規(guī)劃環(huán)境影響評價中AERMOD模型的應(yīng)用分析

呂 佳，李艷松

（1.浙江省工業(yè)環(huán)保設(shè)計研究院有限公司，杭州 310012；2.旭化成分離膜裝置（杭州）有限公司，杭州 310018）

在開展大氣環(huán)境影響評價時，人們大多借助EIAA模型完成，該模型屬于典型的高斯擴(kuò)散模型，在點(diǎn)源、面源、體源等各類污染源預(yù)測方面做出了巨大貢獻(xiàn)。但是，隨著環(huán)境影響評價難度的提升，這種模型逐漸暴露出一些缺陷，很多時候都無法滿足實(shí)際工作需求，而AERMOD模型可有效改善這些問題，能夠獲取精準(zhǔn)度較高的預(yù)測結(jié)果，并且人機(jī)界面具有良好的互動性，便于用戶操作。這些都是AERMOD模型所體現(xiàn)出的優(yōu)勢，其已經(jīng)在實(shí)際工作中得到了廣泛應(yīng)用。

1 AERMOD模型簡要介紹

AERMOD模型由美國環(huán)保局聯(lián)合美國氣象學(xué)會組建的法定模型改善委員會開發(fā)，在小范圍環(huán)境影響預(yù)測方面有著良好的應(yīng)用效果，后來我國將其引入并應(yīng)用到大氣環(huán)境影響評價中。該模型是以擴(kuò)散統(tǒng)計理論作為基礎(chǔ)依據(jù)，通過構(gòu)建穩(wěn)態(tài)煙羽模型，假設(shè)在一定范圍內(nèi)，大氣中的污染物濃度符合高斯分布特征，來完成規(guī)劃環(huán)境影響評價的[1]。AERMOD模型主要由AERMOD擴(kuò)散模塊、AERMET氣象預(yù)處理模塊以及AERMAP地形預(yù)處理模塊三大部分組成，氣象數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理由AERMET模塊完成，可以為模型運(yùn)行提供所需行星邊界層參數(shù)，而AERMAP模塊能夠?qū)斎肽Ｐ偷牡匦螖?shù)據(jù)進(jìn)行簡化處理，方便模型使用。利用AERMOD模型，人們不僅能夠得知污染物分布情況，還可以對其影響面積及持續(xù)時間做出判斷。另外，對于點(diǎn)源、面源、體源等不同污染源，人們都可以借助該模型進(jìn)行環(huán)境影響評價。除此之外，實(shí)際應(yīng)用過程中，該模型還不受地形、地域及空間因素的影響，適用范圍較廣，無論是城市環(huán)境還是鄉(xiāng)村環(huán)境，都能夠通過模擬和預(yù)測對其做出評價。這些都是AERMOD模型所具有的優(yōu)點(diǎn)，其值得在規(guī)劃環(huán)境影響評價中推廣并應(yīng)用。

2 規(guī)劃環(huán)境影響評價中AERMOD模型的應(yīng)用

將AERMOD模型應(yīng)用到規(guī)劃環(huán)境影響評價中時，人們應(yīng)從以下環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控，才能充分發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢，得到較為精準(zhǔn)的預(yù)測結(jié)果。

2.1 獲取氣象資料

要想對大氣環(huán)境做出準(zhǔn)確預(yù)測，應(yīng)先獲取地區(qū)氣象資料。在AERMOD模型系統(tǒng)中安裝有專門的預(yù)處理器，可以采集各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)格式，然后將其提供給AERMOD擴(kuò)散模塊進(jìn)行預(yù)測分析。使用AERMOD模型開展規(guī)劃環(huán)境影響評價工作時，地面氣象數(shù)據(jù)和探空數(shù)據(jù)都是所需的氣象資料，其中前者主要包括全年逐日逐時的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、云層覆蓋率和云底高度等，后者主要包括氣壓、露點(diǎn)溫度、位勢高度、風(fēng)向、風(fēng)速等。AERMET模塊對所獲得的氣象資料進(jìn)行處理后，會根據(jù)其類型的不同自動生成兩個文件，即地面氣象數(shù)據(jù)文件和探空廓線數(shù)據(jù)文件，二者包含各自所對應(yīng)的多項(xiàng)參數(shù)[2]。前者主要為邊界層參數(shù)，具體包括Monin-0buhov長度、混合層高度、溫度、表面流、表面摩擦速度等，后者所屬參數(shù)主要有位勢高度、風(fēng)向、風(fēng)速等。當(dāng)前對于氣象觀測數(shù)據(jù)，尚未形成統(tǒng)一規(guī)范，與AERMOD模型之間可能存在不匹配或者不適用問題，為便于氣象資料的分析和處理，應(yīng)對其進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整，為后續(xù)工作的進(jìn)行提供可靠依據(jù)。AERMOD模型與EIAA模型相比，所需氣象資料較多，內(nèi)容繁雜，覆蓋范圍較廣，還需逐日逐時統(tǒng)計，因此應(yīng)尤為重視該環(huán)節(jié)工作，這樣才能得到較為精準(zhǔn)、有效的氣象資料處理結(jié)果。

2.2 獲取地形資料

地形資料也是AERMOD模型運(yùn)算時所需的重要基礎(chǔ)資料，與規(guī)劃環(huán)境影響評價存在緊密關(guān)系，必須認(rèn)真對待該應(yīng)用步驟。為方便地形資料的獲取，依托AERMOD模型構(gòu)建規(guī)劃環(huán)境影響評價系統(tǒng)時，同樣設(shè)置有專門的預(yù)處理器，由AERMAP模塊采集并存儲各項(xiàng)地形資料，并以網(wǎng)絡(luò)化形式將其呈現(xiàn)出來。通過所得地形資料，人們可以明確評價區(qū)域任意一點(diǎn)或者所有網(wǎng)格點(diǎn)的地理坐標(biāo)、地形高度等各項(xiàng)地理空間參數(shù)，在AERMAP模塊經(jīng)過處理后，然后將其提供給AERMOD擴(kuò)散模塊進(jìn)行預(yù)測分析，具體包括高度尺度、地形高度等相關(guān)信息，可順利實(shí)現(xiàn)對評價區(qū)域內(nèi)的地形情況分析[3]。AERMOD模型與EIAA模型相比較，在地形參數(shù)方面有著更高的要求，僅僅提供三維坐標(biāo)是無法支持模型運(yùn)行的，對此，應(yīng)結(jié)合AERMOD模型運(yùn)行需求，獲取更為全面的地形參數(shù)。

2.3 輸入污染源參數(shù)

得到所需氣象資料和地形資料后，在對評價區(qū)域環(huán)境影響進(jìn)行分析預(yù)測時，還應(yīng)確定各項(xiàng)污染源參數(shù)，因?yàn)锳ERMOD模型適用于點(diǎn)源、面源、體源等多種類型污染源，所以人們應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況輸入對應(yīng)參數(shù)，以支持模型完成模擬預(yù)測。如果污染源類型為點(diǎn)源，則應(yīng)向模型中輸入排放速率、煙囪高度、煙氣溫度、煙囪出口內(nèi)徑、煙囪出口煙氣排放速率、煙囪地理坐標(biāo)等參數(shù)。如果污染源類型為面源，則其分為規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀兩種，對于前者應(yīng)輸入排放速率、面源長寬高及方向角、定點(diǎn)地理坐標(biāo)等參數(shù)，對于后者應(yīng)輸入排放速率、面源多邊形點(diǎn)數(shù)、高度及煙羽初始高度、定點(diǎn)地理坐標(biāo)。如果污染源類型為體源，則應(yīng)輸入排放速率、體源長寬高、頂點(diǎn)地理坐標(biāo)等參數(shù)。

2.4 確定各項(xiàng)參數(shù)

AERMOD模型運(yùn)行過程中，在選擇具體參數(shù)時，僅僅根據(jù)輸入的參數(shù)是無法完成的，需要計算并分析所得氣象資料、地形資料及污染源資料，然后才可確定最佳參數(shù)，以此作為規(guī)劃環(huán)境影響評價依據(jù)。

2.5 輸出內(nèi)容

選擇合適的參數(shù)后，評價地區(qū)的環(huán)境經(jīng)AERMOD模型預(yù)測分析后，能夠輸出更加全面的內(nèi)容，任意網(wǎng)格點(diǎn)以及敏感區(qū)域污染物濃度大小，都可以在模型中表示出來，并且能夠以曲線圖形式對其未來變化趨勢進(jìn)行預(yù)測[4]。對于污染物濃度高低，人們不僅能夠得到其年平均值和日平均值，還可以了解每個小時的具體情況。除此之外，人們還能夠采用逐日逐時方式將其表示出來，在等值線圖上各項(xiàng)輸出內(nèi)容更加直觀、清晰，便于人們掌握更加詳細(xì)的污染物濃度變化。在預(yù)測污染源變化趨勢時，對于較高的濃度值，人們可綜合考慮時間和地理坐標(biāo)，利用AERMOD模型完成濃度值的排序。另外，可以將模型所得評價及預(yù)測結(jié)果，與國家規(guī)定的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，在等值線圖中找出超標(biāo)濃度，確定其可能出現(xiàn)的時間及地理坐標(biāo)，便于提前采取防治措施，防止大氣污染進(jìn)一步加重。

2.6 預(yù)測結(jié)果可信度

AERMOD模型當(dāng)前仍處于探索應(yīng)用階段，但是其應(yīng)用效果是顯而易見的，尤其是在評價范圍小于50 km2時，相比于EIAA模型等傳統(tǒng)模型，評價預(yù)測結(jié)果具有較高的精準(zhǔn)性。實(shí)踐證明，在頻率為0.5～2.0時，對于SO2氣體，利用AERMOD模型所得的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果比值約為64.3%，對于NO2氣體，利用AERMOD模型所得的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果比值約為85.7%，表明模型可信度良好，可實(shí)現(xiàn)對大氣污染變化情況的有效預(yù)測分析，具有較高的實(shí)用價值，值得推廣和普及[5]。

3 規(guī)劃環(huán)境影響評價中AERMOD模型的應(yīng)用案例

為證明AERMOD模型在規(guī)劃環(huán)境影響評價的適用性，此次研究結(jié)合實(shí)際案例對其分析，現(xiàn)將具體應(yīng)用過程整理如下。

3.1 案例概況

以某地區(qū)一汽車產(chǎn)業(yè)園區(qū)作為規(guī)劃環(huán)境評價區(qū)域，該園區(qū)位于浙江省境內(nèi)，總面積約為10.2 km2，園區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)包括汽車零件制造業(yè)、高端制造業(yè)、新能源及新材料產(chǎn)業(yè)等。評價區(qū)域位于平原地帶，地勢平坦、整體海拔落差較小。評價區(qū)域亞熱帶季風(fēng)氣候明顯，夏季陰雨天氣較多，在副熱帶高壓控制下，風(fēng)向以南風(fēng)為主，冬季氣候干燥，溫度較低，在北方冷高壓影響下，風(fēng)向多為西北風(fēng)。根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)可知，該地區(qū)1月、7月以及全年平均氣溫分別為12℃、31℃、16℃，最高溫度和最低溫度分別為-6℃和42.2℃。無霜期278 d，年日照時數(shù)為2 863 h。

3.2 參數(shù)選擇

選擇參數(shù)時，人們應(yīng)從氣象資料和地形資料兩方面考慮。首先，氣象資料包括地面氣象數(shù)據(jù)和探空數(shù)據(jù)兩大類，所用氣象資料為距離評價區(qū)域7.6 km處的一所氣象站在2017年監(jiān)測所得全年逐日逐時數(shù)據(jù)，主要有風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、云層覆蓋率和云底高度等。對于探空數(shù)據(jù)，因附近25 km內(nèi)沒有設(shè)置探空站點(diǎn)，所以運(yùn)用經(jīng)中尺度數(shù)值方式，通過模擬獲得其2017年逐日逐時探空數(shù)據(jù)，主要有氣壓、露點(diǎn)溫度、位勢高度、風(fēng)向、風(fēng)速等。評價區(qū)域?qū)倨皆貛?，地形起伏變化較小，此次研究并沒有將地形數(shù)據(jù)考慮在內(nèi)。

3.3 預(yù)測分析

對規(guī)劃環(huán)境影響評價區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理時，建立直角坐標(biāo)系，將網(wǎng)格規(guī)格控制為100 m×100 m，附近環(huán)境保護(hù)對象用離散點(diǎn)表示。此次預(yù)測污染物主要為SO2和甲苯兩種，預(yù)測內(nèi)容為最大小時濃度。結(jié)合園區(qū)各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)加工特點(diǎn)，識別并篩選各種污染源，采用萬元產(chǎn)值排污系數(shù)法，對具有特征因子的污染物排放情況進(jìn)行分析，結(jié)合其排放量多少確定污染源影響程度。選取污染源參數(shù)時，為方便模型分析對其進(jìn)行統(tǒng)一化處理，設(shè)定煙囪高度為18 m，污染源地理坐標(biāo)位于園區(qū)中心位置。

3.4 結(jié)果評價

借助AERMOD模型對汽車產(chǎn)業(yè)園區(qū)環(huán)境污染影響進(jìn)行預(yù)測分析，通過逐日逐時計算，人們可以了解每個網(wǎng)格點(diǎn)及區(qū)域內(nèi)所有位置在全年任意時間點(diǎn)的污染物濃度值，并按照從高到低的順序?qū)ζ溥M(jìn)行排序，用等值線圖的形式將SO2和甲苯最大小時濃度表示出來，然后再確定其最高濃度、出現(xiàn)時間及地理位置，可以得到較為精準(zhǔn)的預(yù)測結(jié)果，其與實(shí)際檢測結(jié)果的出入較小，符合《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2016）的相關(guān)規(guī)定，可將最大落地濃度控制在規(guī)劃范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

運(yùn)用AERMOD模型開展規(guī)劃環(huán)境影響評價，能夠確保預(yù)測結(jié)果的精準(zhǔn)性，可以避免人為主觀因素的干擾，更加直觀、清晰、全面地將污染擴(kuò)散情況反映出來，為環(huán)境治理和保護(hù)提供可靠依據(jù)，對評價區(qū)域內(nèi)規(guī)劃工作的開展起到了指導(dǎo)作用。但是，該模型對數(shù)據(jù)有著較高要求，需要確保所選數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，同時氣象數(shù)據(jù)采集難度較大，因此要想充分發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢和應(yīng)用價值，仍需從這兩方面考慮加大研究力度，不斷對AERMOD模型進(jìn)行優(yōu)化，提高大氣環(huán)境分析預(yù)測水平。

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2 宋淑貞，張孝寧.AERMOD模型在國內(nèi)環(huán)境影響評價中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國化工貿(mào)易，2015，（17）：280.

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4 楊志森，趙東風(fēng)，熊桂慧，等.AERMOD模型在石化園區(qū)大氣規(guī)劃環(huán)評中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2016，（1）：433-437.

5 朱新勝，陳 飛，張后虎，等.AERMOD模型在固體廢物處置環(huán)境影響中的應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，（5）：20-24.