基于ADMS的火电厂高架源排放二氧化硫浓度分布特征研究

摘要

山西省作为我国能源大省，燃煤带来的环境污染是众所周知的，而火电厂排放出来的SO2通过迁移和转化，对区域大气环境有着主要的影响。为了从源头治理SO2，需要进一步分析目前火电厂SO2排放对区域大气污染和周围环境的影响。由于ADMS模型耦合了大气边界层研究的最新进展，利用常规气象要素来定义边界层结构，对于区域内大气污染物扩散模拟既实用精度又高，而被广泛的采用。故利用ADMS模型对火电厂高架源排放的SO2进行模拟预测并探讨其排放规律对于当地的大气环境改善有着十分重要的意义。
　　本论文在收集大量资料的基础上，整理出2013年太原市第一热电厂污染源排放数据，建立了电厂SO2源排放清单。在此基础上，采用ADMS大气扩散模型，对该电厂排放的SO2的传输过程进行数值模拟，借助于Surfer软件，结合实际的监测结果详细分析了电厂周围研究区域内的SO2和SO42-浓度分布以及SO2和SO42-总沉降、干/湿沉降。得出以下几点结论:
　　(1)气象条件对SO2浓度扩散分布的影响
　　SO2浓度随温度的差异而变化，夜晚由于有逆温的存在，而使污染物不易迁移扩散，造成浓度升高;在白天，逆温层慢慢消失，污染物迁移扩散随之增强，造成浓度降低。傍晚，地面温度逐渐降低，逆温层再次形成。循环往复，便造成了污染物浓度的“V型”分布。
　　夜晚风速较小，风向较单一，不利于污染物的迁移扩散，而白天风速较大，风向较复杂，污染物因此在不同的方向、更大的范围内得到了稀释扩散，污染物浓度相对较低。风向对污染物的迁移扩散具有很大的影响作用，在污染源的下风向污染物浓度偏高。
　　云量对污染物扩散有抑制作用，当云量为2成和5成时，风向轴线各点的SO2浓度为5成的大，说明云量越高，污染物地面浓度越高。
　　降雨对SO2的冲刷作用较强，当降雨量为7.1mm和2.1mm时，风向轴线各点的SO2浓度为2.1mm的大，说明降雨量越大，污染物浓度越低。
　　(2) SO2浓度扩散的时间分布特征
　　SO2最大小时均浓度均值变化均呈“V”形分布，即白天低晚上高，从傍晚18时至次日早晨7时较高，从早晨8时起开始下降，下午16时达到最低值，然后又从下午17时开始上升。这主要是由于一天中昼夜交替造成的温度变化而引起的。
　　SO2最大日均浓度均值分布变化呈多峰形，这是由于气象条件的变化这些影响因素的变化日夜交替，起伏较大，无明显的规律。
　　对于季变化，春、冬季度浓度较高，夏、秋季度较低。这与四季的气象条件有关系，夏季和秋季的大气扩散条件好，有利于SO2的迁移扩散，而春季和冬季则不利于污染物的迁移扩散。
　　(3) SO2与SO42-浓度及其干湿沉降的空间分布特征
　　SO2浓度的空间分布总体上与风向分布一致，高浓度带呈西北(NW)—东南(SE)向分布。即SO2浓度从源强向外逐渐递增，在距离源强约2～3km里处达到最大，随后逐渐减小。SO2与SO42-浓度分布高值区基本吻合，说明排放源对近地面SO2与SO42-浓度分布有较大影响，但SO42-扩散范围比SO2扩散范围较广。
　　由硫沉降分布来看，全年总沉降为43.1215μg·m-2·s-1，干沉降37.7640μg·m-2·s-1，湿沉降5.3575μg·m-2·s-l。由于年降水量少，干沉降是总硫沉降的主要形式，占到87％，与污染源的分布有很好的相关性。而湿沉降仅占总沉降的13％，与气象资料中降雨量少有着直接的关系。总沉降分布是干沉降和湿沉降的加和作用的体现。
　　(4) SO2和SO42-浓度及其沉降量的季节分布特征
　　总体来说，研究区域各季SO2和SO42-最高浓度带呈NW-SE向分布，但各季中浓度变化范围略有不同，夏季最小，秋季和春季次之，冬季最大。这与四季的气象条件有关系，夏季和秋季的大气扩散条件好，有利于SO2的迁移扩散，而春季和冬季则不利于污染物的迁移扩散。
　　四季SO2干沉降量中，沉降量最多的为冬季，其次为春季，再次为秋季，最后为夏季。由于所用气象资料中春冬季降水量很少，这两个季节相应的湿沉降几乎为零。而秋季湿沉降量小于夏季湿沉降量，这是因为夏季的降雨量比秋季多，被冲刷的SO42-相对较多造成的。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述及课题选择

1．1 国内外二氧化硫污染状况

1．1．1 国内外大气环境质量及SO2污染状况

1．1．2 电力产业的发展与环境的关系

1．1．3 山西省大气环境质量及SO2污染现状

1．2 国内外二氧化硫污染控制措施

1．2．1 国外二氧化硫污染控制措施

1．2．2 国内二氧化硫污染控制措施

1．2．3 二氧化硫污染控制的发展趋势

1．3 空气质量模型概述

1．3．1 空气质量模型理论及应用

1．3．2 空气质量模型发展概况

1．3．3 空气质量模型的选择

1．3．4 ADMS模型的应用研究

1．3．5 空气质量模型应用中存在的问题

1．4 论文研究内容及技术路线

1．4．1 论文研究内容

1．4．2 论文研究技术路线

第二章 ADMS-大气污染扩散模型的建立

2．1 模型的理论框架

2．2 模型的参数选取

2．3 模型的气象模块

2．4 模型的调试

2．5 模型的验证

第三章 模拟结果分析与讨论

3．1 气象条件对二氧化硫浓度分布的影响研究

3．1．1 温度对二氧化硫浓度分布的影响

3．1．2 风对二氧化硫浓度分布的影响

3．1．3 云量对二氧化硫浓度分布的影响

3．1．4 降雨量对二氧化硫浓度分布的影响

3．2 二氧化硫的时间分布特征

3．2．1 小时变化

3．2．2 日变化

3．2．3 季节变化

3．3 SO2与SO42-浓度及其干湿沉降的空间分布特征

3．3．1 二氧化硫浓度分析

3．3．2 硫酸根浓度分析

3．3．3 二氧化硫沉降分析

3．3．4 硫酸根沉降比较分析

3．4 SO2和SO42-浓度及其沉降量的季节分布特征

3．4．1 二氧化硫浓度分析

3．4．2 硫酸根浓度分析

3．4．3 二氧化硫沉降分析

3．4．4 硫酸根沉降分析

第四章 结论与建议

4．1 结论

4．1．1 气象因素对二氧化硫浓度影响研究结论

4．1．2 二氧化硫的时间分布特征结论

4．1．3 二氧化硫的空间分布特征结论

4．1．4 季节硫浓度分布特征结论

4．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文