应用AERMOD 计算卫生防护距离方法探讨.pdf

1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.收稿日期:2007-12-15作者简介:丁峰(1978-),男,江西万年人,硕士研究生。应用AERMOD计算卫生防护距离方法探讨DiscussiononCalculatingHealthProtectionZonebyAERMOD丁峰蔡芳李时蓓(环境保护部环境工程评估中心北京100012)摘要针对目前环评工作中计算确定工业企业卫生防护距离几种常见方法的不足和局限性,本文提出应用美国环保局推出的第二代法规模式AERMOD模型计算卫生防护距离的方法,并比较三种计算方法的优劣,提出确定工业企业卫生防护距离的最终可行方案。关键词卫生防护距离AERMODBaPAbstractCurrently,somecommonmethodsforcalculatingtheindustrialhealthprotectionzonehavesomedefectsandlimitationinEIA.ThispaperappliestheEPAsregulatorymodelAERMODtocalculatethehealthprotectionzone,com2paresthreedifferentmethods,andputsforwardafeasiblemethodsfordetermininghealthprotectionzone.KeywordsHealthProtectionZoneAERMODBaP卫生防护距离指的是产生有害因素的部门(车间或工段)的边界至居住区边界的最小距离,其作用是为企业无组织排放的气态污染物提供一段稀释距离,使污染气体到达居民区的浓度符合国家标准,目的是保证企业项目投产后产生的污染物不至影响居住区人群身体健康。在当前大中型工业企业环境影响评价工作中,卫生防护距离的计算和确定是一项很重要的章节。目前在国内环境影响评价中确定工业企业卫生防护距离的方法一般有两种:一是根据制定地方大气污染物排放标准的技术方法(GB/T13201-91)中的计算公式,主要按企业大气污染源无组织排放水平确定所需卫生防护距离,下文简称公式法。另外一种方式是根据各行业单独制定的行业卫生防护距离标准,参考当地常年平均风速和企业生产规模,确定不同的工业企业卫生防护标准,下文简称行业标准法。1目前确定卫生防护距离的常见方法1.1公式法1GB/T13201-91推荐的工业企业卫生防护距离计算公式如下:QcCm=1A(BLc+0125r2)015LD该公式表明,卫生防护距离与有害气体无组织排放源的尺度和排放量、环境质量标准浓度限值,以及大气污染源构成类别、大气环境扩散条件等因素有关。式中系数A、B、C、D取决于工程所在地环境风速和大气污染源构成。该法在实际应用中存在两点不足:其一,公式中无组织排放等效半径r,是假设生产单元占地为圆形面积计算出来的,而实际上大多数的工业面源为矩形甚至长条形,同时受当地不同风向风频的影响,常年主导风向的下风向卫生防护距离应该大于上风向卫生防护距离。其二,根据以上公式计算得出的卫生防护距离经常偏大。如一年产量180万t的炼钢焦炉,即使采用先进的炼焦工艺和治理措施,B(a)P卫生防护距离也需2000m以上,而实际验收监测中,在焦炉下风向2000m以外,B(a)P监测浓度已低于510-3g/m3,低于环境质量二级标准的浓度限值。如果以计算数据为准,则意味着已建成的焦化厂/(车间)会有动迁大批居民的麻烦,同时也极大的65环境保护科学第34卷第5期2008年10月1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.限制了新建项目的选址和建设规模。1.2行业标准针对GB/T13201-91经常出现计算值偏大的问题,相关行业先后制定了相应的行业卫生防护标准,如焦化厂卫生防护距离标准、制革厂卫生防护距离标准、水泥厂卫生防护距离标准等30余项行业卫生防护距离标准。其中焦化厂卫生防护距离标准标准规定焦化厂卫生防护距离见表1。对于当地平均风速为215m/s的焦化厂,卫生防护距离为1000m。该数值较根据GB/T13201-91提供的公式计算结果更接近于工程实际。表1焦化厂卫生防护距离标准(GB11661-89)风速/ms-1距离/m4800但该方法仍然存在不足:一是该类行业卫生防护距离标准仅简单考虑企业的生产规模,及当地平均风速进行划分,未考虑企业的清洁生产水平,造成不同污染治理水平的工业企业最终只执行单一的标准,结果难免有失偏颇。例如,年产180万t的6台炼钢焦炉,其B(a)P排放量是年产100万t3台焦炉的近两倍,但二者根据行业标准卫生防护距离执行的均为1000m。其二,该类行业标准中一般均明确提出该类防护距离标准只适用于“地处平原微丘地区的新建、改、扩建工程”,对于地处复杂地形条件下的卫生防护距离,还需“由建设单位主管部门与建设项目所在省、市、自治区的卫生、环境保护主管部门共同确定”,此外,还应“考虑风向频率及地形因素的影响”。这又给环评单位和环境主管部门的决策带来一定的困难。2应用AERMOD模型计算卫生防护距离的方法笔者在实际环评工作中,结合AERMOD模型的特点,根据最终绘制的日均最高浓度等值线图,确定企业卫生防护范围,并计算出不同行业不同污染物的卫生防护距离。2.1模型简介2AERMOD是由美国国家环保局推出的替代ISC3的第二代法规模型,该模式系统可用于多种排放源(包括点源、面源和体源)的排放,也适用于乡村环境和城市环境、平坦地形和复杂地形,地面源和高架源等多种排放扩散情形的模拟和预测。AERMOD具有一个特点就是:能按不同计算时段(小时平均、日均、年均),按照不同保证率输出最大浓度预测结果。AERMOD模式系统包括AERMOD(大气扩散模型)、AERMET(气象数据预处理器)和AERMAP(地形数据预处理器)。AERMET的尺度参数和边界层扩线数据可以直接由输入的现场观测数据确定,也可以由输入的NWS(国家气象局)的常规气象资料生成。尺度参数和边界层廓线数据经过设于AERMOD中的界面进入AERMOD后,给出相似参数,同时对边界层廓线数据进行内差。最后,将平均风速u、湍流量、温度梯度dT/dz及边界层廓线等数据输入扩散模式,并计算出浓度。AERMAP是简化并标准化AERMOD地形输入数据的地形预处理器,对于平坦地形,可直接设定地面有效高度为0m。2.2基本计算公式AERMOD模型在考虑地形(包括地面障碍物)对污染物浓度分布的影响时,使用了分界流线的概念,即将扩散流场分为两层的结构,下层的流场保持水平绕过障碍物,而上层的流场则抬升越过障碍物。任一网点的浓度值就是这两种烟羽浓度加权之后的和。假定一网格点(x,y,z)在平坦地形上(即不考虑地形影响时)的质量浓度公式为C(x,y,z)(即水平烟羽的质量浓度表达式),则考虑地形(或障碍物)影响的总质量浓度公式为:Cr(x,y,z)=fC(x,y,z)+(1-f)C(x,y,z)(1)式中:f两种烟羽状态的权函数；f=015(1+；)(2)；=Hc0C(x,y,z)dzHc0C(x,y,z)dz(3)Hc分界流线高度C(x,y,z)的一般形式是:C(x,y,z)=QuPy(y,x)Pz(z,x)(4)式中:Q-污染源排放率；u-有效风速；Py,Pz-水平方向和垂直方向浓度分布的概75应用AERMOD计算卫生防护距离方法探讨丁峰1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.率分布函数。2.3计算方法将当地全年逐时气象参数输入AERMET预处理后,与污染源参数一并输入AERMOD系统,最终输出受无组织排放面源影响,评价区域内各预测网格点的全年日均浓度最大值,并绘制成日均浓度等值线图。结合浓度模拟结论,确定评价区域内日均最高浓度高于环境空气质量标准(GB3095-1996)中二级环境质量标准的区域均为卫生防护距离范围。最终确定的卫生防护距离可根据卫生防护区域内的面积计算出等效半径,也可根据浓度等值线图的覆盖范围进行具体划分。2.4实例应用现状某钢铁集团现有焦炉车间现有焦炉6座,其中413m焦炉4座,6m焦炉2座,年产量为204万t/a,同时在规划新厂区将建设2座50孔6m焦炉,年产量98102万t,要求分别计算出现有及规划焦炉车间B(a)P的卫生防护距离。2.4.1源强及参数污染源参数见表2。表2污染源计算参数现有规划B(a)P源强/kga间面积(长宽)/m130340100400焦炉高度/m1010执行标准gm-30101(环境空气质量二级标准)气象参数采用当地2003年全年逐时气象参数,当地3年年均风速215m/s；对于各网格点的日均浓度按100%的保证率取值,即各点位的日均浓度预测值取全年365d的日均浓度最大值,此浓度相当于该点在最不利气象条件下的浓度预测值。2.4.2计算结果根据模式计算结果,输出BaP日均浓度等值线图见图1,为保障厂界周围居住区安全,结合现状BaP浓度模拟结论,确定评价区域内日均最高浓度高于环境空气质量标准(GB3095-1996)中二级环境质量标准1010-3g/Nm3的区域均为卫生防护距离范围之内,计算结果见表3。其中现有焦炉超标区域8174106m2,等效半径1668m；规划新建焦炉超标区域3152106m2,等效半径1059m。图1BaP日均最大浓度等值线(单位:10-3/gm-3)表3采用AERMOD计算出卫生防护距离结果超过二级标准的浓度区域/m2等效半径/m现有焦炉车间81741061668规划焦炉车间315210610593不同方法计算结果比较表4列出了采用以上三种不同方法所计算出的卫生防护距离,从表中可以看出,对于计算焦化厂BaP的卫生防护距离,采用GB/T13201-91中的公式法结果偏大,具体执行尚有一定的困难。而采用AERMOD模式法的计算结果与行业标准接近,同时充分考虑了不同污染源强的影响.在具体执行过程中,建议结合模式法的计算结果和行业标准规定值,对于行业标准值大于模式法的计算值85环境保护科学第34卷第5期2008年10月1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.时,可采用行业标准值；而对于模式法计算结果大于行业标准值时,可结合实际情况参考采用模式法的计算值。表4不同方法计算出结果比较/m公式法行业标准模式法现有焦炉车间278110001668规划焦炉车间1894100010594结论卫生防护距离的计算是一个复杂的过程,不同地区、不同行业的计算方法不同、参数取值不同,其防护距离计算结果亦会不同.采用AERMOD计算工业企业卫生防护距离,即充分考虑不同污染物排放源强的影响,同时能结合当地不利气象条件以及地形的影响,克服了当前采用GB/T13201-91中公式法以及行业标准中规定的卫生防护距离的一些不足,为合理制定企业卫生防护距离提供了一个新的方法和途径。参考文献1.国家环境保护局.GB/T13201-91制定地方大气污染物排放标准的技术方法,1992.2.杨多兴,杨木水,赵晓宏,等.AERMOD模式系统理论.化学工业与工程J,2005,22(2):135.(上接第48页)图2连云港市生态系统健康评价结果促进城市社会、经济、自然各个方面的和谐发展,不断提高城市生态系统的健康水平。图2中最终评价结果在20002002年出现的小幅波动的原因主要是参照城市厦门自身生态系统健康状况有所波动(见图1)。但2002年后厦门实施海湾型城市发展战略,不断提高城市生态化水平,生态系统健康快速改善,与连云港的差距逐渐扩大。本文对基于主成分分析的模糊优选评价方法进行改进,但仍有以下不足:(1)城市生态系统是个社会-经济-自然的复合体,因此在建立指标体系时需要综合考虑。本文选取的指标体系虽参考众多前人的研究成果,但仍有值得商榷的地方,这还有待城市生态学相关研究的检验和支持。(2)受资料限制,本文仅以厦门为参照城市评价连云港的城市生态系统健康水平,在资料充足的情况下,还可进行多时段多城市的比较分析,实现时空双重分析评价。(3)各指标值的标准化方法和赋权方法是模糊优选评价的核心问题,本文采用的极差法的缺陷在于对于某些指标很难判断它是正指标还是逆指标。实际上大部分指标只有当它们与其最优值比较才能判断它们的正逆,而最优值的判断是相当困难的8。总之,寻找合适的标准化方法和赋权方法是今后研究的重点和难点。5结论(1)本文改进后的评价方法消除指标间的大部分相关性,进一步减少人为因素对评价结果的影响,使评价结果能够动态的反映城市居民对本市生态系统健康的要求与现实情况的差距。同时,改进后的评价方法可进行多时段、多对象的评价和比较,具备时空双重评价功能。(2)城市生态系统健康综合得分显示连云港健康水平总体较低,但在评价期内一直保持上升趋势,城市生态系统健康的绝对水平逐年提高。(3)评价最终结果显示,连云港市生态系统健康改善速度较慢,与目标城市厦门的差距正逐渐拉大,连云港市需进一步增强城市生态化建设的重视程度,提高城市生态