大气污染扩散模型.doc

2.8大气污染扩散分析及其风险模拟系统的建立摘要： 本文就目前我国污染现状做了简单分析，对于大连海事大学东西山两个供热站做了调查，并给出评价。详细介绍了大气污染风险模拟系统的开发过程和软件的界面和基本操作。关键字：供热站，模拟，浓度。一概述 为了保护大气环境，我国许多城市开展了大气污染综合整治，控制规划或总量控制规划方面的研究工作。例如上世纪八十年代以来，上海市分别开展了有关二氧化硫和大气颗粒物及其排放总量控制的多个大型课题研究。这些工作对于城市范围的大气环境现状评价，控制污染源和控制治理设施调查是很有价值的。但是，以往这些环境规划型的“软课题”研究工作，存在着共同的缺陷是研究的主要成果是大厚本“静态”的研究报告，查阅方案，表格很不方便。特别是经济高速发展的现阶段，城市规划常有更新，原来的企事业单位可能扩建，改造或改进，新的单位不断建立，因此研究报告中的评价，预测和规划，常常是在较短时间后即失去有效性。虽然环境监测数据，污染源数据和优化削减方案等数据库应用数据库软件存储，可以更新，但是这些数据库相互独立，污染源数据库的更新并不能说明对大气环境大发生的可能影响和更新优化削减方案数据库。 我国环境问题日益严重，突发性环境事故时有发生。如深圳市化学危险品库燃烧大爆炸等。做好突发环境污染事故的应急处理，是最大限度减少损失的关键！在此背景下，我们通过对大连第三发电厂和海事大学锅炉房实地考察，查阅了大量资料，进行了大量的调查和分析，开发了大气污染风险模拟系统，并对大气污染治理方面提出了自己的意见。以此为我们海大百年华诞送上贺礼。二大气污染分析1.污染物概述按照国际标准化组织（ISO）的定义,大气污染是指大气中污染物浓度达到有害程度，超过环境质量标准,破坏了生态系统和人类正常生活条件，对人和物造成危害的现象。（1）主要污染物 颗粒污染物（气溶胶状态污染物）飘尘、降尘、总悬浮微 粒（TSP)、粉尘、烟、雾、飞灰、黑烟 气态污染物硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、卤素化合物（2） 来源：工业生产废气的排放（主要来源） ，生活炉灶与采暖锅炉和交通运输等（3）危害： 对全球气候的影响，比如说大气中二氧化碳的含量增加。 臭氧层破坏。 对人和生物的影响。 2.全球污染现状在最新的一期自然(Nature)杂志中，有一篇题为“Satellite view alerts China to soaring pollution”的文章。文中说：Air quality is worse than thought and is deteriorating fast（空气质量比想象的要糟糕，而且还在急速的恶化）。卫星图片显示中国大气污染的严重程度堪忧 。越是红色越是严重。由图可见，欧洲日本普遍在比较低的蓝色领域，北美五大湖区是发展了二百多年的老工业集中地，但现在也不如我们红。还有些泛红的，如南非，印度，也和我们是一个毛病，只是不如我们崛起的那么快而已。3.中国污染情况 中国大气污染源分布2007年，二氧化硫排放量为2468.1万吨，烟尘排放量为986.3万吨（其中工业烟尘770.8万吨，生活烟尘215.5万吨），工业粉尘排放量为699.0万吨，分别比2006年下降4.7%、9.4%、13.5%。 4. 大连重点工业区分布大连重点工业区分布三.调查实践过程 我们选在了校内的两个供热站和大连第三发电厂作为调查地点，因为它离我们学习生活的地点很近，和我们的学习生活有直接的关系。1.大连第三发电厂位于大连海事大学救生馆右后方，其周边有国家电网等企业，其周边有围墙，门卫阻止我们进入调查，通过询问周边的的工人和居民，我们得到了一些信息。其主体烟囱高度150M, 其南面临海,在冬季盛行北风时其污染气体会随风排向大海，可以很好防止气体污染物对城市的污染，不过根据我们调查，大连第三发电厂已停产数年。西山锅炉房2.大连海事大学西山锅炉房，始建于1997年，其烟囱高度为45m，其锅炉使用的是烟煤，其迎风机35kw，鼓风机11kw，水泵30kw，主要除尘设备为除尘器。每年5个月的供暖期给新区供热，每年消耗3000T左右的煤。同样在冬季工作的时候，其烟气主要排向大海，有效防止对市区的污染。西山供热站3.东山供热站，是东山和西山（除新区）的中心供暖站，于2002扩建到现在的规模，主要供应食堂和游泳馆的暖气，使用的主要是二类煤，其主要除尘设备为湿式除尘器，里面装水8T，一般用纯碱吸收硫化物，减少污染物的排放。它的烟囱高45M，工作是排烟温度为92.0度，冬天一般为偏北风，临近海边，气体正好被吹到海边，校内污染较少，设计较合理，为广大师生提供了便利。有时候可以看见其烟囱排除白色的烟气，我们能够看见的部分是水雾，并不是什么污染物，废气通过一系列的处理已经达到道国家排放标准。东山供热站4. 根据煤的煤化度，将我国所有的煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三大煤类。煤中有7种物质，主要成分是碳，约占60-80%，其余的6种物质氢氧硫氮水灰约占20-40%，碳完全燃烧后生成物为二氧化碳，不完全燃烧时还会产生一氧化碳。其中的硫分，在燃烧时生成二氧化硫。二氧化硫的排放会造成大气污染，在地面附近富集会影响人的健康，而大气中二氧化硫也是造成酸雨的主要因素，也是当前环境保护部门减排、限排的主要目标。下表列出了不同的排放量对烟囱的要求表一 二氧化硫排放标准排放源排气筒高度（m）标准值（kg/h）一级二级三级四级燃煤电站45150 200280 48060300400500800806008001000160010090013001500230012012001800220030001501700240028004000110200032003800500018028004000600070002403400480080009000天然气工业20-12141830182430405043587410070679012016090114152206290120182243332468四.软件开发1.模型选择考虑到实际污染物扩散情况，小组同学在深刻的讨论下，软件中选用了“高架连续点源的地面浓度模型”。以此来模拟绘制出污染物扩散范围以及其浓度变化分布情况。以排气筒地面位置为原点，风速V=1.5m/s时某一点(X，Y)，小于24小时取样时间的浓度c(mg/m3)，可按下式计算： 式中：Q单位时间排放量，mg/s；Y该点与通过排气简的平均风向轴线在水平面上的垂直距离，m；y_垂直于平均风向的水平横向扩散参数，m；z铅直扩散参数，m；U排气筒出口处的平均风速，m/s。 式中：H排气筒有效高度，m；式中：1-横向扩散参数回归指数；2铅直扩散参数回归指数；1-横向扩散参数回归系数；2铅直扩散参数回归系数；X距排气筒下风方水平距离，m。2.开发过程考虑到我们学习过VB和VC+，虽然VB相对简单容易上手，但我们对VC+兴趣更大，所以我们选择MFC开发程序。我们自己先从图书馆借来一些关于MFC的参考书，经过一段时间对MFC环境的熟悉由善于编程的胡卓萌同学将模型转化成计算机语言，然后小组讨论软件的界面和操作环境。(1).读图、参数输入对话框等基本框架的建立首先，我们利用MFC建立了一个单文档程序，在主菜单中加入了“读取位图”和“设定参数”两个按钮，并分别将它们在View类中建立了相应的函数，通过弹出对话框的形式来读取位图信息和用户针对实际情况设定的参数。并且我们将位图从内存中转移并显示在客户区。 (2).对话框参数传递函数的实现其次，我们必须将对话框中获得的参数从对话框的类中转移到View类中，以便将这些数据处理，并通过绘图函数显示出来。我们通过在View类中建立对话框类的对象，然后调用对话框类的公有函数，将用户设定的参数传递过来。(3).地图坐标与软件界面坐标的转化由于污染模型公式中的坐标参数是一维形式，因此，为了在位图上描述由于风向的不同而造成污染区域扩散方向不同，我们需要将原来的坐标进行平移和旋转，而且还要根据位图比例尺进行适当的缩小。这一部分都由我们通过数学模型推导而来。(4).模型函数算法的计算机语言实现此部分要求我们用计算机语言来对我们的模型公式进行“翻译”，将图上每个点的坐标经过转换以后都代入到式中进行判断，根据不同的浓度结果将其归类到不同的污染程度中。(5).污染扩散模型的图像形式表现要将所得的结果通过图像形式反映出来，我们需要将各点以不同色调的形式体现出来。在绘图过程中，我们把判断所得结果逐点绘在客户区中，并于右上角绘制了图示。(6).程序的调试任何一个程序都少不了这一环节，当然，在以上每个步骤中我们都进行多次调试、纠错。在最后，我们又从程序的稳定性、兼容性上进行了调试，使得程序更加完善。3.功能介绍需要输入的参数有研究区域风向，风向，载入软件位图的比例尺，污染源坐标，烟囱高度，污染源强度。在不同浓度的污染物显示方面，我们划分为四个区间，分别用红色，橙色，黄色，绿色表示，表示浓度依次减小。设计之初，各种颜色代表的浓度区间固定的，后来小组成员讨论觉得这样会使软件的应用范围很狭窄。后来经过改进，使各个颜色代表的浓度范围可以由键盘输入，这样如果想知道某个浓度区间的范围就很容易了。系统能够模拟有风条件下，不超过24小时时的污染物扩散情况。对于研究城市工厂排放分布和突发性污染事故的分析都有深刻的意义。工厂的选址应该尽量安排在城市的下风向，这样能够有效防止排除有害气体对城市环境的破坏。对于突发性污染事故，研究其浓度分布可以有效的做好人员的疏散工作。4.演示效果首先载入一张合适位图。在参数栏中设置各个参数如下：单击开始模拟，效果如下图所示：在窗口的右上角，显示不同显色所代表的浓度范围，在污染源附近有小椭圆区域显示红色，此区域浓度最大。五.意见与建议（一）.宏观上1.大气污染不是“内政”，是个全球性的问题 ，应该加强国际间的合作。2.建立一个覆盖全国、设备和技术先进的空气质量监测系统，对全国的空气质量进行监测、做出评价。3.加强国家的立法措施，建立政府、企业和公众的新型互动关系。（二）.微观上 4.提升和改进各种除尘除烟，脱硫等技术并且要严格按照国家标准排放。5.工厂建造的时候厂址要选在下风向，减少有害气体向城区扩散，对城市环境的破坏。6.烟囱的高度要合理，使之能够符合国家排放的标准。7.对于