建设项目环境影响评价预测模型发展现状

夏静

摘要：指出了影响预测是建设项目环境影响评价中一个重要的环节，预测模型的应用减少了预测的计算量，提高了预测的准确度。简单介绍了大气、水、噪声的几个主要预测模型，并且探讨了这些预测模型的特点，以期为建设项目的环境影响评价预测提供参考。

关键词：环境影响评价；环境影响评价预测模型；建设项目

中图分类号：X820.3

文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08008702

1 引言

对建设项目的环境影响进行预测，是指对能代表评价区域环境质量的各种环境因子变化的预测，是环境影响评价中不可或缺的组成部分，也是整个环境影响评价过程中计算量最大，涉及模式最复杂的工作环节之一。为此，专用的预测模型孕育而生，大大提高了工作效率和计算准确率。本文将对目前广泛应用的主要几个大气、水、声的预测模型进行简单的介绍。

2 大气预测模型

大气预测模型自20世纪60年代以来，经过不断发展，已经逐渐完善，从早期的传统高斯扩散模型转变为新一代大气预测模型。目前，主要的新一代大气预测模型有ADMS模型、AERMOD模型、HPDM模型。

2.1 ADMS模型

ADMS模型由英国剑桥环境研究公司开发[1]，目前根据该模型开发出来的软件可分为“ADMS-评价”、“ADMS工业”、“ADMS-城市”等独立系统。该模型采用三维高斯模型，以高斯分布公式为主计算污染物浓度，在对流和中性条件下的垂直扩散使用了倾斜式的高斯模型。烟羽扩散的计算采用当地边界层参数，化学模块中使用了远处传输的轨迹模型和箱式模型[2]。

2.2 AERMOD模型

AERMOD模型由美国环境保护署（EPA）和美国气象学会组建的法规改革委员会（AERMIC）以ISC3为基础联合开发，目前根据该模型开发出了AERMOD View软件。该模型采用稳态高斯扩散方程，具有以下几个特点：①可以处理地面源和高架源，平坦地形和复杂地形以及城市边界层；②考虑了高度尺度对流场结构及湍流动能的影响；③在对流条件下，采用非正态的PDF模式；④考虑了浮力烟羽和混合层顶的相互作用；⑤湍流扩散由参数化方程给出，稳定度用连续参数表示[3，4]。

2.3 HPDM模型

HPDM模型由美国Sigma公司为美国电力研究所开发的一种耦合烟羽扩散模型，弥补了传统模型夜间浓度值的大幅度跃变及在局部穿透情况下出现极高端浓度的缺陷[5]。HPDM模型适用于火电厂高烟囱热浮力烟源。它主要有以下几个特点：①将大气边界层分为稳定、近中性和不稳定3大类；②采用的形式是连续的普适函数或无量纲表达式；③在不稳定条件下，采用PDF模式、小风对流模式或Loft模式；④可从常规气象资料计算得出模型所需参数；⑤广泛适用于平原、城市、丘陵等不同类型的下垫面[6]。

3 水环境评价模型

水环境评价模型可应用在诸多方面，从早期的城市排水工程设计发展成为污染物水环境过程研究和预测、水环境质量评价等。其研究方法也日益多样化，从解析解和浓度表达发展成地理信息系统等手段的应用，形成多种研究方法综合优化的模型。水环境评价模型主要包括确定性水質模型和不确定性水环境模型[7]。

3.1 确定性水质模型

3.1.1 QUAL水质模型

QUAL模型由美国环保局于1970年研发，可较好描述水环境质量在时空上的变化规律，帮助制定水环境规划目标。该模型可按须要将多种水质因素组合，包括BOD、DO、温度、藻类-叶绿素、有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、大肠杆菌等。QUAL模型建立在以下假设的基础上：①把被研究河道平均分割成若干等长的单元水体，每个单元水体中，污染物分布均匀；②污染物迁移方向与水流方向一致，对流、扩散等作用在纵轴方向，且流量和旁侧入流不随时间变化；③各单元水体的水力几何特征相同。

3.1.2 WASP模型

WASP模型由美国环保局于1983年研发，可对河流、湖泊、海岸等水体水质进行三维动态模拟。它包括3个独立的动态子模型：水动力学模型、富营养化模型、有毒物质模型，每个子模型均可独立运行。水动力学模型可预测水体流速、流量和河道体积；富营养化模型考虑八个指标：COD、DO、有机氮、氨氮、硝氮、有机磷、无机磷和浮游植物，可针对任一指标模拟其扩散和迁移。该模型对生态系统中生物组分考虑不足，因此适用于生态系统结构较为简单的湖泊；针对有毒污染物如有机污染物、重金属污染物、底泥等，可用有毒物质模型模拟。

3.1.3 SWMM模型

SWMM模型由美国环保局于1971年研发，目前广泛用于城市排水系统水量水质模拟。SWMM可对雨水管道、合流管道、自然排水系统进行水量水质模拟。其包含5个计算模块，即径流、输送、扩充输送、贮水处理和受纳水体，各模块间相对独立。SWMM不仅可用于用于城市或非城市，也可模拟单个降雨事件或连续事件，表现出良好的通用性。它不仅是设计模型，也是规划模型和运行模型。

3.1.4 HSPF模型

HSPF模型由美国环保局于1950年研发，用于模拟流域水文、水质。它是多种模型的综合与改进，包括SWM模型、HSP模型、ARM模型、NPS模型、SERATRA模型。该模型综合降雨、温度、日照强度、土地利用状态、土壤特性和耕种方式等条件，通过计算模拟得出径流量、沉积物负荷、营养物和杀虫剂浓度的时间变化，同时可产生流域任意点的水量水质随时间的变化。该模型目前被广泛应用于水文、水质过程研究与模拟。

3.1.5 SWAT模型

SWAT模型由美国农业部研发，用于模拟河流盆地或某流域范围内的非点源污染。可将流域分为若干个子流域，以提高计算精度。该模型可分为陆上过程和水体过程两部分。陆上过程控制每个水文响应单元内河道水、沉积物、营养物和杀虫剂的输入，水体过程控制这些物质向流域出口的迁移运动。SWAT模型可用于长期变化下，较大范围的复杂流域。

3.2 不确定性水环境模型

3.2.1 马尔可夫模型

马尔可夫模型以俄国数学家Morkov的名字命名，若对一个随机过程，状态的转移与前一时刻有关而与过去的状态无关，即状态转移无后效性，则这样的状态转移过程称之为马尔可夫过程。钱家忠等将此模型与时间序列模型耦合，用于预报降水量，精确度较高。

3.2.2 灰色模型

灰色系统理论（Grey system Theory）于1982年由华中理工大学邓聚龙教授提出，包含了灰色系统建模、控制、关联分析、预测方法、规划以及决策等一系列科学理论。此套理论在水环境规划管理中有着广泛的应用。张永波等依据城市人口、经济、水资源与环境之间的相互制约与影响的关系，建立了城市水资源环境系统多阶灰色动态仿真模型，提供了一种有效解决城市水资源规划的方法。

3.2.3 人工神经网络模型

人工神经网络（Artificial Neural Network）由類似神经系统细胞的人工神经元连接成网络，应用计算机和工程技术模拟生物神经网络的结构与功能，达到信息的并行分布处理效果。该模型常用于监督网络模型，近年来也用于水质模拟的预测，取得了较好的效果。

3.2.4 层次分析模型

层次分析模型是于20世纪70年代提出的一种系统分析的方法，可用于多层次的方案制定与优化，并可确定研究过程中各个因素的权重。樊彦芳等运用此模型建立了水环境安全综合评价指标体系，计算出了各指标的权重，得出了影响水环境安全系统的主次要因素。陈南祥等以此模型为基础，建立了模糊综合评价模型，综合评价地下水环境脆弱性[8]。

4 噪声预测模型

在目前的建设项目环境影响评价中，道路建设工程项目常常运用各类噪声预测模型对交通噪声进行预测。运用最广泛的是美国联邦公路管理局（FHWA）公路噪声预测模型以及德国的Cadna/A模型。

4.1 FHWA公路噪声预测模型

该模型于1978年发布，以等效连续声级Leq（A）为评价指标，用于预测高速公路交通噪声，经数次改进后，目前该模型也是国家环保总局发布的环境影响评价技术导则—声环境推荐的预测模型。FHWA公路噪声预测模型将汽车流按车种分为大、中、小型车，求出其中某一类车的小时等效声级，再将各类车流等效声级叠加，以求得混合车流等效声级。此模型在预测调整公路、一级公路等高等级公路时，预测误差相对较小[9]。

4.2 德国Cadna/A噪声预测模型

Cadna/A模型由Datakustic开发，用于噪声预测、评估及降噪措施效果分析。该模型以ISO9613标准算法为基础，可同时预测各类噪声源的复合影响，如点声源、线声源、任意形状的面声源、公路、铁路、飞机噪声，声源及预测点的数量不受限制，该模型以等效连续声级Leq（A）为评价指标，包含了声源模型和声传播模型两个子模型，将地形、建筑物等数字化，可考虑任意形状的建筑物、绿化带等，并充分考虑地形等在声传播过程中反射和衍射效应的影响。此模型适用于高速公路、一级公路等高等级公路。对于周边环境较复杂的城区道路本模型因考虑了相关的参数修正，因而误差也相对较小。

5 结语

影响预测是建设项目环境影响评价的重要组成部分，目前，预测模型已趋于成熟。随着各学科的交叉融合，预测模型与环境管理信息系统、地理信息系统、专家系统等有机结合在一起，并不断广泛应用于预测软件的开发。

参考文献：

[1]姚增权.国外空气质量模式研究现状及展望[J]. 电力环境保护，1999，15（3）：27～31.

[2]密保秀，李金龙.大气环境质量预测模式模型研究[J].环境科学研究，1997，10（5）：39～42.

[3]J.C.Weil.A PDF Dispersion Model for Buoyant Plumes in the Convective Boundary Layer [J]. Journal of Applied Meteorology， 1997， 36（8）： 982～1003

[4]Irwin， J. S.， J. O. Paumier. Meteorological Processor for Regulatory Models （MPRM） Users Guide. 1988.

[5]韩敏， 王体健， 李宗恺. 第二代空气质量模式HPDM的分析改进[J]. 上海环境科学， 1999，18（9）： 404～407

[6]HANNA S R， PAINE R J .Hybrid plume dispersion model（HPDM）development and evaluation[J]. Appl Meteor， 1989（28）：206～224.

[7]姜纯成. 基于可持续发展的水资源产权配置研究[D]. 长沙：中南大学，2005.

[8]田晓刚. 水环境评价与规划综合模型的开发及应用研究—以长江流域宜宾段为例[D]. 雅安： 四川农业大学， 2009.

[9]Department of Environment and Welsh Office UK（DoE UK）. Calculation of road traffic noise[R]. London： HMSO， 1975.