一种区域空气质量管控措施效果评估方法

摘要

本发明提供一种区域空气质量管控措施效果评估方法，包括：确定大气污染控制效果评估的时空范围；配置模式参数；对污染物排放源清单数据进行时空分配；运行空气质量数值模式，获得各污染物排放源所排放的排放前体物的量与格网点污染物逐时基准模拟浓度之间的函数关系；计算各项面源控制措施和点源控制措施对污染物浓度降低量的贡献；分别得到每种控制措施对污染物浓度改善效果的贡献率，实现对各类控制措施对污染物浓度改善效果的评估。本发明基于源解析结果的贡献可以快速计算不同的管控措施对区域空气质量的影响，省去大量模式情景模拟的计算开销和耗时，进而能够实现管控措施的快速优选。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种区域空气质量管控措施效果评估方法。

背景技术

大气重污染应急预案包括一系列污染控制措施。为了逐步提升措施及预案的有效性，对其实施效果进行定量评估和优选是十分重要的环节。

目前，常用的大气污染控制措施定量评估方法包括：空气质量数值模式情景模拟方法和响应曲面模型(RSM)方法。其中，对于空气质量数值模式情景模拟方法，当需要评估多套不同的控制措施时，对于每一种控制措施均需要重新生成排放源清单并运行空气质量模式，操作流程复杂并且计算效率较低。具体的，针对一套重污染应急预案，其包括一系列污染控制措施，因此，空气质量数值模式情景模拟方法需要分别针对预案中包括的每一条污染控制措施进行单独情景模拟，而一套预案中一般包含5-10种污染控制措施，因此，采用情景模拟方法进行评估时，需要独立运行5-10次空气质量数值模式，效率极其低下，无法对多套重污染应急预案进行快速评估，无法实现不同套重污染应急预案的快速筛选。

对于响应曲面模型方法，需要进行大量情景模拟，进而构建出对应气象条件下的污染物浓度与各排放源排放量之间的函数关系，最终基于这一函数关系评估大气污染的控制效果。运用该方法构建污染物浓度与排放源排放量之间的响应函数关系往往需要进行数十组至上百组的模式情景模拟，而且在不同的气象条件下需要重新模拟构建函数关系。因此，计算量巨大，需要消耗大量的计算机资源(500-1000计算核心)和计算时间(20-30天)，无法实现对大气污染控制措施效果进行实时、动态预测评估。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种区域空气质量管控措施效果评估方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种区域空气质量管控措施效果评估方法，包括以下步骤：

步骤1，确定大气污染控制效果评估的时空范围；其中，所述时空范围包括评估地理区域以及评估时间范围[t

配置模式参数；将模式参数输入并运行中尺度气象模式，所述中尺度气象模式对评估地理区域在评估时间范围[t

步骤2，读取预存储的不同地区和行业的主要污染物的污染物排放源清单；其中，所述污染物排放源清单包括若干条污染物排放源数据，每条污染物排放源数据表示为E

E

步骤3，对所述污染物排放源清单的污染物排放源数据进行时空分配，得到评估地理区域中每个格网点在评估时间范围[t

将所述评估地理区域中每个格网点在评估时间范围[t

步骤4，确定第k种污染物W

运行空气质量数值模式，获得各污染物排放源E

步骤5，读取需要评估的每种面源控制措施A

然后，根据源解析建立的排放源排放量与污染物浓度之间的函数关系，确定每种面源控制措施A

采用下式计算各项面源控制措施A

P

其中：u∈d；

当第k种污染物W

其中：

步骤6，读取需要评估的每种点源控制措施B

然后，根据源解析建立的排放源排放量与污染物浓度之间的函数关系，确定每种点源控制措施B

计算各项点源控制措施对污染物浓度降低量的贡献：

采用下式计算各项点源控制措施B

其中：u∈d；

当第k种污染物W

其中：

步骤7，将计算得到的各种点源控制措施对大气污染物浓度降低量的贡献 DP

再用点源或面源控制措施对大气污染物浓度降低量的贡献除以总贡献，分别得到每种控制措施对污染物浓度改善效果的贡献率，进而对比各类控制措施对污染物浓度改善效果的贡献，实现对各类控制措施对污染物浓度改善效果的评估。

优选的，步骤1中，配置的模式参数包括模式初始条件、边界条件、评估地理区域的网格数和物理参数化方案配置参数。

本发明提供的一种区域空气质量管控措施效果评估方法具有以下优点：

本发明基于源解析结果的贡献可以快速计算不同的管控措施对区域空气质量的影响，省去大量模式情景模拟的计算开销和耗时，进而能够实现管控措施的快速优选。

附图说明

图1为本发明提供的一种区域空气质量管控措施效果评估方法的流程示意图；

图2为本发明得到的各控制措施对某城市PM

图3为本发明得到的各控制措施对某城市PM

图4为传统情景模拟方法得到的各控制措施对某城市PM

图5为传统情景模拟方法得到的各控制措施对某城市PM

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为解决传统空气质量管控措施效果评估方法的缺点，本发明提供一种区域空气质量管控措施效果评估方法，在不用重复运行空气质量数值模式的前提下，解决传统污染控制措施效果评估计算开销偏大、效率偏低的问题，从而更好的支撑环保业务部门对大气重污染应急管控方案中管控措施的有效性进行实时动态评估及优化调整。具体的，本发明方法能够在合理的计算资源开销条件下，在大气污染发生前或发生后，对空气质量应急预案中多条管控措施的空气质量改善效果进行快速定量评估，支撑管控措施管控效果的对比优选，提升应急预案的有效性。

具体包括以下优点：

(1)本发明基于空气质量模式源解析结果建立排放-浓度响应关系，避免了评估不同减排措施时重新运行空气质量数值模式，提升评估速度；

具体的，本发明在步骤4计算得到的贡献R

(2)本发明基于空气质量模式源解析结果，通过一次计算即可定量评估各项控制措施对空气质量改善效果的贡献，实现控制措施的快速优选。

具体的，传统的情景模拟方法需要对不同的管控措施进行多组情景模拟才能得到不同管控措施对空气质量的影响，例如，如果有50项管控措施需要评估，则需要进行50次情景模拟，耗费大量的计算资源和时间。本发明基于源解析结果的贡献R

参考图1，本发明提供一种区域空气质量管控措施效果评估方法，包括以下步骤：

步骤1，确定大气污染控制效果评估的时空范围；其中，所述时空范围包括评估地理区域以及评估时间范围[t

配置模式参数；配置的模式参数包括模式初始条件、边界条件、评估地理区域的网格数和物理参数化方案配置参数。将模式参数输入并运行中尺度气象模式，所述中尺度气象模式对评估地理区域在评估时间范围[t

步骤2，读取预存储的不同地区和行业的主要污染物的污染物排放源清单；其中，所述污染物排放源清单包括若干条污染物排放源数据，每条污染物排放源数据表示为E

E

具体的，污染物排放源清单数据是空气质量监测数据解析、污染物排放趋势分析、模型研究和相关控制策略制定的重要基础。

污染物排放源清单数据记录不同地区和行业的主要污染物(包括SO

步骤3，对所述污染物排放源清单的污染物排放源数据进行时空分配，得到评估地理区域中每个格网点在评估时间范围[t

将所述评估地理区域中每个格网点在评估时间范围[t

其中，在线污染来源解析模块包括但不限于NAQPMS-OSAM、CAMx-PSAT、 CAMx-OSAT等。

步骤4，确定第k种污染物W

运行空气质量数值模式，获得各污染物排放源E

例如，如表1所示，为每种大气污染物与其排放前体物的对应关系。

表1排放前体物与大气污染物的对应关系

因此，当需要研究的大气污染物为SO

对于PM

步骤5，读取需要评估的每种面源控制措施A

然后，根据源解析建立的排放源排放量与污染物浓度之间的函数关系，确定每种面源控制措施A

采用下式计算各项面源控制措施A

P

其中：u∈d；

当第k种污染物W

其中：

例如，假设需要研究的大气污染物为SO

步骤6，读取需要评估的每种点源控制措施B

然后，根据源解析建立的排放源排放量与污染物浓度之间的函数关系，确定每种点源控制措施B

计算各项点源控制措施对污染物浓度降低量的贡献：

采用下式计算各项点源控制措施B

其中：u∈d；

当第k种污染物W

其中：

步骤7，将计算得到的各种点源控制措施对大气污染物浓度降低量的贡献 DP

再用点源或面源控制措施对大气污染物浓度降低量的贡献除以总贡献，分别得到每种控制措施对污染物浓度改善效果的贡献率，进而对比各类控制措施对污染物浓度改善效果的贡献，实现对各类控制措施对污染物浓度改善效果的评估。

下面介绍一个实施例：

本部分通过一个实施例具体说明本发明相比传统情景模拟方法的优点。

分别采用本发明方法和传统情景模拟方法，预测评估2016年12月13日至 2016年12月23日某地区的PM

本发明方法评估的某地区采取红色预警方案后，结果如图2和图3所示。其中，图2为本发明计算的各控制措施对某城市PM

由图2和图3可以看出，钢铁冶炼减产、水泥及建材行业错峰减产、施工扬尘治理是对某城市污染管控最有效的三项治理措施，分别使某城市重污染期间的PM

传统情景模拟评估的某地区采取红色预警方案后，结果如图4和图5所示。其中，图4为传统情景模拟方法计算的各控制措施对某城市PM

评估结果表明，某地区重污染期间，与传统情景模拟方法相比，本发明评估的管控措施效果与传统情景模拟方法得到的效果类似，误差范围在模式本身计算误差的范围内，属于可以接受的范围。对于计算效率而言，采用64个计算核心，评估7种管控措施的对空气质量改善的贡献，本发明耗时53分钟(包括污染来源预测与基准模拟预测时间)。而应用传统情景模拟方法，采用同样的计算资源，评估同样的区域和同样的管控措施，耗时268分钟。因此本发明可以在评估结果可靠的前提下，显著提升评估效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。