基于ATMOS模型分析我国早年燃煤电厂硫沉降贡献影响

南少杰

（煤炭工业太原设计研究院， 山西 太原 030001）

大气污染，尤其SO2污染是我国环境污染问题中日显突出的问题，直接燃煤是造成我国大气SO2污染的重要原因。

燃煤电厂是工业企业中SO2的排放大户，2007年，我国燃煤电厂（不包括自备电厂）SO2排放量为1 099万t，比2006年减少4.8%。本次将通过ATMOS长距离传输模型分析早年我国火电厂SO2排放通过长距离传输对酸沉降的影响。

1 排放清单

在收集大量资料的基础上，利用地理信息系统软件对所有火电厂逐一进行定位，整理出2007年全国火电厂较新较完整的装机容量数据。2007年全国燃煤电厂分布图见图1。

2007年全国SO2排放量2 468万t，比2006年有所减少。火电厂统计数6 010台，装机容量55万MW，耗煤12.5亿t，SO2排放量为1 099万t。山东、河南、内蒙古、贵州、河北占据排放量前五位。

图1 2007年全国燃煤电厂分布图

2 模式简介

ATMOS模型为三维、多层拉格朗日烟团轨迹[1-2]模型，实质上是一种假定有高斯型解的拉格朗日型K模式。随时空变化的大尺度气流的平均输送作用占主导地位，小尺度气流的扩散作用处于次要地位。适合于模拟中、远距离的输送和扩散，尤其是高架连续点源的输送和扩散。

3 模拟过程

3.1 气象模块

采用美国国家环境预报中心（NCEP）提供的根据全球观测资料同化再分析的气象资料，包括垂直方向从地面到6 000 m高空每隔6 h一次的风向、风速、降水量及混合层高度等。模型通过插值得到模拟范围各网格点及各时间步长上的地面气象信息和诊断风场信息及其他气象参数，用于对污染物输送、扩散及转化、清除过程的模拟[3-4]。

3.2 模型参数

转化速率：假定模拟初始时刻，释放烟团中污染物SO2的排放强度取为SO2源强的95%，SO42-的排放强度取为SO2源强的5%。该参数同时参考黄美元、高会旺[5-6]等在研究东亚地区硫沉降的实践与RAINS-Asia的其他研究成果。

清除率参数：根据下垫面粗糙度、混合层高度和季节变化分别给出SO2和SO42-的干清除率；SO2和SO42-的湿清除率均为降水强度的函数。

式中：P0为降水强度，mm/h。

3.3 输出形式

ATMOS模型是在Linux操作系统下运行，模型运行结果以二进制形式输出。将模拟范围内SO2和SO42-干/湿沉降量输出到Windows操作系统下。

3.4 模拟内容及酸沉降贡献计算方法

通过2007年全国电厂装机容量，核算电厂源排放源强，预测2007年各省电厂导致的硫沉降分布。将全国燃煤电厂排放源按省及直辖市归类后，通过模型计算，得到分省的燃煤电厂对各省及直辖市的硫沉降的贡献值，通过分省的贡献值占各省总硫沉降量的比例，可得到各省的燃煤电厂的硫沉降对彼此的硫沉降接受值贡献比例。

4 模拟结果分析

4.1 燃煤电厂排放对全国的影响

2007年，全国燃煤电厂排放导致的总硫沉降量为382万t，占当年燃煤电厂总硫排放量的51.2%。沉降到中国大陆地区的硫沉降量为279万t，占总硫沉降量的73%，占总硫排放量的43.2%。大于2 t/（km2·a）的高值中心为上海市。2007年燃煤电厂排放导致的S沉降分布见图2。

4.2 各省市接受点受各省燃煤电厂的贡献影响

从接受角度来看，2007年北京市硫沉降量主要来源于河北、山西、内蒙古，三省贡献的硫沉降量分别占北京市硫沉降总量的29%，22%和18%。其次为山东、河南、陕西、宁夏。四省共占北京市硫沉降总量的21%。北京市由于市内燃煤电厂比较少，对自己的硫沉降量贡献很低。

对于山西省，电厂对其硫沉降贡献占22%，河南和陕西分别占27%和21%，其次内蒙古的燃煤电厂对山西省也有一定的影响。

对南方省市而言，上海的硫沉降量40%由该市的电厂所贡献，江苏和浙江的电厂对其贡献又占了47%。重庆市36%的硫沉降量来自市内电厂，其次贵州和四川对其影响共占52%。贵州本省的燃煤电厂对其沉降量的贡献高达69%，周围的四川、重庆、云南和广西对其影响共占25%。

图2 2007年燃煤电厂排放导致的S沉降分布

4.3 各省燃煤电厂排放对其他省市的影响

各省的燃煤电厂首先对自身的影响最显著，其次是对周围省市的影响。对距离较远的省份也存在一定的影响，进一步说明减少本地二氧化硫的排放量对改善其环境空气质量具有短时内的良好效果，但持续改善则需要大范围全方位的减排计划。

河北省燃煤电厂的排放对北方的辽宁、黑龙江有影响，对南方的影响范围从江苏、江西、安徽甚至到台湾地区。四川的燃煤电厂排放对北京、天津、内蒙古都有影响。新疆的燃煤电厂排放的硫也可以通过远距离传输到达北京、内蒙古和山西等省。

[1] 蒋维楣，曹文俊，蒋瑞宾.空气污染气象学教程[M].北京：气象出版社，1993：24-75；107-171；386-449.

[2]陈义珍，柴发合，段宁，等.“西电东送”火电规划对北京空气质量的影响[J].环境科学研究，2003，16（6）：46-52.

[3] 区域环境影响报告书（“西电东送”北部通道火电规划项目）[R].中国环境科学研究院，国家环保总局环境工程评估中心，2002.

[4] 周慧，王自发，安俊岭，等.城市空气污染持续维持机制研究Ⅰ.2002年西安市空气污染持续维持过程分析及其气象成因[J].气候与环境研究，2005，10（1）：124-131.

[5]任阵海，黄美元.我国酸性物质的大气输送研究.“八五”国家科技攻关项目研究报告[R].中国环境科学研究院，1995.

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