土壤环境影响预测中AERMOD模型运用分析

孔德军

安徽众人行环保科技有限公司 安徽合肥 230000

摘要：文章以土壤影响预测为主要内容，围绕AERMOD模型展开了讨论。首先说明了沉降算法，其次归纳了参数选择要点，最后结合某企业实际情况，对该模型的应用方案及预测效果进行了分析，供相关人员参考。

关键词：AERMOD模型；企业影响；土壤环境预测

前言：我国当前土壤环境所存在问题，主要是局部区域土壤污染程度严重，受工矿业影响，土壤环境及其质量均无法满足耕地要求。以现有模型为依托，对企业所排放废气给土壤环境所产生影响进行预测，对指导日后工作有序开展具有重要意义。

1沉降算法说明

作为一种空气质量模型，AERMOD的应用范围较其他模型更加广泛，这主要是因为该模型经过多次实践已趋于完善。该模型所呈现出模式以稳态烟羽扩散为主，强调以大气边界层相关数据为依据，对不同排放源所排放各类污染物的实际浓度及具体分布情况进行模拟。AERMOD的核心模块为预处理模块、预测模块和处理器，可对计算大气沉积量所涉及各环节进行集成。

1.1湿沉积算法

对湿沉降进行计算的公式如下：

在该公式中， 代表气态湿沉积总量。 代表液相污染物实际浓度。 代表污染物对应分子量。 代表降水量。对液相污染物进行计算需要掌握的参数，主要有饱和度分数、饱和相对应污染物实际浓度。

1.2干沉积算法

对干沉降进行计算的公式如下：

在上述公式中， 代表干沉积量，单位是 。 代表参照高度对应浓度，单位是m。 代表沉降速度，单位是m/s。用 代表参照高度，对其进行计算所使用公式为：

在该公式中， 代表下垫面粗糙度对应长度，单位是m。研究人员计算沉降速度所依托公式如下：

代表空气动力学对应阻力。 代表片流层阻力。 代表近地面阻力。上述参数的单位均为s/m，对各参数进行准确计算可使用以下公式：

在计算 公式中， 代表卡曼常数。 代表摩擦速率。在 公式中， 代表空气扩散系数。 代表运动粘度。在 公式中， 代表绿叶面积指数。 代表运动粘度。 代表叶肉抗性。 代表表层阻力。 代表植被冠层对应空气阻力。 代表该区域地面所具有吸收能力。

AERMOD所提及沉积总量，通常是指对湿沉积量、干沉积量做加法运算所得结果^[1]。

2科学选择参数

2.1地形数据

研究人员获取地形数据的途径为专业网站，图1为预测区域地形图，该地形图的分辨率是3arc。

图 1 预测区域地形图

2.2沉降数据

结合计算干沉积所使用公式可知，要想使预测结果符合实际情况，关键是要对空气扩散系数和绿叶面积指数加以确定，其中，绿叶面积指数需要考虑季节、地面类型等因素所产生影响。对剩余参数进行确定的依据，通常为地面气象文件相关数据。在计算表层阻力时，研究人员需要重点考虑叶面所具有反弹阻力。

结合计算湿沉积的相关公式可知，液相分子对应扩散系数及分子量是需要重点考虑的部分，对降水量及剩余参数加以确定的方法，通常是以地面气象数据为依托，利用现有公式进行计算。

2.3高空数据

由气象局负责提供初始观测数据，包括温度、风向及风速。由专业实验室提供云量数据。研究人员出于向模型输入连续性数据的考虑，借助线性插值法，对缺失数据进行相应补充。另外，在实际分析中，低云量所产生影响往往局限于气象统计与分析方面，通常不会给模型计算造成影响，因此，如果存在缺失低云量的情况，研究人员可选择利用总云量对其进行替代及补充，随后，便可基于WRF对高空气象资料进行模拟。在模式计算环节，研究人员将全国分成160×190个网格，各网格分辨率均为28000m×28000m^[2]。相关模式所依托初始数据类型较多，不仅有常规的土地利用和地形高度，还有植被组成及水体陆地标志。

3预测方案及结果

3.1项目介绍

某企业主营项目为油酸甘油酯生产、多元醇生产，日常生产所形成废气以甲酸和甲苯为主。企业车间内部设有吸附系统，可通过冷凝与活性炭相结合的方式，使上述废气得到有效处理，各工段对应反应釜状态为密闭，确保废气能够经由管道被尽数运往尾气总管，由处理系统负责对其进行处理，若经过处理的废气达到相应排放标准，便可通过对应排气筒向外界排放。该企业所产生无组织废气，通常是储罐区、车间没有收集的废气，具体参数如下：

表 1 废气排放具体情况

废气形成工段	废气形成总量	污染物类型	废气排放时间	废气排放情况		废气排放去向
				排放量	排放速率
无组织	-	甲苯	4640h	2.31t/a	0.5kg/h	无组织排放
反应釜	24000m³/h	甲苯	‥	7.01t/a	1.5kg/h	排气筒
		甲酸	‥	0.02t/a	0.005kg/h

3.2预测方案

本项目所预测区域是排气筒中心区域，该区域的规格为2000m×2000m，对预测网格进行设置时，研究人员将网格尺寸限定在100m×100m，预测对象以每年平均干沉积量、湿沉积量和总沉积量为主。对干沉积量进行计算时，无需将湿清除、干清除纳入考虑范围。以甲苯沉积量的预测结果为依据，在对本底浓度进行叠加的基础上，对比有关部门针对用地标准所提出要求，得出最终结果。预测所使用方法，应结合土壤导则相关公式加以确定，除特殊情况外，研究人员均不需要对径流排出情况和淋溶量进行考虑。

3.3预测结果

在预测范围内，以年度为单位，甲苯沉积总量最大值是2.58g/m²，最小值是0.01g/m²，沉积总量的平均值约为0.062g/m²。干沉积总量最大值是2.56g/m²，最小值是0.01g/m²，干沉积总量的平均值约为0.06g/m²。湿沉积总量最大值是0.028g/m²，最小值是0.0006g/m²，湿沉积总量的平均值约为0.0017g/m²。研究人员将该项目所在区域的横向网格为依据，分别对不同沉积量实际分布情况进行了对比，最终得出以下结论：

图 2 沉积量对比

甲苯干沉积约为沉积总量的98％，湿沉积所产生影响极小，通常可忽略不计。在研究人员已发现有机物中，甲苯往往作为典型有机物而存在，其亨利常数、扩散系数及叶面反弹阻力的相关数值均处于偏上水平。基于AERMOD对水体扩散系统、空气扩散系数和沉积量所存在内在关系进行分析可知，上述参数的关系为正相关，由此可见，通常只需对甲苯有机废气实际沉积量进行计算，便可推测出该区域对应有机物的具体沉降情况，即：该区域现有挥发有机物质，其沉降形式以干沉降为主。

结合研究所得数据可知，在预测区域内，甲苯干沉降的速度多集中在0.00031m/s左右，日变化特征明显，最大干沉降速度往往出现在正午时分。随后，研究人员基于相关模型对沉积总量的年平均值进行了计算，计算所得结果是0.062g/m²，本次评价所涵盖范围是400万m²，其中，5年沉积量是1230kg，10年沉积量是2450kg，20年沉积量是4890kg。预测区域土壤的实际容重是2.7×10³kg/m³。对深度为0.2m的表层土进行评价，该区域现有土壤质量在2.09×109kg左右，这表明该区域内甲苯预测值未超过相关规定，企业日常生产所造成甲苯大气沉降，通常不会给土壤环境造成巨大影响。

结论：本次实验所得结论可被归纳如下：其一，基于AERMOD对土壤所含气态物质实际湿沉积量、干沉积量进行计算具有实际意义，可为日后预测工作的开展提供参考。其二，研究人员以某企业所排放甲苯有机废气为研究对象，以大气沉降为切入点，围绕污染物实际沉积量展开了讨论，发现湿沉降可沉降总量所产生影响极小，干沉降速度与时间存在密切关系，其最大值往往出现在正午时分。结合AERMOD所提供公式，基于甲苯对有机物大气沉降所遵循规律进行分析，最终结果具备一定的普适性。

参考文献：

[1]林辉斌,周小燕.Aermod模型在大气环境影响预测中的应用[J].资源节约与环保,2019(5):36-37.

[2]廉冰.加拿大“AERMOD模型和FETS-RT系统在辐射环境影响评价中的开发应用高级研讨班”[J].辐射防护通讯,2019(1):47-48.