鄭州市與中原經(jīng)濟(jì)區(qū)主要城市的大氣污染物的交互擴(kuò)散影響

崔亞飛

摘 要：大氣污染跨區(qū)域傳輸是區(qū)域大氣污染超標(biāo)的一個(gè)主要原因。收集相關(guān)數(shù)據(jù)，建立鄭州市外源性（輸送通道）空氣污染模型，分析鄭州周邊地區(qū)大氣污染對(duì)鄭州市大氣污染的影響，以及鄭州對(duì)其他地區(qū)大氣污染的影響。

我國(guó)大氣污染越來(lái)越呈現(xiàn)出復(fù)合型、區(qū)域型的特征。對(duì)于城市和區(qū)域來(lái)說(shuō)，想要有效地改善大氣環(huán)境，不但需要控制本地的污染，也需要弄清楚其他區(qū)域的影響，并采取相應(yīng)的聯(lián)防聯(lián)控措施。我們定量計(jì)算了鄭州市周邊中原經(jīng)濟(jì)區(qū)主要城市開(kāi)封，洛陽(yáng)，焦作，許昌，新鄉(xiāng)對(duì)鄭州空氣質(zhì)量的影響，以期為大氣污染防治提供參考。

關(guān)鍵字：高斯擴(kuò)散模型；大氣污染物；中原經(jīng)濟(jì)區(qū)

1 模型的建立

（1）高斯擴(kuò)散模型的推導(dǎo)[1]

高斯擴(kuò)散模式適用于均一的大氣條件，

假定由污染源O排放出的污染物全都從這個(gè)小面元dydz中通過(guò)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)這個(gè)小面元dydz的污染物等于污染源O單位時(shí)間內(nèi)排放出來(lái)的污染物的質(zhì)量Q。

（1）

式中：

C——污染源O排放出來(lái)的污染物濃度（mg/m3）；

Q——污染源O單位時(shí)間內(nèi)排放出來(lái)的污染物的質(zhì)量（mg/s）

將二元正態(tài)分布公式帶入（4）得

（2）

由于

將該值代回（2）式得：。從而有。

將C0值代入式

即得

（3）

（3）即為無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源的大氣污染（高斯）擴(kuò)散模式。

2.模型的求解

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們收集了鄭州周邊地區(qū)的污染物濃度作為樣本。

高斯模型適用于非重氣云氣體，包括輕氣云和中性氣云氣體。要求氣體在擴(kuò)散過(guò)程中，風(fēng)速均勻穩(wěn)定。在高斯煙羽模型中，選擇風(fēng)向建立坐標(biāo)系統(tǒng)，即取泄漏源為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸指向風(fēng)向，y軸表示在水平面內(nèi)與風(fēng)向垂直的方向，z軸則指向與水平面垂直的方向，具體公式如下

（4）

注：

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[2]，大氣污染物一般集中在對(duì)流層低層，也就是距離地面1到1.5公里。；此外，由參考文獻(xiàn)知δy=10m。

1）由于中原經(jīng)濟(jì)區(qū)城市間距離遠(yuǎn)大于城市規(guī)模，因此可將城市污染源視為一點(diǎn)。

2）假設(shè)污染源高度為0，即h=0。

3）假設(shè)污染物在鉛直方向上不擴(kuò)散，即z恒等于0，δz取1。污染物在垂直于x軸方向上擴(kuò)散范圍為100m，即y=100m。

4）假設(shè)平均風(fēng)速為1m/s。

化簡(jiǎn)后的高斯煙羽模型中，只剩下自變量Q，其余全為定值，即擴(kuò)散程度只與污染物單位時(shí)間排放量有關(guān)。將各地平均24小時(shí)的污染物濃度經(jīng)過(guò)計(jì)算得出Q，計(jì)算出鄭州市周圍城市污染物排放對(duì)其污染物總量貢獻(xiàn)。同文獻(xiàn)資料進(jìn)行比對(duì)[3]

以鄭州為研究對(duì)象，分別計(jì)算鄭州附近地區(qū)污染物對(duì)鄭州市的污染貢獻(xiàn)。選取影響空氣質(zhì)量的幾種主要污染物進(jìn)行分析。先計(jì)算得到污染物單位時(shí)間排放量，再代入（4）式求解。用excel求解，結(jié)果如下

可以看出中原經(jīng)濟(jì)區(qū)主要城市對(duì)鄭州市的六大空氣污染物含量的貢獻(xiàn)分別是4.22%，3.93%，4.29%，2.96%，4.30%，，5.18%，將其與表一數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)除O3這一空氣污染物之外，鄭州市空氣中其它五類污染物，輸出強(qiáng)度大于中原經(jīng)濟(jì)區(qū)主要城市的輸入強(qiáng)度，即可說(shuō)明應(yīng)對(duì)鄭州市空氣污染，要以治理內(nèi)源性污染為主。

參考文獻(xiàn)

[1]大氣污染擴(kuò)散（高斯）模式簡(jiǎn)易推導(dǎo)法的研究. 周國(guó)強(qiáng).洛陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)，9（2）：30-34，1994.C

[2]高斯模式擴(kuò)散參數(shù)的實(shí)測(cè)估算法.遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技.周豐舉.1997-02-15