石灰石矿山项目为例的大气环境影响预测研究

徐畅平，郝明，张云

（1.云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南 昆明 650221 2.易门县环境监测站 云南 易门 651100）

0 引言

石灰石矿山项目的大气污染物以粉尘为代表，主要是露天采场、排土场、破碎站产生的无组织粉尘，以及破碎站产生的有组织粉尘。该类项目的污染因子以TSP为主。以某石灰石矿山破碎站为例，分析比较新旧大气导则中两种估算模式对TSP预测结果的差异。

1 预测模式特点

根据原导则的评价级别判定，石灰石矿山项目的大气环境影响评价等级普遍为三级，预测使用Screen3估算模式。Screen3估算模式是一种单源预测模式，能计算几种类型源的最大地面浓度，包括计算建筑物下洗、熏烟等非正常条件下的最大地面浓度，估算模式中已包含54种预设的气象组合条件，此类气象条件在某个地区有可能发生，也有可能不发生。通过估算模式计算出的最大地面浓度相对通过进一步预测模式计算出的结果来说偏大[1]。

新导则将原来的Screen3模式改为了Aerscreen模式。Aerscreen为美国环保署（U.S.EPA）开发的以Aermod模式为基础的单源估算模型，可计算多重类型源（包括一些特殊类型的源），还可以计算地形、熏烟和建筑物下洗的影响，输出结果包括1h、8h、24h平均、及年平均的地面浓度最大值，从而对源影响周边空气环境的程度和范围进行评价。Aerscreen模型主要在内部嵌入了Makemet程序和Aerscreen命令窗口接口程序，Makemet程序主要用来处理气象数据，可提供具有预测计算位置特征的气象条件，通过Aerscreen程序调用，能够将气象数据（由Makemet生成）、地形数据（由Aermap生成）以及建筑物下洗数据（由Bpipprm生成）进行整合，并最终综合完成预测计算[2]。

2 实例分析

2.1 源强参数

石灰石矿山破碎站项目粉尘有组织排放产生点主要为筛分、破碎、转运、进料及出料等过程。使用集气罩收尘+袋式除尘器除尘的方法进行治理，共有3个有组织排放源，源强如表1所示。无组织排放源即破碎站车间，源强如表2所示。

表1 有组织排放源源强

表2 无组织排放源源强

2.2 气象参数

本项目位于宾川，根据20年气象统计数据，宾川20年最高气温为38℃，20年最低气温为-6.2℃，全年平均气温为17.9℃。宾川多年平均主导风向为西南风，多年平均风速为1.8m/s。

2.3 预测条件比较

由于本项目位于内陆、周围为荒山开阔地区，则项目预测时不计算建筑物下洗、海岸线熏烟的影响。Aerscreen模式和Screen3模式的预测条件如下表所示：

表3 Aerscreen模式和Screen3模式预测条件对比

气象数据方面，Screen3使用内部已有的固定气象组合，无法定义土地利用类型、区域湿度条件[3]，且只使用年平均气温、年平均风速来进行计算，则预测参数较少，预测结果与项目所在地具体气象信息关联性相对较小。而Aerscreen则可以调用Makemet程序来处理气象数据，生成具有预测计算位置特征的气象条件，可选参数较多，预测结果与项目所在地具体气象信息关联性相对较大。

地形数据方面，Screen3只有简单地形或复杂地形之分，若遇复杂地形，无法导入地形数据，只能输入高程，且不能选择土地利用类型，则预测参数较少，预测结果与项目所在地具体地形信息关联性相对较小。而Aerscreen是调用Aermap处理地形，可以较为真实地反映项目所在地地形情况，并根据项目所在地地表情况选择土地利用类型，预测结果更接近于实际情况。

2.4 预测结果比较

由表4可知，使用Aerscreen模式预测的Cmax和Pmax比用Screen3模式预测的要大得多。根据伯鑫[4]等人的研究，这说明Screen3模式的气象条件组合过少，本项目所在地的最不利气象条件不在其中，而Aerscreen模式的预测结果更加保守。从Cmax出现的最近距离来看，使用Aerscreen模式预测的浓度最大值均比用Screen3模式预测的最大值出现的距离近。

Screen3模式预测的TSP浓度随距离的变化较为平缓，而Aerscreen模式预测的TSP浓度均在约500m范围内出现了峰值，并随后呈现出浓度随着距离增加而降低的反比规律。对比左图和右图可知，2 000m范围内，Aerscreen模式和Screen3模式对TSP的预测结果差别相对较大，虽然随着距离的增加，都出现了类似抛物线的先低后高再低的浓度变化趋势，但使用Screen3模式预测产生的结果曲线相对较为平缓，特别是在G1和G2的预测结果中，基本看不出这种变化，只有在G3的预测结果中可以看出。而在2000m范围以外，Aerscreen模式和Screen3模式的预测结果值相近，变化趋势也相近，预测结果曲线出现重合现象。

表4 两种估算模式下Pmax和D10%预测和计算结果一览表

根据孙爽[5]的研究，不考虑地形因素条件下（此时Screen3模式为简单地形），污染物落地浓度会在污染源近距离范围内与下风向距离呈正比，但之后呈反比的规律性较强，使用地形数据时，污染物最大落地浓度随下风向变化的曲线波动较大，单独看最大落地浓度预测值的话，其随着下风向距离的变化呈现无规律波动状态，但整体来看，预测曲线的变化规律仍是浓度与距离呈反比。结合Aerscreen模式和Screen3模式的预测参数，从右侧的局部图可以看出，本项目所在地属于简单地形，曲线变化趋势基本符合先与下风向距离呈正比，再呈反比的规律，由于Aerscreen模式的预测参数更接近于实际情况，预测结果曲线在2 000m范围内出现了一些波动，而Screen3模式的预测结果曲线相对较为平滑，这是由于局部地形特征和地表特征影响了TSP的扩散过程，在Aerscreen模式中体现了出来，而在Screen3中未体现。

图1 Aerscreen模式和Screen3模式对石灰石矿山破碎站TSP的预测结果

对比Aerscreen模式的各点源预测曲线的波动幅度发现，G3的预测曲线波动最大。计算G1、G2、G3的废气排放流速可得，G1为9.85m/s，G2为5.48m/s，G3为1.47m/s。所以，造成G3预测曲线波动幅度较大的原因可能是G3废气排放流速较低，受局地地形特征和土地利用类型（本项目为针叶林）的影响更加明显。

3 结语

Aerscreen模式和Screen3模式都是以高斯模型为基础的模式，所以使用这2种模式预测石灰石矿山破碎站项目，TSP最大落地浓度预测值随距离的变化趋势相同，都是先增后减。

从最大落地浓度预测值来看，由于Aerscreen模式预测结果较Screen3模式保守，且Aerscreen模式的气象处理Makemet程序可以更好地模拟项目所在地真实气象，并捕捉最不利气象条件，所以用Aerscreen模式预测的Pmax比用Screen3模式预测的要大很多。

从最大落地浓度预测值对应的下风向最近距离来看，Aerscreen模式预测的最近距离比Screen3模式要近很多，说明使用Aerscreen模式预测，得出的高浓度区域范围要比Screen3模式小。

从预测结果曲线的波动来看，Aerscreen模式和Screen3模式的差别主要集中在2 000m范围内，说明地形数据、地表土地利用类型以及气象数据的参数选择决定了污染源附近局部区域内的预测结果，而对2 000m以外的预测结果影响相对较小。

从TSP最大占标率预测值来看，Aerscreen模式预测的Pmax较大，其中G3已达到10%，根据新导则的要求，应进行一级评价。则可以推断，新导则实施后，大部分石灰石矿山类项目可能由原来的三级评价提升为一级评价，并应使用Aermod等进一步预测模式进行预测。