AERMOD與CALPUFF模型在某核基地環(huán)境影響評價中的應(yīng)用

侯連嬌++陳凌++程衛(wèi)亞++宋衛(wèi)杰

摘 要：AERMOD與CALPUFF為我國《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境》（HJ2.2-2008）中推薦的預(yù)測模式，二者在適用條件、應(yīng)用尺度、氣象與地形預(yù)處理等方面各有優(yōu)勢。本研究采用兩個模式對某核基地內(nèi)煙囪排放的放射性氣態(tài)流出物進(jìn)行模擬，比較二者模擬結(jié)果可以得出，在污染源、預(yù)測范圍以及計算網(wǎng)格相同的情況下，兩者的模擬結(jié)果相近，沒有數(shù)量級的差別，在該基地的適用性均較好。

關(guān)鍵詞：AERMOD；CALPUFF；環(huán)境影響評價

引言

AERMOD模式為穩(wěn)態(tài)高斯煙羽模型，適用于評價范圍小于50公里的近場項目[1]，該模型以擴(kuò)散統(tǒng)計理論為出發(fā)點，假設(shè)污染物的濃度分布在一定范圍內(nèi)符合正態(tài)分布，適用于農(nóng)村或城市地區(qū)、簡單或復(fù)雜地形[2]。

CALPUFF模型為三維非穩(wěn)態(tài)拉格朗日煙團(tuán)擴(kuò)散模式，是美國國家環(huán)保局（USEPA）長期支持開發(fā)的法規(guī)導(dǎo)則模型。適用于幾十米至幾百千米評價范圍的大氣質(zhì)量模擬，也適用于小范圍的復(fù)雜風(fēng)場的大氣質(zhì)量模擬。

本研究針對2010年北京某核基地內(nèi)煙囪排放的放射性氣態(tài)流出物，選取同一時間段、同樣的計算參數(shù)，利用AERMOD與CALPUFF模式進(jìn)行擴(kuò)散模擬，通過模擬結(jié)果的對比分析，判斷二者在該基地的適用性，也為以后該基地環(huán)境監(jiān)測及環(huán)境評價工作中模型的選取提供實例支持。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段AERMOD模式應(yīng)用相對廣泛，而CALPUFF在國內(nèi)的應(yīng)用多以科研為主，應(yīng)用于環(huán)境影響評價、大氣風(fēng)險評價、尤其是核設(shè)施領(lǐng)域的放射性核素的擴(kuò)散模擬等領(lǐng)域的相對較少，有待進(jìn)一步推廣。

國內(nèi)AERMOD與CALPUFF模式在常規(guī)工況下的大氣擴(kuò)散模擬評價已有一些應(yīng)用與開發(fā)，例如：欒忠慶等[3]分析了AERMOD和CALPUFF對同一項目模擬結(jié)果的異同；楊多興等[4]與趙亮[5]都利用CALPUFF模式與中尺度氣象模式MM5進(jìn)行空氣污染的模擬；伯鑫[6]建立了CALPUFF動態(tài)可視化系統(tǒng)以及CALPUFF-AERMOD耦合系統(tǒng)；崔慧玲[7]在CALPUFF的基礎(chǔ)上加入了對放射性核素的放射性衰減的模擬計算與干濕沉積參數(shù)，并建立了事故情況下的劑量估算模式。

2 計算參數(shù)

2.1 氣象數(shù)據(jù)

本研究擬利用CALPUFF與AERMOD模型模擬計算2010年全年共8760個小時的數(shù)據(jù)，其中：

AERMOD模型采用的地面數(shù)據(jù)來自基地氣象監(jiān)測站，包括逐時的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓、總云量、低云量，探空數(shù)據(jù)來自北京市氣象局，包括1000、850、700、500、200百帕的溫度、露點溫度、位勢高度、風(fēng)速、風(fēng)向。CALPUFF模型采用的地面數(shù)據(jù)來自基地氣象監(jiān)測站（同AERMOD模型中地面氣象數(shù)據(jù)）以及北京市氣象局，包括逐時的風(fēng)速、風(fēng)向、云底高度、溫度、相對濕度、氣壓、總云量、低云量。探空數(shù)據(jù)同AERMOD模式中的探空數(shù)據(jù)。CALPUFF與AERMOD模型使用的地形高程與用地類型數(shù)據(jù)均來自美國土地局官網(wǎng)。

2.2 污染源數(shù)據(jù)

兩種模型采用完全相同的污染源，均為基地內(nèi)1#煙囪排放的60Co，排放量均設(shè)置為1g/s。

2.3 預(yù)測范圍與網(wǎng)格設(shè)置

兩種模型模擬大氣預(yù)測范圍相同，均以1#煙囪為中心點，東西方向為X軸、南北方向為Y軸，邊長20×20km的矩形所包含的范圍。兩種模型計算網(wǎng)格均采取近密遠(yuǎn)疏的布設(shè)方法，大范圍的網(wǎng)格精度為500m，廠區(qū)附近3×3km的區(qū)域采用100m格距的加密網(wǎng)格。

2.4 其他參數(shù)

CALPUFF不考慮MESOPUFFⅡ化學(xué)轉(zhuǎn)化，不考慮干濕沉降，不考慮建筑物下洗。AERMOD不考慮干濕沉降，不考慮建筑物下洗。

2.5 模擬計算內(nèi)容

年均、日均、小時最大落地濃度，對應(yīng)的時間以及與1#煙囪的相對位置。

3 模擬結(jié)果分析

兩個模型模擬的最大年均、日均、小時平均濃度及出現(xiàn)位置、時間分別見表1、表2。

通過模擬結(jié)果可以看出，兩種模型模擬的最大小時均值、最大日均、年均值結(jié)果相近，沒有數(shù)量級的差別。但兩種模型模擬的小時、日均最大濃度并不出現(xiàn)在同一天，并且最大落地濃度距離源的位置不同。這主要是因為兩者使用的氣象條件并不完全相同，AERMOD模型只考慮一個地面站，而CALPUFF模型考慮了兩個地面站共同作用。

4 結(jié)束語

由預(yù)測結(jié)果的對比分析可以看出，在預(yù)測范圍、計算網(wǎng)格、污染源以及運(yùn)算周期相同的情況下，CALPUFF與AERMOD模式的預(yù)測結(jié)果相近，沒有數(shù)量級的差別，AERMOD的模擬結(jié)果比CALPUFF的模擬結(jié)果偏保守。在本研究中，CALPUFF模式?jīng)]有考慮MESOPUFFⅡ化學(xué)轉(zhuǎn)化，也不涉及到海岸效應(yīng)的影響，CALPUFF模式?jīng)]有發(fā)揮出其優(yōu)勢，因此CALPUFF與AERMOD模式在該基地的適用性均較好。而對于大尺度區(qū)域、復(fù)雜地形、沿海等項目，CALPUFF模式相比AERMOD模式模擬結(jié)果可能更準(zhǔn)確。

污染物在大氣環(huán)境中的遷移擴(kuò)散是一個復(fù)雜的過程，國內(nèi)的應(yīng)用研究主要受實測探空數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)的限制。本論文只是通過CALPUFF與AERMOD在近場預(yù)測結(jié)果做了初步對比分析。若要進(jìn)行進(jìn)一步適用性研究，需要收集更準(zhǔn)確、實時的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計算。

參考文獻(xiàn)

[1]國家環(huán)境保護(hù)部.HJ2.2-2008.環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境

[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

[2]丁峰，李時蓓，蔡芳.AERMOD在國內(nèi)環(huán)境影響評價中的實例驗證與應(yīng)用[J].環(huán)境污染與防治，2007，12：953-957.

[3]欒忠慶，肖勇，孟凡偉.AERMOD與CALPUFF模型在環(huán)境影響評價中的應(yīng)用與比較[J].

[4]楊多興，韓永偉，拓學(xué)森.門頭溝生態(tài)區(qū)排放的大氣顆粒物輸送的模擬研究[J].西南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（5）.

[5]趙亮.CALPUFF在重慶市主城區(qū)空氣質(zhì)量預(yù)報中的初步應(yīng)用[D].

重慶：西南大學(xué)，2013.

[6]伯鑫.CALPUFF系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].天津：南開大學(xué)，2009.

[7]崔慧玲.CALPUFF模式用于放射性核素不同尺度的遷移擴(kuò)散研究[D].山西：太原理工大學(xué)，2012.