AERMOD與CALPUFF模型在某核基地環境影響評價中的應用

侯連嬌++陳凌++程衛亞++宋衛杰

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

關鍵詞：AERMOD；CALPUFF；環境影響評價

引言

AERMOD模式為穩態高斯煙羽模型，適用于評價范圍小于50公里的近場項目[1]，該模型以擴散統計理論為出發點，假設污染物的濃度分布在一定范圍內符合正態分布，適用于農村或城市地區、簡單或復雜地形[2]。

CALPUFF模型為三維非穩態拉格朗日煙團擴散模式，是美國國家環保局（USEPA）長期支持開發的法規導則模型。適用于幾十米至幾百千米評價范圍的大氣質量模擬，也適用于小范圍的復雜風場的大氣質量模擬。

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

1 國內外研究現狀

現階段AERMOD模式應用相對廣泛，而CALPUFF在國內的應用多以科研為主，應用于環境影響評價、大氣風險評價、尤其是核設施領域的放射性核素的擴散模擬等領域的相對較少，有待進一步推廣。

國內AERMOD與CALPUFF模式在常規工況下的大氣擴散模擬評價已有一些應用與開發，例如：欒忠慶等[3]分析了AERMOD和CALPUFF對同一項目模擬結果的異同；楊多興等[4]與趙亮[5]都利用CALPUFF模式與中尺度氣象模式MM5進行空氣污染的模擬；伯鑫[6]建立了CALPUFF動態可視化系統以及CALPUFF-AERMOD耦合系統；崔慧玲[7]在CALPUFF的基礎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，并建立了事故情況下的劑量估算模式。

2 計算參數

2.1 氣象數據

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

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

2.2 污染源數據

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

2.3 預測范圍與網格設置

兩種模型模擬大氣預測范圍相同，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。兩種模型計算網格均采取近密遠疏的布設方法，大范圍的網格精度為500m，廠區附近3×3km的區域采用100m格距的加密網格。

2.4 其他參數

CALPUFF不考慮MESOPUFFⅡ化學轉化，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 模擬計算內容

年均、日均、小時最大落地濃度，對應的時間以及與1#煙囪的相對位置。

3 模擬結果分析

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

通過模擬結果可以看出，兩種模型模擬的最大小時均值、最大日均、年均值結果相近，沒有數量級的差別。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 結束語

由預測結果的對比分析可以看出，在預測范圍、計算網格、污染源以及運算周期相同的情況下，CALPUFF與AERMOD模式的預測結果相近，沒有數量級的差別，AERMOD的模擬結果比CALPUFF的模擬結果偏保守。在本研究中，CALPUFF模式沒有考慮MESOPUFFⅡ化學轉化，也不涉及到海岸效應的影響，CALPUFF模式沒有發揮出其優勢，因此CALPUFF與AERMOD模式在該基地的適用性均較好。而對于大尺度區域、復雜地形、沿海等項目，CALPUFF模式相比AERMOD模式模擬結果可能更準確。

污染物在大氣環境中的遷移擴散是一個復雜的過程，國內的應用研究主要受實測探空數據和監測數據的限制。本論文只是通過CALPUFF與AERMOD在近場預測結果做了初步對比分析。若要進行進一步適用性研究，需要收集更準確、實時的氣象數據進行模擬計算。

參考文獻

[1]國家環境保護部.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，2008.

[2]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，2007，12：953-957.

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

[4]楊多興，韓永偉，拓學森.門頭溝生態區排放的大氣顆粒物輸送的模擬研究[J].西南大學學報（自然科學版），2007（5）.

[5]趙亮.CALPUFF在重慶市主城區空氣質量預報中的初步應用[D].

重慶：西南大學，2013.

[6]伯鑫.CALPUFF系統應用研究[D].天津：南開大學，2009.

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