吳 凡

(山西欣國(guó)環(huán)環(huán)保科技有限公司，山西 太原 030002)

在采用CALPUFF模型中MESOPUFFII方案預(yù)測(cè)PM2.5濃度時(shí)需輸入氨的小時(shí)或者月均背景濃度參數(shù)。通過(guò)3個(gè)項(xiàng)目的案例設(shè)置了3種不同的氨的背景濃度參數(shù)預(yù)測(cè)方案，分析了氨的背景濃度不同參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果PM2.5濃度的影響。結(jié)果表明，在氨的背景濃度參數(shù)不同、其他參數(shù)相同的條件下，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的PM2.5二次貢獻(xiàn)24 h平均濃度和年平均濃度占標(biāo)率相差較小。因此，在無(wú)法獲取氨的小時(shí)或者月均背景濃度值時(shí)以及二次PM2.5的前體物排放量不大的情況下，可以用CALPUFF模型軟件的氨背景濃度默認(rèn)值作為預(yù)測(cè)時(shí)氨背景濃度參數(shù)。

CALPUFF模型；氨；背景濃度；PM2.5；大氣預(yù)測(cè)

1 概述

根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ2.2-2008)中推薦的預(yù)測(cè)模型的適用條件，對(duì)于PM2.5二次濃度目前可采用CALPUFF模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。CALPUFF模型中內(nèi)置化學(xué)轉(zhuǎn)化方案包含MESOPUFFII方案、RIVAD/ARM3方案和SOA方案3種方案。其中，對(duì)于預(yù)測(cè)PM2.5無(wú)機(jī)部分主要運(yùn)用前2種方案。而前2種方案模型均需輸入臭氧和氨的小時(shí)或者月均背景濃度值參數(shù)。

MESOPUFFII化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制所包含的化學(xué)過(guò)程主要為硫氧化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽及氮氧化物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氣溶膠。計(jì)算均需輸入臭氧和氨的小時(shí)或者月均背景濃度參數(shù)，結(jié)合SO2、NOx以及時(shí)空變化三維氣象條件，計(jì)算小時(shí)變化的轉(zhuǎn)化速率及化學(xué)平衡常數(shù)。因此，臭氧和氨的背景濃度參數(shù)作為主要參數(shù)，其真實(shí)性和可靠性將影響最終預(yù)測(cè)的二次PM2.5濃度準(zhǔn)確性。目前，對(duì)于這2種參數(shù)的獲取方式是，臭氧背景濃度可從當(dāng)?shù)丨h(huán)保局收集環(huán)境空氣質(zhì)量臭氧例行監(jiān)測(cè)值；而氨的背景濃度，由于目前國(guó)家未開(kāi)展環(huán)境空氣中氨濃度例行監(jiān)測(cè)，因此較難獲取氨的全年的月均濃度值。

本次以非均相化學(xué)轉(zhuǎn)化MESOPUFFII方案預(yù)測(cè)PM2.5濃度為例，通過(guò)3個(gè)環(huán)評(píng)項(xiàng)目的現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取氨的背景濃度，每個(gè)項(xiàng)目在其他參數(shù)相同的情況下分別取氨的現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)濃度的最大值、平均值和CALPUFF模型軟件默認(rèn)值3個(gè)不同的取值來(lái)說(shuō)明在采用MESOPUFFII方案中氨的背景濃度不同取值參數(shù)對(duì)PM2.5預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1 源強(qiáng)確定

本次測(cè)算分別獲取了山西省3個(gè)不同地區(qū)環(huán)評(píng)項(xiàng)目的主要污染源進(jìn)行預(yù)測(cè)，項(xiàng)目的主要污染源源強(qiáng)見(jiàn)表1。其中，PM2.5的一次源強(qiáng)按PM10源強(qiáng)的50%進(jìn)行計(jì)算。

表1 項(xiàng)目的主要污染源源強(qiáng)參數(shù)一覽表

2.2 模型其他數(shù)據(jù)

每個(gè)項(xiàng)目預(yù)測(cè)范圍均為50 km×50 km矩形區(qū)域，網(wǎng)格步長(zhǎng)為0.5 km，并相應(yīng)地選取6個(gè)敏感目標(biāo)。地面氣象參數(shù)采用3個(gè)氣象站2015年全年逐日逐次地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，高空氣象數(shù)據(jù)采用中尺度氣象模式MM5模擬生成一個(gè)站點(diǎn)的2015年探空氣象數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)采用USGS(美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局)的GLCC數(shù)據(jù)庫(kù)中的亞洲部分(精度1 000 m，2000年)。地形參數(shù)擬采用USGS的DEM地形高程數(shù)據(jù)，分辨率為30 m。

設(shè)定MESOPUFFII化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制夜間轉(zhuǎn)化率：SO2損失為0.2%/h，NOx損失為2%/h，HNO3增益為2%/h。

2.3 臭氧和氨的背景濃度

1) 臭氧背景濃度

臭氧背景濃度取值收集了2015年當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣臭氧自動(dòng)監(jiān)測(cè)的全年8 h濃度月均數(shù)據(jù)。

2) 氨的背景濃度

氨的背景濃度從建設(shè)項(xiàng)目7 d的氨小時(shí)濃度現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取，分別取現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中氨小時(shí)濃度的最大值、平均值和模型默認(rèn)值作為全年每月的平均濃度值。CALPUFF模型軟件的氨背景濃度默認(rèn)值為體積分?jǐn)?shù)10×10-9。

3 預(yù)測(cè)方案設(shè)置

每個(gè)項(xiàng)目在各自相同的源強(qiáng)數(shù)據(jù)和模型其他數(shù)據(jù)以及相同臭氧背景濃度條件下分別設(shè)3個(gè)預(yù)測(cè)方案，即，以氨監(jiān)測(cè)濃度最大值、氨監(jiān)測(cè)濃度平均值和默認(rèn)值10×10-93種不同的取值作為氨的全年月均背景濃度進(jìn)行PM2.5預(yù)測(cè)，分別得出3組方案中的PM2.5對(duì)區(qū)域網(wǎng)格的最大地面濃度和敏感目標(biāo)的24 h平均濃度貢獻(xiàn)值和年平均濃度貢獻(xiàn)值。氨背景濃度取值見(jiàn)表2。

表2 氨背景濃度取值情況一覽表

4 預(yù)測(cè)結(jié)果

4.1 最大地面濃度對(duì)比

分別對(duì)3種預(yù)測(cè)方案的網(wǎng)格點(diǎn)最大地面24 h平均濃度和年平均濃度進(jìn)行對(duì)比分析，項(xiàng)目不同氨取值的預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)第143頁(yè)表3～表5。

表3 項(xiàng)目一最大地面濃度預(yù)測(cè)結(jié)果一覽表

表4 項(xiàng)目二最大地面濃度預(yù)測(cè)結(jié)果一覽表

表5 項(xiàng)目三最大地面濃度預(yù)測(cè)結(jié)果一覽表

4.2 敏感目標(biāo)濃度對(duì)比

分別對(duì)3種預(yù)測(cè)方案的敏感目標(biāo)24 h平均濃度和年平均濃度進(jìn)行對(duì)比分析，項(xiàng)目不同氨取值的預(yù)測(cè)PM2.5二次貢獻(xiàn)濃度值結(jié)果見(jiàn)表6～表8。

表6 項(xiàng)目一敏感目標(biāo)PM2.5濃度預(yù)測(cè)結(jié)果一覽表 μg

表7 項(xiàng)目二敏感目標(biāo)PM2.5濃度預(yù)測(cè)結(jié)果一覽表 μg

表8 項(xiàng)目三敏感目標(biāo)PM2.5濃度預(yù)測(cè)結(jié)果一覽表 μg

通過(guò)以上分析可知，氨的背景濃度值不同，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的最大地面濃度和敏感目標(biāo)的PM2.5二次貢獻(xiàn)24 h平均濃度和年平均濃度占標(biāo)率均相差較小。因此，在無(wú)法獲取氨的小時(shí)或者月均背景濃度值時(shí)以及二次PM2.5的前體物排放量不大的情況下，可以用CALPUFF模型軟件的氨背景濃度默認(rèn)值，即氨背景濃度為體積分?jǐn)?shù)10×10-9作為預(yù)測(cè)時(shí)氨背景濃度參數(shù)。

5 結(jié)論

本次研究只選取3個(gè)化工類項(xiàng)目案例中一個(gè)最大的污染源，項(xiàng)目一、項(xiàng)目二和項(xiàng)目三的最大污染源排放的二氧化硫與氮氧化物的合計(jì)總量分別為608.5 t/a、156.6 t/a和28.8 t/a，分別占各項(xiàng)目排放的二氧化硫與氮氧化物合計(jì)總量的74%、65%和48%。本次案例中選取的污染源具有一定的代表性，根據(jù)MESOPUFFII化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制，若二次PM2.5的前體物排放量較大時(shí)，上述預(yù)測(cè)結(jié)果需進(jìn)一步研究討論。

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