（环境科学专业论文）东莞市大气环境污染来源分析与模拟研究.pdf

北京化工大学硕士学位论文 地位，本地源贡献率分别为8 0 8 ，7 7 ，8 5 8 。 ( 2 ) 从行业上来看，对于s 0 2 污染，其他行业( o ，i h e r ，包括餐饮业、 食品加工业等行业) 对东莞s 0 2 贡献最大；对于n 0 2 污染，流动源( m o b i l ) 为最大贡献源；对于p m l o ，无组织排放为最主要来源。 ( 3 ) 通过实施有针对性的大气污染控制措施，必将改善东莞市的空气 质量，获得经济、社会和环境三方面的效益。 关键词：东莞市，大气污染，污染源，c 0 蛆t u f f ，模拟 i l a b s t r a ( ：r s t u d yo na i m o s p h e cp o l l u t i o ns o u r c e a n a iy s i sa n ds i m u l a t i o no f d o n g g u a nc i t y a b s t r a c t r p o l l u t i o n c 0 t m li sam u l t i v a r i a b l e ，m u l t i - o b j e c t i v e ，m u l e v e l c o m p l e xs y s t e m s n e e df o ra m p r e h e n s i v e ，i n t e e l a t e d ，t h ev i e w p o i n to f d e v e l o p m e n to f t h i s s y s t e mo fq u a n t i t a t i v e r e s e a r c ht oi d e n t i f ye f ! e c t i v e 9 0 v e m a i l c ep r o g r a m m e s d o n g g i l a i lc i t y ，d e v e l o p e di n d u s t r i a l i z e dm a k e sd i s t r i b u t i o no faw i d e r a n g eo fs o u r c e sa n dc o m p l e xp o l l u t i o ne m i s s i o n s t h u si t r e s u l t si nav a r i e t y o f h i 曲c o n c e n t r a t i o n so fa i rp o l l u t a n t st i l e r c e s p e c i a l l yb e c a u s eo fd o n g g i l a l l c i t yi s i l lt l l ep e a r lr i v e rd e l t ab e 船e e no ft h et 、) l r o m e g a c i t i e sw h i c hi s g u a n g z h o ua n ds h e n z l l e n i nt h i sa r e a ，t h ed i s t a n c ei ss m a ub e 研e e nu r b 锄 a n dm r a la r e a sa n di th a si n t e 卜d t yi n t e r a c t i o no fp o l l u t i o n t h ea t m o s p h e r ei s n o t0 n l yo ne n v i r o n m e n t a li s s u e sr e l a t e dt ol o c a la i rq u a l i t yi m p r o v e m e n tb u t a l s oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft l l ep e a r lr i v e rd e l t ar e 西o n f i r s to fa l l ，t h i sa r t i c l ea n a l y s i ca t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n ts t a t l l sa n dt r e n d o fd 呻g g u 锄， t h e n s t l l d y t h ec h a r a c t e r i s t i c so fi t ss o u r c c so f p o l l u t i o n e m i s s i o n s n e x tt h i sa n i d eu s ec ￥岫u f fa t m o s p h e r i cs i m u l a t i o ns y s t e m st o s t u d ya i rp o l l u t a n t ss o u r c ei nd o n g g u a nc i t y b a s e do na na n a l y s i so fr e s u l t s u l 北京化工大学硕士学位论文 o fc i t ya i l dl o c a ls o u r c e so fa i r q u a l i t ys o u r c eo ft h ec o n t 抽u t i o nt ot h e e n v i r o n m e n ta n dt h ec o n c e n t r a t i o no fa i rp o l l u t a n t sc o n t r i b u t i o nr a t e ，t h e a r t i c l e a n a l y s i c t h em a i ns o u r c e so f p o l l u t i o n c o n t 咖u t i o na n di t s c h a r a c t e r i s t i c si n d o n g g u a nc i t y f i n a l l y ，t h i sa n i c l eg e t st h ea 咖a la i r p o 儿u t i o nc o n t r o lm e a s u r e so fd o n g g u a nc i t y b y c o n t r a s tw i t ht h em e a s u r e dd a t a ，、) l ，ef o u n dt h a ts i m u l a t i o nr e s u l t sa n d m e a s u r e dr e s u l t sh a v et h es a m et r e n dl i n e t h ea 1 1 a l o gm e l h o di sf e a s i b l e w b h a v et h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) f 0 rs 0 2 ，n 0 2 ，p m l o ，l o c a ls o u r c e sc o n t r i b u t et ot h em a i ns t a c u s ，t h e l o c a ls o u r c ec o n t r i b u t i o nr a t e sa r e8 0 8 7 7 a n d8 5 8 ( 2 ) b yi n d u s t 0 t h e ri n d u s t r i e s ( o t h e ri n c l u d i n gr e s t a u r a i l t s ，f o o d p r o c e s s i n gi n d u s t r ya n do t h e rs e c t o r s ) m a k et h el a f g e s tc o n t r i b u t i o nt os 0 2 ； m o b i l e s o u r c e ( m o b i l e ) m a k et h c l a 唱e s t c o n t r i b u t i o nt o n 0 2 ；n o o 培a n i z a t i o l ne m i s s i o n sm a k et h el a 曙e s tc o n t r i b u t i o nt op m l o ( 3 )n r o u g h t h e i m p l e m e n t a t i o n o ft a r g e t e da i r p o l l u t i o n c o n t r o l m e a s u r e s ，d o n g g u a nw i l li m p r o v et h ea i rq u a l i t y ，a c c e s st oe c o n o i i l i c ，s o c i a l a n de n v i r o n m e n t a la s p e c t so ft h eb e n e f i t s k e yw o i m s ：d o n g g u 柚，a i rp o l l u t i o n ，p o l l u t i o n s o u r c e s ，c a ip u f f ， s i m u l a t i o n 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者妣 虱垒 日期 关于论文使用授权的说明 掰 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在卫年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 日期： 日期： 溯学6 2 - 第一章前言 1 1课题研究背景 第一章前言 东莞市在珠江三角洲乃至广东省经济社会发展中具有十分重要的地位，同时 也是珠江三角洲及广东省大气环境问题最为突出、污染负荷最重的区域之一。高 速的经济发展及快速的城市化引发了许多环境问题，并已成为制约其社会经济进 一步发展的主要因素。 珠江三角洲是典型的城市群区域，区域性大气复合性污染特征日益突出，表现 为某些时段s 0 2 浓度严重超标、酸雨频率居高不下、臭氧的浓度高值时有出驯“。 较高浓度的n 0 x 、s 0 2 、颗粒物不仅使空气质量下降，且引发光化学烟雾i 驯及酸化 大气环境【4 捌。为有效控制城市的大气污染问题，弄清污染的来源特征是十分必要的， 其中包括当地的污染源和区域的污染源【6 】。特别是由于东莞市位于珠江三角洲中两 个特大城市广州和深圳之间，且在此区域中，城市间的距离极小，城乡分离带已 基本消失，城市问的污染相互影响，东莞市的大气环境问题的研究不仅关系到本 地空气质量的改善，也将对珠江三角洲区域空气质量的改善起到举足轻重的作用。 本研究针对珠江三角洲城市群效应显著、环境污染相互关联的特点刑用c a l p u f f 模拟系统r7 ，8 】进行“东莞市大气环境污染来源分析与模拟研究”。 1 2研究目的和意义 通过本次东莞市大气污染来源分析与模拟研究工作的进行，在对环境空气质 量、大气污染源排放及控制情况进行全面调查和对大气污染成因进行详细分析的 基础上，从社会、经济与大气环境相互作用的角度，弄清东莞市环境污染的内在 原因和外界因素，提出了符合东莞市自身特点的大气环境污染控制对策。因此， 本次研究工作能取得如下几个方面的意义： ( 1 ) 创造与环保模范城市相适应的大气环境质量，确保东莞市民呼吸到清新的 空气，同时为经济社会发展提供足够的空间和容量；与东莞的总体发展规划相协 调，以东莞市发展战略、空间布局和污染治理为契机，进一步优先发展高新产业， 从根本上解决结构性大气污染。 ( 2 ) 本研究提出倡导节约型社会、循环经济发展理念，鼓励清洁能源利用，突 出节能降耗、清洁生产过程的落实，以从根本上解决东莞市大气环境质量现状， 并实现环境空气质量高水平全面达标为目标，以主要障碍为突破口，开展节能降 北京化工大学硕士学位论文 污行动，推行清洁生产，将改善东莞市城市环境质量过程中的突出问题作为规划 对策的重点，提出具体解决方案和应对措旌。 ( 3 ) 在客观分析环境质量和污染控制现状的基础上，针对东莞市实际情况，因 地制宜，突出重点，增强可操作性。本研究提出了开展拆小建大、烟气净化、机 动车尾气治理、达标排放等系列行动。强化监控、严格执法，提出符合东莞市特 点的大气环境管理体系、加强监控体系及其能力建设要求。 m 实施过程中强调公众参与，便于对其实施过程进行监督和考核；强调区域 协调，齐抓共管，达到整体改善之目的。 1 3 研究技术路线 东莞市大气环境问题突出且复杂，其突出和复杂特征主要表现为多种污染物 浓度水平较高，污染来源不清，污染排放源结构复杂，大气环境问题日积月累， 需要解决的问题较多。鉴于此，本次研究必须突出重点，首先解决目前东莞市环 境空气中存在的主要的和急需解决的问题，将污染源调查和再清污染来源的主要 影响因素及其作用机制作为主要研究内容，然后再深入了解东莞市存在的潜在环 境空气污染问题，进行深化研究，提出符合东莞市自身特点的大气环境污染控制 对策。 本项研究遵循以现场调查为基础，以科学研究为先导，掌握东莞市大气污染 总体格局，弄清大气污染的形成机理和来源，优化大气污染控制对策，制定大气 污染控制行动计划，建立有效的环境管理和政策保障体系，并以大气污染控制规 划的形式将这些目标、行动、政策和管理制度规范化、法律化。 具体研究内容包括：大气环境质量现状及变化趋势分析、污染源排放特征研 究、大气污染来源分析及模拟研究、大气污染控制对策研究等内容。各部分研究 工作相互联系、有机结合，本项研究的技术路线如图1 1 所示。 2 第一章前言 图1 1 课题研究技术路线示意图 f j g 1 - lr e s c a r c ht e c h n 0 】o g yl i l l ed i a g m m 3 北京化工大学硕士学位论文 第二章大气污染物扩散模拟模式研究进展 2 1大气污染物扩散模拟模式概述 工业污染源的排污对大气环境质量有直接的影响，同时也直接影响了周围居民 的身体健康及生活。但由于高成本和相关实验的难度，对污染物浓度进行准确的动 态分时空监测不是十分可行1 9 】。因此大气污染物扩散模式被广泛地用来模拟预测污 染物的扩散分布情况，评估大气环境质量。 大气污染物扩散模式结合污染物浓度和气象资料定量分析污染物在大气中的 输送、扩散特征。最初，模式的研究理论核心是高斯扩散理论，应用范围是小尺度【1 0 】。 随着研究的逐渐深入和计算机的发展，开始利用计算机进行数值计算，突破了高斯 扩散理论均匀平稳湍流的限制，可以求解非均匀、非定常的污染物扩散问题，且模式 的适用范围向中尺度、大尺度扩展。目前，数值计算已经成为研究的主流方法，研究 范围也在逐步扩大i l l j 。 大气污染物扩散模式的应用受地形、气象、大气污染物的物理化学特征、污 染源特征等多种因素的制约，不同的扩散模式都有各自不同的考虑因素和适用范围， 选择恰当的扩散模式能较为准确地模拟污染物的扩散及分布，用于城市环境空气质 量预报。目前，已经有许多发展成熟的污染物扩散模式应用于不同尺度的污染物扩 散研究，其中不少模式经过验证都获得了较好的结果，国内的相关研究中尤其以高 斯类模式的应用最为广泛。 2 2 常用大气污染物扩散模拟模式介绍 2 2 1 基于高斯理论的大气污染扩散模拟模式应用研究 高斯模式是半经验型扩散模式，假定下风向的污染物浓度符合正态分布，是很 多实用模式发展的基础。基于高斯理论的大气污染物扩散模式被广泛应用于各种 尺度的研究区域，其中适用于中小尺度的有i s c ( h l d u s t r i a ls o u r c cc o m p l e xm o d e l ) 、 a e r m o d ( a m s e p ar e g l l l a t o r ym o d e l ) 、i s c s t ( i l l d u s t r i a ls o u f c cc o m p l e xs h o n t 色珊m o d e l ) 、a d m s ( a d v a n c e dd i s p e 碍i o nm o d e l i n gs y s t e m ) 、a d m s u r b a 等，应 用于大尺度的有c a ip u f f 等【1 2 l 。 l s c 是开发应用较早的模式，可模拟简单地形下的工业污染源，其主要优势在于 模式使用的相对简单性和预测结果的稳固性，气象数据的需求量相对较小；但该模 式不能提供大气边界层结构的改进知识和湍流扩散过程的结果性预测。a e r m o d 4 第二章大气污染物扩散模拟模式研究进展 和a d m s 是新发展的扩散模式，可以替代i s c 使用。d m s u r b 柚与a d m s 的运算法 则基本相同，专门应用于模拟城市中的大气污染物扩散。i s c s t 是i s c 的短期版本， 需要更详细的气象资料，用来模拟污染物一小时或几小时的平均浓度。 a e r m o d 和a d m s 相对于i s c 是新发展的扩散模式，不仅可以模拟平坦地形还 可以模拟复杂地形下的大气污染物浓度。陈军等【1 3 l 模拟了工业锅炉的大气污染物 扩散模式。徐伟嘉等【1 4 】应用a d m s u r b a i l 模拟广州市天河区机动车尾气排放的n o x 的扩散过程，并将模拟结果与实测值进行对比，结果显示，a d m s u r b a n 能很好地模 拟有风( 风速= 1 i n s ) 条件下n o ) ( 的扩散过程，但只能近似模拟静风( 风速 1 m s ) 条件 下的n o x 扩散过程。 韩国的mys | 1 5 l 和h v u ng o o 尉m 【1 6 】认为对复杂地形上污染物扩散进行研究 模拟的先决条件湿度局部湍流风场的准确预测，该研究是在湍流风场研究的基础 上进行的。研究复杂地形上湍流风场的方法主要有理论研究、试验方法和数值方 法。作为理论研究代表的线性理论由j a d 【s o n 提出，该理论用于二维地形上由于地 形起伏引起的流动扰动的研究。此后，m a s o n 将该理论进行扩展后，应用到了三维 的地形上；t a v l o r 等【1 7 】人在实际地形的应用中，通过引入修正值，也对线性理论作 了改进。此外，快速变形理论( r 叨也是使用较多的理论方法，该理论在二维山脊 上风场的研究中得到应用。但是，理论模型的根本假设，限制了理论方法在实际 应用中的使用范围1 1 8 j 。 i s c s t 3 在应用中较为流行，最适合评估工业区对周围大气环境的影响，也是评 价大气污染物地面浓度最常用的模式。李林等【1 9 】应用i s c s l 3 模拟北京市八城区内 大气污染物浓度的时空分布，分析其浓度分布特征及行业分担率，评价能源消耗对 未来北京市空气质量的影响，陈长和等j 通过分析了兰州大气污染物的浓度分布， 提出了相应的治理方案。b o w e n 掣2 l j 人对早期二维地形上的风洞试验进行了汇总。 c a i p u f f 可模拟气体污染物的大范围输送，与同类型模式l s c 3 相比，由于它采 用多点时空变化的逐时气象场，模拟结果更接近实际大气扩散真实的扩散情况。徐 祥德等f 2 2 】应用c a l p u f f 分析预测了我国位于人口稠密区的污染源排放的极细颗 粒和s 0 2 对周围大气环境的影响。此外，c a l j p u f f 也能评估二次污染颗粒的浓度， 这是其他以高斯理论为基础的模式所不具备的。宋宇等【捌利用c a l p u f f 分析了 石景山工业区p m l o 污染对北京市的影响范围和大小。孟伟等【2 4 l 利用c a l p u f f 对 北京及周边大气污染进行了数值模拟。用于非定常流动的大涡模拟，也逐渐地应 用到具有实际工程意义的研究中。在计算二维和三维地形上风场时，双方程湍流模 型、代数应力模型和混合长湍流闭合模型都得到了应用瞄j 。 综上所述，以高斯模式为基础的扩散模式多数只适用于模拟中小尺度范围的 大气扩散。这是因为以高斯模式为基础的改进模式一般是稳定态的扩散模式，假定 大气在整个模拟区域都是均衡的，传输和扩散条件长期不变，所以不适合模拟大范 北京化工大学硕士学位论文 围的污染扩散。高斯模式在大多数气象条件下模拟效果都较合理1 2 6 l ，是模拟污染物 扩散的经典方法。但也有其局限性：高斯烟流模式假定污染物从污染源排放出 来后立即以直线轨迹输送，没有考虑风速仅有1 m s 或更低的情况，故当研究区域距 离污染源较远时局限性会很明显；高斯烟流模式不适用于低风条件，由于模拟浓 度风速成反比，当风速很低( 0 1 m s ) 时模拟的浓度值会很高；模式假定直线传输 轨迹，没有考虑受地形影响的风的转向和上升，因此在适中地形区域及稳定状态下， 这类模式对地形影响的评价会普遍偏高；高斯烟流模式假定大气在整个模拟区 域都是均衡的，传输和扩散条件长期不变，实际上真正的大气均衡情况很少发生。但 值得注意的是a e r m o d 是例外。 2 2 2 基于拉格朗日方法的大气污染扩散模拟模式应用研究 拉格朗日方法是用跟随流体移动的粒子来描述污染物浓度及其变化。它是一 种描述污染物分布的自然方式。在基于拉格朗日方法的大气污染物扩散模式中，适 用于中小尺度的有l s ( l a g r a n 西a ns t o c h a s t i cm o d e l ) 、t a p m ( t h ea i rp o l l u t i o m o d e l ) 、i j p m ( l a g r a n 舀a np a n i c l e m o d c l ) 、l p d m ( l 丑伊a n 舀蛐p a n i c l ed i 印e r s i o n m o d e l ) 等，适用于大尺度的有l a d m g r 锄百柚a n l l o s p h e r i cd i s p e r s i o n m o d e l ) 。其 中，l s 是模拟大气边界层中不均匀湍流的污染物扩散的有用工具。l p m 可以模拟低 风条件下的污染物扩散，应用于研究大气边界层的湍流扩散问题。 t a p m 中应用了多种水平的网格嵌套，模拟污染源附近地区的大气扩散。另外， t a p m 对气象数据的要求较低，无论在是否有风的数据的情况下该模式都是可用的， 如l u h a r 等田】利用t a p m 对i n d i 柚a p o l i s 和尉n c a i d 地区点源烟气的扩散情况进行 评估，发现在有风的观测数据时t a p m 的预测值更好一些，但在没有同类数据的情况 下预测结果也不错。 l p d m 用来评价大气扩散的平均浓度效果最好，并且适用于复杂地形或热对流 产生的复杂流动扩散的情况。该模式的优势在于能详细描述重点污染源附近地区 大气污染物的运动【冽：但是l p d m 还没有解决高次的化学反应。程雪玲等【冽应用 l p d m 评价了高架点源污染物扩散的平均浓度，认为用该模式可以较好地模拟大气 边界层内复杂气候条件下的羽流扩散。 美国能源部主持的复杂地形的大气扩散研究计划( a s c 仃r ) ，研究了复杂地形 上大气输送和扩散的基本物理过程及评价空气质量的技术和方法，美国环保局主 持的复杂模式发展计划( c t m 0 ) 研究了高架源排出污染物在复杂地形上的输送、扩 散和形成的空气污染问题，以及美国电力研究所主持的烟流模式验证与发展计划 ( p m v & d ) ，通过大量现场观测试验检验和改进现有的烟流扩散模式。美国加州区 域大气科学部门的r o b e nl k e 等【3 0 1 人曾经致力于建立基于有限元基础之上的数 6 第二章大气污染物扩散模拟模式研究进展 学模型，并且模拟了复杂地形下的三维大气边界层流动。 u m m 能精确模拟点源附近烟气的输送扩散，由于其模拟结果的实用性，该模 式被广泛使用。l a d m 也能很好地模拟光化学特征，如h u r l e y 等i 孔j 应用队d m 对 澳大利亚新南威尔士州的大城市及工业区的光化学烟雾和极细颗粒进行了研究。 国内王卫国【3 2 】等人进行的深圳地区海岸复杂地形下大气输送与扩散的模拟，兰州 大学的张武，冯广泓f 3 3 】等利用实地测量的方法对复杂地形上的大气扩散规律进行 了比较研究。姚仁太【卅等利用风洞来建筑物布局的改变和风向的变化对污染物扩 散的影响。由于城市建筑物向高层、密集化方向发展。在城市街道中或产生“城市 急流”或产生“气流死区”，由此带来了一系列的风环境问题，主要有街道通风散热、 风扰( p a d e s t r a i nw i n d n u i s a n 嘲和汽车排放物扩散( e m i s s i o nd i s p e r s i o n ) 。街道峡谷内 涡旋流场是非常普通而重要的流动现象，对街道风环境有十分重要的影响作用【3 5 j 。 综上所述，以拉格朗日方法为基础的扩散模式多数适合模拟几十公里到几百公 里区域的污染扩散，是高级的扩散模式，与稳定态扩散模式最大的不同在于对气象 数据的需求不同，稳定态扩散模式需要单点气象数据，而高级扩散模式需要的是三 维随时间变化的气象数据。拉格朗日方法能正确描述湍流扩散过程，因此基于拉格 朗日方法的扩散模式得到较为广泛的应用。然而，由于拉格朗日函数方程的复杂性， 使得拉格朗日分析大多仅限于描述平稳和均匀湍流条件下的扩散问题，而且拉格朗 日方法不能直接用来解决涉及非线性化学反应的问题。然而，拉格朗日方法的数学 处理比欧拉方法容易，不存在闭合问题。 2 2 j 基于欧拉方法的大气污染扩散模拟模式应用研究 欧拉方法是相对于固定坐标系描述污染物的输送与扩散，用欧拉流体速度的统 计特征来表述浓度统计量。应用欧拉方法处理扩散问题一般基于梯度输送理论f k 理论) 。欧拉方法的大气污染物扩散模式中，适用于中小尺度的有e r m m ( e u l e r i a n i n e n t f a c e rd j s p e r s i o nm o d e l ) 等，适用于大尺度的有a d p i c ( a t m o s p h e r j cd j f f u s i o n p a n i c l ei nc e l l ) 、r e m s a d ( r e 百o a lm o d e l i n gs y s t e mf o ra e r o s o l s a i l dd e p o s i t i o n ) 、 m o d e l s 一3 c m a q ( m o d e l s 3c o m m u n i t ym u 】l i s c a l ea i tq u a l i t ym o d e l ) 和 m a l h ( m u l t j s c a l e a t m o s p h 酣c i r a n s p o n 柚dc h 锄i s t r y m o d e 】) 等。其中，e r r d m 是将一种真实的水平扩散方法用在坐标系统中，该模式可以与其他改进的气象模式 相结合，也可以在有适当风场和垂直扩散率数据的条件下作为一种独立的模式应用 p 6 j 。a d p i c 通常用来模拟复杂地形下惰性气体、放射性气体及颗粒物的浓度。相 对而言，r e m s a d 、m o d e l s 一3 c m a q 和m a t c h 更广泛地应用于大尺度区域的污染 扩散研究。 r e m s a d 具有嵌套栅格的能力，用来模拟大区域污染物的长期浓度。b a r n a 7 北京化工大学硕士学位论文 等【37 】用r e m s a d 模拟以德克萨斯州为近似中心包括美国和墨西哥北部大部分区域 的硫酸盐形成和输送。法国的s i n i 等闭1 3 9 】对街道峡谷中污染气体扩散进行了二维数 值模拟，研究了街道两侧建筑物等高时，不同比例街道峡谷和热浮升力对峡谷流场 以及污染气体分布的影响。) 【i aj i y 卸g 等【蚰】【4 1 】【4 2 】分析了峡谷内建筑物结构对污染气 体扩散的影响。他们采用修正的拉格朗日颗粒模型，计算了污染气体质量浓度分布， 与风洞实验有很好的一致性；并对街道峡谷内气流速度、建筑物高度、街道宽度之 间的关系进行了研究。 m o d e l s 3 c m a q 能将复杂的空气污染情况，如对流层的臭氧、p m 、毒化物、 酸沉降及能见度等问题综合处理，而不是仅仅只考虑一种污染。其特点是多层次网 格，能模拟不同尺度的大气污染物扩散。安兴琴等【4 3 】针对兰州市冬季采暖期污染严 重的特点，应用m o d e l s 3 c m a 0 对兰州市污染物扩散进行了模拟。康娜等【“l 应用 m o d e l s 3 模拟计算了山西大气排放物中p m l o 对北京的污染贡献。m o d e l s 3 c m a q 的主要缺陷是改进的模拟运算法的运算比其他模式的运算更昂贵。h o n gh u a n g 等 【4 5 】和、r e n e t s a n o s 掣4 6 1 对汽车尾气在街道峡谷中的分布作了分析。王嘉松等【明对带 高架的街道峡谷内湍流场和污染气体质量浓度场进行了数值模拟。同济大学的周 洪昌【拈】【4 9 】等在1 ：2 5 0 的风洞模型上，测量街道峡谷的平均流速、湍流度等参数， 分析了街道峡谷内的湍流流动状态探讨了屋顶来流风在街道峡谷内产生复杂流 场的主要特征，并用三维湍流模型对风洞试验模型进行了数值计算，试提供了基 础。 在模拟较大尺度区域的扩散问题时欧拉方法占有一定的位置。由于它易于加 入源变化、化学变化和其他迁移清除过程，故适合处理较大尺度区域的大气输送和 扩散问题。欧拉方法可以有效地预测污染物浓度，但是运用欧拉方法的主要困难是 运算过程中的闭合问题。数值扩散是欧拉方法的另一个局限性。欧拉方法也有其 优越性，欧拉统计量易于测量，所以欧拉方法的统计量表达公式很有用，此类表达公 式还可直接应用于发生化学反应的情形。欧拉方法能通过合并二次和高次化学动 力等式描述光化学烟雾的产生。 模拟点源污染物扩散的拉格朗日方法和欧拉方法都是新发展的高级扩散模式。 迄今已经有不少研究对两者进行了比较。n g u y i 玳等1 5 0 j 在复杂地形和非稳定流体 条件下应用。d m 和c a l g r i d 模拟高架点源污染物扩散情况后发现：拉格朗日方 法能描述对流水平上烟气扩散的短期行为，雨欧拉方法不能精确地描述短期扩散： 拉格朗日方法的预测结果与观测值有很好的一致性，而在这种极端条件下欧拉方法 却不适用。尽管如此，对于研究三维流体中的复杂化学过程欧拉方法仍然是目前晟 普遍使用的方法。q u e r z o l 【5 1 】在研究中提出，历史上大气边界层的实验数据都是 由欧拉方法提供，因此理论研究也主要基于欧拉方法，因为它是比较理论预测值和 实验数据的唯一方法。然而，在不稳定边界层中污染物浓度的分布不符合高斯特征， 8 第二章大气污染物扩散模拟模式研究进展 欧拉数值模式对污染物扩散的预测不是很准确；而拉格朗日方法能自然地描述污染 物扩散过程，与欧拉模式相比，污染源附近地区浓度的预测值精确度更高，但在实际 应用中其局限性在于速度湍流场和拉格朗日时间尺度是必需的输入参数。 9 北京化工大学硕士学位论文 第三章东莞市大气环境现状及变化趋势分析 3 1东莞市环境空气质量变化趋势分析 3 1 1 东莞市环境空气质量总体变化趋势 3 1 1 1 可吸入颗粒物( p m l o ) 2 0 0 1 年2 0 0 5 年东莞市可吸入颗粒物( p m l o ) 的浓度变化如图3 1 所示。可 以看出，近几年东莞市环境空气的p m l o 浓度呈明显逐渐降低趋势，从2 0 0 2 年开 始达到了国家二级标准( 0 1m g m 3 ) ，实现了质的突破。2 0 q 5 年p m l o 浓度为0 0 8 2 m g ，m 3 ，与2 0 0 4 年持平。就目前情况看，与国家一级标准( 0 0 4m m 3 ) 还有一定 的差距。 0 1 2 强n 0 8 g 瑙o 0 4 蒜 o 0 1 0 2 一 0 嘲 “ 0 6 0 0 8 2 0 0 8 2 一可吸入颗粒物 国家二级标准 国家一级标选 2 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 年 图3 - l 东莞市2 0 0 l 2 0 0 5 年p m l o 的浓度变化 f 培3 - l2 0 0 1 2 0 0 5c h 锄g e si nl b ec o n c e n t r a i i o n0 fp m l oo fd o n g g 柚c i t y 3 1 1 2 二氧化硫( s 0 2 ) 从2 0 0 1 2 0 0 5 年东莞市环境空气中s 0 2 浓度均达到国家二级标准( 0 0 6 m m 3 ) ，但尚未达到国家一级标准( o 0 2m g o ) 。具体变化情况如图3 2 所示。 可以看出，东莞市环境空气中s 0 2 浓度在这几年波动很大，没有明显规律而言。 2 0 0 2 年，s 0 2 浓度为o 0 6m g m 3 ，达到了国家二级标准的极限值。 l o 第三章东莞市大气环境现状及变化趋势分析 o 0 8 0 0 6 o 0 4 o 0 2 0 - 之、 0 0 n 8 伽b 9 一二氧化硫国家二级标准 耳家一级标准 2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 矩 图3 - 2 东莞市2 0 0 1 2 0 0 5 年s 0 2 的浓度变化 n 昏3 也2 0 0 1 2 0 0 5c h a i 姆略i nt h ec o n c e n t i a o no fs 0 2o fd o n g g i l 柚c i t y 3 1 1 3 二氧化氮( n 0 2 ) 东莞市2 0 0 1 2 0 0 5 年环境空气中二氧化氮( n 0 2 ) 浓度变化见图3 3 。可以看 出，近几年东莞市环境空气中二氧化氮( n 0 2 ) 浓度均达到国家二级标准( 0 0 8 m g ，m 3 ) ，在2 0 0 1 年n 0 2 还达到国家一级标准( o 0 4m g m 3 ) 。从2 0 0 2 年2 0 0 5 年 环境空气中n 0 2 浓度总体呈下降趋势，但是均高于2 0 0 1 年的n 0 2 浓度( o 0 3 m m 3 ) 。因此，还应加大对环境中n 0 2 的控制力度，使其浓度平稳下降。 客 3 趟 疑 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 o 一，石竺竺竺 ， 0 一- 一二氧化氮国家二级标准 一国家一级标准 2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 芷 图3 3 东莞市2 0 0 1 2 0 0 5 年n 0 2 的浓度变化 n g 3 32 0 0 1 2 0 0 5c h 加g e si i h ec o n c e n 仃a t i o no f n 0 2o f d o n g g i l a nc i l y 3 1 2 各类功能区环境空气质量变化趋势 东莞市各监测子站建立伊始，是综合考虑环境功能区设置的，不同的点位代 表了不同的功能区环境状况。按照环境监测技术规范要求，在东莞市区设置 罨v巡蜒 北京化工大学硕士学位论文 了用于检测大气二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物的3 个监测点，分别为蚝岗 小学、莞城二水厂和实验小学。其中蚝岗小学子站代表工业区，属三类区，执行 国家三级标准。其它子站则执行国家二级标准( 详细情况见表3 1 ) 。为了了解东 莞市不同功能区环境质量的变化状况，对代表不同功能区的监测子站的多年监测 结果进行统计分析，以揭示其变化趋势和特点。 表3 1 东莞市大气监测点基本情况表 t a b l e3 - la t 咖s p h e r i c 1 0 n i t o r i n gb a s i cp o i n t so fd o n g g u 明c i 哆 图3 - 4 显示了由蚝岗小学子站监测结果统计的各项污染物年均浓度的逐年变 化趋势变化情况。如图所示，蚝岗小学从2 0 0 2 2 0 0 5 年环境空气中的p m l o 、s 0 2 和n 0 2 都呈现了逐年降低的特点，尤以s 0 2 和n 0 2 浓度逐年降低趋势显著。这一 结果表明，由于东莞市政府加大力度调整城市布局和对工业污染源控制措施的有 力执行，使得特定工业区的环境空气质量得到了明显改善。 0 1 2 o 0 1 鼍o 0 8 昌o 0 6 冀：篇 o 图3 - 42 0 0 2 之0 0 5 年蚝岗小学环境空气污染物的浓度变化 f i 晷3 - 42 0 0 2 2 0 0 5m a o g a n gp r i m a f ys c b o o ic h 如g e so fa i rp o l l u t 柚t sc o n c c n t r a 廿蚰 2 0 0 2 以0 0 5 年混合区子站试验中学环境空气的污染物变化情况如图3 5 所示。 总体来看，试验中学环境空气的污染物浓度从2 0 0 2 年到2 0 0 5 年逐渐降低，其中 也以二氧化硫和二氧化氮浓度降低幅度较大。 第三章东莞市大气环境现状及变化趋势分析 念 暑 j 趟 妊 图3 52 0 0 2 以0 0 5 年试验中学环境空气污染物的浓度变化 n 昏3 52 0 0 2 以0 0 5s b i y 柚皿m a r ys c h o o lc h 柚g e so fa i rp o n u t a n t sc o n c e i r a o n 东莞二水厂对照点环境空气污染物从2 0 0 2 2 0 0 5 年浓度变化如图3 6 所示。可 以看出，东莞二水厂环境空气污染物从2 0 0 2 之0 0 5 年浓度逐渐降低，同样也是二 氧化硫和二氧化氮降低幅度较大。总体来看，对照点东莞二水厂环境空气中的可 吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮浓度均低于工业区代表点位蚝岗小学，但高于 混合区代表点位实验中学的。 矗 吕 哥 吕 v 隧 爱 2 0 0 5 年代 图3 62 0 0 2 2 0 0 5 年莞城二水厂环境空气污染物的浓度变化 f i g 3 - 62 0 0 2 以0 0 5d 帅g g u 吼c o n dw a i e 刑o r k sc h a n g c s0 fa i rp 0 u t a n t sc o n c e n t r a t i 佃 3 2大气污染现状特征分析 3 2 1 污染的季节变化规律 东莞市各项大气污染物的污染状况均表现出随季节发生变化的特征，即在不 同的季节环境空气中各项污染物的浓度差异显著。2 0 0 5 年东莞市可吸入颗粒物、 二氧化硫、二氧化氮等3 项污染物日均浓度的月变化状况。详见图3 7 、图3 8 和 图3 9 。 北京化工大学硕士学位论文 12 3 4 567891 01 11 2 图3 7 东莞市2 0 0 5 年p m l o 的月变化 f 酶3 - 72 0 0 5m o n t h l yc h 柚g e s0 f p m l o i nd o n g g u 蛆c 畸 o 0 7 6 暑o 0 5 0 g 。o 0 2 5 趟 避o o o o 月 123 4567891 01 11 2 月 图3 - 8 东莞市2 0 0 5 年s 0 2 的月变化 n g 3 - 82 0 0 5 螂1 t h l yc h a n g e so fs 0 2 i nd o n g g i l a nc i 哼 ，、0 0 7 6 盖o 0 5 0 皇 。o 0 2 5 趟 烽o 0 0 0 1234567891 01 11 2 月 图3 - 9 东莞市2 0 0 5 年n 0 2 的月变化 f 嘻3 92 0 0 5m o n t h l y c h a n g e so fn 0 2i nd 0 n g g u a nc 时 3 2 2 空间分布特征 为了表征东莞不同功能区综合污染情况，计算各监测点位空气污染指数p 值 并绘于图3 - 1 0 示出。如图3 1 0 所示，2 0 0 5 年东莞市空气污染指数p 值蚝岗小学 1 4 第三牵东莞市大气环境现状及变化趋势分析 点位最高，实验中学最低。数蚝岗小学的二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物的 污染分指数均是最高，而污染分指数最低的均为实验中学点位。 图3 1 02 0 0 5 年东莞市空气污染指数空间分布 n g 3 - 1 02 0 0 5a p is p a t j a ld i s t f i b u t i o ni nd o n g g u a nc j f y 3 2 3累积浓度变化及频数分布特征 3 2 3 1 累积浓度变化 东莞市大气主要污染物2 0 0 2 2 0 0 5 年日浓度累积变化曲线如图3 一1 1 、图3 1 2 和图3 1 3 所示。 可以看出，二氧化硫浓度( o 1 5m 咖3 ) 从2 0 0 2 2 0 0 5 年达标率总体上变化 不大，仪2 0 0 4