mapinfo大气环境容量测算模型.docx
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mapinfo大气环境容量测算模型
附件二：
大气环境容量测算模型简介
说明：
本部分内容是“重点城市大气环境容量核定工作方案”中提到的各推荐模型的简介，主要目的是为了使各城市了解各模型的功能和基本原理，同时，了解如选用该模型，都需要准备哪些输入数据，以便各城市根据本市的实际情况，提前准备。
第一部分大气扩散烟团轨迹模型
1大气扩散烟团轨迹模型简介
该模型由国家环境保护总局环境规划院开发。
烟团扩散模型的特点是能够对污染源排放出的“烟团”在随时间、空间变化的非均匀性流场中的运动进行模拟，同时保持了高斯模型结构简单、易于计算的特点，模型包括以下几个主要部分。
1.1三维风场的计算
首先利用风场调整模型，得到各预测时刻的风场，由于烟团模型中释放烟团的时间步长比观测间隔要小得多，为了给出每个时间步长的三维风场，我们采用线性插值的方法，利用前后两次的观测风场内插出其间隔时间内各个时间步长上的三维风场，内插公式如下：
Vi=v（ti）V（t2）-V（ti）l丄
n
n二花-鮎•:
t
式中：
V（ti）、V（t2）—分别为第1和第2个观测时刻的风场值;
=t—烟团释放时间步长；
n—为ti、t2间隔内的时间步长数目；
Vi—表示ti、t2间隔内第i个时间步长上的风场值
1.2烟团轨迹的计算
位于源点的某污染源，在to时刻释放出第1个烟团，此烟团按to时刻源点处的风向风速运行，经一个时间步长t后在ti时刻到达Pii，经过的距离为Dii，
从ti开始，第一个烟团按Pii处ti时刻的风向风速走一个时间步长，在t2时刻到
达Pi2,其间经过距离Di2，与此同时，在ti时刻从源点释放出第2个烟团，按源点处ti时刻的风向风速运行，在t2时刻到达P22，其经过的距离为D22，以此类推，从to时刻经过j个氏，到tj时刻共释放出了j个烟团，这时，这j个烟团的中心分别位于Pij，i=i,2,…j,设源的坐标为（Xs,Ys，Zs（t）），Zs（t）为t时刻烟团的有效抬升高度，Pij的坐标为（Xij,Yij,Zij）,u、v分别为风速在X、丫方向的分量，则有如下计算公式：
ti时刻：
Xu二XsU[t°,Xs,Ys,Zs（t。
）]凤
Yii=YsV[t°,Xs,Ys,Zs（t。
）]
Zu=ZsW[t°,Xs,Ys,Zs（t。
）]
Di=Dii「（Xu二Xs）2—（丫ii二Ys）2
t2时刻：
Xi2=XiiU[ti,Xii,Yi,Zii]厶t
Yi2=Yii•V[ti,Xii,Yii,Zii]
Zi2-ZiiW[ti,Xii,Yii,Zii]-A
Di2=Dii+Di2+J（Xi2—Xu）2+（Yi2—Yii）2
X22二XsU[ti,Xs,Ys,Zs（ti）]：
t
Y22二YsV[ti,Xs,Ys,Zs（ti）]：
t
Z22二ZsW[ti,Xs,Ys,Zs（ti）]
D；二D22=..（X22—Xs）2（Y22—Ys）2
以此类推，至ytj时刻，共释放出j个烟团，这些烟团最后的中心位置分别在
Pij，Xij，Yij，Zij，i=1，2,…j,对于第i个烟团有：
=Xi（jJ）'U[tjJ，Xi（jd），Yi（jd），Zi（jd）K'：
t
Yij=Yi（jd）'V[tjJ，Xi（jJ），Yi（jJ），Zi（jJ）K-'：
t
Zij-Zi（jJ）'W[tjJ，Xi（jJ），Yi（jd），Zi（jJ）]川
j
D/八Dik二DijJ■,（Xj-Xi（jd））2-（Yj-丫心二））2
k4
Dij为i个烟团从源点释放后到tj时刻所经过的距离。
1.3浓度公式
由前一个小节的计算，已找到由S点（Xs，Ys）的污染源释放出来的所有烟团在第j个时刻所处的位置，这样S处的污染源在第j个时刻在地面某接受点R（X、丫、0）处造成的浓度就是所有i个烟团的浓度贡献之和。
考虑中心位于Pij的烟团对R点的浓度贡献，则有：
Ci二2QsCXCYCZCbCd
Cx=exp「（X-Xij）2〕
2cr2
JX
2
EXP
一（Y_Yj）
Cb
Cd
2CT2
厶y
-EXP-bj4
（vdiN）2=EXP|-'Ji丿
（2兀）6巧6
式中：
Qs—源强，mg/s；
二y、二z:
—X方向、丫方向、Z方向的大气扩散参数，m；
Cx、Cy、Cz：
—X、丫、Z方向扩散项，Cz在后面给出算式；
Cb为污染物转化项，b为转化率，1/s；
Cd为污染物沉降项，Vd为沉降速率，m/s。
由于考虑到烟团对混合层的穿透作用及混合层对烟团的反射作用，垂直扩散
项分以下几种情况讨论：
当混合层高为零时（即无混合层时）有:
计算地面浓度时，Z=0，则有:
Z
j
Cz二EXP（4）
2f
当混合层高度Zi不为零时，垂直扩散项分以下几种情况计算。
设排放源几何高度为hs,混合层高度为Zi，令Z；=Zj-hs，设烟气抬升高为丄h（烟气抬升高度用“国标HJ/T2.2-93”推荐的模式计算），我们可定义烟气
I
穿透率：
卩=1.5-色，按不同的P值，分别计算Cz0
Ah
2'
当P=0，即<2Zi时，认为污染物全在混合层内，按封闭性扩散式计算,
3
N
CzEXP[
n—-N
（Zj-2nZi）2
即污染物在混合层与地面间多次反射。
式中：
N—为反射次数，一般取为N=4即可。
当P>1时，即-：
h2Z；时，认为污染物完全穿透混合层，并在混合层以上的稳定层中扩散，由混合层的阻挡而不能到达地面，这时令Cz=0o
乙2
Cz1=PEXP（打）
2bz
而（1-P）部分的烟团在Zi处按封闭扩散:
N
Cz2=（1—P）'EXP[-
n
（Zj-2nZi）2]
1.4.1有风时扩散参数c
y、
（Tz的确定（0.5h取样时间）
1.4大气扩散参数
（1）平原地区农村及城市远郊区的扩散参数选取方法如下：
A、B、C级稳定度直接由表1.4-1和表1.4-2查算，D、E、F级稳定度则需向不稳定方向提半级后由表1.4-1和表1.4-2查算。
（2）工业区或城区中的点源，其扩散参数选取方法如下：
A、B级不提级，C级提到B级，D、E、F级向不稳定方向提一级，再按表1.4-1和表1.4-2查算。
表1.4-1横向扩散参数幕函数表达式数据
扩散参数
稳定度等级
（P•S）
a1
71
下风距离，m
A
0.901074
0.425809
0~1000
0.850934
0.602052
>1000
B
0.914370
0.281846
0~1000
0.865014
0.396353
>1000
B~C
0.919325
0.229500
0~1000
0.875086
0.314238
>1000
C
0.924279
0.177154
0~1000
0.885157
0.232123
>1000
C~D
0.926849
0.143940
0~1000
0.886940
0.189396
>1000
D
0.929481
0.110726
0~1000
0.888723
0.146669
>1000
D~E
0.925118
0.0985631
0~1000
0.892794
0.124308
>1000
E
0.920818
0.086001
0~1000
0.896864
0.124308
>1000
F
0.929481
0.0553634
0~1000
0.888723
0.073348
>1000
表1.4-2垂直扩散参数幕函数表达式数据
扩散参数
稳定度等级
（P•S）
a2
L
下风距离，m
1.12154
0.0799904
0~300
A
1.5260
0.00854771
300~500
2.10881
0.000211545
>500
B
0.941015
0.127190
0~500
1.09356
0.0570251
>500
B~C
0.941015
0.114682
0~500
1.00770
0.0757182
>500
C
0.917595
0.106803
0
0.838628
0.126152
0~2000
C~D
0.756410
0.235667
2000~10000
0.815575
0.136659
>10000
0.826212
0.104634
1~1000
D
0.632023
0.400167
1000~10000
0.555360
0.810763
>10000
O.776864
0.104634
0~2000
D~E
0.572347
0.400167
2000~10000
0.499149
1.03810
>10000
0.788370
0.0927529
0~1000
E
0.565188
0.433384
1000~10000
0.414743
1.73241
>10000
0.78440
0.0620765
0~1000
F
0.525969
0.370015
1000~10000
0.322659
2.40691
>10000
（3）丘陵山区的农村或城市，其扩散参数选取方法同工业区
1.4.2小风和静风（UioV1.5m/s）时，0.5h取样时间的扩散参数按表1.4-3选取
二z
表1.4-3小风和静风扩散参数的系数01、02
稳定度（P•S）
%
%2
U10v0.5m/s
1.5m/s>U10》
0.5m/s
U10v0.5m/s
1.5m/s>U10》
0.5/s
A
0.93
0.76
0.15
1.57
B
0.76
0.56
0.47
0.47
C
0.55
0.35
0.21
0.21
D
0.47
0.27
0.12
0.12
E
0.44
0.24
0.07
0.07
F
0.44
0.24
0.05
0.05
x
y
=1
01>
1.5烟气抬升公式
1.5.1有风时，中性和不稳定条件的烟气抬升高度厶H（m）
（1）当烟气热释放率Qh大于或等于是2100KJ/S,且烟气温度与环境温度的差值△T大于或等于35K时，△H采用下式计算：
Qh
=0.35P：
.Q.—
HnoQ“Hn2UJ
T讥-「.
式中：
no——烟气热状况及地表系数，见表1.5-1；
n1――烟气热释放率指数，见表1.5-1；
n2排气筒高度指数，见表1.5-1；
Qh——烟气热释放率，KJ/s；
H――排气筒距地面几何高度，m，超过去240m时，取H=240m；Pa大气压力，hPa；
Qv实际排烟率，m%；
△T――烟气出口温度与环境温度差，K；
Ts――烟气出口温度，K；
Ta――环境大气温度，K；
U――排气筒出口处平均风速，m/s。
表1.5-1n。
、ni、n2的选取
Qh，KJ/s
地表状况（平原）
n。
n1
n2
LZ|/o
农村或城市远郊区
1.427
1/3
2/3
Qh，KJ/s
城市及近郊区d
1.303
1/3丁
2/3
2100wQhV21000
农村或城市远郊区
0.332
3/5
2/5
且厶T>35K
城市及近郊区
0.292
3/5
2/5
（2）当1700kJ/svQhv2100KJ/s时，
■V.-•氷2Y门Qh1700
400
■：
^21.5VsD0.01Qh/U-0.048QhT700/U
类选取;
Qh
U――与
（1）中的定义相同。
（3）当Qh<1700kJ/s或者△Tv35K时,
f<1/3
△H心3陰+0.009屮
J/3
1.5.2有风时，稳定条件按下式计算烟气抬升高度厶H（m）
1/4dT.
：
"50Qh忑
0.0098
1.5.3静风和小风时，按下式计算烟气抬升高度△H（m）.
但需取值不宜小于0.01咖
2模型运行所需数据
数据文件1:
共四行：
第1行：
X方向网格点的数目（MX），Y方向网格点的数目（MY），Z方向风的观测数据层数目
（MZ），最大有效烟团数（NT，默认110）,污染源数目（MSC）,气象观测小时数目（NTimes），稳定度数目（NeleTa，默认24）;
第2行：
烟团的时间步长（分，默认30.0）
第3行：
X方向步长（m，默认1000.0），Y方向步长（m，默认1000.0），大气压力（hPa，默认1013.25），规划区类型（1农村，2城市）;
第4行：
化学转化率1/s，沉降速率m/s；
数据文件2:
网格点上的背景浓度值，单位mg/m3;
（（C1（I,J）,I=1,MX）,J=1,MY）
数据文件3:
网格点上的高程（地形值），单位m;
1500m高程以下各层风的高程，共MZ个；
50，100，150，200，300，400，500，700，900，1200,1500
数据文件4:
共六部分
序号
1
23
4
5
6
7
8
9
10
11
12
说明
源类型：
1为点源，2为面源
污染源坐标
X，Y，Z
（m）
源强
（mg/s）
烟囱几何高度
（m）
烟气温度「C）
实际排烟率
（m3/s）
烟囱出口内径
（m）
烟气出口速度
（m/s）
面源边长
（m）
面源平均高度
（m）
第1部分：
污染源数据，共
12列，MSC行;
第2部分:
例如：
10,
例如：
0，50，100，150，200，250，300，350，400，450，500，550，600，650,
800，
900，1000，1100,
1200,1300,
1400,1500
第4部分：
取样时间（0~24），
共Ntime
个；
例如：
6
8
11
14
17
19
21
（第1天）
30
32
35
38
41
43
45
（第2天）
54
56
59
62
65
67
69
（第3天）
78
80
83
86
89
91
93
（第4天）
102
104
107
110
113
115
117
有效时次减少）
134
137
139
141
（因-
卜雨，
150
152
155
158
161
163
165
174
176
179
182
185
187
189
198
200
203
206
209
211
213
222
224
227
230
233
235
237
246
248
251
254
257
259
261
270
272
275
278
281
283
285
294
296
299
302
305
307
309
318
320
323
326
329
331
333
342
344
346
348
350
352
354
356358
360
362
364
366
368
370
372
374
376378
380
第3部分:
（最后两天时次加密，故有
10个数）
700,
750,
1500m高程以下各温度层的高程，共NEIeTa个;
第5部分：
相对于各取样时间的稳定度，共Ntime个；
（以数字表示
:
A=1，
B=2，B
〜C=3,
C=4，C〜D=5，D=6，D〜E=7，E=8，F=9）
例如:
8
6
6
4
6
6
6
9
2
4
6
6
6
6
9
2
4
6
6
6
6
6
6
4
6
6
6
6
6
6
6
4
6
6
6
6
6
6
6
6
4
4
2
6
6
8
8
4
2
4
6
8
6
8
6
4
6
6
6
8
8
4
4
6
6
6
8
8
4
2
6
6
6
6
8
4
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
9
8
8
4
4
2
6
69
8
8
8
8
6
6
4
66
6
第6部分：
0-24小时平均逐时混合层高度（m），例如：
317.2，285.5，253.8，222.1，190.4，158.7，127.0，227.0，327.0，455.7，584.3，713.0，733.0，753.0，773.0，695.0，617.0，539.0，507.3，475.6，443.9，412.2，380.5，348.8数据文件5：
1500m高程以下各温度层的温度值（C）:
共NEleTa列，NTimes行。
数据文件6:
1500m高程以下各层风的风速，共有NTimes个文件。
每个文件格式为:
第1行:
月，日，时；
第2行开始
N（风的层号）
U（风速在x方向上的分量，单位m/s，共MX列）
V（风速在y方向上的分量，单位m/s,共MX列）
U、V各MY行
N=1,2,……,MZ
第二部分A-P值法（GB/T3840-91）
1A-P值法简介
A-P值法为国家标准《制定大气污染物排放标准的技术方法》（GB/T
3840-91）提出的总量控制区排放总量限值计算公式；根据计算出的排放量限值及大气环境质量现状本底情况，确定出该区域可容许的排放量。
1.1总量控制区内大气污染物排放总量限值的计算方法
1.1.1总量控制区污染物排放总量的限值由式
（1）计算:
n
（1）
Qak二'Qaki
i4
式中：
Qak----总量控制区某种污染物年允许排放总量限值，104t；
Qaki----第i功能区某种污染物年允许排放总量限值，104t；n----功能区总数；
i----总量控制区内各功能分区的编号；
a—总量下标；
k----某种污染物下标。
Qaki
=Aki.S
（2）
1.1.2各功能区污染物排放总量限值由式
（2）计算:
（3）
式中：
Qaki----第i功能区某种污染物年允许排放总量限值，104t；
S----总量控制区总面积，km2；
Si----第i功能区面积，km2；
Aki----第i功能区某种污染物排放总量控制系数，104ta1km-1,计算方法见1.1.3。
1.1.3各类功能区内某种污染物排放总量控制系数由式（4）计算:
Aki
=ACki
（4）
式中：
Aki-—第i功能区某种污染物排放总量控制系数，104ta1km-1;
Cki----GB3095等国家和地方有关大气环境质量标准所规定的与第i
功能区类别相应的年日平均浓度限值，mg・m-3；
A----地理区域性总量控制系数，104km2a-1，可参照表1.1-1所列数据选取。
Aki亦可按（GB/T3840-91）附录A2方法求取。
1.1.4总量控制区内低架源（几何高度低于30m的排气筒排放或无组织排放源）
大气污染物年排放总量限值由式（5）计算:
（5）
n
Qbk=%Qbki
i4
式中：
dk----总量控制区内某种污染物低架源年允许排放总量限值，104t;
Qbki----第i功能区低架源某种污染物年允许排放总量限值，104t，其
计算方法见1.1.5;
b----低架源排放总量下标。
1.1.5各功能区低架源污染物排放总量限值按式（6）计算。
Qbki二■'Qaki⑹
式中：
Qbki----第i功能区低架源某种污染物年允许排放总量限值，104t;
Qaki----第i功能区某种污染物年允许排放总量限值，104t;
a----低架源排放分担率，见表1.1-1。
表1.1-1我国各地区总量控制系数A、低源分担率a、点源控制系数P值
地区序号
省（市）名
A
a
P
总量控制区
非总量控制区
1
新疆，西藏，青海
7.0-8.4
0.15
100-150
100-200
2
黑龙江,吉林，辽宁,内蒙古（阴山以北）
5.6-7.0
0.25
120-180
120-240
3
北京，天津，河北,河南，山东
4.2-5.6
0.15
100-180
120-240
4
内蒙古（阴山以南），山西，陕西（秦岭以北）,宁夏，甘肃（渭河以北）
3.5-4.9
0.20
100-150
100-200
5
上海，广东，广西,湖南湖北,江苏,浙江,安徽誨南，台湾，福建，江西
3.5-4.9
0.25
50-100
50-150
6
云南，贵州，四川，甘肃,（渭河以南），陕西（秦岭以南）
2.8-4.2
0.15
50-75
50-100
7
静风区（年平均风速小于1m/s）
1.4-2.8
0.25
40-80
40-90
1.1.6总量控制区内点源（几何高度大于等于30m的排气筒）污染物排放率限
值由式（7）计算：
QpkTkiH；10》（7）
式中：
Qpki----第i功能区内某种污染物点源允许排放率限值，th-1;
Pki----第i功能区内某种污染物点源排放控制系数，th-1m-2，计算方法见1.1.7;
He----排气筒有效高度，m,计算方法见1.1.11。
1.1.7点源排放控制系数按式（
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