nèi)，西側(cè)以農(nóng)田與農(nóng)村居民為主，東側(cè)以城市居民為主。因此，下墊面分為兩個區(qū)，扇區(qū) 1 從 0°到 135°，扇區(qū) 2 從 135°到 360°。預(yù)測采用地形數(shù)據(jù)為美國網(wǎng)站提供的SRTM3地形，分辨率為90m。

2.3 污染源參數(shù)

據(jù)工程分析，本次環(huán)評環(huán)境空氣影響預(yù)測的污染源參數(shù)(本文煙氣量均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值)列于表1。

表1 環(huán)境空氣影響預(yù)測的污染源參數(shù)

2.5 評價范圍

據(jù)SCREEN3估算結(jié)果，本次評價范圍為以電廠為中心半徑14km的區(qū)域，按照地方政府環(huán)境空氣功能區(qū)劃，評價區(qū)范圍均為環(huán)境空氣二級功能區(qū)，執(zhí)行環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 坐標(biāo)設(shè)置

以電廠煙囪所在位置為原點(0，0)，東向為x正方向，北向為y正方向。

2.7 計算方案

將1×1000MW機(jī)組煙氣、源強(qiáng)作為正源輸入，同時將2×220MW機(jī)組煙氣、源強(qiáng)作為負(fù)源輸入，計算后得到“上大壓小”工程的污染貢獻(xiàn)濃度。

3 結(jié)果分析

3.1 小時網(wǎng)格濃度預(yù)測分析

評價范圍內(nèi)SO2、NO2小時平均最大網(wǎng)格落地濃度前兩位列于表2。表中SO2、NO2小時最大網(wǎng)格濃度均超過環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，其第二高值濃度均較最大值有較大幅度的降低。

表2 評價范圍小時平均最大濃度前兩位

據(jù)統(tǒng)計，SO2小時貢獻(xiàn)值超過標(biāo)準(zhǔn)時次為1次，最大連續(xù)超標(biāo)時次為1小時，數(shù)值為2.760mg/m3，超標(biāo)面積為0.25km2;NO2小時貢獻(xiàn)值超過標(biāo)準(zhǔn)時次為5次，最大連續(xù)超標(biāo)時數(shù)為1小時，超標(biāo)面積為0.25km2。兩種污染物超標(biāo)發(fā)生的概率均極低，分別僅為0.01%和0.06%。據(jù)氣象資料統(tǒng)計，出現(xiàn)極端數(shù)值的小時風(fēng)向為340°(NNW)，風(fēng)速為2m/s，氣溫為23.4℃，總云量為2，該氣象條件組合在2008年氣象資料中僅出現(xiàn)1次。在此風(fēng)向下本工程排放的煙氣流向與東南方向的山頂正面相對，距離約為2.7km，煙囪高度加上煙氣抬升高度與該處山頂高度(340m)相當(dāng)，造成氣流撞山，出現(xiàn)極端數(shù)值。

對SO2、NO2小時最大、次大網(wǎng)格濃度值進(jìn)一步分析可以看出，SO2小時最大網(wǎng)格濃度值是次大值的6倍，NO2小時最大網(wǎng)格濃度值是次大值的5.8倍，跳躍性很大，SO2、NO2小時最大網(wǎng)格濃度屬于極端數(shù)值，且其出現(xiàn)概率為1/8784，即0.01%。

3.2 日均網(wǎng)格濃度預(yù)測分析

評價范圍內(nèi)SO2、NO2、PM10日均最大網(wǎng)格落地濃度前兩位列于表3。

由表3可知，本次“上大壓小”工程造成的SO2、NO2、PM10日均最大網(wǎng)格濃度分別為 0.133、0.141和0.059mg/m3，均出現(xiàn)在東南山頂，分別占二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的 88.67%、117.50% 和 39.33%。其中，NO2日均最大值超過標(biāo)準(zhǔn)17.50%，超標(biāo)次數(shù)為1個時次，超標(biāo)面積為0.25km2，SO2最大日均值符合環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，但占標(biāo)率較高，PM10占標(biāo)率較低。NO2日均最大值超標(biāo)是由于該區(qū)域出現(xiàn)的最大小時濃度屬于極端數(shù)值，該小時NO2小時濃度值除以24為0.122mg/m3，已經(jīng)超過二級標(biāo)準(zhǔn)日均濃度的限值，而其他23個小時的小時濃度對日均濃度的貢獻(xiàn)僅為0.019mg/m3。

表3 評價范圍日平均最大濃度前兩位

據(jù)預(yù)測分析，SO2、NO2的日均第二高值分別只有 0.028mg/m3和 0.031mg/m3，其占標(biāo)率分別只有18.67%和25.83%，也均出現(xiàn)在廠址東南的山頂，而其他區(qū)域日均最大值均較小。

3.3 結(jié)果討論

據(jù)預(yù)測結(jié)果，本“上大壓小”工程實施后排放的污染物SO2和NO2對項目廠址東南的一處山頂造成的最大小時落地濃度和NO2的最大日均落地濃度超過了環(huán)境功能區(qū)執(zhí)行的環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)生的原因有兩個:一是項目雖然采取大氣環(huán)境保護(hù)措施，但由于工程規(guī)模大，還存在一定量的SO2和NO2污染物排放;二是大氣環(huán)境影響預(yù)測AERMOD模型比較簡單，在計算大氣污染擴(kuò)散的過程中存在不完善之處，遇到山體時煙羽僅做了相對簡化的分層處理，造成煙羽撞山，與實際情況有一定差異。另外，在復(fù)雜地形條件下，大氣狀況在不同區(qū)域變化較大，AERMOD模型中大氣擴(kuò)散參數(shù)在選取單一，與實際狀況差異較大。

電廠東南山頂處污染物最大落地濃度超標(biāo)，但超標(biāo)概率極低，兩種污染物小時值超標(biāo)概率僅為0.01%和 0.06%，且超標(biāo)面積小，僅為 0.25km2。超標(biāo)處位于山頂，目前無人居住，不會對人體健康造成傷害。針對類似情況處理措施有三:一是根據(jù)項目周圍的實際情況，在居民區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)、濕地等環(huán)境空氣敏感區(qū)出現(xiàn)小時或者日均落地濃度超標(biāo)，工程對區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的影響是不可接受的;二是簡單地形地區(qū)，出現(xiàn)小時或者日均落地濃度超標(biāo)，工程對區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的影響是不可接受的;三是復(fù)雜地形地區(qū)(山地、水面等)，由于預(yù)測模型的不完善造成的煙羽撞山污染物累積等造成的在非居民區(qū)、非自然保護(hù)區(qū)等非環(huán)境空氣敏感區(qū)出現(xiàn)小時或者日均落地濃度超標(biāo)，工程對區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的影響是可以接受的。

4 結(jié)語

(1)受電廠廠址東南山體地形的影響，項目SO2、NO2小時最大落地濃度分別為2.760mg/m3和2.936mg/m3，NO2日均最大落地濃度 0.141mg/m3，均超過環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。

(2)SO2、NO2超標(biāo)時次極少，超標(biāo)發(fā)生概率極低，超標(biāo)面積較少，且超標(biāo)區(qū)域均發(fā)生在電廠東南的山頂，是可以接受的。

(3)超標(biāo)根本原因是大氣環(huán)境影響預(yù)測采用的模型AERMOD相對比較簡單，在計算大氣污染擴(kuò)散的過程中存在一些尚待完善之處。

(4)在環(huán)境空氣敏感區(qū)出現(xiàn)污染物落地濃度超標(biāo)，是不可接受的;簡單地形地區(qū)，出現(xiàn)污染物落地濃度超標(biāo)是不可接受的;復(fù)雜地形地區(qū)，因為模型的原因造成的在非環(huán)境空氣敏感區(qū)出現(xiàn)污染物落地濃度超標(biāo)，是可以接受的。

［1］趙秀勇，程水源，陳東升，等.應(yīng)用ARPS－CMAQ模擬研究石景山污染對北京的影響［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，279(12):2074－2079.

［2］朱法華.電力工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)［J］.電力環(huán)境保護(hù)，2006，22(5):1－7.

［3］Zhao X Y，Hengs Y C，Li J B，et al.Application of ARPS － CMAQ modeling system for urban air pollutant emission abatement［J］.Canadian Journal of Civil Engineering，2010，(37):323 －334.

［4］趙秀勇，程水源，田 剛，等.北京市施工揚(yáng)塵污染與控制［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，33(10):1086 －1090.

［5］王 圣，李 曄，趙 霞，等.我國“十一五”火力發(fā)電企業(yè)關(guān)停容量及節(jié)能分析與建議［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(2):5 －8.

［6］丁峰，李時蓓，趙曉宏，等.修訂版大氣導(dǎo)則與現(xiàn)行大氣導(dǎo)則推薦模式實例對比驗證分析［J］.環(huán)境污染與防治，2008，30(8):101－104.

Analysis of high power plant pollutants concentration modeling by AERMOD at hilly country

利用AERMOD模型預(yù)測了我國東部某電廠“上大壓小”項目污染物排放對評價區(qū)域大氣環(huán)境的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受廠址東南山體影響，SO2、NO2小時最大落地濃度分別為環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)的552.00%和1223.33%，NO2日均最大落地濃度為環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)的117.50%。據(jù)統(tǒng)計，SO2小時貢獻(xiàn)值超過標(biāo)準(zhǔn)時次為1次;NO2小時貢獻(xiàn)值超過標(biāo)準(zhǔn)時次為5次，超標(biāo)發(fā)生的概率均較低。預(yù)測超標(biāo)原因主要與預(yù)測模型中煙羽遇到山體后的煙羽分層簡化處理與實際煙羽運(yùn)行狀況存在一定差異有關(guān)。

AERMOD;地形;擴(kuò)散;超標(biāo)

The Atmospheric environmental affection of one power plant program was computed by AERMOD model，which is one of the law models defined by Guidelines for Environmental Impact Assessment Atmospheric Environment.The hourly SO2，NO2max concentration reached 552.00%and 1223.33%of National Ambient air quality standard(Class II Level)disparately，and the daily NO2max concentration reached 117.50%of National Ambient air quality standard(Class II Level).The hourly SO2，NO2max concentration which reached National Ambient air quality standard(Class II Level)is one time and five times disparately.According analysis，it is happened because the AERMOD shortcoming，that plume was expressed inaccuracy hitting hill.

AERMOD;terrain;diffusion;Disagreement air quality standard

X591

B

1674－8069(2011)02－001－03

2010-12-07;

2011-03-01

趙秀勇(1976-)，男，山東寧津人 ，工學(xué)博士，研究方向為大氣環(huán)境及環(huán)境影響評價，已在國內(nèi)外公開刊物發(fā)表論文30余篇。E －mail:zhxiuyong@gmail.com

國家公益性行業(yè)科研專項基金項目(200909001)