不同精度地形數據對環境安全間距確定的探討

劉　明，孫文杰，尹　勤，付　鵬，安偉銘

（蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州730000）

不同精度地形數據對環境安全間距確定的探討

劉明，孫文杰，尹勤，付鵬，安偉銘

（蘭州大學大氣科學學院，甘肅蘭州730000）

本論述以地處復雜地形條件下的某石化企業煉油污水廠項目為例，通過AERMOD模型分別計算惡臭污染物在復雜地形90m精度地形數據條件下和30m精度地形數據條件下的環境安全間距為877m和810m，30m精度地形數據計算的環境安全間距比90m精度地形數據的計算結果減少7.64%，折算居民搬遷面積約減少搬遷35.5萬m2，約占90m精度地形數據的計算總面積的15%，高精度地形數據有利于優化搬遷改造措施，在保證居民健康的前提下，節約國土資源。

復雜地形；地形數據；AERMOD模型；環境安全間距；煉油污水廠

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.10.001

0　引言

石化企業在生產過程中一般會排放多種有毒、有害的氣態物質，主要有兩種排放方式：一種是有組織排放（高架源），一種是無組織排放［1］。高架源的污染物排放高度高，輸送距離長，對周邊污染影響不明顯，但無組織排放的大氣污染物排放高度相對較低，污染物直接進入大氣層呼吸帶，在其下風向可能會出現地面濃度超標的情況，這樣就會給項目周邊居民的身體健康和項目所在地的整體環境質量帶來較大影響。

《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》（GB/T 3840—91）［2］中明確了衛生防護距離確定的必要性。衛生防護距離設置的目的是為企業無組織排放的氣態污染物提供一段稀釋距離，使氣態污染物輸送到居民區時的濃度符合國家標準，不至影響居住區人群的身體健康［3］。

《石油化工企業衛生防護距離》［6］中規定地處復雜地形條件下的工業企業所需要的衛生防護距離，應由建設單位主管部門與建設項目所在省、市、自治區的衛生與環境保護主管部門，根據環境影響評價報告書共同確定，并沒有明確地給出復雜地形下衛生防護距離的計算方法。因此，依據衛生防護距離的定義，本論述定義復雜地形條件下污染物濃度超過GB3095與TJ36規定的居住區容許濃度限值的距離為環境安全間距，污染物濃度超過GB3095與TJ36規定的居住區容許濃度限值的范圍為環境安全區域。

本論述以某石化公司煉油污水廠擴建項目為例，采用AERMOD大氣預測模型來計算對比復雜地形條件下90m精度地形數據與30m精度地形數據的環境安全間距計算結果，與標準中給出的簡單地形條件下的衛生防護距離進行對比分析，以期得到復雜地形條件下更為準確的環境安全間距，為今后石化企業相關項目的環境安全間距的確定提供參考。

1　項目介紹

某石化企業煉油污水廠設計處理規模為1400m3/h。所處理的污水主要有來自煉廠循環水排污、常減壓電脫鹽裝置、酸性水汽提裝置、儲運系統、機泵密封及冷卻系統、初期污染雨水及少量生活污水。

項目所在地的地形為河谷盆地，在5km范圍內南側山峰高度為1755m，與項目高差為215m，北側山峰高度為1630m，與項目高差為150m。依據《環境影響評價技術導則大氣環境》（HJ2.2-2008）［7］，確定本項目所在地為復雜地形。

根據安偉銘等［8］對煉油污水處理裝置的對比分析，本次采用源強經驗估算法確定煉油污水廠惡臭氣體源強。污水處理廠主要處理設施惡臭氣體產生強度見表1。通過計算可知，該煉油污水廠H2S和NH3的無組織排放源強分別為0.080kg/h、0.255kg/h；項目污染源排放高度為5m，面源面積12572.38m2，有效半徑63.277m；評價標準采用《工業企業設計衛生標準》（TJ 36-79）中規定的居住區大氣中有毒有害物質的一次最高容許濃度限值確定標準值：氨氣0.2mg/m3，硫化氫0.01mg/m3。

表1　污水處理廠主要處理設施H2S和NH3產生強度

2　模型介紹及設置

預測模型采用導則推薦的AERMOD模型，AERMOD是一個穩態煙羽擴散模型，可基于大氣邊界層數據特征模擬點源、面源、體源等排放出的污染物在短期（小時平均、日平均）、長期（年平均）的濃度分布，適用于農村或城市地區、簡單或復雜地形。

AERMOD模型在國內環評和大氣預測中得到廣泛的應用［9-10］，周丹等［11］和付鵬等［12］運用AERMOD探討了不同地形條件下企業衛生防護距離的設置方法。

隨著現代技術的發展，在椰果采摘機的原理層面也逐漸走上多樣和高科技化。在傳動方面，大多采用效率較高、靈活多變的液壓傳動；在對果實的識別定位方面，正在逐漸地使用紅外線遙感技術和光譜感應技術完成定位；在剪切方面，一改傳統的鐮刀剪法，而是采用多齒形自動剪切。同時，因為采摘果實的末端執行器的基本結構取決于工作對象的特征以及工作方式，所以在設計采摘執行器之前，要綜合考慮采摘對象的生物特征、機械特性和理化特性，到目前為止，末端執行器都是專用的。為了避免碰傷果實，大多數的采摘末端的部位采用尼龍或橡膠材料。如果是工作在固定的工作路徑上，則采用單片機編程來控制，效率較高。

2.1地面氣象數據

本次地面氣象數據采用該企業所在市鄰近氣象觀測站的實測數據，收集了2012年逐日逐次的氣象數據，地面氣象數據項目包括風速、風向、總云量、低云量、干球溫度等，其中風向、風速、干球溫度每日監測24次，總云量、低云量每日監測8次。在數據處理過程中對日觀測次數不足24次的進行了插值處理。根據地面氣象數據分析可知，2012年本區域平均風速為1.2m/s，全年主導風向為東北-西南。

2.2高空氣象數據

本次高空氣象數據選取該企業所在市鄰近氣象觀測站的高空氣象數據，項目所在地與氣象觀測站相距31km，符合《環境影響評價技術導則大氣環境》（HJ2.2—2008）中關于使用高空氣象資料的規定。數據項目包括：時間、探空數據層數、氣壓、高度、干球溫度、露點、溫度、風速、風向等。

2.3地形數據

本次地形數據采用srtm.csi.cgiar.org網站提供的90m×90m和30m×30m的DEM地形數據。

2.4預測方案

預測范圍的基準點定為排放源（煉油污水廠）所在位置，面積為6km×6km，網格步長為60m，模型計算最終輸出預測區域內受到無組織排放面源影響的各網格點上的小時平均濃度最大值，并繪制小時平均最大濃度等值線圖，通過結合評價范圍內污染物濃度限值，來確定環境安全區域，從而得出環境安全間距。

3　結果對比分析

3.1計算結果

根據模型計算結果，得到90m精度地形數據及30m精度地形數據下的H2S和NH3小時濃度等值線圖，見圖1～圖4。

圖1　90m精度地形條件下H2S小時濃度等值線圖

圖2　30m精度地形條件下H2S小時濃度等值線圖

圖3　90m精度地形條件下NH3小時濃度等值線圖

圖4　30m精度地形條件下NH3小時濃度等值線圖

圖1至圖4分別為90m和30m精度地形條件下H2S小時濃度等值線圖，90m和30m精度地形條件下NH3小時濃度等值線圖，由圖上可見均呈面源分布特征。《工業企業設計衛生標準》（TJ36-79）中規定的居住區大氣中有毒有害物質的一次最高容許濃度限值確定標準值：氨氣0.2mg/m3，硫化氫0.01mg/m3。

由圖1和圖2可知，90m精度地形條件下H2S最大小時濃度值為0.063mg/m3，濃度超過0.01mg/m3處距離預測中心點的最遠估算距離為877m；30m精度地形條件下H2S最大小時濃度值為0.065mg/m3，濃度超過0.01mg/m3處距離預測中心點的最遠估算距離為810m。圖1和圖2中深綠色區域為污染物預測濃度超過標準值區域。

由圖3和圖4可知，90m精度地形條件下NH3的最大小時濃度值為0.201mg/m3，略微超出標準值，超標最遠網格為（-120，60），得到濃度超過0.01mg/m3處距離預測中心點的最遠估算距離為134m；30m精度地形條件下NH3的最大小時濃度值為0.206mg/m3，略微超出標準值，超標最遠網格同樣為（-120，60），得到濃度超過0.01mg/m3處距離預測中心點的最遠估算距離為134m。

3.2結果分析

（1）在90m精度地形條件下計算得到環境安全間距為877m，30m精度地形條件下計算得到環境安全間距為810m，30m的計算結果比90m的小67m，約7.64%，雖然差距不大，但是折算為居民搬遷面積約減少搬遷35.5萬m2，約占90m精度地形條件下環境安全區域總面積的15%，詳見表2。

表2　環境安全間距對比表

（2）90m和30m精度地形條件下H2S最大小時濃度值分別為0.063mg/m3和0.065mg/m3，90m和30m精度地形條件下NH3最大小時濃度值分別為0.201mg/m3和0.206mg/m3，在30m精度地形條件下的計算結果均略大于90m精度地形條件下的計算結果，詳見表3。

（3）該項目原油年加工量為1050萬t/a，當地年平均風速為1.2m/s，若僅根據《石油化工企業衛生防護距離》（SH3093—1999）、《石油加工業衛生防護距離》（GB8195—2011）［13］中規定的衛生防護距離的行業標準得到的分別為900m和1200m。但是根據適用條件，該方法僅適用于地處平原、微丘陵地區的石化企業和石油加工企業的衛生防護距離的確定，未考慮地形條件對無組織面源排放的影響，結果明顯大于復雜地形下不同精度地形數據的模型結果，說明復雜地形對于污染物的擴散有著明顯的影響。

表3　最大小時濃度值對比表

4　結論

（1）為保護環境安全，對于惡臭排放企業需要設置一定的惡臭緩沖距離，本論述定義復雜地形條件下污染物濃度超過GB3095與TJ36規定的居住區容許濃度限值的距離為環境安全間距，污染物濃度超過GB 3095與TJ36規定的居住區容許濃度限值的范圍為環境安全區域，這個區域是惡臭影響超標的區域，必須設置環境安全間距進行隔離。采用AERMOD模型計算煉油污水處理設施惡臭污染物在復雜地形90m精度地形數據條件下和30m精度地形數據條件下的環境安全間距分別為877m和810m，30m精度地形數據計算的環境安全間距比90m精度地形數據的計算結果減少67m，約7.64%，折算居民搬遷面積約減少搬遷35.5萬m2，約占90m精度地形數據計算搬遷總面積的15%，可見高精度地形數據可以更加準確地計算環境安全間距，有利于優化搬遷改造措施，在保證居民健康的前提下，節約國土資源。

（2）30m精度地形條件下的H2S和NH3最大小時濃度值分別比90m精度地形條件下的計算結果大3.08%和2.42%，雖然兩者差距很小，但是高精度地形數據對于更加準確地獲得預測數據更有幫助，更加充分考慮了地形對污染物擴散的影響。

（3）根據《石油化工企業衛生防護距離》（SH3093—1999）、《石油加工業衛生防護距離》（GB8195—2011）中規定的衛生防護距離的行業標準得到的分別為900m和1200m，但該方法僅適用于地處平原、微丘陵地區的石油化工企業和石油加工企業的衛生防護距離的確定，明顯大于30m精度地形數據下的環境安全間距810m，說明復雜地形對于煉油污水處理設施惡臭污染物的擴散有著明顯影響，在涉及到復雜地形時應根據模型計算的結果設置環境安全間距。

（4）污染物的無組織排放和企業衛生防護距離的確定一直是環評工作的重要內容，而兩者又不僅僅與企業生產規模、地形條件、氣象條件有關，同時也與企業的清潔生產工藝等有著密切聯系，通過模型計算確定復雜地形條件下無組織排放源的環境安全間距，結合廠界外居民點的分布情況，綜合考慮各種因素來制訂合理可行的環境安全間距，為企業項目選址、政府環保決策、保證居民健康提供依據。

［1］巫明娟，趙東風，戚麗霞，等.石化企業衛生防護距離的合理性設置［J］.石油與天然氣化工，2011（4）:419-423.

［2］國家技術監督局，國家環境保護局.GB/T3840-91制定地方大氣污染物排放標準的技術方法［S］.北京:中國環境科學出版社，1991.

［3］丁峰，蔡芳，李時蓓.應用AERMOD計算衛生防護距離方法探討［J］.環境保護科學，2008，34（5）:56-59.

［4］林莉.合成氨廠衛生防護距離的確定［J］.工業安全與環保，2008，34（7）:58-59.

［5］于澤慶.復雜地形下水泥廠衛生防護距離確定方法的探討［J］.鋼鐵技術，2006（6）:42-45.

［6］國家石油和化學工業局.SH3093-1999石油化工企業衛生防護距離［S］.北京:中國石化出版社，1999.

［7］環境保護部.HJ2.2—2008環境影響評價技術導則大氣環境［S］.北京:中國環境科學出版社，2009.

［8］安偉銘，楊宏，潘峰等.煉油污水處理裝置惡臭氣體源強估算方法的對比［J］.化工環保，2014，34（6）:566-570.

［9］丁峰，李時蓓，蔡芳.AERMOD在國內環境影響評價中的實例驗證與應用［J］.環境污染與防治，2007，29（12）:953-957.

［10］李杰，張仲成.AERMOD模型在復雜地形大氣預測中的應用——以某鋼廠為例［J］.科技資訊，2011（19）:166-168.

［11］周丹，劉愛紅，杜紅瑤，等.復雜地形條件下天然氣凈化廠衛生防護距離設置方法的探討［J］.四川環境，2013，32（1）: 139-142.

［12］付鵬，潘峰，莫欣岳，等.不同地形條件下煉油污水處理裝置衛生防護距離問題探討［J］.環境影響評價，2015，37（6）: 52-56.

［13］中華人民共和國衛生部，中國國家標準化委員會.GB 8195—2011石油加工業衛生防護距離［S］.北京:中國標準出版社，2012.

P208

A

2016-7-6

劉明（1990-），男，山東青島人，碩士，主要研究方向：應用氣象學類的環境影響評價。