（环境科学专业论文）广东省不同类型污染源对硫沉降贡献的数值分析.pdf

运用该模式系统分别模拟了广东省不同类型污染源到2 0 0 5 年削减2 0 以及 到2 0 1 0 年削减4 0 后硫沉降的变化情况，结果表明：( 1 ) 面源削减对硫沉降的 影响最显著，其次才是中高架源；( 2 ) 相较而言，面源削减对干沉降的影响更加 显著，中高架源对湿沉降的影响更加显著；( 3 ) 硫沉降因为高架源的削减而受到 影响的区域与高架源的分布区域基本保持一致，说明高架源对酸沉降影响最严重 最频繁的还是其近距离区域：( 4 ) 广东省内各类污染源经过削减后，酸雨污染会 有所减轻，但是珠江三角洲地区的情况仍然非常严重，所以要加大力度有针对性 地对珠江三角洲地区的s 0 2 排放进一步削减。为了控制酸雨污染，一方面要加大 力度实施燃煤燃油火电厂的脱硫工程，减少高架点源的污染：另一方面也要积极 推广清洁能源，减少面源污染。 关键词：硫沉降 临界负荷数值模拟高分辨率对流层化学模式 中尺度气象模式 n t i t i l e ：an u m e r i c a ls t u d yo nc o n t r i b u t i o no fd i f f e r e n tk i n do f e m i s s i o n st os u l f u rd e p o s i t i o ni ng u a n g d o n gp r o v i n c e m a j o r ：e n v i r o n m e n ts c i e n c e n a m e ：l i r u i s u p e r v i s o r ：q i ur o n g l i a n gw a n g x u e m e i a b s t r a c t t h ea c i dd e p o s i t i o ni ss e r i o u si ng u a n g d o n gp r o v i n c e i t si m p o r t a n tt or e d u c e s u l f u rd i o x i d ee m i s s i o n ，t a k i n gc d t i c a ll o a d sa st h ec o n t r o lg o a l t h ec o r eo f c o n t r o l l i n gt h ea c i dd e p o s i t i o ni s t oa n a l y s i st h ec o n t r i b u t i o no fd i f f e r e n tk i n do f e m i s s i o n i nt h i sp a p e r , t h es u l f u rd e p o s i t o no fg u a n g d o n gi n2 0 0 0i ss i m u l a t e db y u s i n gt h en u m e r i c a lm o d e ls y s t e m ，w h i c hi n c l u d e sh i g hr e s o l u t i o nc h e m i c a lm o d e l ( h r c m ) ，m e s o a c a l em o d e lv e r s i o n 5 ( m m 5 ) ，d a v i ds t r e e t ss o u r s em o d e l ( s m ) ，d r y a n dw e td e p o s i t i o nm o d e l ( d w m ) i t sf o u n d e dt h a tt h es i m u l a t e dr e s u l t sc a n r e p r o d u c et h er e a ld i s t r i b u t i o no fs u l f u rd e p o s i t i o n s oi td e n o t e st h a t t h i sm o d e l s y s t e mi sag o o dt o o lf o ra c i dd e p o s i t i o ne v a l u a t i o na n d c o n t r 0 1 t h es i m u l a t e dr e s u l t sr e f l e c ts o m ec h a r a c t e r i s t i c so fs u l f u rd e p o s i t i o ni n g u a n g d o n gp r o v i n c e ： ( 1 ) i nm o s to ft h es i m u l a t e da r e a s ，d r yd e p o s i t i o nc o n t r i b u t e st om o s to ft h et o t a l d e p o s i t i o n w h i l ei nt h ea r e ao fp r e c i p i t a t i o n ，t h ep r o p o r t i o no fw e td e p o s i t o nw i l l i n c r e a s e e s p e c i a l l yi nt h ec e n t e ro fp r e c i p i t a t i o n ，w e td e p o s i t i o ni sd o m i n a n t ( 2 ) i n2 0 0 0 ，t h es u l f u rd e p o s i t i o ni nf o s h a nc i t yi s 1 0 1 5 8g m 2 a ，t h em o s ti n g u a n g d o n g a n dt h es u l f u rd e p o s i t i o ni ng u a n g z h o uc i t yi s7 1 0 7g m 2 a ，i nt h e n e x tp l a c e g u a n g z h o ui st h ep l a c eo ft h em o s ts 0 2e m i s s i o n ，w h i l ef o s h a ni st h e p l a c eo ft h em o s ts u l f u rd e p o s i t i o n ，w h i c hi si nt h el e e w a r do fg u a n g z h o u s oi t s r e m a r k a b l et h a tt h ea c i dd e p o s i t o nw i l lf l o a t i nt h es a m et i m e ，t h et w oc i t i e sa r e t h em o s ts e r i o u sp l a c ei nw h i c ht h es u l f u rd e p o s i t i o ne x c e e d st h ec r i t i c a ll o a d s ( 3 ) t h ed i s t r i b u t i o no fs u l f u rd e p o s i t i o ni sn e a r l yc o n s i s t a n tw i t ht h a to fs 0 2e m i s s i o n 1 1 1 i ts h o w st h a tt h ep o l l u t i o no fa c i dd e p o s i t i o ni ng u a n g d o n gi sc a u s e db yt h e e m i s s i o no fi t s e l f s oi t sn e c e s s a r yt od e c r e a s et h es 0 2e m i s s i o no fs e r i o u s l y p o l l u t e da r e af o rc o n t r o l l i n gt h ea c i dd e p o s i t i o np o l l u t i o ni ng u a n g d o n g t h es u l f u rd e p o s i t i o nc h a n g ei sr e s p e c t i v e l yf o r e c a s t e db yu s i n gt h i sm o d e l s y s t e mw h e nt h ed i f f e r e n tk i n do fe m i s s i o ni sd e c r e a s e d2 0 i n2 0 0 5a n d4 0 i n 2 0 1 0 t h es i m u l a t e dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ea r e ae m i s s i o ni n f l u e n c e st h es u l f u r d e p o s i t i o nt h em o s tr e m a r k a b l y ，a n dt h et a i lp o i n te m i s s i o ni si nt h en e x tp l a c e c o m p a r a t i v e l y , t h ea r e ae m i s s i o nh a sm o r ec o n t r i b u t i o nt ot h ed r yd e p o s i t i o n ，b u tt h e t a l lp o i n te m i s s i o nh a sm o r ec o n t r i b u t i o nt ot h ew e td e p o s i t i o n w h e ns 0 2e m i s s i o n d e c r e a s e d ，t h ep o l l u t i o no fa c i dd e p o s i t i o ni ng u a n g d o n gw i l lb ea l l e v i a t e d h o w e v e r i nt h ep e a r la r e a t h ep o l l u t i o ni ss e r i o u ss ot h a tt h e5 0 2e m i s s i o nn e e d st ob e d e c r e a s e dm o r e 。f o rc o n t r o l l i n gt h ea c i dd e p o s i t i o n ，i t sn e c e s s a r yn o to n l yt oc u t d o w nt h et a l lp o i n te m i s s i o nb yd e s u l f u r i z i n ge n g i n e e r i n g ，b u ta l s ot od e c r e a s et h e a r e ae m i s s i o nb y u s i n gc l e a ne n e r g ys o u r s e s k e yw o r d s ：s u l f u rd e p o s i t i o n ，c r i t i c a ll o a d s ，n u m e r i c a ls t u d y ，h r c m ，m m 5 i v 广东省不同类型污染源对硫沉降贡献的数值分析 李壹 1 i 国内外酸雨控制概况 第1 章绪论 酸雨污染是当代国际突出的环境问题之一，欧美等国家花费大量人力、财力 已进行了多年的研究，阐明酸雨的来源、形成机理、分布范围、发展趋势和造成 的经济损失等问题。不少国家制定了有关的法律法规。开发了多种脱硫技术，确 定削减s 0 2 的指标，拟定相应的实施规划，并已取得一定的效果。 我国自“六五”开始，相继在酸雨污染比较严重的西南省份、两广地区和 华东省份开展了重点研究，弄清了一些基本特征和规律，逐步开发了一些适合我 国国情的脱( 固) 硫技术，部分酸雨严重的城市制订了治理规划，并取得了一些 经验和成效。1 9 9 8 年初国家颁布了酸雨和二氧化硫控制区划分方案、“九五” 期间全国主要污染物总量控制计划等法规性文件，标志着我国已从酸雨的研究、 探索阶段进入酸雨控制实施阶段。f 1 ，2 i 1 i 1 欧洲的酸雨控制 早在四十年代，北欧地区已发现湖泊酸化和鱼类减少现象；七十年代，联邦 德国出现了大片森林枯萎，一些历史遗迹和建筑物受到酸雨的明显破坏等严重局 面。八十年代初，整个欧洲降水的p h 值在4 o 5 0 之间，雨水中的硫酸盐、硝 酸盐含量显著增加，酸性降水造成部分森林土壤酸度增加5 1 0 倍。之后，欧洲 多数国家就s 0 2 的削减达成协定，至1 9 8 6 年止，已削减s 0 2 排放量1 5 左右( 相 对1 9 8 0 年) ，到1 9 9 5 年s 0 2 排放量约削减2 8 ( 相对1 9 8 0 年) ，欧洲总的s 0 2 排放量减至2 0 0 0 万吨。【1 2 1 1 2 美国的酸雨控制 七十年代开始，在北美东部地区发现酸性雨雪，降水的平均p h 值达到4 2 4 5 ，发现一些湖泊和河流中，对酸敏感的鱼类趋于减少和灭绝，大片森林遭到 破坏。七十年代后期，西部地区也开始出现酸雨。八十年代美国开始采取削减 第l 章绪论 s 0 2 的立法和实施措施，至1 9 9 0 年s 0 2 减至2 1 2 0 万吨，在1 9 9 0 年的清洁空 气法修正案中又对s 0 2 和氮氧化物的排放规定了新的削减目标。 1 1 3 我国的酸雨控制 近二十年来，我国酸雨的污染范围和程度一直在发展，1 9 9 4 年降水p h 值小 于5 6 的等值线区域向北推移，超过了长江和黄河，p h 值低于4 5 的重酸雨区在 川、黔、湘、鄂、赣、桂、粤、闽、浙等广大地区都有出现，约占国土面积的 1 1 1 0 ，一些城市出现了降水p h 年平均值低于4 0 的非常严重状况。 1 9 9 0 年2 月国务院环委会第1 9 次会议通过了关于控制酸雨发展的若干意 见，标志着酸雨控制提上了国家的议事日程；1 9 9 4 年国家在两省九市开始征收 工业s 0 2 排污费，使各级政府和有关单位更加重视控制s 0 2 排放。 1 9 9 8 年1 月国务院批复了酸雨控制区和二氧化硫污染控制区的划分方案， 提出了s c h 的排放总量控制和减轻酸雨污染的目标和措施，进一步加大了力度。 但是近十年s 0 2 的排放量仍在大幅度上升。预计在未来相当长一段时间，我国经 济仍有较高的发展速度，能源仍以煤炭为主，s 0 2 初始排放还将继续放大，因此， 酸雨污染及其控制是我国目前面临的重大环境问题之一，必须采取有力的控制行 动。【l ，2 1 1 1 4 广东省酸雨控制 广东省是我国经济发展速度最快和最发达的地区之一，改革开放以来，工业 迅速发展，煤炭和燃料油的消耗量逐年增加，加之工业布局不尽合理，造成广东 地区1 9 9 5 年酸雨频率平均达4 5 8 ，降水酸度平均p h 值为4 8 9 ，尤其是珠江 三角洲、韶关地区，成为全国酸雨重灾区之一，控制酸雨污染，削减以s 0 2 为主 的酸性气体的排放已刻不容缓。 广东省“七五”期间就开始了酸雨的研究工作，在大气污染源调查和酸沉 簿监测资料及酸雨污染特征分析的基础上，利用国外现有的空气质量模式对广东 省酸沉降量进行了预测，并提出了广东省酸雨防治规划研究和广东省s 0 2 总量控 制及治理优化方案 3 1 ，近年来也相继颁发了一系列的法规文件削减s o ：的排放总 量，以控制酸雨污染，如2 0 0 0 年的广东省蓝天工程计划、2 0 0 1 年的广东 2 广东省不同类型污染源对硫沉降贡献的数值缝塑奎查 省能源发展“十五”计划及2 0 1 5 年远景目标纲要和广东省环境保护“十五” 计划以及2 0 0 3 年广东省人民政府实施的治污保洁工程和广东省燃煤燃油火 电厂脱硫工程实施方案等。 1 2空气污染数值预报 1 2 1 空气污染预报的特点 空气污染预报需要一个完善的大气质量模式作为其理论基础，该模式必须较 全面地包含污染物在大气中的物理、化学和生态过程，能很好反映污染物在大气 中的演变规律，为大气环境的综合治理提供决策依据。一个完整的大气质量模式 主要包括两大部分：气象模式和化学物质浓度模式。一个正确而合理的气象模式 是大气质量模式的基础。特别对于复杂地形和下垫面地区，由于地形的动力作用， 会使流场发生形变，产生气流的辐合与辐散，增强气流的切变，地形或下垫面的 加热不均会引起某些局地环流这些作用都会影响气流的轨迹和大气湍流强度， 丛而影响污染物输送和扩散。因此建立一个能正确预报复杂下垫面条件的风场、 温度场、湿度场及其降水量的气象模式是十分必要的。 大气污染预报是涉及多介质、多界面、多物质之间相互作用和影响的多学科 的综合性问题，需要预报多种污染物在多种介质及多界面中经历的四大基本过 程。 输送过程是指在同一介质中物质由运动量引起的位移，即物质从一个位置移 动到另位置，在移动过程中可发生平均动量交换及其物质的搬运。在大气中这 种输送过程一般是由三维风场来完成的，在水中主要靠水的流动，在土壤中物质 的输送大小依赖于土壤的孔隙、密度及其含水量。这三类介质中的输送过程以大 气中的风场时空变化最为激烈，而且也最难预报。输送过程在土壤串可_ 以有相变， 但基本上是属于物理过程。 湍流和涡旋扩散过程是指在同一介质中污染物质由大气中不同尺度的湍流 或在水中不同尺度的涡旋作用下向三维方向的散布过程。由于湍流扩散，使大量 排放到空气中的污染物质稀释冲淡。通常作湍流场及其湍流垂直结构的预报是相 当困难的，它是物理学领域研究的难点之。但是随着计算机技术的高速发展， 第1 章绪论 对湍流参数和结构的模式化及其参数化已有一些可实际应用的方法和模型。 化学转化过程指的是化学物质在大气中由于各种化学反应而产生、消失和转 变的过程。由于不同物质的化学活性与半衰期不同，在作大气污染预报中某些物 质必须考虑它们的时间变化，有的可以当成平稳过程处理，有的则可看成常数， 比如甲烷；另外，有些化学物质必须考虑非线性化学反应过程，有的则只考虑线 性化学反应即可；再则，在整个对流层化学中，有些化学物质与其他化学物质的 联系非常广泛，一种化学物质涉及到几十甚至上百个化学反应过程，为了使计算 简化，必须根据其重要性与贡献大小作简化。化学转化过程主要发生在同一介质 中，也可发生在界面上。 干湿迁移过程指的是物质通过界面从一种介质迁移或转移到另一类介质的 过程。所谓湿迁移过程是指与云和降水场有关的物质迁移过程，通常称为降水冲 刷过程。在界面上各种变量通常发生非常复杂的交换过程：全反射、全吸收、部 分反射和部分吸收，溶解和非溶解，相变，生物和非生物过程，热量、动量和水 汽通量交换等。界面过程与不同的生态下垫面有密切关系，因此迁移过程与生态 过程及生态效应密不可分。其生态过程和生态效应主要反映在：农作物和森林冠 层对物质与动量的吸收过程或作用；由于微生物作用从土壤中可排放出不同的化 学物质，土壤是n 2 0 的主要来源之一：农作物和森林通常排放大量挥发性的有 机化学成分( v o c ) 、c 。h 。及n o x 。 总之，污染物在大气中的行为是非常复杂的，它涉及污染物在气、土、水、 生物介质及其界面上的交换、转化的理化生过程。因此空气污染预报系统必须要 很好地考虑这三大过程之间相互耦合、作用与反作用。 4 1 1 2 2 空气污染数值预报的国内外研究进展 1 2 2 1 空气污染数值预报的国外研究进展 几十年来，通过大量的野外观测资料的积累，已建立起一批全球或区域酸沉 降及其输送模式，主要分为两类：拉格朗日模式和欧拉模式。拉格朗日模式在计 算上比较简单，已被广泛应用研究酸沉降问题吲，但由于模式无法考虑气团与环 境之间的质量交换的一些物理和化学过程，并且模式对于干湿清除过程、化学变 化等的考虑都比较简单，使得其应用受到限制6 1 。8 0 年代以来，欧拉型数值模式 4 广东省不同类型污染源对硫沉降贡献的敦值分析奎查 发展迅速并被广泛应用，它采用固定二维或三维坐标系统，在坐标格点上求解化 学组分的质量连续方程组，以求得区域内各个组分的浓度、沉降量分布和它们的 时间变化n 早期的欧拉型污染物沉降模式哺1 中，对排放、输送、化学转化和干、湿沉降 过程等大多进行参数化处理，计算相对简单，但也给模拟结果带来一定的不确定 性。随着研究深入，一些学者对大气中发生的一系列气相化学反应进行了研究 9 】， 给出了整套的气相化学反应式和反应速率系数值。这些结果为在欧拉型模式中仔 细模拟化学过程提供了理论依据。另一方面，云雨酸化机制的研究以及一批云雨 酸化模式结果表明d o q 3 ：二氧化硫和氮氧化物等污染气体的液相氧化反应生成的 致酸物质和包含有可溶性硫酸盐、硝酸盐的酸性粒子溶入云雨水是酸雨的主要成 因；而且云、雨的微物理过程对云、雨滴的酸化影响也是很重要的。此外，对于 干沉降过程的研究发现：污染物的干沉降速度与地表状况、大气层结稳定度、摩 擦速度和地面粗糙度等有关【1 4 】。当然不同污染物也有不同的沉降速度。以上三方 面的研究进展为建立包括复杂的物理、化学过程的欧拉型污染物沉降模式奠定了 基础。 在现有的欧拉型数值模式中，比较著名的有由美国环保署( e p ：a ) 资助的， 由美国国家大气研究中心( n c a r ) 发展起来的区域酸沉降模式( r a d m ) 【”】； 由安大略省、加拿大环境局、西德政府和电力研究所资助下发展的酸沉降氧化模 式( a d o m ) t 6 l ；由美国能源部和宇航局( n a s a ) 资助，肯塔基和衣阿华大学 联合发展的硫输送模式( s t e m ) 1 7 1 。作为一个完善的区域性污染物输送、转化、 沉降模式概括而言应包括四类过程：大气热力、动力过程、化学转化过程、云雨 发展过程和辐射传输过程。上述模式都用气象模式给出气象场，进而引入了污染 物的平流和湍流输送：模式中都包含有源发射和相当复杂的气相和液相的化学转 化及干沉降过程。相形之下，在处理对污染物的液相化学反应和湿沉降起关键作 用的云雨过程方面较为简单。例如r a d m 模式中云水和雨水是用参数化方法得 到的，这就影响了湿沉降的模拟能力。将云雨发展的微物理过程纳入模式中去， 是改进模拟能力的一个方面。这些模式的新一代版本中加入了相应的模块。 美国近期开展了一个大气质量预报研究计划，研制出一先进的集成大气污染 数值预报模拟系统，其系统由中尺度气象模式( m m 5 ) ，污染源模式( s m ) 和 第1 章绪论 区域酸沉降模式( r a d m 2 ) 组成，它代表了目前大气污染数值预报模式系统的 国际领先水平。 1 2 2 2 大气污染数值预报的国内研究进展 中国的酸雨是硫酸型的，与欧美有些不同，且目前的计算条件和基础资料难 以承受过分复杂的数学模式，所以直接利用西方模式研究我国的酸沉降问题是不 太合适的。国内在这方面已经做了不少工作，如秦瑜等建立了一个欧拉型污染物 沉降的中尺度模式【7 】，其特点是在三维中尺度模式中嵌入一维时变的云雨物理和 化学模块，但对气相化学和干沉积过程采用了较简单的参数化，故该模式主要用 以研究污染物的湿沉降；贾新嫒等建立了四川、贵州地区酸雨数学模式同，该模 式包含了比较全面的物理化学过程，但气相化学中没有考虑有机物的反应，液相 化学中没有考虑f e 3 + 、m n 2 + 对s 0 2 的催化氧化作用。总的来说，这些模式侧重 于局限的研究目的或区域，对影响酸沉降的某些物理或化学过程刻画比较细致， 缺乏对整个过程的详尽描述，并且有有的还停留于理论研究，离实际应用还有一 段距离。 8 0 年代初，黄美元、徐华英和沈志来为核心的研究集体开始研究酸雨、云 化学、大气污染的分布和输送等大气环境问题，并开展了地面观测和空中飞机观 测，同时建立了云中和云下雨水酸化模式、大气污染物分布模式 1 9 - 21 l 。1 9 9 0 年 周玲等发展了一个简单的“欧拉型长距离输送模式”，研究了国内几个典型地区 ( 川黔、两广、浙江等) s 0 2 的输送问题1 2 2 。1 9 9 2 年何东阳等利用“物种计数” 法对r o g e r a t l d n s o n 光化学机制进行简化，得到了一个可适用于区域性大气环境 模拟的大气光化学模式( 简称r o s 模型) 2 3 1 ，该模型的重点放在臭氧光化学氧 化方面，s 0 2 气相氧化过程中的重要反应则是由高会旺引入的。r o s 模型仅包含 3 1 个物种的5 2 个反应。相对较简单。后来，高会旺等在何东阳模型的基础上发 展成为欧拉型区域硫沉降，输送模型( 时变模式) ，并与中尺度气象模式( l a s g r e m ) 直接进行了耦合，同时还考虑了s 0 2 在可溶性气溶胶表面上的非均相化 学过程阱。0 1 。王自发等在两位师兄工作的基础上又发展了欧拉型污染物输送实用 模型。实用模型采用了分裂查表算法，显著缩短了c p u 时间，使得更长时间( 月、 季或年) 内东亚地区硫化物沉降，输送规律的研究成为现实 3 1 - 3 5 1 。 6 广东省不同类型污染源对硫沉降贡献的数值分析李窖 近年来，王体健等人发展的南京大学区域酸沉降模式系统( n j u a d m s ) 包括 气象模式和酸雨模式两个部分，气象模式输出的气象要素场提供给酸雨模式，酸 雨模式则可以输出s 0 2 、n o x 、s 0 4 2 等大气污染物浓度和酸沉降量。气象模式采 用美国p s u n n c a r 的中尺度气象模式m m 4 ，酸雨模式考虑了影响酸雨形成的 排放、输送、沉降、转化等复杂的物理化学过程。进一步对化学过程作合理简化 后得到的工程酸雨模式可以用来模拟计算季或年等较长时间尺度的区域大气污 染物浓度和酸沉降。1 3 6 4 1 】 应国家环保总局和中国气象局联合发布的要在全国4 7 个重点城市开展城市 空气污染预报工作的需要，必须逐步建立能满足要求的城市空气污染数值预报模 式系统 4 2 】。s a q m 模式( s a r m a p a i rq u a l i t ym o d e l ) 是一个三维区域尺度空气 质量模式，它是在r a d m 的基础上考虑非静力气象场发展而来。其气象化学机 理有三种选择即碳键4 ( c b ) 机理、s a p r c 一9 0 机理和r a d m 2 机理。香港 环保局在s a q m 模式基础上经过必要的改进，建立了个适合香港地区的空气 污染物及其输送模式p a t h ( p o l l u t a n t si nt h ea t m o s p h e r ea n dt h e i rt r a n s p o r to v e r h o n gk o n g ) ，该模式能更好的适用于复杂地形下中小尺度的空气质量模拟h 引。 中国科学院大气物理研究所发展了一多尺度大气污染数值预报模式系统h ， 槔4 7 1 ，该系统在国际上先进的m m 5 和r a d m 2 基础上发展起来，并在理化生过 程和局地环流的动力、热力强迫的模式化方面有所改进。所谓多尺度是指该模式 系统既可用于区域尺度( 水平和垂直范围分别大到3 0 0 0 k m 和整个对流层的m 一0 【 尺度) ，又可用于城市尺度( 水平和垂直范围分别大到2 0 0 k i n 和整个p b l 的m b 尺度) 的预报问题。该系统可以很好地预报城市空气污染物的逐时三维分布及变 化趋势，通过在l 四) l l 盆地、重庆、天津、广州和济南市等地的应用，效果很好， 其预报与实测浓度之间有很好的一致性，2 4 小时平均预报准确率可达7 0 以上 限5 3 1 。本论文拟采用该模式系统模拟广东省计算网格上的污染物逐时地面浓度及 其于湿沉降量。 第1 章绪论 1 。3 本文研究的思路、目的和意义 1 3 1 研究意义 酸沉降对生态环境的影响是全球性的重大环境问题，广东是世界酸沉降最严 重的地区之一。尽管“九五”广东环境污染恶化的趋势基本得到控制，但酸沉降与 生态环境损害与破坏等问题仍相当突出p 】。 陆地生态系统又是酸沉降的最大接受者和缓冲者，酸沉降量超过生态系统的 缓冲容量后即会引起严重的生态危害，故陆地生态系统酸沉降临界负荷研究是区 域性环境规划和大气污染物排放总量控制制定的重要依据。而酸沉降问题本质上 又是一个区域性的大气污染问题，其形成包含了十分复杂的物理和化学过程。数 值模拟是研究酸雨这一复杂的环境问题的有效手段，通过建立数学模式可以定量 描述不同污染源排放和气象条件下区域的大气污染和酸雨状况，进而可以预测大 气污染和酸雨的未来发展趋势，帮助制定酸雨控制对策，评价不同减排战略的环 境效益等剐。 因此，以酸沉降临界负荷为依据，运用区域酸沉降模式进行数值模拟，来制 定大气污染物排放总量的削减方案是既有效又科学的。 1 3 2 研究思路 广东省“七五”期间就开始了酸雨的研究工作，在大气污染源调查和酸沉 降监测资料及酸雨污染特征分析的基础上，利用国外现有的空气质量模式对广东 省酸沉降量进行了预测，并提出了广东省酸雨防治规划研究和广东省s 0 2 总量控 制及治理优化方案。由于计算模式并不台适，所提出的s 0 2 削减治理方案并未经 过定量计算，仅是直观的经骚拈算： 显然要解决广东省酸沉降的生态危害，首要的是以广东省的酸沉降临界负荷 为控制目标，运用合适的大气污染物沉降与输送模式，明确各类大气污染源( 不 同高度点源、面源) 的削减对于控制区域酸沉降的贡献，为提出最经济有效的源 削减方案提供依据。 8 1 3 3 技术路线 模式项输入项 1 3 4 研究目的 中国仍为发展中国家，酸沉降问题不可能在短期内解决，本研究可以为广东 省的酸雨控制和以s 0 2 为主的酸性大气污染物排放控制提供量化服务，其成果可 应用于环境保护规划、酸沉降综合防治规划及治理措施等方面，最优化地选取大 气污染物削减方案，因此有着广泛的应用前景，而由此带来的经济和社会效益将 是很大的。此外，本研究的内容也可以从理论上丰富和完善我国酸沉降研究领域 3 】。 9 查塑至旦鲞型翌墨塑塑塑堕重坚堕墼篁坌塑一圭堡 第2 章2 0 0 0 年广东省大气污染概况 2 1 自然、社会环境概况 2 1 1 自然环境 广东省位于祖国大陆南部，陆域东邻福建，北接江西、湖南，西与广西接壤， 南临南海，西南端隔琼州海峡与海南省相望。全境位于北纬2 0 。0 9 2 5 。3 1 和东 经1 0 9 0 4 5 1 1 7 0 2 0 之间，北自乐昌坪石南至海安相距约8 0 0 公里，东自饶平大 埕西至廉江高桥约1 0 0 0 公里。沿海岸线曲折，港湾众多，大陆岸线长3 3 6 8 1 公 里，居全国各省区首位。陆地面积1 7 8 万平方公里，约占全国陆地面积的1 8 5 。 广东是个多轮回造山区，地质构造运动和岩浆活动频繁。由于历次地壳运动 和外营作用，地貌结构上山地、丘陵、台地、平原兼而有之，而以山地、丘陵面 积较广。据统计，全省海拔5 0 0 米以上的山地占3 1 6 8 ，丘陵占2 8 5 3 ，台地 占1 6 1 2 ，平原占2 3 6 6 。丘陵分布于山地四周，由花岗岩侵入砂石岩所成丘 陵，高3 5 0 5 0 0 米，坡度较陡，风化壳只有4 6 米；由花岗岩构成的丘陵，排 列凌乱。海拔1 旷4 0 0 米，坡度较缓，风化壳可达1 0 3 0 米。台地、平原主要 分布在南部沿海和各江牛下游谷地，平原以珠江三角洲和潮油平原较大。 广东气候，除粤北山区属亚热带气候外，大部分地区为南亚热带季风气候类 型。受季风影响，冬半年广东对流层以上盛行偏西风，近地层盛行偏北风；夏半 年，广东对流层以上盛行东北风，近地层盛行偏南风。由于广东地形复杂，山地 众多，且海岸线受海洋影响，使得内陆地区地面风速偏小，年平均风速多在2 米 秒以下，沿海地区地面风速稍大，年平均风速约在3 米秒左右。由于地处低纬， 广东平均日照时数自北向南在1 7 5 0 2 2 0 0 小时以上，年太阳辐射总量为每平方 厘米1 0 8 1 3 0 千卡；由于日照时间长，辐射丰富，使得广东年平均气温自北向 南高达1 9 2 3 。受季风、地形、海洋等因素综合影响，广东降水有如下特点： 一是降水量丰富，全省多数地区年平均降水量在1 5 阶2 0 0 0 m m 之间，为全国多 1 0 第2 章2 0 0 0 年广东省大气污染概况 雨区之一；二是雨季集中，汛期( 4 9 月) 降水占全年降水8 0 以上，因而干 湿季节明显；三是降水不均匀，地处云雾山南麓的恩平，莲花山南侧的海丰，北 江谷地的清远是广东三个多雨中心，年降水量分别达2 5 4 8 、2 4 4 7 和2 3 8 3 m m ， 地处云雾山北部的罗定、东北部的梅州、雷州半岛的徐闻等为相对少雨区，年降 水量分别为1 3 4 3 、1 4 4 1 和1 3 4 4 m m 。 如上所述。广东土质属风化壳类型，以富铝风化壳占优势，丰富的降水引起 强烈的淋溶作用导致碱土金属大量淋失，土壤中钙、镁、钾、钠的含量很低，其 含量不超过5 ，铁、铝在土壤的物质组成中占有重要地位，土壤普遍呈酸性反 应，p h 值一般为4 5 6 5 。土壤自北向南为红壤带，赤红壤和砖红壤带，州值 分别为5 0 5 5 、4 o 4 5 和4 5 5 0 之间。可见，广东地处酸雨敏感区域，对 酸雨缓冲能力甚低。 1 ，2 】 2 1 2 社会经济 截止2 0 0 0 年底广东省辖地级市2 1 个，户籍人口7 4 7 3 万人，占全国总人口 的6 8 5 ，从1 9 9 0 年的第5 位跃至第3 位；人口密度为4 8 6 人平方公里，高于 我国东部地区的平均人口密度4 6 3 人平方公里，是全国人口较多，密度较大的 省份之一。2 0 0 0 年，广东省认真贯彻执行中央关于扩大内需、促进经济发展的 一系歹政策措施，努力克服各种困难，国民经济持续增长，社会各项事业全面进 步。 2 0 0 0 年广东省全年国内生产总值9 5 0 6 0 4 亿元，比上年增长1 0 5 ，经济结 构不断调整，三次产业构成为1 0 4 ：5 1 1 ：3 8 5 ，第一产业比重明显下降，二、 三产业比重上升。 珠江三角洲土地面积仅占广东省的2 3 1 9 ，占全国的0 4 3 ，但1 9 9 9 年和 2 0 0 0 年该区域国内生产总值( g d p ) 分别占全省的7 8 7 2 和7 4 9 5 ，占全国的 8 1 2 ，8 1 0 ；1 9 8 0 - 2 0 0 0 年，珠江三角洲经济年均增长达到1 6 9 ，大大高于 同期9 6 的全国平均增速和1 3 8 的广东平均增速。2 0 0 0 年该区国内生产总值 达到7 2 4 2 亿元，占全省比重由1 9 8 0 年的4 0 7 大幅上升到7 4 9 5 ，可见，珠 江三角洲在广东乃至全园的经济地位非常重要。1 5 5 广东省不同类型污染源对硫沉降贡献的数值分析奎睿 2 22 0 0 0 年广东省二氧化硫排放状况 2 2 1 二氧化硫排放量 2 0 0 0 年全省工业废气排放8 3 2 5 9 6 1 9 万标米3 ，其中燃烧废气排放5 1 6 9 3 7 1 8 万标米3 ，占6 2 0 9 ；工艺废气排放3 1 5 6 5 9 0 1 万标米3 ，占3 7 9 1 。废气中二 氧化硫排放量7 4 7 6 万吨，其中工业企业排放7 2 4 5 万吨，生活及其他污染源排 放2 3 1 万吨( 见表2 - 1 ) 。 5 6 】 2 2 2 二氧化硫排放的区域分布 广东省二氧化硫排放主要集中在以广州为中心的珠江三角洲地区。2 0 0 0 年 广东省主要二氧化硫排放量区域分布情况参见表2 - 1 。全省2 1 个地级市中二氧化 硫年排放量最大的是广州，达到1 9 2 1 万吨。二氧化硫年排放量排在前十位的市 分别是：广州、东莞、佛山、韶关、深圳、肇庆、茂名、江门、湛江、清远，十 市二氧化硫累计达6 3 3 3 万吨，其中地处珠江三角洲的城市二氧化硫年排放量累 计占全省排放量的7 1 。p 叫 表2 - 12 0 0 0 年广东省各市二氧化硫捧放量统计( 单位：吨) 地区 广州 韶关 深圳 珠海 汕头 佛山 江门 湛江 茂名 肇庆 惠州 梅州 汕尾 河源 工业二氧化硫排放量生活及其他二氧化硫排放量二氧化硫排放总鼍 1 2 3 7 4 4 2 3 l o 颤：兮酊观仍舛&jm拍7记鬻淼淼淼裟嬲飘 |眦规蚴蚍 耋| 捌彻舢觑=兮酊观柏的“跎”弭；号7记瑚叭”叭驰拍铂“们舛沲岱纠nll|淼裟裟裟篙淼 塑! 空! 竺! 兰查宣盔皇曼墨堡翌 阳江 6 7 6 4 6 3 1 46 7 7 8 ，6 3 清远 东莞 中山 潮卅i 揭阳 云浮 全省 2 2 3 3 0 1 1 1 1 2 0 5 9 3 0 8 6 6 4 8 3 1 9 7 5 7 l 7 8 3 0 5 1 1 9 2 9 8 7 2 4 5 0 1 8 0 1 2 0 8 1 4 4 4 4 0 5 0 0 9 2 9 1 5 2 0 2 3 1 0 3 2 3 5 3 8 1 1 l1 2 2 0 3 3 0 9 1 0 4 8 3 2 4 7 5 7 1 8 7 5 9 5 1 2 0 8 1 8 7 4 7 6 0 4 8 0 2 2 3 行业二氧化硫排放 注：此表数据摘自 2 0 0 0 年广东省环境公报 据2 0 0 0 年广东省各行业工业废气及二氧化硫排放统计( 见表2 2 ) ，广东地 区二氧化硫排放量最大的两个行业是电力、煤气及水的生产和供应业以及非金属 矿物制造业，排放量分别为3 6 9 7 万吨、1 5 8 5 万吨，占总排放量的比率分别为 5 l 、2 2 。 5 6 】 衰2 - 22 0 0 0 年广东省各行业工业废气及二氧化硫排放统计 1 3 注：此表数据摘自( 2 0 0 0 年广东省环境公报 广东省不周类型污染源对硫沉降贡献的数值分析 李睿 2 2 4 火力发电厂的分布及排放 尽管广东在大力发展水电、核电，但火电仍是主角。据电力部门统计，1 9 9 7 年全省火力发电装机容量已达2 1 3 2 8 8 千瓦，占全省发电装机容量的7 5 8 ，已 拥有象沙角a 、b 、c 厂、黄埔电厂、珠江电厂、湛江电厂、深圳妈湾电厂等一 批大型骨干火电厂。 珠江三角洲一带火电厂发展迅速，1 9 8 8 年广东省有8 座主要发电厂时( 地 方小柴油发电机未统计) ，就有4 座集中在珠江三角洲地区。到1 9 9 5 年全省大大 小小8 2 座纳入环境统计的火电厂中，珠江三角洲就集中的其中的4 5 家火电厂， 耗煤量达1 0 2 8 2 6 万吨，占全省火电厂耗煤总量的6 8 0 1 ：耗油量2 4 7 9 0 万吨， 占全省火电厂总耗油量的6 2 4 8 ；二氧化硫排放量达2 4 9 5 万吨，占全省火电 厂二氧化硫排放总量的5 9 4 5 。 表2 3 反映的是2 0 0 0 年位于珠江三角洲地区的火电厂的废气及s 0 2 排放统 计情况( 按s 0 2 排放量从高到低排序) ，大大小小共有7 4 家，年排放量在l 万 吨以上的火电厂分别是东莞的沙角“a ”、“b ”、“c ”火力发电厂，广州的黄埔发 电厂和珠江电力，以及深圳能源总公司的发电分公司。 衰2 - 32 0 0 0 年珠江三角洲地区火电厂的废气及s 0 2 排放量统计 企业名称燃烧类型 雩暑嚣鸶量s 。2 排放曩( 吨) 沙角发电总厂a 厂无烟煤 黄埔发电厂烟煤、燃料油 沙角发电总厂c 厂无烟煤、燃料油 广州珠江电力有限公司无烟煤 合和电力沙角。b 。火力发电厂烟煤、燃料油 深圳市能源总公司发电分公司烟煤、燃料油 南海江南发电厂有限公司混合煤、燃料油 东莞市电化实业集团公司电 广州恒运企业集团股份有限公司烟煤 南联电业有限公司南海发电厂+燃料油、电 穗明电力有限公司 无烟煤、燃料油 佛山市沙口发电厂有限公司燃料油 广东省新会市双水发电厂有限公。烟煤、燃料油 江门北街( 联营) 发电厂无烟煤、烟煤 东莞糖厂东荣热电厂 1 4 2 5 8 5 3 6 1 2 3 0 8 19 8 2 0 2 6 0 4 9 8 6 2 6 1 0 9 8 2 0 0 9 5 1 7 6 3 1 2 4 7 1 6 1 6 5 3 8 0 0 3 9 7 5 4 7 5 1 8 5 9 2 2 4 3 5 2 0 3 3 3 8 8 7 1 8 19 4 5 4 2 2 4 13 0 2 8 8 0 8 5 9 4 9 0 4 8 1 7 1 2 8 0 4 0 0 2 6 2 4 3 5 7 9 9 2 0 3 2 5 4 6 0 5 1 2 5 6 2 1 1 4 0 0 8 1 1 0 2 2 3 8 0 5 5 2 2 4 8 8 0 7 6 4 7 3 1 8 4 4 3 3 7 7 0 3 5 2 1 7 0 3 4 6 5 0 4 3 4 3 2 3 2 1 0 0 5 2 1 7 8 9 6 第2 章2 0 0 0 年广东省大气污染概况 南海桂城发电厂 深圳长安电力发展有限公司 高要发电( b ) - 有限公司 深圳南i j i 热电股份有限公司 东莞市三联热电厂 东莞清溪发电厂 深圳月亮湾燃机电厂 南海市大沥发电厂有限公司 全顺( 顺德) 电力厂有限公司+ 中山火力发电厂 南海中南铝加工有限公司发电部+ 番禺莲花山电力有限公司