AERMOD在火电大气环评中出现山地极端异常值的分析

赵秀勇，尤一安，朱庚富，王 圣，邰 恒

(国电环境保护研究院，江苏南京 210031)

AERMOD在火电大气环评中出现山地极端异常值的分析

赵秀勇，尤一安，朱庚富，王 圣，邰 恒

(国电环境保护研究院，江苏南京 210031)

近年来，针对我国大气环境污染成因、控制等相关方面的研究越来越多［1－5］。《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ 2.2－2008)自2009-04-01起正式实施。导则采用国际通用、模拟效果更好的大气环境预测模式［6］，同时对评价工作等级、评价范围和现状监测方案要求进行调整，以提高我国大气环境影响评价工作的科学性和客观性。

该导则在实施中出现一些新的问题，特别是在模式应用方面。例如，推荐模式中加入了地形，但模型在有地形区域烟气抬升、扩散方面处理较简单，导致在山区应用过程中出现高值和极端异常值，对我国大气环境影响评价工作提出了挑战。

1 概况

评价项目位于我国东部某市，为燃煤电厂“上大压小”项目，即关停2×220MW机组，原址扩建1000MW机组。所在地区以丘陵地形为主，厂址处为平原，周围有两座山，一座山位于东南面约2km处，山体比较小，最高处海拔约340m;另一座山位于西北约11km处，最高处海拔约500m。电厂已经采取环境保护措施，包括同步建设配套除尘、脱硫、SCR脱硝设施，其除尘、脱硫、脱硝效率分别达到了99.85%、93%和 80%。

2 模型设置

2.1 预测方法

评价采用《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ 2.2－2008)推荐的 AERMOD 模式，预测 SO2、NO2和烟尘地面浓度。气象数据采用当地气象台，包括全年逐日逐次的风向、风速以及云量、气温资料。高空气象数据采用环境保护部环境工程评估中心提供的中尺度气象模型MM5数据，模拟的格距为27km。根据大气导则要求，评价范围划为等间距的网格。其中距离污染源1km范围内网格间距为50m，1km以外网格间距为500m。通过计算，可得出所排放的污染物在每一个网格点的浓度值。

2.2 下垫面与地形选择

电厂周围3km范围内，西侧以农田与农村居民为主，东侧以城市居民为主。因此，下垫面分为两个区，扇区 1 从 0°到 135°，扇区 2 从 135°到 360°。预测采用地形数据为美国网站提供的SRTM3地形，分辨率为90m。

2.3 污染源参数

据工程分析，本次环评环境空气影响预测的污染源参数(本文烟气量均为标准状态值)列于表1。

表1 环境空气影响预测的污染源参数

2.5 评价范围

据SCREEN3估算结果，本次评价范围为以电厂为中心半径14km的区域，按照地方政府环境空气功能区划，评价区范围均为环境空气二级功能区，执行环境空气质量二级标准。

2.6 坐标设置

以电厂烟囱所在位置为原点(0，0)，东向为x正方向，北向为y正方向。

2.7 计算方案

将1×1000MW机组烟气、源强作为正源输入，同时将2×220MW机组烟气、源强作为负源输入，计算后得到“上大压小”工程的污染贡献浓度。

3 结果分析

3.1 小时网格浓度预测分析

评价范围内SO2、NO2小时平均最大网格落地浓度前两位列于表2。表中SO2、NO2小时最大网格浓度均超过环境空气质量二级标准，其第二高值浓度均较最大值有较大幅度的降低。

表2 评价范围小时平均最大浓度前两位

据统计，SO2小时贡献值超过标准时次为1次，最大连续超标时次为1小时，数值为2.760mg/m3，超标面积为0.25km2;NO2小时贡献值超过标准时次为5次，最大连续超标时数为1小时，超标面积为0.25km2。两种污染物超标发生的概率均极低，分别仅为0.01%和0.06%。据气象资料统计，出现极端数值的小时风向为340°(NNW)，风速为2m/s，气温为23.4℃，总云量为2，该气象条件组合在2008年气象资料中仅出现1次。在此风向下本工程排放的烟气流向与东南方向的山顶正面相对，距离约为2.7km，烟囱高度加上烟气抬升高度与该处山顶高度(340m)相当，造成气流撞山，出现极端数值。

对SO2、NO2小时最大、次大网格浓度值进一步分析可以看出，SO2小时最大网格浓度值是次大值的6倍，NO2小时最大网格浓度值是次大值的5.8倍，跳跃性很大，SO2、NO2小时最大网格浓度属于极端数值，且其出现概率为1/8784，即0.01%。

3.2 日均网格浓度预测分析

评价范围内SO2、NO2、PM10日均最大网格落地浓度前两位列于表3。

由表3可知，本次“上大压小”工程造成的SO2、NO2、PM10日均最大网格浓度分别为 0.133、0.141和0.059mg/m3，均出现在东南山顶，分别占二级空气质量标准的 88.67%、117.50% 和 39.33%。其中，NO2日均最大值超过标准17.50%，超标次数为1个时次，超标面积为0.25km2，SO2最大日均值符合环境空气质量二级标准，但占标率较高，PM10占标率较低。NO2日均最大值超标是由于该区域出现的最大小时浓度属于极端数值，该小时NO2小时浓度值除以24为0.122mg/m3，已经超过二级标准日均浓度的限值，而其他23个小时的小时浓度对日均浓度的贡献仅为0.019mg/m3。

表3 评价范围日平均最大浓度前两位

据预测分析，SO2、NO2的日均第二高值分别只有 0.028mg/m3和 0.031mg/m3，其占标率分别只有18.67%和25.83%，也均出现在厂址东南的山顶，而其他区域日均最大值均较小。

3.3 结果讨论

据预测结果，本“上大压小”工程实施后排放的污染物SO2和NO2对项目厂址东南的一处山顶造成的最大小时落地浓度和NO2的最大日均落地浓度超过了环境功能区执行的环境空气质量二级标准。产生的原因有两个:一是项目虽然采取大气环境保护措施，但由于工程规模大，还存在一定量的SO2和NO2污染物排放;二是大气环境影响预测AERMOD模型比较简单，在计算大气污染扩散的过程中存在不完善之处，遇到山体时烟羽仅做了相对简化的分层处理，造成烟羽撞山，与实际情况有一定差异。另外，在复杂地形条件下，大气状况在不同区域变化较大，AERMOD模型中大气扩散参数在选取单一，与实际状况差异较大。

电厂东南山顶处污染物最大落地浓度超标，但超标概率极低，两种污染物小时值超标概率仅为0.01%和 0.06%，且超标面积小，仅为 0.25km2。超标处位于山顶，目前无人居住，不会对人体健康造成伤害。针对类似情况处理措施有三:一是根据项目周围的实际情况，在居民区、自然保护区、森林公园、风景名胜区、湿地等环境空气敏感区出现小时或者日均落地浓度超标，工程对区域环境空气质量的影响是不可接受的;二是简单地形地区，出现小时或者日均落地浓度超标，工程对区域环境空气质量的影响是不可接受的;三是复杂地形地区(山地、水面等)，由于预测模型的不完善造成的烟羽撞山污染物累积等造成的在非居民区、非自然保护区等非环境空气敏感区出现小时或者日均落地浓度超标，工程对区域环境空气质量的影响是可以接受的。

4 结语

(1)受电厂厂址东南山体地形的影响，项目SO2、NO2小时最大落地浓度分别为2.760mg/m3和2.936mg/m3，NO2日均最大落地浓度 0.141mg/m3，均超过环境空气质量二级标准。

(2)SO2、NO2超标时次极少，超标发生概率极低，超标面积较少，且超标区域均发生在电厂东南的山顶，是可以接受的。

(3)超标根本原因是大气环境影响预测采用的模型AERMOD相对比较简单，在计算大气污染扩散的过程中存在一些尚待完善之处。

(4)在环境空气敏感区出现污染物落地浓度超标，是不可接受的;简单地形地区，出现污染物落地浓度超标是不可接受的;复杂地形地区，因为模型的原因造成的在非环境空气敏感区出现污染物落地浓度超标，是可以接受的。

［1］赵秀勇，程水源，陈东升，等.应用ARPS－CMAQ模拟研究石景山污染对北京的影响［J］.环境科学学报，2007，279(12):2074－2079.

［2］朱法华.电力工业发展与环境保护［J］.电力环境保护，2006，22(5):1－7.

［3］Zhao X Y，Hengs Y C，Li J B，et al.Application of ARPS － CMAQ modeling system for urban air pollutant emission abatement［J］.Canadian Journal of Civil Engineering，2010，(37):323 －334.

［4］赵秀勇，程水源，田 刚，等.北京市施工扬尘污染与控制［J］.北京工业大学学报，2007，33(10):1086 －1090.

［5］王 圣，李 晔，赵 霞，等.我国“十一五”火力发电企业关停容量及节能分析与建议［J］.电力科技与环保，2010，26(2):5 －8.

［6］丁峰，李时蓓，赵晓宏，等.修订版大气导则与现行大气导则推荐模式实例对比验证分析［J］.环境污染与防治，2008，30(8):101－104.

Analysis of high power plant pollutants concentration modeling by AERMOD at hilly country

利用AERMOD模型预测了我国东部某电厂“上大压小”项目污染物排放对评价区域大气环境的影响。结果发现，受厂址东南山体影响，SO2、NO2小时最大落地浓度分别为环境空气质量二级标准的552.00%和1223.33%，NO2日均最大落地浓度为环境空气质量二级标准的117.50%。据统计，SO2小时贡献值超过标准时次为1次;NO2小时贡献值超过标准时次为5次，超标发生的概率均较低。预测超标原因主要与预测模型中烟羽遇到山体后的烟羽分层简化处理与实际烟羽运行状况存在一定差异有关。

AERMOD;地形;扩散;超标

The Atmospheric environmental affection of one power plant program was computed by AERMOD model，which is one of the law models defined by Guidelines for Environmental Impact Assessment Atmospheric Environment.The hourly SO2，NO2max concentration reached 552.00%and 1223.33%of National Ambient air quality standard(Class II Level)disparately，and the daily NO2max concentration reached 117.50%of National Ambient air quality standard(Class II Level).The hourly SO2，NO2max concentration which reached National Ambient air quality standard(Class II Level)is one time and five times disparately.According analysis，it is happened because the AERMOD shortcoming，that plume was expressed inaccuracy hitting hill.

AERMOD;terrain;diffusion;Disagreement air quality standard

X591

B

1674－8069(2011)02－001－03

2010-12-07;

2011-03-01

赵秀勇(1976-)，男，山东宁津人 ，工学博士，研究方向为大气环境及环境影响评价，已在国内外公开刊物发表论文30余篇。E －mail:zhxiuyong@gmail.com

国家公益性行业科研专项基金项目(200909001)