交通運輸項目環(huán)評預測技術發(fā)展概述

李曉東， 郁 帥

（上海船舶運輸科學研究所 環(huán)境分所，上海200135）

0 引 言

環(huán)境影響評價技術的發(fā)展與計算機技術的發(fā)展緊密相關，環(huán)境影響要素的預測技術已從十多年前簡單的類比、經(jīng)驗估算、模式計算發(fā)展為計算機仿真預測分析。

根據(jù)交通運輸項目環(huán)評特點，從噪聲、大氣、水環(huán)境風險和生態(tài)等主要環(huán)境影響要素出發(fā)，歸納總結近年來開始應用的環(huán)評新技術。與傳統(tǒng)技術相比，新技術具有計算結果直觀、準確可靠等特點。

1 噪聲環(huán)境預測技術的發(fā)展

1993年，ISO國際標準組織發(fā)布了ISO9613－1（Acoustics— Attenuation of sound during pr opagation outdoors—Part 1：Caluculation of the absorption of sound by the at mosphere），國內(nèi)等效為GB／T 17247.1－2000（聲學 戶外聲傳播的衰減 第1部分：大氣聲吸收的計算）；1996年，發(fā)布了ISO9613－2（Acoustics—Attenuation of sound during pr opagation outdoors—Part 2：General method of calculation），國內(nèi)等效為GB／T 17247.2－1998（聲學 戶外聲傳播的衰減 第2部分：一般計算方法）。ISO 9613標準規(guī)定了戶外聲傳播規(guī)律及衰減規(guī)律的國際通用方法，是一切環(huán)境噪聲預測軟件應用最重要的標準。

目前，國內(nèi)應用最廣泛的噪聲預測軟件為Cadna／A，該軟件由德國Datakustic研發(fā)，目前已成為與Lima，Soundplan等軟件齊名的環(huán)境噪聲預測軟件，該軟件的最主要特點為［1］：

1）軟件依據(jù)眾多的規(guī)范及標準編制，其中嚴格按照ISO9613標準進行戶外聲傳播衰減的基本計算。

2）簡單易用，功能強大。軟件不僅可以計算單個點的預測值，還可進行選定區(qū)域的水平網(wǎng)格計算，選定垂直立面的垂直網(wǎng)格計算及選定建筑物的不同立面、不同高度的建筑物立面聲場預測。

3）建模方便，可時刻利用三維建模圖（3D－Special）檢驗建模的準確性。對復雜情況下的聲學建模，極為實用。

4）采用特定算法加快計算速度，軟件采用了Projection方法，即在計算中根據(jù)聲源與受聲點情況自動將聲源微分為被遮擋及不被遮擋部分，然后分別疊加計算，與傳統(tǒng)的等角度聲線掃描法相比，該方法可大大加快程序的執(zhí)行效率。

噪聲環(huán)境的建模及預測可見圖1～圖4。

圖1 典型Cadna／A建模效果圖

圖2 典型建筑物立面聲場預測成果圖

圖3 典型垂直網(wǎng)格預測成果圖

圖4 典型水平網(wǎng)格預測成果圖

2 大氣環(huán)境預測技術的發(fā)展

2008年，環(huán)保部發(fā)布了《環(huán)境影響評價技術導則 大氣環(huán)境（HJ 2.2－2008）》，導則推薦的預測軟件系統(tǒng)主要有CALPUFF模型系統(tǒng)、AERMOD模式系統(tǒng)及ADMS模式系統(tǒng)。

CALPUFF是1個煙團擴散模型系統(tǒng)，可模擬三維流場隨時間和空間發(fā)生變化時污染物的輸送、轉(zhuǎn)化和清除過程。CALPUFF適用于從50到幾百公里范圍內(nèi)的模擬尺度，包括了近距離模擬的計算功能，如建筑物下洗、煙羽抬升、排氣筒雨帽效應、部分煙羽穿透、次層網(wǎng)格尺度的地形和海陸的相互影響、地形的影響；還包括長距離模擬的計算功能，如干、濕沉降的污染物清除、化學轉(zhuǎn)化、垂直風切變效應、跨越水面的傳輸、薰煙效應、以及顆粒物濃度對能見度的影響。其適合于特殊情況，如穩(wěn)定狀態(tài)下的持續(xù)靜風、風向逆轉(zhuǎn)、在傳輸和擴散過程中氣象場時空發(fā)生變化下的模擬［2］。

一般來說，CALPUFF主要適用于評價范圍≥50 k m的一級評價項目以及復雜風場下的一級、二級評價項目。

AERMOD及ADMS應用更為廣泛，ADMS對道路的預測處理更為合理，而AERMOD對工業(yè)源的處理更為實用。

AERMOD及ADMS均可結合地理信息系統(tǒng)軟件（如ACRGIS）使用，均可導入jpg、b mp等格式的柵格圖及d wg等格式的矢量圖作為底圖進行建模計算。計算模式可考慮建筑物下洗、濕沉降、重力沉降和干沉降以及化學反應等功能。計算因子可根據(jù)選定的污染源因子確定，ADMS計算中也可包括計算一氧化氮，二氧化氮和臭氧等之間的反應。

計算中，通過氣象數(shù)據(jù)處理，可導入1年或多年的氣象數(shù)據(jù)，可計算模擬≥1 h平均時間的濃度分布，如計算常用的小時濃度分布、日均濃度分布及年均濃度分布等（見圖5，圖6）。

另外，在計算網(wǎng)格區(qū)域的最大小時濃度或日均濃度時，一般更關心各點的最大小時濃度值或日均濃度值并以圖形方式顯示，而不是特定小時或特定日下的濃度場分布情況。

上述軟件均可計算給定區(qū)域的廢氣預測值，并以等值線圖顯示，但不能預測各個預測網(wǎng)格點的超標率（如某預測點有15個h值超標，則1年中超標率定義為0.17%繪制超標率圖，超標率圖可明確給出計算區(qū)域的超標情況，如超標率＜0.5%，則說明工程對關心區(qū)域的影響較低，一般處于可接受水平。

為此，可通過軟件的2次開發(fā)，繪制所選區(qū)域的大氣超標率圖。

圖5 Aer mod計算的最大小時濃度分布圖

圖6 ADMS計算的典型日濃度分布圖

3 水環(huán)境風險預測技術的發(fā)展

交通運輸項目對水環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在環(huán)境風險。如運輸危險品的車輛或船舶在途經(jīng)跨河橋梁或碼頭區(qū)域時發(fā)生事故所產(chǎn)生的危險品泄漏，對區(qū)域水源保護區(qū)或敏感區(qū)的影響。泄漏危險品通常為可溶性有毒、有害物質(zhì)（如鹽酸、硫酸等）或油品。

對水環(huán)境影響預測分析的軟件眾多，其中MIKE軟件功能最強大。該軟件由丹麥水資源及水環(huán)境研究所（Danish Hydraulic Instit ute，DHI）開發(fā)。DHI是非政府的國際化組織，基金會組織結構形式，主要致力于水資源及水環(huán)境的研究，擁有完善的軟件和領先的技術。被指派為 WHO（The worl d Health Or ganization）水質(zhì)評估和聯(lián)合國環(huán)境計劃水質(zhì)監(jiān)測和評價合作中心之一。

DHI的專業(yè)軟件是目前世界上領先、經(jīng)過實際工程驗證最多的、被水資源研究人員廣泛認同的優(yōu)秀軟件。軟件的功能設計范圍：降雨—產(chǎn)流—河流—城市—河口—近?！詈?；從一維到三維；從水動力到水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)；從流域大范圍水資源評估和管理的MIKEBASIN，到地下水與地表水聯(lián)合的MIKESHE，一維河網(wǎng)的MIKE11，城市供水系統(tǒng)的 MIKE11，城市供水系統(tǒng)的 MIKENET和城市排水系統(tǒng)的 MIKE－MOUSE，二維河口和地表水體的 MIKE21，近海的沿岸流LITPACK，直到深海的三維 MIKE3［3］［4］。

在環(huán)境影響評價中，MIKE可用于評估人類活動對水環(huán)境引起的變化，如排污口區(qū)水體水質(zhì)影響，底泥疏浚造成的環(huán)境影響，化學品、油品泄漏引起的環(huán)境問題等，針對預測結果提出合理的防治措施（見圖7）。

MIKE軟件的溢油模塊可以很好地模擬典型事故情景下的命運軌跡，但是根據(jù)交通部《船舶污染海洋環(huán)境風險評價技術規(guī)范（試行）》中對一級評價預測結果圖的要求不僅需要給出典型事故情景下的命運軌跡圖，還要包括事故的污染影響概率分布，清晰地顯示海上污染物對不同區(qū)域和敏感目標的污染概率，這些是MIKE軟件無法實現(xiàn)的。Oil map是美國應用科學公司（ASA）開發(fā)的溢油軌跡和歸宿模型，不僅可以預測典型事故情景下的命運軌跡，還可以根據(jù)長時間序列風資料條件下的模擬預測利用統(tǒng)計模塊計算保護目標受影響概率，并可以通過溯源模塊計算保護目標受到溢油影響時可能的溢油點。該軟件有自己的水動力支持模型，但基于MIKE軟件的成熟性，現(xiàn)在基本采用兩者的結合，即運用MIKE軟件進行水動力計算，將計算結果通過轉(zhuǎn)化應用到Oil map的軌跡和歸宿模塊中，該模塊也是統(tǒng)計和溯源模塊的基礎（見圖8）。

圖7 某碼頭項目大潮落憩時刻懸浮物濃度增量濃度分布圖

圖8 Oil map計算的訪問概率預測成果圖（圖中不同顏色代表風險發(fā)生的不同概率）

4 生態(tài)環(huán)境預測技術的發(fā)展

生態(tài)技術的發(fā)展主要為將3S技術應用于生態(tài)環(huán)境的影響評價。

3S技術是指遙感技術（Remote Sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Inf or mation System，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）的統(tǒng)稱，是將空間技術、傳感器技術、衛(wèi)星定位與導航技術和計算機技術、通訊技術相結合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現(xiàn)代信息技術［5］。中國雖然在這些技術領域的研究晚于西方一些發(fā)達國家，但經(jīng)過近30年的努力，特別是經(jīng)過20世紀80年代的集中攻關，使得3S技術在應用方面有了突破性的進展。

由于RS、GIS、GPS都以地球為研究對象，研究的手段和方法相似，能夠相互補充、完善。GPS能夠提供實時而準確的定位信息，對于空間數(shù)據(jù)的確定有特殊意義；RS技術利用儀器設備，在不與被研究對象直接接觸的情況下收集其數(shù)據(jù)，通過處理分析，最后提取和應用有關對象信息，是一種高效的信息采集手段，具有極高的空間、時間分辨率；GIS是利用現(xiàn)代計算機圖形和數(shù)據(jù)庫技術來輸入、存貯、編輯、查詢、分析、決策和輸出空間圖形及屬性數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，它能夠把現(xiàn)實生活中的各種信息有機地與反映地理位置的圖形信息結合在一起，可根據(jù)查詢與分析，將信息真實、圖文并茂地展示在用戶面前，也可將分析決策模型處理結果提交各級管理部門作決策參考。

3S集成系統(tǒng)不僅具有自動、實時采集、處理和更新數(shù)據(jù)的功能，而且能夠智能地分析和運用數(shù)據(jù)，為各種應用提供科學決策咨詢，并回答用戶可能的各種復雜問題。在這個系統(tǒng)內(nèi)，GIS相當于中樞神經(jīng)，RS相當于傳感器，GPS相當于定位器，三者的共同作用，收集和處理地球?qū)崟r的變化，使其在資源環(huán)境與區(qū)域管理等眾多領域中發(fā)揮巨大作用［6］。

隨著21世紀高新技術的迅猛發(fā)展，環(huán)評的生態(tài)影響評價技術呈現(xiàn)集成化、綜合化、數(shù)字化和交叉融合的發(fā)展態(tài)勢。以3S集成技術為主體的先進技術在環(huán)境影響評價（Envir on mental I mpact Assess ment，EIA）中的廣泛應用，并開展了一系列試驗研究，為環(huán)境調(diào)查、生態(tài)評價、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境預測分析等提供了1套操作性強、可推廣的技術流程和方法［7］（見圖9）。

圖9 3S技術在植被類型調(diào)查中的應用（全球植被分布）

5 結 語

借助于計算機科學技術的不斷發(fā)展，環(huán)評預測技術較10年前已有了長足進步。噪聲方面，在滿足準確性的基礎上，預測技術的發(fā)展體現(xiàn)在預測結果的直觀、可靠及三維可視性上；大氣環(huán)境方面，新的預測發(fā)展趨勢已不再滿足于單一氣象或條件下的既定情景預測，而趨于全氣象條件預測及超標概率預測分析，預測結果不僅可用水平等值線圖表示，更可通過預測同一區(qū)域不同高度的空間網(wǎng)格點，繪制超標率圖；水環(huán)境風險方面，除了既定情景預測外，還逐漸發(fā)展為事故訪問概率的預測；生態(tài)環(huán)境方面，主要是利用3S技術對項目實施后的生態(tài)環(huán)境影響進行預測分析。

［1］ Datakustic Gmbh.Cadna／A Manual［M］.Ger many，2007.

［2］ 環(huán)保部.環(huán)境影響評價技術導則 大氣環(huán)境（HJ 2.2－2008）［S］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2008.

［3］ 張?，|. MIKE 系 列 軟 件 介 紹 ［EB／OL］. ［2012－10－20］. http：／／hi.baidu.com／zhangx w86／item／4ebbc06a40611230ad3e8352.

［4］ 許婷.丹麥 MIKE21模型概述及應用實例［J］.水利科技與經(jīng)濟，2010，16（8）：867－869.

［5］ 胡月明.土地信息系統(tǒng)［M］.廣州：華南理工大學出版社，2000.

［6］ 彭天魁.3S技術在生態(tài)環(huán)境影響評價專題圖中的應用［J］.水力發(fā)電，2008，34（5）：5－7.

［7］ 劉德進，楊鵬.3S技術在環(huán)境影響評價中的應用［J］.污染防治技術，2009，22（3）：91－94.