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新一代大气污染估算模式AERSCREEN参数敏感性分析

更新时间:2009-03-28

AERSCREEN是美国国家环境保护局于2011年3月正式发布的新一代大气污染估算模式,该模式耦合了AERMOD的相关内核,如AERMOD大气扩散模块(版本09292或以上)、AERMAP地形预处理模块和BPIPPRM建筑物下洗模块[1]。AERSCREEN估算模式能够快速生成单污染源在最不利气象条件下的1 h、3 h、8 h、24 h以及年均地面最大浓度和出现地面最大浓度的点距污染源的距离。通常情况下,AERSCREEN估算模式的估算结果要大于或等于AERMOD 的预测结果[2]

目前,《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ 2.2—2008)规定的确定评价等级和评价范围的估算模式为 SCREEN3[3]。与 SCREEN3 相比,新发布的AERSCREEN主要在建筑物下洗、地形处理方式和气象处理方式三方面进行了改进[4]

1 参数选择

AERSCREEN中可计算的污染源种类包括点源、雨帽源、水平源、火炬源、体源、矩形面源、圆形面源。模式运行中,除污染源信息外,还需输入地表特征参数、城市或者农村选项以及其他非必须选项,如建筑物下洗、地形数据、熏烟信息等[5]

当污染源为面源或体源时,需要输入初始垂向扩散参数(Initial Vertical Diffusion Parameters),该参数指污染物在垂向的扩散程度。当模拟移动源时,该参数非常重要,因为这类排放源在发生过程中会引起源附近空气流的湍动[6]。地表特征参数的输入方式有三种,分别为用户自定义、采用AERMET季节表和外部文件输入。采用AERMET季节表时,需要输入土地利用类型和地表湿度,由此确定项目所在区域的地表粗糙度、正午反照率和波文比。

运行AERSCREEN所需输入的大多数参数都是比较明确的,但是有3个参数,AERSCREEN用户手册中并没有给出明确的定义和取值方法,分别是面源初始垂向扩散参数、城市选项下的城市人口参数和土地利用类型参数(水体、阔叶林、针叶林、沼泽、农田、草地、城市、荒漠)。以上3个参数的选取直接关系到估算结果是否准确。参数敏感性分析是研究和分析由于参数变化,引起计算模型输出结果发生变动的程度[7-8]。因此本文选取以上3个参数进行敏感性分析,以期为AERSCREEN的应用提供参考。

[1] 吴成志,程吉.大气估算模式AERSCREEN与SCREEN3对比研析[J].环境影响评价,2014(2):37-39.

2 参数敏感性分析实验设计

2.1 基本参数

根据正交试验表2进行计算,结果如表3所示。对表3的正交试验结果进行计算并作极差分析,分析结果如表4所示,并绘制趋势图,如图1和图2所示。

 

表1 项目污染源基本参数Table 1 Basic parameters of pollution sources

  

污染源编号面源初始高H/m面源长/m面源宽/m污染物种类污染物排放量/(kg/h)小时浓度二级评价标准/(μg/m3)1 13.5 140 60 甲苯0.218 600 2 13.5 105 45 甲苯 0.218 600 3 13.5 70 30 甲苯 0.218 600 4 13.5 35 15 甲苯0.218 600

2.2 变量参数

从表4可以看出,对于不同面积的面源,当源高一致时,面源初始垂向扩散参数对最大小时浓度的影响总是大于城市人口参数和土地利用类型参数,且面积越小,最大小时浓度对面源初始垂向扩散参数的敏感性越为显著;当面源面积足够大时,城市人口参数对最大小时浓度的影响要大于土地利用类型参数,但是随着面源面积的逐渐减小,土地利用类型参数对最大小时浓度的影响会逐渐加强,甚至超过城市人口参数对最大小时浓度的影响。

综上所述,本次研究选用的三因素四水平正交试验表设计如表2所示,忽略各影响因素之间的相互作用,实验以最大小时浓度(μg/m3)、最大小时浓度出现的点距污染源的距离(m)(以下简称距污染源距离)为考察指标。

 

表2 三因素四水平正交试验Table 2 Orthogonal experiments of three factors and four levels

  

水平因素面源初始垂向扩散参数A 城市人口B/人 土地利用类型C 1水体2 1 3.5/4.3=3.1 4 7 8 0 0 0 阔叶林3 1 3.5/2.1 5=6.2 8 1 5 6 0 0 0 沼泽4 9.4 2 3 9 6 0 0 0 0 1 0 1城市

3 实验结果及分析

本次敏感性分析所选项目属于化工石化类,位于城市区域,简单地形,最低环境温度为258.2 K,最高环境温度为315.6 K,中等湿度,不考虑海岸熏烟。项目污染源选择面源,详细信息如表1所示。

 

表3 正交试验结果Table 3 Results of orthogonal experiments

  

试验参数 面源1试验指标 面源2试验指标 面源3试验指标 面源4试验指标实验编号/m T111 1(0) 1(101) 1(水体)面源初始垂向扩散参数A城市人口B/人土地利用类型C最大小时浓度/(μg/m3)距污染源距离/m最大小时浓度/(μg/m3)距污染源距离/m最大小时浓度/(μg/m3)距污染源距离/m最大小时浓度/(μg/m3)距污染源距离54.20 121 65.02 74 79.92 53 106.80 48 T122 1(0) 2(78 000)2(阔叶林) 67.32 99 79.50 81 94.18 68 108.70 46 T133 1(0) 3(156 000)3(沼泽) 69.34 100 83.27 101 99.18 71 115.60 74 T144 1(0) 4(396 000)4(城市) 56.51 98 68.72 75 80.66 60 95.28 49 T212 2(3.14) 1(101) 2(阔叶林) 58.80 99 68.91 74 96.02 49 134.40 32 T221 2(3.14) 2(78 000) 1(水体) 66.73 150 79.93 131 95.35 112 109.80 97 T234 2(3.14) 3(156 000)4(城市) 59.84 98 73.99 74 87.75 53 103.90 46 T243 2(3.14) 4(396 000)3(沼泽) 68.22 108 82.05 92 98.68 77 115.40 52 T313 3(6.28) 1(101) 3(沼泽) 58.86 82 73.97 74 102.10 39 164.50 23 T324 3(6.28) 2(78 000) 4(城市) 65.55 76 82.00 59 106.80 41 148.70 19 T331 3(6.28) 3(156 000)1(水体) 69.77 126 86.32 105 109.20 79 140.10 45 T342 3(6.28) 4(396 000)2(阔叶林) 65.32 78 81.40 61 104.60 43 142.20 19 T414 4(9.42) 1(101) 4(城市) 77.26 73 98.04 54 136.80 36 152.70 18 T423 4(9.42) 2(78 000) 3(沼泽) 80.41 71 105.00 54 146.80 36 258.60 19 T432 4(9.42) 3(156 000)2(阔叶林) 74.98 73 97.79 54 138.90 36 239.40 18 T441 4(9.42) 4(396 000)1(水体)74.22 80 96.43 59 137.70 36 249.80 19

 

表4 各指标的参数敏感性分析Table 4 Statisties of forecasting results in different parameter sentibility tests

  

)最大小时浓度/(μg/m3距污染源距离污染源编号 统计参数/m面源初始垂向扩散参数A城市人口B/人土地利用类型C面源初始垂向扩散参数A城市人口B/人土地利用类型C K1j 1 61.84 62.21 66.23 104.5 93.75 119.25 K2j 63.32 70.00 66.53 113.75 99 87.25 K3j 64.88 68.48 69.208 90.5 99.25 90.25 K4j 76.72 66.07 64.79 74.25 91 86.25 R1j 14.88 7.79 4.418 39.5 8.25 33敏感性A>B>C A>C>B 74.13 76.49 81.93 82.75 69.00 92.25 K2j 76.22 86.61 81.90 92.75 81.25 67.50 K3j 80.92 85.34 86.07 74.75 83.50 80.25 K4j 99.32 82.15 80.69 55.25 71.75 65.50 R1j 25.19 10.12 5.38 37.50 14.50 26.75敏感性K1j 2 A>B>C A>C>B 88.49 103.71 105.54 63.00 44.25 70.00 K2j 94.45 110.78 108.43 72.75 64.25 49.00 K3j 105.68 108.76 111.69 50.50 59.75 55.75 K4j 140.05 105.41 103.00 36.00 54.00 47.50 R1j 51.57 7.07 8.69 36.75 20.00 22.50敏感性K1j 3 A>C>B A>C>B 106.60 139.60 151.63 54.25 30.25 52.25 K2j 115.88 156.45 156.18 56.75 45.25 28.75 K3j 148.88 149.75 163.53 26.50 45.75 42.00 K4j 225.13 150.67 125.15 18.50 34.75 33.00 R1j 118.53 16.85 38.38 38.25 15.50 23.50敏感性K1j 4 A>C>B A>C>B

  

图1 各参数对最大小时浓度的影响Fig.1 Influence of each parameter on max-hour concentration

  

图2 各参数对距污染源距离的影响Fig.2 Influence of each parameter on distance from pollution sources

3.1 最大小时浓度与各参数的相互影响

3.1.1 最大小时浓度对各参数的敏感性

降水量整体也呈现增加的趋势,降水倾向率范围在5.6~85.4 mm/(10 a)之间。降水量最显著增加的是太湖西部的长兴地区,其次是宜兴地区,而湖州地区降水量的增幅最小,仅为5.6 mm/(10 a)。由于太湖东西两侧山地地形差异的原因,该地区常年盛行东南风,由海上或太湖上空而来的水汽充沛的气流,遇山体阻挡,水汽上升易凝结成雨,长兴及宜兴地区位于山体迎风坡地带,因此降水量较多,增幅也相对较大。

由于AERSCREEN耦合了AERMOD的相关内核,根据Aermod userguide中关于面源初始垂向扩散参数的描述,该参数的取值可以参照体源、线源中的取值。根据Aermod userguide所述,体源初始垂向扩散参数(σzo)的取值和源基底处地形高度及源位置和建筑物的关系有关,当源基底处地形高度H0≈0时,σzo取值为源高度/2.15;当源基底处地形高度H0>0,且源基底在建筑物上或邻近建筑物时,σzo取值为建筑物高度/2.15;当源基底处地形高度H0>0,且源基底不在建筑物上或不邻近建筑物时,σzo取值为源高度/4.3[6]。参照体源初始垂向扩散参数的取值方式,本文对面源初始垂向扩散参数取值进行研究,由于AERSCREEN计算过程中不考虑建筑情况,因此选择以源高度/2.15和源高度/4.3为中心点的4个值。关于城市人口,根据项目所在区域的实际情况,并结合城市人口不得小于等于100人的要求,分别选择101人(最小值)、78 000人(园区内人口)、156 000人(项目所在县人口)、396 000人(项目所在市区人口)参数值。关于土地利用类型参数,通过大量前期试验选取对预测结果影响较大、具有代表性的4种土地利用类型水体、阔叶林、沼泽、城市,进行进一步分析。

3.1.2 各参数对最大小时浓度的影响

(1)面源初始垂向扩散参数。结合图1可知,随着面源面积的减小,面源初始垂向扩散参数对最大小时浓度的影响越为显著,当面源面积最小时,不同面源初始垂向扩散参数的最大小时浓度预测结果相差最大,为 2.11倍,从 106.60μg/m3增加到 225.13 μg/m3。因此,合理选择面源初始垂向扩散参数非常重要,尤其是面源面积较小时。

(3)土地利用类型。土地利用类型不同,地表粗糙度、波文比、正午反照率则不同,从而导致边界层参数不同。结合图1可知,4个污染源中,土地利用类型均选择沼泽时,最大小时浓度最大;均选择城市时,最大小时浓度最小。面源面积最小时,土地利用类型选择沼泽比选择城市的最大小时浓度增加了38.38 μg/m3,此时预测结果相差最大,为1.31倍,可见土地利用类型对最大小时浓度的影响也不是很显著。

(2)城市人口。AERSCREEN估算模式中,城市人口主要通过影响城市温度来影响城市热通量,从而影响最终估算结果[9]。结合图1可知,最大小时浓度随着城市人口数量的增加呈现先增加后降低的趋势。研究中,污染源面积最小时,城市人口对最大小时浓度预测结果影响最大,但也仅相差1.12倍。因此,城市人口对区域最大小时浓度的影响并不是很显著。

三是危险桥涵现象突出。国有林场林区道路桥梁、涵洞多为木质结构,因年久失修,加之受洪水等灾害侵蚀,桥涵老化、损毁严重,桥桩腐朽、桥墩倾斜、桥梁断裂错位等现象比较普遍,大部分桥涵载重机动车辆已经无法承载,不少林区道路因为桥涵损毁导致交通中断。

3.2 距污染源距离与各参数的相互影响

3.2.1 距污染源距离对各参数的敏感性

HIV主要侵犯人体的免疫系统,包括CD4+T淋巴细胞、单核巨噬细胞和树突状细胞等,主要表现为CD4+T淋巴细胞数量不断减少,最终导致人体细胞免疫功能缺陷,引起各种机会性感染和肿瘤的发生。

从表4可以看出,对于不同面积的面源,当源高一致时,距污染源距离对各参数的敏感性均为:面源初始垂向扩散参数>土地利用类型>城市人口。随着面源面积逐渐缩小,虽然距污染源距离也在不断缩减,但距污染源距离对各参数的敏感性变化并不是很显著,基本维持在平均值±10 m范围内。

3.2.2 各参数对距污染源距离的影响

(1)面源初始垂向扩散参数。结合图2可知,距污染源距离随着面源初始垂向扩散参数的增加呈现出先增加后降低的趋势,当面源初始垂向扩散参数为3.14时,距污染源距离出现最大值。面源面积最小时,不同面源初始垂向扩散参数预测出的距污染源距离相差最大,从18.50 m增加到56.75 m,相差3倍多。因此从距污染源距离来看,取面源初始垂向扩散参数为3.14时,更为保守。

(2)城市人口。从图2中可以看出,城市人口参数对距污染源距离的影响与对最大小时浓度的影响基本一致,均随着城市人口的增加呈现出先增加后降低的趋势,但是变化量并不是很大。

(3)土地利用类型。从图2中可以看出,当土地利用类型为水体时,距污染源距离出现最大值,且均在地表类型为沼泽时出现一次峰值;当地表类型为城市时,距污染源距离出现最小值,该最小值与地表类型为阔叶林时的距污染源距离值相差并不大。

4 结论

(1)对于面源初始垂向扩散参数,面源面积越小,该参数对预测结果的影响越显著,因此面源初始垂向扩散参数的取值非常重要。针对一些污染源较多、分布较散、但是面源面积并不大的项目,根据本文的研究结果,采用AERSCREEN模型进行估算时该参数可取值源高度/4.3,此时的预测结果较为保守。

在电力行业的市场化运营中,市场需求的不确定性和风险偏好直接影响到购电商的决策。研究基于用电户随机需求构建购电商决策模型,用前景理论刻画购电商的风险规避度,为购电商提供最优决策。结论表明购电商最优购电量随市场风险或零售价格的增大而增大;购电商最优购电量随购电商风险规避度、批发价格或销售变动成本增大而减少。以上结论为电力体制改制背景下的电力企业最优决策提供了理论参考。

(2)对于城市人口参数,综上分析,该参数对最大小时浓度和距污染源距离的影响并不显著,本项目选取所在工业园区人口为78 000人时,预测结果较为保守,建议该参数选工业园区人口数为宜。

(3)对于土地利用类型参数,面源面积越小,地表类型对最大小时浓度和距污染源距离的影响越大;且在文中所比较的水体、阔叶林、沼泽、城市4种土地利用类型中,土地利用类型为沼泽时,最大小时浓度和距污染源距离均取得最大值。因此,在实际情况中,如果项目周边土地利用类型比较单一,则根据实际情况选择即可;若项目周边土地利用类型比较复杂,如同时存在水体、阔叶林、沼泽、城市时,则可以首先选择沼泽土地利用类型。

本研究为探索不同地区板鸭的风味差异,通过对6种板鸭的肌苷酸和挥发性成分进行定性定量检测,结合关键香气成分的气味活度值(odor activity value,OAV)、主成分分析(principal components analysis,PCA)和聚类分析(Cluster Analysis)方法进行综合分析,找寻其关键风味物质,分析比较风味物质的差异性及其原因,为风味评价、改善板鸭加工工艺研究提供理论参考。

Noise Intensity Determination in Urban Rail Transit Environmental Impact Assessment……………HAN Li(2·5)

参考文献(References):

呼吸道传染病对人的身体健康和生命安全有着严重的影响,并且威胁着社会的和谐与稳定[1]。呼吸道传染病主要有肺结核、SARS、禽流感、甲型H1N1流感等[2]。鉴于此,本文选取2016年11月至2017年11月在医院接受治疗的新发急性呼吸道传染病患者50例作为研究对象去探究新发急性呼吸道传染病的感染控制及护理情况。

[2] EPA.Screening Models[EB/OL].[2017-08-14].https://www3.epa.gov/ttn/scram/dispersion.

[3] 环境保护部.环境影响评价技术导则大气环境:HJ2.2—2008[S].北京:中国环境科学出版社,2009.

他和郭靖、张无忌一样生在朝代更迭的动荡乱世,他和他们一样有刻骨铭心的孤儿情结,他也是动荡岁月中丧母丧父的孤儿,他身上同时又有深入骨髓的大中国主义情结。他是复杂的存在,不是这篇小文能写尽的。在失去了金庸之后的江湖仍然还是那个江湖吗?当他离开之后,举世皆是韦小宝,当然还有左冷禅们、岳不群们、余沧海们,更多的是看热闹的人,却再也没有张无忌、令狐冲,更不会有郭靖、乔峰……在他之后,还有以“一人可敌一国”的江湖吗?这是在我心中徘徊的问号。

[4] 伯鑫,傅银银,丁峰,等.新一代大气污染估算模式AERSCREEN对比分析研究[J].环境工程,2012,30(5):71-76.

目前建成的填埋气体发电工程所用的发电机组设备,国产的主要为济柴、胜动和宝驹的产品,进口的设备有颜巴赫、卡特比勒和道依茨的产品,国产设备成熟机型功率范围在500kW左右机组,进口设备成熟机型为1000kW左右机组。考虑与一期工程的一致性,选用进口1.0 MW沼气发电机组。

[5] EPA.AERSCREEN User’s Guide[EB/OL].[2017 -08 -14].https://www3.epa.gov/ttn/scram/models/screen/aerscreen_userguide.pdf.

[6] EPA. User's Guide for the AMS/EPA Regulatory Model(AERMOD) [EB/OL].[2017-08-14].https://www3.epa.gov/ttn/scram/models/aermod/aermod_userguide.pdf.

[7] 丁峰,赵越,伯鑫.ADMS模型参数的敏感性分析[J].安全与环境工程,2009,16(5):25-29.

[8] 刘辉,史学峰,李丽珍.AERMOD模型系统中点源参数敏感性影响规律分析[J].能源与节能,2012(5):69-71.

[9] EPA.AERMOD:DESCRIPTION OF MODEL FORMULATION[EB/OL].[2017 - 08 - 14]. https://www3.epa.gov/scram001/7thconf/aermod/aermod_mfd.pdf.

 
陈陆霞,张维俊,易爱华,丁峰
《环境影响评价》 2018年第02期
《环境影响评价》2018年第02期文献

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