西固石化工业集中区大气污染物季节性传输及影响特性研究

摘要

兰州市西固石化工业集中区作为国内为数不多的位于主城区范围之内的工业集中区之一，在兰州市特殊的河谷盆地复杂地形和冬季静稳气象条件的综合影响下，集中区排放的污染物会对主城区环境空气质量产生不可忽视的影响。随着国家层面环保要求的日益严格，集中区采取一系列环保整改措施以改善兰州市大气环境质量，但目前西固石化工业集中区仍是西固区最大的污染排放单元之一。 为进一步改善兰州市环境空气质量，合理解决兰州市空气污染问题，制定工业源管控具体措施和切实有效的大气污染防治方案。本文利用2015年-2016年兰州市四国控点现状监测资料分析兰州市主城区大气环境质量现状及污染物浓度分布年变化和日变化特征；利用集中区污染源调查统计资料估算源强参数并建立西固石化工业集中区重点污染排放源清单；应用CALPUFF模型模拟常规污染因子（SO2、NOx、PM2.5）和特征污染因子（NMHC）在不同季节的污染浓度分布并分析其对兰州市主城区的环境影响贡献；结合WRF模式分析的各季典型日区域气象条件，分析不同季节西固石化工业集中区大气污染物传输扩散特性，以期为兰州市主城区内重点大气污染源管控、重污染天气环境应急预案的制订及污染防治提供技术支撑。 论文主要结论如下： （1）统计分析兰州市四大气环境质量国控监测点2015年-2016年的逐时监测数据。结果显示，兰州市主城区的主要污染期为冬季（11 月~次年 3 月），春季次之（4~5月），夏秋两季（6~10月）污染天数最少。兰州市主城区出现频率最高的首要污染物为 PM10。SO2、O3的各季逐时平均浓度变化和各城区逐时平均浓度变化均呈明显的“单峰单谷”日变化特征；NO2、CO、PM10、PM2.5则呈明显的“双峰双谷”日变化特征。 （2）通过对西固石化工业集中区的污染源调查统计分析，估算污染源源强参数，建立集中区石油化工工业重点污染排放源清单。确定集中区主要有组织排放源共计 46 个，年总排放烟尘 458.59t，SO2 1374.62t，NOx 3102.88t，VOCs 1205.07t；无组织排放源共计54个，年总排放VOCs 3181.027t。 （3）利用CALPUFF模型模拟污染物SO2、NOx、PM2.5、NMHC对兰州市主城区的环境影响贡献，模拟结果显示：SO2 日均浓度占标率均值为：西固区（4.20%）>安宁区（3.62%）>七里河区（3.45%）>城关区（0.83%）；NOx为西固区（8.62%）>安宁区（8.15%）>七里河区（6.80%）>城关区（1.42%）；PM2.5为西固区（4.85%）>七里河区（4.20%）>安宁区（4.13%）>城关区（1.52%）；NMHC 小时平均浓度占标率均值为：西固区（111.99%）>安宁区（58.50%）>七里河区（26.93%）>城关区（3.03%）。由此分析可知：西固石化工业集中区排放的SO2、NOx、PM2.5对西固区的环境质量影响最为明显，对安宁区和七里河区的影响次之，对城关区的影响较小。主要是因为受水平风场随高度变化的影响，高架点源排放的SO2、NOx、PM2.5受高空偏西气流的影响，能向东面的安宁区、七里河区、城关区上空扩散并影响其近地面污染物浓度。而NMHC对西固区的环境质量影响最为明显，对安宁区的影响次之，七里河区其次，相对于对西固区的影响贡献程度而言，污染物对城关区影响微乎其微。主要是因为低矮面源受低空偏东气流的影响，排放的NMHC主要向西面传输扩散，对安宁区、七里河区以及距离更远的城关区影响较小。 （4）选取NOx为代表污染因子，利用CALPUFF模型模拟污染物浓度日变化过程，结合WRF模式分析的区域气象条件综合分析可知：02时-05时集中区上空混合层高度较低、区域盛行山风环流，污染物影响范围和程度较大；在 08时受太阳辐射的影响，集中区上空混合层高度逐渐增大，污染传输扩散条件变好，影响范围和程度开始发生变化；11时-17时集中区上空混合层高度较高，区域盛行谷风环流，污染物影响范围和程度明显减小；在20时，受太阳辐射变化的影响，集中区上空混合层高度降低、区域盛行山风环流，污染传输扩散条件复又变差，影响范围和程度明显增大。

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