建設項目環境影響評價預測模型發展現狀

夏靜

摘要：指出了影響預測是建設項目環境影響評價中一個重要的環節，預測模型的應用減少了預測的計算量，提高了預測的準確度。簡單介紹了大氣、水、噪聲的幾個主要預測模型，并且探討了這些預測模型的特點，以期為建設項目的環境影響評價預測提供參考。

關鍵詞：環境影響評價；環境影響評價預測模型；建設項目

中圖分類號：X820.3

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2016）08008702

1 引言

對建設項目的環境影響進行預測，是指對能代表評價區域環境質量的各種環境因子變化的預測，是環境影響評價中不可或缺的組成部分，也是整個環境影響評價過程中計算量最大，涉及模式最復雜的工作環節之一。為此，專用的預測模型孕育而生，大大提高了工作效率和計算準確率。本文將對目前廣泛應用的主要幾個大氣、水、聲的預測模型進行簡單的介紹。

2 大氣預測模型

大氣預測模型自20世紀60年代以來，經過不斷發展，已經逐漸完善，從早期的傳統高斯擴散模型轉變為新一代大氣預測模型。目前，主要的新一代大氣預測模型有ADMS模型、AERMOD模型、HPDM模型。

2.1 ADMS模型

ADMS模型由英國劍橋環境研究公司開發[1]，目前根據該模型開發出來的軟件可分為“ADMS-評價”、“ADMS工業”、“ADMS-城市”等獨立系統。該模型采用三維高斯模型，以高斯分布公式為主計算污染物濃度，在對流和中性條件下的垂直擴散使用了傾斜式的高斯模型。煙羽擴散的計算采用當地邊界層參數，化學模塊中使用了遠處傳輸的軌跡模型和箱式模型[2]。

2.2 AERMOD模型

AERMOD模型由美國環境保護署（EPA）和美國氣象學會組建的法規改革委員會（AERMIC）以ISC3為基礎聯合開發，目前根據該模型開發出了AERMOD View軟件。該模型采用穩態高斯擴散方程，具有以下幾個特點：①可以處理地面源和高架源，平坦地形和復雜地形以及城市邊界層；②考慮了高度尺度對流場結構及湍流動能的影響；③在對流條件下，采用非正態的PDF模式；④考慮了浮力煙羽和混合層頂的相互作用；⑤湍流擴散由參數化方程給出，穩定度用連續參數表示[3，4]。

2.3 HPDM模型

HPDM模型由美國Sigma公司為美國電力研究所開發的一種耦合煙羽擴散模型，彌補了傳統模型夜間濃度值的大幅度躍變及在局部穿透情況下出現極高端濃度的缺陷[5]。HPDM模型適用于火電廠高煙囪熱浮力煙源。它主要有以下幾個特點：①將大氣邊界層分為穩定、近中性和不穩定3大類；②采用的形式是連續的普適函數或無量綱表達式；③在不穩定條件下，采用PDF模式、小風對流模式或Loft模式；④可從常規氣象資料計算得出模型所需參數；⑤廣泛適用于平原、城市、丘陵等不同類型的下墊面[6]。

3 水環境評價模型

水環境評價模型可應用在諸多方面，從早期的城市排水工程設計發展成為污染物水環境過程研究和預測、水環境質量評價等。其研究方法也日益多樣化，從解析解和濃度表達發展成地理信息系統等手段的應用，形成多種研究方法綜合優化的模型。水環境評價模型主要包括確定性水質模型和不確定性水環境模型[7]。

3.1 確定性水質模型

3.1.1 QUAL水質模型

QUAL模型由美國環保局于1970年研發，可較好描述水環境質量在時空上的變化規律，幫助制定水環境規劃目標。該模型可按須要將多種水質因素組合，包括BOD、DO、溫度、藻類-葉綠素、有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、大腸桿菌等。QUAL模型建立在以下假設的基礎上：①把被研究河道平均分割成若干等長的單元水體，每個單元水體中，污染物分布均勻；②污染物遷移方向與水流方向一致，對流、擴散等作用在縱軸方向，且流量和旁側入流不隨時間變化；③各單元水體的水力幾何特征相同。

3.1.2 WASP模型

WASP模型由美國環保局于1983年研發，可對河流、湖泊、海岸等水體水質進行三維動態模擬。它包括3個獨立的動態子模型：水動力學模型、富營養化模型、有毒物質模型，每個子模型均可獨立運行。水動力學模型可預測水體流速、流量和河道體積；富營養化模型考慮八個指標：COD、DO、有機氮、氨氮、硝氮、有機磷、無機磷和浮游植物，可針對任一指標模擬其擴散和遷移。該模型對生態系統中生物組分考慮不足，因此適用于生態系統結構較為簡單的湖泊；針對有毒污染物如有機污染物、重金屬污染物、底泥等，可用有毒物質模型模擬。

3.1.3 SWMM模型

SWMM模型由美國環保局于1971年研發，目前廣泛用于城市排水系統水量水質模擬。SWMM可對雨水管道、合流管道、自然排水系統進行水量水質模擬。其包含5個計算模塊，即徑流、輸送、擴充輸送、貯水處理和受納水體，各模塊間相對獨立。SWMM不僅可用于用于城市或非城市，也可模擬單個降雨事件或連續事件，表現出良好的通用性。它不僅是設計模型，也是規劃模型和運行模型。

3.1.4 HSPF模型

HSPF模型由美國環保局于1950年研發，用于模擬流域水文、水質。它是多種模型的綜合與改進，包括SWM模型、HSP模型、ARM模型、NPS模型、SERATRA模型。該模型綜合降雨、溫度、日照強度、土地利用狀態、土壤特性和耕種方式等條件，通過計算模擬得出徑流量、沉積物負荷、營養物和殺蟲劑濃度的時間變化，同時可產生流域任意點的水量水質隨時間的變化。該模型目前被廣泛應用于水文、水質過程研究與模擬。

3.1.5 SWAT模型

SWAT模型由美國農業部研發，用于模擬河流盆地或某流域范圍內的非點源污染。可將流域分為若干個子流域，以提高計算精度。該模型可分為陸上過程和水體過程兩部分。陸上過程控制每個水文響應單元內河道水、沉積物、營養物和殺蟲劑的輸入，水體過程控制這些物質向流域出口的遷移運動。SWAT模型可用于長期變化下，較大范圍的復雜流域。

3.2 不確定性水環境模型

3.2.1 馬爾可夫模型

馬爾可夫模型以俄國數學家Morkov的名字命名，若對一個隨機過程，狀態的轉移與前一時刻有關而與過去的狀態無關，即狀態轉移無后效性，則這樣的狀態轉移過程稱之為馬爾可夫過程。錢家忠等將此模型與時間序列模型耦合，用于預報降水量，精確度較高。

3.2.2 灰色模型

灰色系統理論（Grey system Theory）于1982年由華中理工大學鄧聚龍教授提出，包含了灰色系統建模、控制、關聯分析、預測方法、規劃以及決策等一系列科學理論。此套理論在水環境規劃管理中有著廣泛的應用。張永波等依據城市人口、經濟、水資源與環境之間的相互制約與影響的關系，建立了城市水資源環境系統多階灰色動態仿真模型，提供了一種有效解決城市水資源規劃的方法。

3.2.3 人工神經網絡模型

人工神經網絡（Artificial Neural Network）由類似神經系統細胞的人工神經元連接成網絡，應用計算機和工程技術模擬生物神經網絡的結構與功能，達到信息的并行分布處理效果。該模型常用于監督網絡模型，近年來也用于水質模擬的預測，取得了較好的效果。

3.2.4 層次分析模型

層次分析模型是于20世紀70年代提出的一種系統分析的方法，可用于多層次的方案制定與優化，并可確定研究過程中各個因素的權重。樊彥芳等運用此模型建立了水環境安全綜合評價指標體系，計算出了各指標的權重，得出了影響水環境安全系統的主次要因素。陳南祥等以此模型為基礎，建立了模糊綜合評價模型，綜合評價地下水環境脆弱性[8]。

4 噪聲預測模型

在目前的建設項目環境影響評價中，道路建設工程項目常常運用各類噪聲預測模型對交通噪聲進行預測。運用最廣泛的是美國聯邦公路管理局（FHWA）公路噪聲預測模型以及德國的Cadna/A模型。

4.1 FHWA公路噪聲預測模型

該模型于1978年發布，以等效連續聲級Leq（A）為評價指標，用于預測高速公路交通噪聲，經數次改進后，目前該模型也是國家環保總局發布的環境影響評價技術導則—聲環境推薦的預測模型。FHWA公路噪聲預測模型將汽車流按車種分為大、中、小型車，求出其中某一類車的小時等效聲級，再將各類車流等效聲級疊加，以求得混合車流等效聲級。此模型在預測調整公路、一級公路等高等級公路時，預測誤差相對較小[9]。

4.2 德國Cadna/A噪聲預測模型

Cadna/A模型由Datakustic開發，用于噪聲預測、評估及降噪措施效果分析。該模型以ISO9613標準算法為基礎，可同時預測各類噪聲源的復合影響，如點聲源、線聲源、任意形狀的面聲源、公路、鐵路、飛機噪聲，聲源及預測點的數量不受限制，該模型以等效連續聲級Leq（A）為評價指標，包含了聲源模型和聲傳播模型兩個子模型，將地形、建筑物等數字化，可考慮任意形狀的建筑物、綠化帶等，并充分考慮地形等在聲傳播過程中反射和衍射效應的影響。此模型適用于高速公路、一級公路等高等級公路。對于周邊環境較復雜的城區道路本模型因考慮了相關的參數修正，因而誤差也相對較小。

5 結語

影響預測是建設項目環境影響評價的重要組成部分，目前，預測模型已趨于成熟。隨著各學科的交叉融合，預測模型與環境管理信息系統、地理信息系統、專家系統等有機結合在一起，并不斷廣泛應用于預測軟件的開發。

參考文獻：

[1]姚增權.國外空氣質量模式研究現狀及展望[J]. 電力環境保護，1999，15（3）：27～31.

[2]密保秀，李金龍.大氣環境質量預測模式模型研究[J].環境科學研究，1997，10（5）：39～42.

[3]J.C.Weil.A PDF Dispersion Model for Buoyant Plumes in the Convective Boundary Layer [J]. Journal of Applied Meteorology， 1997， 36（8）： 982～1003

[4]Irwin， J. S.， J. O. Paumier. Meteorological Processor for Regulatory Models （MPRM） Users Guide. 1988.

[5]韓敏， 王體健， 李宗愷. 第二代空氣質量模式HPDM的分析改進[J]. 上海環境科學， 1999，18（9）： 404～407

[6]HANNA S R， PAINE R J .Hybrid plume dispersion model（HPDM）development and evaluation[J]. Appl Meteor， 1989（28）：206～224.

[7]姜純成. 基于可持續發展的水資源產權配置研究[D]. 長沙：中南大學，2005.

[8]田曉剛. 水環境評價與規劃綜合模型的開發及應用研究—以長江流域宜賓段為例[D]. 雅安： 四川農業大學， 2009.

[9]Department of Environment and Welsh Office UK（DoE UK）. Calculation of road traffic noise[R]. London： HMSO， 1975.