重大变更的幕后 | 重点行业排气筒高度变化对落地浓度影响分析

基于AERMOD模式的重点行业排气筒高度变化敏感性分析

作者 | 陈陆霞¹,易爱华^2,3

（本文摘录自《环境影响评价》期刊2020年第3期，作者单位：陈陆霞，北京尚云环境有限公司；易爱华，生态环境部环境工程评估中心，国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室）

注：本项目为国家重点研发计划《法规空气质量模型技术体系研究》项目（NO.2018YFC0213500）成果。　　

摘要：利用AERMOD模式，选择13个重点行业共计18份环境影响评价报告，对排气筒高度按照不同比例降低后，污染物最大小时浓度及其出现距离的变化情况进行模拟研究。研究结果表明，当排气筒高度降低幅度超过10%时，污染物最大小时浓度增长率明显加快；排气筒高度降低幅度超过20%时，污染物最大小时浓度增长率显著增大。基于本次研究网格间距的设置，当排气筒高度小于30m时，污染物最大小时浓度落地点距污染源距离基本与排气筒高度变化无关；当排气筒高度介于70m~110m之间时，排气筒高度越低，最大小时浓度落地点距污染源距离越远；当排气筒高度介于30m~70m或大于110m时，排气筒高度越低，最大小时浓度落地点距污染源距离越近。

关键词：排气筒高度变化；敏感性分析；AERMOD模式

根据原环境保护部办公厅在《关于印发制浆造纸等十四个行业建设项目重大变动清单的通知》（环办环评[2018]6号）中明确提出，当排气筒高度降低10%及以上时，属于建设项目发生了重大变更。这就意味着当排气筒高度降低10%及以上时，建设单位需要重新报批环境影响评价文件。

为充分论证排气筒高度变化对环境空气质量的影响，本文收集了13个重点行业共计18份环境影响评价报告，以网格点污染物最大小时浓度和最大小时浓度落地点距污染源距离为考察指标，分析说明两项指标对排气筒高度变化的敏感性，以期从环保角度对排气筒高度的设置提供科学依据。

1.排放源划分

结合污染物排放扩散影响，本次以排气筒高度≥100米的排放源为高架源，30m≤排气筒高度＜100m的排气筒为中架源，排气筒高度＜30m的排气筒或无组织排放源为低架源，并以此为基础开展相关研究工作。

2.研究方法

2.1 模拟模型

本次研究基于AERMOD，对已收集到的18份环评报告主要排放源网格点最大小时浓度和最大小时浓度落地点距污染源距离进行统计分析。

2.2 参数选择

以东经116.333°、北纬39.333°为排放源所在位置，将烟囱高度变化设置为单因素，不考虑地形对预测结果的影响。本次最终选取地面气象站点编号为58442，高空站点编号为154066。地表类型确定为0°~360°草地覆盖，地表特征参数根据《AERMET用户手册》（《AERMET USER GUIDE》）以年为周期自动选取，正午反照率为0.29，波文比为0.925，粗糙度为0.04025 m。评价范围为边长≤15 km时，预测网格设置为500m间隔；边长＞15 km时，预测网格为1000m间隔。

2.3 案例选取

本研究以《关于印发制浆造纸等十四个行业建设项目重大变动清单的通知》（环办环评[2018]6号）为基础，从生态环境部网站选择了制浆造纸、制药、农药、化肥（氮肥）、纺织印染、制革、农副食品加工（制糖）、钢铁、炼焦化学、平板玻璃、水泥、铜铅锌冶炼、铝冶炼等13个行业总计18份环评报告作为研究对象。按照排气筒高度分，其中有低架源报告5份，中架源报告4份，高架源报告9份。案例选取基本情况见表1。

表1  案例基本情况一览表

3.结果分析

3.1 排气筒高度变化对污染物最大小时浓度的影响分析

用污染物最大小时浓度变化率来表征排气筒高度变化对下风向污染物最大小时浓度的影响，计算方法见公式（1）。

式中，—污染物最大小时浓度变化率，%；

      —原始高度排气筒预测所得网格点污染物最大小时浓度，mg/m³；

      —排气筒高度降低不同百分比后预测所得网格点污染物最大小时浓度，mg/m³。

低、中、高架源排气筒高度降低不同百分比后污染物最大小时浓度变化率见图1。

图1 低/中/高架源排气筒高度变化对预测结果影响

由图1可见，对于低、中、高架源，总体上当排气筒高度从原始降低至10%时，污染物最大小时浓度变化率基本呈线性增长；当排气筒高度降低超过10%时，污染物最大小时浓度增长率明显加快；排气筒高度降低超过20%时，污染物最大小时浓度增长率继续增加，且增幅更大。

有两种情况值得特别关注，分别是排气筒高度较低（如案例1,15 m）和排气筒高度较高（如案例17和18,150m），此时污染物最大小时浓度变化率在排气筒高度降低小于20%时增长比较平稳，但当排气筒高度降低超过20%时，最大小时浓度变化率出现突增，因此当排气筒高度较低或较高时，降低比例超过20%应该引起重视。

3.2 排气筒高度变化对污染物最大小时浓度出现距离的影响分析

以污染物最大小时浓度落地点距污染源距离的变化率来表征排气筒高度变化对污染物最大小时浓度出现距离的影响，见公式（2）

式中，—污染物最大小时浓度落地点距污染源距离变化率，%；

      —原始高度排气筒预测所得污染物最大小时浓度落地点距污染源距离，m；

      —排气筒高度降低不同百分比后污染物最大小时浓度落地点距污染源距离，m。

排气筒高度变化对污染物最大小时浓度落地点距污染源距离的影响如图2所示。从图中可以看出，对低架源（如案例1到案例4，高度15~20m），随着排气筒高度降低，污染物最大小时浓度落地点距污染源距离几乎没有变化。对中、高架源，排气筒高度变化会引起最大小时浓度落地点距污染源距离的变化，但变化多出现在排气筒高度降低达到20%以上时。

同时，从图2可见，当排气筒高度介于70m~110m时，如案例8-15，多数情况下排气筒高度越低最大小时浓度落地点距污染源距离越远；当排气筒高度介于30m~70m，如案例6-7，或于110m时，如案例16-18，排气筒高度越低，最大小时浓度落地点距污染源距离越近。

图2  排气筒高度变化对最大小时浓度落地点距污染源距离影响分析

Fig. 2.  Analysis of the influence of height variation on the maximum hourly concentration drop places

3.3排气筒高度优化设置

分别将低架源、中架源和高架源，多个案例所得污染物最大小时浓度变化率和最大小时浓度落地点距污染源距离变化率进行平均，得到排气筒高度降低百分比对应的平均变化率，如图3至图4。

图3  排气筒高度变化与污染物最大小时浓度响应关系

Fig.3  Relationship between height variation and pollution maximum hourly concentration

图4 排气筒高度变化与污染物最大小时浓度落地点距污染源距离响应关系

图3 所示为污染物最大小时浓度平均变化率对排气筒高度变化敏感性分析。从图中可以看出，随着排气筒高度的降低，污染物最大小时浓度不断增加。对中架源，污染物最大小时浓度与排气筒高度变化的正相关性最好，线性方程为y=1.1417x-0.016，相关系数达到0.9899，该线性方程可作为排气筒高度优化设置的参考依据。

图4 所示为污染物最大小时浓度落地点距污染源距离平均变化率对排气筒高度变化敏感性分析。根据上述分析对于低架源，污染物最大小时浓度出现距离基本与排气筒高度的变化无关；当对于中、高架源，污染物最大小时浓度落地点距污染源距离与排气筒高度变化的相关性并不是很好，相关系数最高只有0.8581。

4.结论与建议

排气筒高度的设置在考虑工程设计、行业规范相关要求的基础上，为保证污染物达标排放，切不可随意降低排气筒高度。当低架源、中架源和高架源均为排气筒高度降低超过10%时，污染物最大小时浓度增长率明显加快；排气筒高度降低超过20%时，污染物最大小时浓度增长率显著增大。尤其是排气筒高度较低和较高时，降低比例超过20%应该引起重视。

基于本次研究设置的特定气象、地形、地表、网格间距，结果显示低架源时污染物最大小时浓度落地点距污染源距离基本与排气筒高度变化无关；对中、高架源，排气筒高度变化会引起最大小时浓度落地点距污染源距离的变化，但变化多出现在排气筒高度降低达到20%以上时。

中架源的污染物最大小时浓度与排气筒高度变化的相关性最好，线性方程为y=1.1417x-0.016，相关系数达到0.9899。在满足污染物达标排放的前提下，可结合该线性方程对排气筒高度进行适当调整和优化。同时，企业可将合理规划后节约的资金用于其他污染防治设施的安装、维护和保障运行等方面，统筹兼顾经济效益和环境效益。

编辑：君君.环评互联网

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