石灰石礦山項目為例的大氣環境影響預測研究

徐暢平，郝明，張云

（1.云南省建筑材料科學研究設計院有限公司 云南 昆明 650221 2.易門縣環境監測站 云南 易門 651100）

0 引言

石灰石礦山項目的大氣污染物以粉塵為代表，主要是露天采場、排土場、破碎站產生的無組織粉塵，以及破碎站產生的有組織粉塵。該類項目的污染因子以TSP為主。以某石灰石礦山破碎站為例，分析比較新舊大氣導則中兩種估算模式對TSP預測結果的差異。

1 預測模式特點

根據原導則的評價級別判定，石灰石礦山項目的大氣環境影響評價等級普遍為三級，預測使用Screen3估算模式。Screen3估算模式是一種單源預測模式，能計算幾種類型源的最大地面濃度，包括計算建筑物下洗、熏煙等非正常條件下的最大地面濃度，估算模式中已包含54種預設的氣象組合條件，此類氣象條件在某個地區有可能發生，也有可能不發生。通過估算模式計算出的最大地面濃度相對通過進一步預測模式計算出的結果來說偏大[1]。

新導則將原來的Screen3模式改為了Aerscreen模式。Aerscreen為美國環保署（U.S.EPA）開發的以Aermod模式為基礎的單源估算模型，可計算多重類型源（包括一些特殊類型的源），還可以計算地形、熏煙和建筑物下洗的影響，輸出結果包括1h、8h、24h平均、及年平均的地面濃度最大值，從而對源影響周邊空氣環境的程度和范圍進行評價。Aerscreen模型主要在內部嵌入了Makemet程序和Aerscreen命令窗口接口程序，Makemet程序主要用來處理氣象數據，可提供具有預測計算位置特征的氣象條件，通過Aerscreen程序調用，能夠將氣象數據（由Makemet生成）、地形數據（由Aermap生成）以及建筑物下洗數據（由Bpipprm生成）進行整合，并最終綜合完成預測計算[2]。

2 實例分析

2.1 源強參數

石灰石礦山破碎站項目粉塵有組織排放產生點主要為篩分、破碎、轉運、進料及出料等過程。使用集氣罩收塵+袋式除塵器除塵的方法進行治理，共有3個有組織排放源，源強如表1所示。無組織排放源即破碎站車間，源強如表2所示。

表1 有組織排放源源強

表2 無組織排放源源強

2.2 氣象參數

本項目位于賓川，根據20年氣象統計數據，賓川20年最高氣溫為38℃，20年最低氣溫為-6.2℃，全年平均氣溫為17.9℃。賓川多年平均主導風向為西南風，多年平均風速為1.8m/s。

2.3 預測條件比較

由于本項目位于內陸、周圍為荒山開闊地區，則項目預測時不計算建筑物下洗、海岸線熏煙的影響。Aerscreen模式和Screen3模式的預測條件如下表所示：

表3 Aerscreen模式和Screen3模式預測條件對比

氣象數據方面，Screen3使用內部已有的固定氣象組合，無法定義土地利用類型、區域濕度條件[3]，且只使用年平均氣溫、年平均風速來進行計算，則預測參數較少，預測結果與項目所在地具體氣象信息關聯性相對較小。而Aerscreen則可以調用Makemet程序來處理氣象數據，生成具有預測計算位置特征的氣象條件，可選參數較多，預測結果與項目所在地具體氣象信息關聯性相對較大。

地形數據方面，Screen3只有簡單地形或復雜地形之分，若遇復雜地形，無法導入地形數據，只能輸入高程，且不能選擇土地利用類型，則預測參數較少，預測結果與項目所在地具體地形信息關聯性相對較小。而Aerscreen是調用Aermap處理地形，可以較為真實地反映項目所在地地形情況，并根據項目所在地地表情況選擇土地利用類型，預測結果更接近于實際情況。

2.4 預測結果比較

由表4可知，使用Aerscreen模式預測的Cmax和Pmax比用Screen3模式預測的要大得多。根據伯鑫[4]等人的研究，這說明Screen3模式的氣象條件組合過少，本項目所在地的最不利氣象條件不在其中，而Aerscreen模式的預測結果更加保守。從Cmax出現的最近距離來看，使用Aerscreen模式預測的濃度最大值均比用Screen3模式預測的最大值出現的距離近。

Screen3模式預測的TSP濃度隨距離的變化較為平緩，而Aerscreen模式預測的TSP濃度均在約500m范圍內出現了峰值，并隨后呈現出濃度隨著距離增加而降低的反比規律。對比左圖和右圖可知，2 000m范圍內，Aerscreen模式和Screen3模式對TSP的預測結果差別相對較大，雖然隨著距離的增加，都出現了類似拋物線的先低后高再低的濃度變化趨勢，但使用Screen3模式預測產生的結果曲線相對較為平緩，特別是在G1和G2的預測結果中，基本看不出這種變化，只有在G3的預測結果中可以看出。而在2000m范圍以外，Aerscreen模式和Screen3模式的預測結果值相近，變化趨勢也相近，預測結果曲線出現重合現象。

表4 兩種估算模式下Pmax和D10%預測和計算結果一覽表

根據孫爽[5]的研究，不考慮地形因素條件下（此時Screen3模式為簡單地形），污染物落地濃度會在污染源近距離范圍內與下風向距離呈正比，但之后呈反比的規律性較強，使用地形數據時，污染物最大落地濃度隨下風向變化的曲線波動較大，單獨看最大落地濃度預測值的話，其隨著下風向距離的變化呈現無規律波動狀態，但整體來看，預測曲線的變化規律仍是濃度與距離呈反比。結合Aerscreen模式和Screen3模式的預測參數，從右側的局部圖可以看出，本項目所在地屬于簡單地形，曲線變化趨勢基本符合先與下風向距離呈正比，再呈反比的規律，由于Aerscreen模式的預測參數更接近于實際情況，預測結果曲線在2 000m范圍內出現了一些波動，而Screen3模式的預測結果曲線相對較為平滑，這是由于局部地形特征和地表特征影響了TSP的擴散過程，在Aerscreen模式中體現了出來，而在Screen3中未體現。

圖1 Aerscreen模式和Screen3模式對石灰石礦山破碎站TSP的預測結果

對比Aerscreen模式的各點源預測曲線的波動幅度發現，G3的預測曲線波動最大。計算G1、G2、G3的廢氣排放流速可得，G1為9.85m/s，G2為5.48m/s，G3為1.47m/s。所以，造成G3預測曲線波動幅度較大的原因可能是G3廢氣排放流速較低，受局地地形特征和土地利用類型（本項目為針葉林）的影響更加明顯。

3 結語

Aerscreen模式和Screen3模式都是以高斯模型為基礎的模式，所以使用這2種模式預測石灰石礦山破碎站項目，TSP最大落地濃度預測值隨距離的變化趨勢相同，都是先增后減。

從最大落地濃度預測值來看，由于Aerscreen模式預測結果較Screen3模式保守，且Aerscreen模式的氣象處理Makemet程序可以更好地模擬項目所在地真實氣象，并捕捉最不利氣象條件，所以用Aerscreen模式預測的Pmax比用Screen3模式預測的要大很多。

從最大落地濃度預測值對應的下風向最近距離來看，Aerscreen模式預測的最近距離比Screen3模式要近很多，說明使用Aerscreen模式預測，得出的高濃度區域范圍要比Screen3模式小。

從預測結果曲線的波動來看，Aerscreen模式和Screen3模式的差別主要集中在2 000m范圍內，說明地形數據、地表土地利用類型以及氣象數據的參數選擇決定了污染源附近局部區域內的預測結果，而對2 000m以外的預測結果影響相對較小。

從TSP最大占標率預測值來看，Aerscreen模式預測的Pmax較大，其中G3已達到10%，根據新導則的要求，應進行一級評價。則可以推斷，新導則實施后，大部分石灰石礦山類項目可能由原來的三級評價提升為一級評價，并應使用Aermod等進一步預測模式進行預測。