河谷地带的大气污染预测模型研究

发布时间：2017-12-25 11:37

本文关键词：河谷地带的大气污染预测模型研究　出处：《兰州交通大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：人口、资源与环境已经成为现今世界公认的三大问题。在过去的30~40年间,伴随着人口急剧增长、工业迅猛发展、资源的过度消耗而导致的环境问题日渐严重。尤其是近几年,随着雾霾越来越频繁的发生,其引起的各种社会问题越来越多的影响着每个人的日常生活,人们开始真正的关注大气污染这一由来已久的环境问题。现在大气污染问题不再是某个区域,某个地区,某个国家的问题;城市空气污染已经成为了全世界关注的环境问题,它已经不同程度的对人类的生存和发展产生威胁。由于河谷地带地形复杂,逆温天气较多,周围山地对气流的阻挡作用较大,使得位于此类地形的城市大气污染问题更为严重。兰州市是我国大气污染问题严重的城市之一,它是一个典型的河谷地带发展起来的城市,而且又是一个工业集中的城市,目前针对兰州大气污染扩散及预报方面的研究较多,但是目前还未有兰州地区的分析大气预测模型应用的适用性及模型使用条件对预测结果影响的对照性研究。兰州市内风速小,一年四季逆温发生频率为81%,冬季可高达96%,空气流动性差且有大量工业废气排放,大气中的一次和二次污染物在这种不利气象条件下不容易扩散,致使空气环境质量较差。兰州市作为建国后重点建设的新兴工业城市之一,在快速工业化和城市化发展的进程中,由于其工业布局和能源结构不够合理,高耗能、高污染的产业结构,外部生态环境条件差,冬春季节沙尘天气活动频繁,又加之当地地形地貌及其所产生的不利于污染物扩散的气象条件,因而导致兰州市的大气污染尤为严重。兰州的大气污染问题已经成为制约其经济发展的关键因素,很大程度上束缚了兰州市的经济发展。皋兰县位于甘肃省中部地区,皋兰县气候属甘肃中部冷温带亚干旱区,大陆性气候显著,四季分明,冬季寒冷且长,夏季炎热期短。总的气候特征是:降水稀少,气候干燥,风沙多,日照短,蒸发量大。本文在利用2007年、2010~2012年位于皋兰县石洞镇庄子坪村的甘肃腾达冶金炉料有限公司、皋兰锦鑫铁合金有限公司、甘肃鸿丰电石有限公司三家现有企业的环境质量现状监测报告,选取早期(2007年7月,2010年12月)监测值作为本底值,采用新增工业窑炉做为贡献源,同时收集皋兰县气象观测站2012年1月~12月逐日逐时气象资料、noaa/esrl站点探空数据以及美国宇航局提供的航天飞机雷达地形测绘srtm数据,利用aermodsystem3.3大气环境影响评价系统,对选定预测区(兰州市皋兰县石洞镇庄子坪村)进行大气扩散模拟研究。通过对比按平坦地形(软件默认预测条件)进行模拟预测和考虑地形参数(输入地形参数数据,导入地形文件及地形图件)进行模拟预测,得出典型日和四季气象条件下的贡献值,了解预测模式对于河谷地带的预测能力,进而讨论模型对当地地形数据的敏感性及该区地形对大气污染物扩散的影响;利用模型进行各关心点的日均值模拟预测,比较两种情况下软件预测模拟结果与现有监测数据(2011年7月,2012年7月及2012年12月监测数据)的相关性。根据模拟结果对比分析得出以下结论:1、通过对全年最大小时及最大日均值模拟,预测结果显示两种情况下模拟结果出现的时刻、点位不同;地形数据对aermodsystem模型模拟的结果有影响。预测结果显示两种情况下模拟的浓度最大值出现的时刻、出现的点位不同;关心点处的模拟结果相近,由于关心点多为农村平坦地区,虽然地形因素对落地浓度有一定影响,但其对预测结果影响较小;地形数据对aermodsystem模型模拟的结果有影响。2、对预测区春夏秋冬四季的模拟结果比较情况可见,考虑地形因素时预测区内的四季均值小于不考虑地形因素时的预测值(so2春季除外),且最大值出现位置不同,说明在预测区域范围内地形因素对大气落地浓度点有影响。污染物扩散等值线分布情况区别较大,考虑地形时污染物扩散等值线更能体现污染物对预测区域的污染情况。3、对夏季、冬季预测结果与监测结果对比分析结果表明:夏季的预测结果优于冬季的预测结果、与监测值有较大的相关性;模型在考虑地形因素时的预测值与监测值的相关性更好,更接近于监测值。总体来看aermodsystem模型能较好的反应预测区的大气状况及地形影响,对地形数据的处理有一定效果。通过以上模拟结果及研究分析可知:在兰州市皋兰县这种河谷地带的气象及地形条件下,aermodsystem模型在采用地形数据时对点源、小区域的模拟效果是有效的,且对地形数据敏感,模拟效果较好。在河谷地带应用此软件时使用地形数据能够获得更优的预测结果。但是由于本研究的条件有限,无法获取针对性较完善的现状监测数据(如选取特征污染物进行模拟预测),预测因子影响因素较多,本论文的预测区域较小,预测区域属乡村地区,对aermodsystem模型的研究只能从整体上分析,结论多为定性分析。建议在下一步研究中扩大Aermodsystem模型的预测区域,选择一个兰州市内的大的区域,并设计详细的实验监测方案,进行同期监测,选用特征因子,减少环境中其他排放源对监测值的影响,再对模型中的各参数单独分析,通过与监测值的比较,找到敏感性较强的参数,对其进行修正,从而更好的利用该模式进行河谷地带的大气环境影响预测,为建设项目前期设计提供更可靠的预测结果。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X51

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