天祝县复杂地形条件下大型碳化硅面源大气环境影响研究

发布时间：2020-10-11 06:32

　　 武威市天祝县靠近祁连山国家自然保护区,区域内宽沟工业园及其周边碳化硅企业产量占国内碳化硅产量的13%,产业规模较大,为天祝县经济做出巨大贡献。但天祝县当前环境空气质量相对较差,宽沟园区及其周围碳化硅企业受到周边居民投诉较多。在宽沟园区及其周围碳化硅企业均已取得项目环评批复且园区环评也验收通过的情况下,仍出现区域内污染物浓度超标、周边居民投诉的现象,表明在复杂地形条件下碳化硅企业大量聚集可能会对周围环境造成比环评预估更严重的后果。因此对复杂地形条件下大型碳化硅面源的源强重新进行核算,对其大气污染扩散特征及规律进行研究具有重要意义,也能对该地区今后大气污染防治工作的开展提供一定的支持。本文对武威市天祝县宽沟工业园区及其周边碳化硅企业生产进行了调研,分析在复杂地形大型碳化硅面源影响下该区域的环境空气质量状况,采用浓度反推法核算了碳化硅企业实际污染源强,采用K均值聚类方法将其划分为三种排污水平并对其进行验证,最终使用CALPUFF空气质量模型,结合当地气象、地形等基础数据对碳化硅企业不同排污水平和全年典型季节条件下的大气污染物影响特征及规律进行了的研判和分析。研究结果发现,研究区域内SO_2、CO、PM_(10)、PM_(2.5)等多项污染因子超标,研究区域为环境空气质量非达标区。在复杂地形条件下对大型碳化硅面源的研究可采用CALPUFF模型进行模拟,使用浓度反推法对其源强进行核算,并采用K均值聚类方法将核算得到的多个源强划分为高、中、低三种排放水平来代表碳化硅排污的不同特征期。使用核算得到的源强对天祝县宽沟园区及周边碳化硅企业无组织面源污染物影响特征及规律进行了模拟及分析,发现大型碳化硅企业无组织面源排放污染物主要向园区四周或沿河谷地形向下游扩散,河谷地形下游受污染物影响较严重,碳化硅企业最远影响距离可达11km,且表现为离污染源越近环境空气质量越差的特征。主要研究结果包括:(1)对碳化硅企业生产进行了实地调研及相关文献的查阅,摸清了其实际生产状况,并根据敏感点浓度监测数据采用浓度反推法及K均值聚类法基于CALPUFF对碳化硅企业源强进行了核算得到结论如下:宽沟、水泉及打柴沟园区碳化硅企业分布高度集中,已形成连片、大型的面源污染,且现有碳化硅生产方式粗犷,传统工艺水平落后,仅个别企业对炉窑配套了无组织排放烟气的治理工程设施建设。另外,碳化硅企业排污源强随生产周期变化呈波动状态,可大致分为高水平排污、中等水平排污、低水平排污三种状态。(2)采用CALPUFF模型对天祝县宽沟园区及周边碳化硅企业排污情景进行了预测模拟,以1、4、7、10月为代表月对其一年四季的污染态势及影响特征进行分析,发现研究区域内碳化硅企业无组织面源排放污染物沿河谷地形向下游扩散,离污染源越近环境空气质量越差,宽沟村、石板湾村西侧自然保护区环境空气受宽沟工业园区污染直接且最为严重,打柴沟镇临近打柴沟工业园区的村庄受到碳化硅生产的污染较大,水泉园区下游村庄也已不满足相应的环境空气功能基本要求,各园区周围主要超标因子为SO_2、H_2S、CO、NH_3、颗粒物等。各碳化硅企业园区面源污染物扩散基本呈现以面源为中心向周围各方向浓度递减的特点,对距离较近的敏感点影响较大。在碳化硅企业生产排污最严重的时刻,对庄浪河谷沿线敏感点基本都造成了污染物浓度超标。碳化硅企业一年四季对天祝县城浓度贡献平均值最小平均占比为10.04%,最大平均占比达到了30.09%,单次最大贡献值占比达73.9%,碳化硅生产对县城环境影响较大。研究结果表明,碳化硅企业排污对区域内环境空气质量超标有较大贡献,为确保碳化硅生产园区周边乡村集中居民点、临近的祁连山自然保护区环境空气达标,改善县城环境空气质量,迫切需要对宽沟工业园区及周围的碳化硅企业大气污染物排放进行全面治理。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X16
【部分图文】：

图 2-2 气象站与园区污染源位置关系（2）高空气象数据来源及其验证分析本次研究所采用的高空数据使用 WRF 中尺度气象场模式对研究范围内的模拟高空气象数据，同时对模拟得到的高空气象数据进行验证分析，具体过程如下1）资料来源WRF 模拟第一猜测场的数据采用美国国家环境预报中心（NCEP）的 FN全球分析资料，时间分辨率为 6 小时，空间分辨率为 1°×1°；在 NCAR 网站（该网站提供自 1999 年以来的全球在分析气象数据）获取每六小时的再分析气象资料：https://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2/。2）参数设置WRF 模式采用 LCC 坐标系，中心点为（E103.03，N37.03），标准经线E103.03，两条平行纬线分别为 N30 和 N60。设置 2 层网格嵌套（如图 2.3-2 所示）：D01 覆盖西北青藏高原部分区域，为模拟区域输入边界条件；D02 覆盖包

2-1[41-51]。表 2-1 WRF 模拟参数参数 设置投影方式 Lambert 投影标准纬线 N30o和 N60o嵌套方案 Two-way feed back边界条件 NCEP ds083.2 1 度再分析资料微物理过程 Lin 等的方案 (水汽、雨、雪、云水、冰、冰雹)长波辐射方案 RRTM 方案：快速辐射传输模式短波辐射方案 Dudhia 方案近地面层方案 Monin-Obukbov 方案边界层物理方案 Yonsei 大学方案积云参数化方案 浅对流 Kain-Fritsch (new Eta)方案

研究范围示意图
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本文编号：2836216