（安全技术及工程专业论文）NDSSADC中的情景设计计算和情景评估分析方法的研究.pdf

东北大学硕士学位论文 s t u d y o nm e t h o do fs c e n e d e s i g n c a l c u l a t i o n a n ds c e n ee v a l u a t i o n a n a l y s i s i nn d s s a d c a b s t r a c t a c i dr a i ni so n eo f t h e m a j o r e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m si nf a c eo f h u m a n a tp r e s e n t t h i s p a p e r c o m e sf r o m s t u d y o nn a t i o n a ld e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m o fa c i d d e p o s i t i o nc o n t r o l ( 9 6 9 1 1 - 0 5 - 0 3 0 3 1 r _ 嘲eo f t h es u b j e c t so f s t u d yo nn a t i o n a l p r o j e c t o f a c i d c o n t r 0 1 t h e e m p h a s e s o f t h i s p a p e r i s t os t u d y m e t h o d o f s c e n e d e s i g nc a l c u l a t i o na n d s c e n ee v a l u a t i o na n a l y s i si nn d s s a d c w i t h a n a l y z i n gb a s i ct h e o r ya n d c h a r a c t e r i s t i co fa c i dd e p o s i t i o nc o n t r o l ，w es e t u pa n dc h o o s eal o to fm a t h sm o d e l sa n da p p l y i n gc o m p u t e r sp o w e r f u lc a l c u l a t e f u n c t i o n ，w ed e v e l o p as u i to fr e a s o n a b l ea n df e a s i b l ec a l c u l a t em e t h o da n d e v a l u a t i o n s y s t e m t h a ti su s e dt o a n a l y z e a n de v a l u a t ec a l c u l a t i o nr e s u l t a c c o r d i n g t ot h ed e s i g ni d e at h a tt a k e ss c e n e 弱o p e r a t i o n o b j e c t , c o m e si n t op r o j e c t t h r o u g hs c e n ed e s i g n , t h e na p p l i e ss c e l l ea n a l y s i st op a s sj u d g m e m o np r o j e c t , w e p u t u pm o d u l ed e s i g na n df u n c t i o na n a l y s i sf o rt w om o d u l e so f s c e n ed e s i g na n ds c e n e a n a l y s i s a n dw e i n t r o d u c et h et e c h n o l o g yo fg i si n t ot h es y s t e m ，a n dr e a l i z ei d e a l u n i t ea n d c l o s e j o i nb e t w e e ng i sa n do t h e rf u n c t i o nm o d u l e so f s y s t e mt h 把u s hs c e n e f i l ea n d s p e c i a lm a p d a t af i l e ，c o n s e q u e n t l yf i n i s ht w o m o d u l e s e x p l o i t a t i o n c o m b i n i n gf a c t sa n da p p l y i n gt w om o d u l e s ，w en l a k ec a s ea n a l y s i sf o rb e i j i n g n o 1p o w e r p l a n ta n ds h e n y a n gp o w e rp l a n t a f t e rr u n n i n gr e l a t e dp r o g r a mm o d u l e t oe v a l u a t et h ee f f e c ta n df o r e c a s th a r m f u ld e g r e e w eg e tac o n c l u s i o n ：i nt h i sp a p e r m o d e lo fs c e n ed e s i g nc a l c u l a t i o ni sc o r r e c t ，m e t h o do f d e s i g nc a l c u l a t i o ni sf e a s i b l e ， s c e n ea n a l y s i si sc o m p l e t ea n d d e t a i l e d ，a n dt h et w om o d u l e sc a np r o v i d et h eu s e r so f t h ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( a d m i n i s t r a t o r so fa l lp r o v i n c i a le n v i r o n m e m p r o t e c t i o n d e p a r t m e n t ) w i t hd e c i s i o n - m a k i n gw h e nt h e yc h o o s e a c i d d e p o s i t i o nc o n t r o lp r o j e c t s k e y w o r d s ：a c i dd e p o s i t i o nc o n t r o l ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，s c e n ed e s i g n c a l c u l a t i o n ，s c e n ee v a l u a t i o na n a l y s i s m 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的，论文取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或者 撰写过的研究成果，也不包括本文为获得其它学位而使用过的材料。 与我一起工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的 说明并表示感谢。 本人签名：于五友 日 期：卯3 应 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 酸雨是目前人类所面临的主要环境问题之一。酸雨的存在构成了对自然资源、生态 系统、材料、能见度和公众健康的威胁。由于二氧化硫的大量排放，致使我国出现大面 积的酸雨，并不断加剧”。预测表明，如果不对二氧化硫排放进行控制，2 0 1 0 年和2 0 2 0 年我国二氧化硫年排放量将分别达到3 2 9 0 万吨、3 7 8 0 万吨。这不仅将使我国生态系统 和人群健康蒙受重大损失，还可能导致国际环境纠纷，影响我国的国际声望。 我国政府对酸雨和二氧化硫污染问题十分重视。3 0 多年来，环境保护工作者为控 制酸雨进行了大量研究，较全面地掌握了我国酸沉降的时空分布、化学构成、生态影响 并提出了控制对策。 早在7 0 年代末，中科院和一些地方环保工作者就开始了酸雨的监测，于1 9 8 1 年 1 1 月提出了在国内开展酸雨监测和研究的建议。1 9 8 2 年5 月“西南地区酸雨问题研究” 被列为国家环保重点科研项目，并于1 9 8 2 年底和1 9 8 3 年5 月相继召开了西南、华 南和上海三地的研究全国酸雨测报会和研讨会；建立了拥有1 1 3 个站点的全国酸雨 监测网。1 9 8 4 年后，一系列有关酸雨的科学监测和研究在国内展开，其成果尤为突出【2 1 。 “七五“科技攻关提出的华南酸雨的发展趋势，引起了政府的高度重视。1 9 9 0 年 1 2 月，原国务院环境保护委员会通过了关于控制酸雨发展的意见。继而在“八五” 期间将“酸沉降及其控制技术”列为攻关重点1 3 1 。1 9 9 2 年国务院批准在贵州、广东两省 和柳州、南宁、桂林、杭州、青岛、重庆、长沙、宜昌和宜宾等9 个城市开展征收工业 燃煤二氧化硫排污费和进行酸雨综合防治试点工作。这为在全国开展酸沉降的控制，打 下了坚实的基础。 本世纪7 0 年代以来，欧洲、北美和日本等发达国家先后开展了大规模的酸雨研究。 n o r d l u n d ( 1 9 7 5 ) 、e l i s s e n ( 1 9 7 5 ) 等人首先使用拉格朗日模式计算了欧洲酸性污染物的输送 和沉降。到目前，有关组织和国家已开发、应用了酸雨方面的模型、系统。如国际应用 系统分析研究所( i i a s a ) 研究开发的著名的r a i n s 模型，美国“国家酸沉降评价计 划”( n a p a p ) 开发了旨在阐明北美酸沉降状况的酸雨区域沉降预测模型( r a d m ) 。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 这对于我国开展酸雨控制的研究和开发提供了有益的借鉴。 随着计算机应用技术的日益普及，由数据库、模型库、知识库所构建的各种决策支 持系统( d s s ) 已成为预测的强有力的工具1 4 。随着g i s 、分布式网络技术和面向对象 技术的快速发展，d s s 技术的应用广度和深度都有了进一步提高。d s s 能为决策者迅 速提供决策所需要的数据、信息和背景资料，帮助决策者明确决策目标，提供各种备选 方案，并对各种方案进行评价和优选，为正确决策提供有力的支持和帮助【副。其在环境 领域的应用也越来越受到重视。并且，地理信息系统( o i s ) 技术在资源环境领域已有成 功应用。如美国环保局的s t o r e t 系统和a i r s 系统、英国环保局的w q i s 系统、挪威 的m e m b m i n 系统、欧共体的e c d i n ( e n v i r o n m e n t a lc h e a n i c a l sd a t aa n di n f o r m a t i o n n e t w o r k ) 、联合国环境规划署( u n e p ) 的g r i d 系统( g l o b a lr e s o u r c ei n f o r m a t i o n d a t a b a s e ) 等。 进入8 0 年代，我国也相继开发了一些环保管理信息系统，如国家水质管理信息系 统( n w q m i s ) 、国家环境统计信息系统( e s s 9 5 ) 、国家环境信息系统( “七五”攻关 项目) 、国家污染控制管理信息系统、中国省级环境信息系统( 世行援助项目) 、深圳 市南山区环境管理信息系统、深圳市排污收费系统掣6 】。 酸雨的重大危害和目前我国的酸污染状况，决定了我们研究酸沉降的重要性和紧迫 性。现代计算机技术的广泛应用为酸沉降控制研究提供了有利的帮助，把计算机技术同 酸沉降研究结合将是一种必然趋势。 国家酸沉降控制决策支持系统( n d s s a d c ) 研究( 9 6 - 9 1 1 0 5 0 3 0 3 ) 为酸雨控制国 家方案研究之子专题。针对我国的实际情况( 酸雨研究的历史、成果、监测手段、信 息种类、数量、控制技术、控制政策等等) 开发了适合我国国情、具有很强实际可操 作性的决策支持系统。国家酸沉降控制决策支持系统是应用现代计算机技术，将我国历 次攻关及其它有关方面的研究成果。以及酸雨控制国家方案研究成果，形成人们决策思 路一致的计算机软件系统。 本课题选自“九五”酸雨控制国家方案研究之子专题：国家酸沉降控制决策支持系 统( n d s s a d c ) 研究( 9 6 - 9 1 1 - 0 5 - 0 3 - 0 3 ) ，该专题于1 9 9 9 年2 月已通过国家鉴定。但当 时由于时间紧，任务繁重，使国家酸沉降控制决策支持系统软件应用未完全进入实用化 阶段。本课题就是在其研究的基础上进一步理清支持理论，对系统的结构进行适当调整、 补充模型并对系统情景设计计算技术和系统情景分析评估技术，展开研究，以此完善整 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 个系统，使其达到实用化要求。 本课题的具体研究内容包括： ( 1 ) 酸雨概述，介绍酸雨的概念、危害、污染现状及预测和我国酸雨研究的特殊性等。 ( 2 ) 国家酸沉降控制决策支持系统的简介，从总体上阐述系统设计思想、系统结构及 功能。为情景设计计算和情景评估分析研究作铺垫。 ( 3 ) 系统情景设计计算方法研究，是本课题的主要研究内容之一，重点介绍计算模型 的构建，分别从不同角度对计算模型进行分析选取，并对计算方法研究。 ( 4 ) 系统情景评估分析方法的研究，包括选取评估分析方法、分析致酸污染物的输送、 酸沉降量的计算、酸沉降临界负荷的计算及酸沉降危害分析等。 ( 5 ) 情景设计和情景分析模块的设计与功能介绍。 ( 6 ) 系统模块实现与应用分析，对几种方案进行情景设计，执行情景计算模块，然后 通过情景分析模块对计算结果进行分析评判，以此对用户提供决策支持。 1 2 酸雨概述 1 2 1 酸雨的定义 酸雨通常指p h 值低于5 6 的降水，但现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式 从大气转移到地面上。湿沉降是指酸性物质以雨、雪形式降落地面，干沉降是指酸性颗 粒物以重力沉降、微粒碰撞和气体吸附等形式由大气转移到地面【1 9 】。 1 2 2 酸雨的危害 酸雨对环境和人类的影响是多方面的，天然降水具有弱酸性，可溶解适量的地壳矿 物质供植物吸收，这对生态环境是有利的，但如果酸性过强，降水p h 5 6 ，特别是p h 5 0 时，就会给生态环境带来危害。 ( 1 ) 对土壤的影响 酸雨可使土壤发生物理化学性质变化。酸雨对土壤的影响之一是植物营养元素从土 壤中淋洗出来，特别是c a 、m g 、f e 等阳离子迅速损失，使土壤营养状况降低，影响植 物的生长和发育【8 3 2 】。另一个影响是土壤中某些微量重金属可能被溶解，一方面造成土 壤贫瘠化，另一方面有害金属如n i 、a 1 、h g 、c d 、p b 、c u 、z n 等被溶出，在植物体 内积累或进入水体造成污染，加快重金属的迁移。特别是土壤中到处都存在铝的化合物， 东北大学硕士学位论文第一章绪论 在p h = 5 6 时，土壤中的铝基本上是不溶解的。但p h - - 4 6 时铝的溶解性约增加1 0 0 0 倍。 酸雨造成森林和水生生物死亡的主要原因之一是土壤中的铝在酸雨作用下转化为可利 用态蔫害了树木和鱼类。土壤酸化抑制微生物的活动，影响微生物的繁殖酸雨对土壤 微生物的氨化、硝化、固氮等作用产生不良影响，直接抑制由微生物参与的氮素分解、 同化和固定，最终降低土壤养分供应能力，影响植物的营养代谢。酸雨对土壤的影响是 积累的，土壤对酸沉降也有一定的缓冲能力，所以在若干年后才会出现土壤酸化现象。 ( 2 ) 酸雨对植物的危害 酸雨直接影响叶面，破坏叶面的蜡质保护层，当p h o 时，植物叶片被腐蚀而产生 斑点和坏死。另一个影响是能使植物的阳离子从叶片中析出，从而破坏表皮组织，流失 某些营养元素，影响植物的生长。有模拟实验表明p 4 】：酸雨能降低叶片的光合作用，当 p h 4 时植物光合作用受到抑制，从而影响成熟，降低产量。酸雨使农业土壤酸化，造 成许多适宜在中碱性土壤上生长的作物无法生长，使土壤的宣种度变小，影响农业土地 的利用。不同农作物对酸雨的敏感性差异大，水稻对酸雨的抗性较强，只有在较强酸雨 的影响下才会危害其生长，大豆、烟叶对酸雨也不敏感，而油菜、小麦、番茄、芹菜、 黄瓜、茄子等易受酸雨的影响而减产。通过贵州、四川的马尾松和杉木的调查资料表明， 降水p h 在4 5 以下的林区，树林叶子普遍受害，林木生长过早衰退，我国的西南地区、 四川笳地受酸雨危害的森林面积最大，占林地面积的3 19 重庆市南山2 0 0 0 公顷马尾 松林，近年来死亡率高达4 6 。对此至今看法不尽一致，但可以肯定与酸雨的潜在影响 有关。酸雨对农作物的危害日益严重。 ( 3 ) 酸雨对水体的危害 酸雨对水体的影响极其严重。水体酸化一个重要影响是：水体变为酸性以后，鱼类 生长的条件发生了巨变，由于不适应而逐渐死亡。另一方面酸雨浸渍了土壤，侵蚀了矿 物，使铝元素和重金属进入附近水体。影响水生物生长或使其死亡。同时对浮游植物和 其它水生植物起营养作用的磷酸盐，由于被铝吸附难以被生物吸收。水体p h 值降低还 会使鱼类骨骼中钙含量减少，影响鱼类繁殖和生长，当水体p h 降至5 5 以下时，甲壳 类动物、浮游动物、软体动物等较小动物的生长会遭到严重抑制，对水生食物链产生重 大不良影响。当p h 降至4 0 时，大多数鱼类和水生动物将死亡，唯一残存于水体中的 生物，将是一团团的藻类、苔藓类和真菌。湖泊的酸化是酸雨在北欧和北美造成严重生 态危害1 3 。我国西南地区大部分水体对酸沉降不太敏感。但酸沉降对水体酸化的潜在危 害仍然存在，水体酸化趋势值得关注 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 4 ) 对建筑材料和古迹的危害 酸雨腐蚀建筑材料( 石料、金属) ，使其风化过程加速近几十年来，些古迹特别是 石刻石雕和铜塑像的损坏速度超过以往数百年甚至上千年。尽管这些破坏还有来自大气 污染物和自然风化的作用，但可以认为酸雨是一个重要因素。大理石最易受酸雨的损害， 其主要成分是c a c 0 3 , 它与酸性污染物的反应 c a c 0 3 + s 0 4 。_ + 2 h + + h 2 0 c a s 0 4 2 h 2 0 + c 0 2 c a c 0 3 + n 0 3 + 2 h + - - c a ( n 0 3 ) 2 + h 2 0 + c 0 2 通过与酸雨作用，被溶解下来的c a s o + 2 h 2 0 和c a ( n 0 3 ) 2 或被雨水冲走，或以结 壳形式沉积于大理石表面并逐渐脱落，从而使古迹遭到破坏。酸雨中的h 2 s 0 4 和h n o ， 可以与许多金属发生化学反应，使其遭到腐蚀而破坏。我国研究者曾在一些城市进行过 金属挂片腐蚀试验，结果表吲1 日：金属材料在酸雨较重的重庆，腐蚀速度最快，比南京 快1 3 倍，其中碳钢的腐蚀速度达到每年1 5 0 1 tm ，超过受酸雨严重侵害的瑞典碳钢腐 蚀速度的4 倍。据我国1 9 9 5 年环境公报的数据，1 9 9 4 年在我国的7 7 个城市中，降水 p h 值平均低于5 6 的占4 8 1 。漫天漂洒的酸雨不仅酸化土壤，毁坏庄稼和森林，对建 筑、桥梁、电视塔、汽车外壳、路灯电线等都有强烈腐蚀作用，造成极大的经济损失。 ( 5 ) 对人体健康的危害 酸雨不仅污染和侵蚀地表环境中的物质，还损害人体健康。酸雨或酸雾进入人的呼 吸道会诱发各种呼吸道疾病。世界各国的医学研究表明，受酸伤害最重的是老人和儿童。 酸化湖泊的鱼体中和酸化的饮用水源及酸化土壤上生长的农作物，有毒金属含量较高， 这是对人体健康的潜在威胁。酸化地下水对土壤和岩石中金属元素的溶解能力增强，其 中a l 、c u 、z n 、c d 的浓度有时比正常地下水高1 0 1 0 0 倍，这种酸性地下水进入自来 水系统后，能腐蚀给水设施和管网，使其中的金属溶出，进入饮水中直接威胁人体健康。 近年来的研究表明f 1 7 】，老年性痴呆症发病率的增加与酸雨有着密切的关系。 1 2 3 酸雨的污染现状和发展趋势 ( 1 ) 酸雨的污染现状 我国酸雨主要分布于长江以南，青藏高原以东及四川盆地。以长沙为代表的华中酸 雨区降水酸度最低，酸雨出现频率最高并且呈逐年加重趋势。西南酸雨区污染程度仅次 于华中酸雨区。华南酸雨区、华东酸雨区分布较广，污染严重。我国降水酸度有明显的 地域性，主要分布在土壤p h 值比较低的南方，污染源主要是低架源污染，酸雨以城市 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 附近局部污染为主【1 8 1 。有明显季节性，一般冬季p h 值低而夏季p h 值高，这与我国的 燃料结构有关。从降水的化学组成看，我国酸雨组成中s 0 4 2 所占比例高达7 0 9 0 ， 其浓度比西方发达国家( 如美国) 平均高2 6 倍，所以我国酸雨主要是硫酸型的，硝酸 的贡献不大，但随着城市汽车的增加，硝酸的贡献有增加的趋势。由于我国工业还没有 西方发达，工业所带来的酸雨危害也还没有西方惨重。但从它的危害范围之广，也应引 起人们的重视。 下面以2 0 0 2 年酸雨污染情况为例，做简要分析： 2 0 0 2 年，全国监测的5 5 5 个市、县降水年均p n 值范围在4 0 3 8 3 1 。出现酸雨的 市( 县) 2 7 9 个，占统计城市数的5 0 3 ；降水年均p h 值小于或等于5 6 的市( 县) 1 8 1 个，占统计城市数的3 2 6 。 图1 1 不同降水酸度城市百分比 与2 0 0 0 年相比，全国降水年均p h 值小于或等于5 6 的城市比例基本保持不变，但 年均p h 值小于4 5 的城市比例增加了2 8 个百分点，局部地区酸雨有所加重。未出现 酸雨的城市比例也比上年增加8 5 个百分点。 图1 2 不恩蘸雨频率城市百分比 酸雨区域分布格局基本不变。降水年均p h 值小于5 6 的城市主要分布在长江以南、 青藏高原以东的地区和四川盆地。北方地区的吉林省延吉、图们、珲春、蛟河，辽宁阜 东北大学硕士学位论文第一章绪论 新、葫芦岛和陕西渭南等局部地区降水酸性较强。华东、华南、华中和西南地区，存在 降水酸度强、酸雨频率高的酸雨污染严重的中心区域。 图1 32 0 0 2 年全国酸雨区域分布示意图 ( 2 ) 酸雨发展趋势 我国酸雨历史发展趋势 为了估计我国酸雨发展趋势。中国环境科学研究院大气所用线性模式初步估算了 s 0 2 、n o x 与n h 3 自1 9 5 0 年以来历年的排放量【12 1 。同时列出了酸性气体排放量变化和 与n h 3 排放量之比值的历史变化。见表1 1 表i is o , 、n o x 与n 玛历年捧放量1 0 4 吨 年度s c hn o xn i - 1 3 ( s 0 2 + n o x ) n h 3 1 9 5 05 3 5 12 5 7 l2 5 3 4 0 0 31 1 9 5 51 2 2 9 95 9 0 9 31 5 2 00 5 8 1 9 6 04 9 9 6 8 2 4 0 0 63 2 0 8 02 3 1 1 9 6 53 1 7 3 7 1 5 2 4 74 1 1 9 0i 1 4 1 9 7 05 2 2 4 9 2 5 1 2 04 6 9 4 01 6 5 1 9 7 58 2 i 9 9 3 9 4 9 15 4 3 5 02 2 4 1 9 8 01 0 7 4 5 7 5 1 6 2 56 5 4 5 02 4 6 1 9 8 5 1 4 4 2 3l6 9 2 9 27 1 5 6 0 3 0 0 1 9 9 01 7 5 2 1 2 8 4 1 7 78 3 7 4 0 3 1 0 ， 东北大学硕士学位论文第一章绪论 可咀看到三种气体的年排放量逐年增长。但其增长速度各不相同。致酸物质排放量 比n h 3 排放量增长快的多，大气环境酸化的发生原因就在这里。 中国酸雨发展趋势预测 降水酸性发展趋势预测，由于影响的因素太多以致至今没有满意的将前体物排入量 预测与降水酸性关联的定量方法。为了定性的预测中国酸雨发展趋势，现引用降水致酸 主要前体物s 0 2 和n o x 以及主要人为源中中和降水酸性的碱性气体n h 3 的排放量预测 结果。当预测的范围足够大时，则可将预测的区域看作封闭体系，即可忽略该区域的输 出量和输入量。 为了在化学上定量的评价酸性气体s o a 和n o x 与碱性气体n h 3 对大气酸化所起的 作用，将这些气体的排放量换算为当量排放置。表1 2 列出我国自1 9 5 0 年至2 0 2 0 年3 种气体当量排放量。( s 0 2 + n o x ) 当量与n h 3 当量比表示环境酸化强度。 中国s 0 2 、n o x 和n h 3 的排放当量1 9 5 0 至2 0 2 0 年随时问的变化分别列于下表1 2 。 可以看出s 0 2 、n o x 和n h 3 的排放量随时间都在增长，然而它的增长速度是不同的。 ( s 0 2 + n o x ) n h 3 酸当量比一直到2 0 2 0 年都在增长，说明到2 0 2 0 年大气继续酸化， 我国酸雨将继续发展。 表1 2 中国酸雨前体物历年捧放当量及发展预测t e q x 1 0 4 1 2 4 我国政府高度重视酸雨控制 ( 1 ) 1 9 9 5 年8 月，全国人大常委会通过了新修订的中华人民共和国大气污染防治 法。其中规定“国务院环境保护部门会同国务院有关部门，根据气象、地形、 土壤等自然条件，就可以对已经产生、可能产生酸雨的地区或者其他s 0 2 污染 严重的地区，经国务院批准后，划定为酸雨控制区或者s 0 2 污染控制区。” ( 2 ) 1 9 9 8 年2 月国务院批准了国家环境保护总局拟订酸雨控制区和s 0 2 污染控制区 ( 简称“两控区”) 划分方案，明确提出了“两控区”酸雨和s 0 2 控制目标，发 东北大学硕士学位论文第一章绪论 布了有关酸雨和s 0 2 污染控制的对策与措施。为了贯彻落实国务院对“两控区” 划分方案的批复意见，指导全国“两控区”的污染防治工作，国家环境保护总局 于1 9 9 8 年5 月制定了两控区”酸雨和s 0 2 污染综合防治行动方案。 ( 3 ) 在“两控区”酸雨和s 0 2 污染综合防治行动方案中，国家环境保护总局要求 各省、自治区、直辖市以及所辖地级市、地区人民政府组织各级环保部门编制 s 0 2 污染综合防治规划：国家电力主管部门编制“两控区”内的酸雨综合防治规 划。1 9 9 9 年初，地方s 0 2 污染综合防治规划和电力行业s 0 2 总量控制规划将通 过国家环保总局验收；国家环保总局组织编制的酸雨区综合防治规划将于1 9 9 9 年6 月以后报国务院审批。 1 2 5 我国酸雨控制的特殊性 ( 1 ) 与北美和欧洲相比，我国是在处于社会主义初级阶段、向社会主义市场经济转 型时期、经济发展相对较低、城市s 0 2 污染尚未解决、氮氧化物污染水平快速 加剧的条件下开始控制酸雨的。 ( 2 ) 酸雨控制的力度要与我国的发展阶段和经济水平相适应。社会主义初级阶段的 主要任务是发展生产力，国家以经济建设为中心，酸雨控制政策要体现国家经 济发展战略、体现地区差别、体现市场经济特征。 ( 3 ) 城市s 0 2 污染是局地性环境问题，它主要由居民生活、采暖和工业生产过程中 排放的s 0 2 所引起，这类污染源量大面广，排放高度相对较低，影响范围不大： 酸雨的形成既有局地源的影响，也存在地域间致酸物质的长距离传送，而参与 长距离输送的主要是排放高度相对较高的燃煤、燃油电厂所排放的s 0 2 、氮氧 化物以及它们在输送过程中所形成的酸性化合物。 ( 4 ) 降低局地大气中的s 0 2 污染水平、改善局地空气环境质量，重点要控制对局地 s 0 2 污染贡献大的居民生活、采暖和排放高度相对较低的工业污染源，而控制 酸雨不仅要控制局地源，而且要从区域的角度控制对酸雨和超临界负荷区的形 成有贡献的所有s 0 2 和氮氧化物排放源。特别是随着我国城市居民生活和工业 能源结构向着降低s 0 2 排放水平方向变化，而全国燃油和燃煤电厂的持续增 长，我国s 0 2 排放源的平均排放高度将不断增加，地区间的相互影响将越来越 大，区域协调的作用会越来越显得重要。 东北大学硕士学位论文第二章国家酸沉降控制决策支持系统简介 第二章国家酸沉降控制决策支持系统简介 国家酸沉降控制决策支持系统( n d s s a d c ) 研究( 9 6 - 9 11 - 0 5 - 0 3 0 3 ) 为酸雨控制国 家方案研究之子专题。是应用现代计算机技术，将我国历次攻关及其它有关方面的研究 成果，以及酸雨控制国家方案研究成果，形成人们决策思路一致的计算机软件系统。也 是本课题研究的选题来源。本课题的研究就是在该系统设计思想指导下对情景设计和情 景分析两模块展开研究的。 2 1 系统设计思想 该决策支持系统的应用对象主要是省级环保部门的主管或主要技术人员。根据他们 关心的问题不局限于某一侧面，而是具有综合特点。例如，污染源和环境质量的关系、 污染物排放与国家和地方有关法规和标准的比较等。并且他们具有丰富的环境管理经 验。系统设计思想紧紧围绕最终用户进行，反映用户需求。 国家酸沉降控制决策支持系统回答的主要问题是【1 3 o i ：在现有或某一水平年的基础 ( 基准) 上，针对不同的污染情况( 火电厂点源、行政区域源的分布及污染物排放) ， 对某一特定污染源采取一种或多种控毹或将某一特定控制( 政策、法规和技术) 作 用于某一类污染源，所采取的种种设计后即可形成新的控制方案( 情景) ，来预测国 家酸沉降的状况或发展趋势，采用一定的方法加以科学、客观、全面、合理地分析该方 案并给出评判，为最终满足该决策系统的最终用户( 各省政府环保部门的管理决策层) 对国家酸沉降控制方案的选定提供决策支持 该决策支持系统以情景作为操作对象，通过情景设计形成方案，通过情景分析评判 方案，并且贯穿整个系统的情景文件既是情景设计的记录者和蓝本，又是情景分析的源 泉和保存者。情景文件既满足情景设计和情景分析的需要，也满足系统内有关其它功能 模块的需要，随时提供必要的服务情景文件是该决策支持系统的中枢神经，他为系统 的组织、运行、功能实现提供联系和信息传递与交换。 东北大学硕士学位论文第二章国家酸沉降控制决策支持系统简介 2 2 系统结构及分析 2 2 1 系统结构 该系统设计采用从粗到细，从上到下的积木式设计方法，按模块化设计为原则，采 用层层分解逐步精细，最终实现编程【嘲。系统结构采用菜单方式组织、联系各功能模块， 保持各功能模块的独立性和完整性，采用快捷键或工具栏( 工具条) 提供常用功能的 操作，采用窗口显示地图、操作地图，输入输出采用窗口完成。系统结构见图2 1 。 东北大学硕士学位论文 第二章国家酸沉降控制决策支持系统简介 1 2 翌潭姆螺瞵聿似糕磊鞘数蟪甜怅皿in匝 东北大学硕士学位论文第二章国家酸沉降控制决策支持系统简介 2 2 2 系统功能概述 情景文件管理情景文件，包括创建、打开、保存、输出、记录、退出等功能。 情景文件的更换影响数据库管理、情景设计和情景分析，对地图部分 也有部分影响。 数据库管理系统使用的各类数据库，包括污染源数据库，控制措施数据库， 影响系数数据库，i 临界负荷数据库，酸沉降监测数据库。 地图管理地理底图和专题地图，实现地图编辑( 更改、属性) 、地图显示、 属性查询、专题地图管理、地图输出等功能。该模块接收情景文件中 有关地图部分和专题地图的信息，接收情景分析中生成的专题地图信 息，保证专题要素与地图的同步与协调。 情景设计实现国家酸沉降控制方案的设计。该模块通过对污染源采取一种或多 种控制，由设计计算模块形成该情景设计的污染源数据，为情景分析 提供基础数据。情景设计包括已有污染源的设计和增加减少污染源的 设计。 情景分析完成国家酸沉降控制方案的预测、分析与评判。该模块通过统计分析、 达标分析和预测分析，对情景设计形成的方案，做出详细的分析，得 到决策有用的信息，从而为方案选择提供技术支持。 帮助一一提供本系统介绍、使用操作等方面的帮助。该模块采用通用的 w m d o w s h e l p 方法实现。包括索引主题，使用和关于等内容。 2 2 3 系统分析 国家酸沉降控制决策支持系统通过创建新的情景文件或打开已有情景文件获得不 同水平年的基准数据库，从而设置系统当前的污染源数据库；同时，情景文件记录或初 始化系统情景设计的方案、情景分析生成的结果和地图的当前状态。通过情景设计将污 染源与控制措施发生关联，从而形成酸沉降控制的决策方案，决策方案通过情景计算生 成可以进行情景分析的当前情景设计下的污染源源强数据库，情景分析可以实现源强的 统计分析和达标分析，结合影响系数数据库由酸沉降模型预测区域的酸沉降量，根据酸 沉降临界负荷数据库提供的评判标准对现状和预测得到的酸沉降量进行评价，情景分析 也对现状监测数据进行统计、评价【1 5 】。情景分析得到的各种结果按照报表、统计图和专 1 3 东北大学硕士学位论文第二章国家酸沉降控制决篡支持系统简介 题地图的方式表达，结果可以保存为系统统一定义的数据文件，也可以打印输出。情景 分析得到的部分成果与地理底图结合可以生成点、线、面三种专题地图，专题地图通过 地图管理模块实现地图编辑、地图显示、坐标跟踪、属性查询等功能。系统信息流程见 图2 2 。 东北大学硕士学位论文 第三章系统情景设计计算方法探讨 - 1 5 - 巫誊辎淫7：文蒌寒叠芈螺峨nn翌 东北大学硕士学位论文第三章系统情景设计计算方法探讨 第三章系统情景设计计算方法探讨 情景设计计算是根据污染源数据和控制数据相互作用关系建立的计算模型实现的。 完成当前情景设计下的污染物排放情况的计算，为情景分析提供基础数据。因此，该部 分是本课题研究的主要内容之一，也是国家酸沉降控制决策支持系统的核心计算部分。 3 1 我国酸沉降控制对象 酸雨的控制实际上是对致酸污染物的控制。从我国酸沉降和致酸物质排放特征分 析，中国酸雨是硫酸型的，硫氧化物是主要的致酸物质。所以说，现阶段我国酸沉降重 点控制对象应是s 0 2 。其具体理由如下： ( 1 ) 实际上酸沉降控制都是从s 0 2 排放量的控制入手的。 ( 2 ) 从我国降水化学组成成份分析结果看，雨水中s 0 4 2 n 0 3 之比约为6 ，这说明我 国的酸沉降是硫酸型的 ( 3 ) 由于我国实行以煤为主的能源政策，伴随煤的燃烧和利用过程的s 0 2 排放量大、 地域分布广；而n o x 和其他污染物不仅排放置小，而且排放平均高度低、排放 面积小。 ( 4 ) 跟氮沉降比，硫沉降对生态环境的危害大。首先从提供矿的能力看，硫酸比等 摩尔的硝酸大一倍：其次，氮是植物生长的必要营养物质，过量氮输入才会对生 态系统造成不利的影响，而植物对硫的需求量很小，而硫的沉降量又相对大，容 易在环境中积累对水生生态、陆地生态和土壤产生不利影响。 ( 5 ) 从我国城市大气污染现状分析，s 0 2 也应该是主要控制对象。以2 0 0 1 年为例，全 n - 氧化硫年均浓度未达到国家二级标准的城市占统计城市的1 9 4 。其中超过 国家空气质量三级标准的城市占统计城市的9 7 。它要比其它污染物的年日均 浓度都要高。 ( 6 ) 与n o x 相比，s 0 2 排放控制技术经济可行性好，环境效益大。我国人为排放的 s 0 2 、n o x 和烟尘主要来自煤的燃烧目前国内外对s c h 的控制技术已开展研究 多年，技术比较成熟。而n o x 的控制技术研究才刚刚开始。从环境效益分析， 东北大学硕士学位论文 第三章系统情景设计计算方法探讨 硫沉降对生态的影响较氮影响大，在等量削减下，削减s 0 2 所产生的效益则也大。 ( 7 ) 从计算研究方法上看，对s 0 2 排放量的计算也相对容易操作，相关计算参数也易 于找到。 以上综合分析表明，目前和今后相当长的时期内我国酸沉降控制的主要对象是s 0 2 。 所以说，本课题无论建立计算模型还是评估分析主要以控制二氧化硫为主。 3 2 情景设计计算的数据准备 酸雨重点控制区和重点控制污染源及致酸物质减排控制技术是本课题情景计算模 型中计算参数选取的重要来源背景，也是情景设计的设计对象。弄清酸雨重点控制区和 重点控制污染源的污染情况，是研究分析致酸物质减排控制技术的前提和基础。反过来 讲，分析致酸物质减排技术的最终目的又是为污染源( 点源和面源) 控制服务的。而我 们的情景设计、计算和评估分析就是建立在其二者关联基础之上的。 从全国酸沉降污染情况看，造成我国酸污染的主要来源就是年二氧化硫排放量大于 5 0 0 0 吨、排放高度大于1 0 0 米的火电站污染源( 通常我们称之为高架源或点源) 。这些 污染源不仅s 0 2 排放量大，对本地区造成污染，且由于它们的排放高度较高，通过硫输 送还能污染及别的地区和城市。有关研究报道：大气污染高架源的排放限量一般可与排 放抬升高度的平方成正比，烟气抬升至1 0 0 米高处的烟囱排出的s 0 2 可比5 0 米高的多4 倍。 其次就是国务院批准划定的酸雨控制区、二氧化硫控制区和非酸雨控制区对酸雨控制区 的硫沉降贡献较大的地区( 我们称之为低架源或面源) 。为此，根据本研究实际计算需 要，建立了火电源数据库和面源数据库。其数据库结构如表3 1 和表3 2 所示： 表3 1 火电厂点源数据库结构表( y i i ) 序号字段标题字段名类型长度小数点单位 l厂名y 1 1c m s t r i n g 2 0 2系统编号y 1 l 砒b h s t r i n g 4 3地理坐标( 经) y hz b j s i n g l e 84 度 4地理坐标( 纬)lz b w s i n g l e 84度 - 5行政区域名称( 县级)v hq y m c s t r i n g 2 0 6行政区域代码( 县级)y hq y d m s t r i n g 6 东北大学硕士学位论文第三章系统情景设计计算方法探讨 7 投资规模 y h 拓唱mc u r r e n c y 1 22万元 8职工人数y hz s r s l o n g 6 人 9产值y hc z c u r r e n c y 1 22万元 1 0 利润y hl r c m r e n c y 1 24万元 l l税收is c c u r r e n c y 1 24万元 1 2 年生产天数 y hn s c t ss h e r t3 天 1 3 建成投产时间 y ht c s jd a t e8 1 4 是否位于两控区 y h j k q b ol0 1 5装机容量 砌f l d o u b l e72m w 1 6 年发电量 y hn f d ld o u b l e1 2 31 0 4 * k w h a 1 7烟囱高度 y h y c g ds i n g l e 62m 1 8 出口直径 y h c k z js i n g l e 4 2m 1 9 出口流速 y l lc k l s s i n g l e 52m s 2 0 烟气温度 y h _ y q w ds i n g l e 62。c 2 1年均烟气量y hn y q l d o u b l e821 0 * n m 3 2 2年燃煤量y l ln l n ld o u b l e1 0 2t ，a 2 3燃煤热值y hm n d o u b i e82 r d k g 2 4 燃煤含硫率y hm l s i n g l e 52 2 5燃煤单价y hm d j c u r r e n c y 82 元，r 2 6 年燃油量 y h _ n y l d o u b l e1 021 l a 2 7 燃油热值y hy r zd o u b l e82 k j k g 2 8 燃油含硫率 矾l 了ls i n g l e 52 2 9燃油单价 u d jc u r r e n c y 82 元厂r 3 0 年天然气量y hn t ld o u b l el o 21 0 * n m 3 a 3 l天然气热值lt r z d o u b l e82k j n m 3 3 2 天然气含硫率y hu s i n g l e 52 3 3天然气单价 y h _ t d j c u r r e n c y82元，n m 3 3 4 烟尘年均发生量y i lc f ld o u b l e8 2己a - 1 8 - 查些查兰堡主兰焦丝查 苎三主墨丝堕量堡盐茎苎查查堡苎 3 5烟尘年均排放萤 y hc p ld o u b l e82t ，a 3 6烟尘年均排放浓度 y h _ c p n e ) o u b l e82 m g n m 。 3 7烟尘处理设施年运行费用 y hc f s c u r r e n c y 62万元 3 8烟尘处理设施 y hc sm e m o1 00 3 9烟尘处理设施投资 y hc s z c u r r e n c y 82 万元 4 0烟尘处理设施效率 y hc 3 x s i n g l e 52 4 1烟尘执行排放标准 t h c p b d o u b l e82 m g n m 3 4 2烟尘允许排放强度 y he p qd o u b l e82t a 4 3当前设计下烟尘排放量 d c p l d o u b l e82t ，a 4 4当前设计下烟尘捧放浓度 y h _ d c p n d o u b l e82 m g n m