基于復雜地形-氣象場的二噁英污染物沉降研究

田 飛,伯 鑫,薛曉達,賈瑜玲,唐千紅,孫洪濤,李時蓓

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基于復雜地形-氣象場的二噁英污染物沉降研究

田 飛1,伯 鑫2,3*,薛曉達4,賈瑜玲5,唐千紅6,孫洪濤1,李時蓓2

(1.山東省環境保護科學研究設計院有限公司,山東 濟南 250013；2.環境保護部環境工程評估中心,北京 100012；3.國家環境保護環境影響評價數值模擬重點實驗室,北京 100012；4.北京航空航天大學,北京 100083；5.四川省環境工程評估中心,四川 成都 610041；6.中國氣象局公共氣象服務中心,北京 100081)

為了解復雜地形-氣象場條件下二噁英類污染物環境影響,選取我國西南某代表性山地,利用CALPUFF預測區域垃圾焚燒、醫廢與危廢項目二噁英類污染物的環境影響,并通過土壤實測數據進行模型分析驗證.結果顯示:復雜地形-氣象場條件下,同一區域不同空間下的風向與風速將會出現明顯差異,CALMET氣象模塊可結合相關資料,模擬計算出可信較高的復雜氣象場文件;模型預測顯示,在復雜地形-氣象場條件下,項目排放的二噁英在土壤中的沉降位置、方向與全年主導風向不完全一致.研究區域土壤沉降量為0.86×10-3~9.84×10-1ngTEQ/m2;模型模擬醫廢與垃圾焚燒、危廢項目沉降數據與監測數據相關性分別為0.854,0.287,說明CALPUFF模式在復雜地形-氣象場條件下模擬周邊土壤二噁英空間分布有一定可信度.

二噁英；CALPUFF；垃圾焚燒；危廢項目；復雜氣象場

環境中二噁英的來源分為自然源與人為源,自然源包括火山爆發、森林火災和氯酚類化合物的微生物合成等[1].人為源是二噁英主要來源,主要包括生活垃圾、危險廢物等的焚燒處置,金屬冶煉、造紙與漂洗等工業生產等[2-3].

國內外一些學者,利用不同的空氣質量模型、針對不同行業排放二噁英對環境影響展開研究.部分學者采用ISCST3或AERMOD模型分別對危廢及垃圾焚燒項目二噁英排放進行模擬,ISCST3模擬結果顯示二噁英沉降主要集中于項目周圍500m范圍內[4].AERMOD模擬結果顯示二噁英的濃度分布主要集中在項目周邊土壤[5-7].孫博飛等[8]利用CALPUFF模型研究了河北某鋼鐵廠燒結機煙氣排放對土壤中二噁英濃度的影響.劉淑芬等[9]和齊麗等[10]均利用Level Ⅲ逸度模型分別研究了我國和北京地區環境介質中二噁英的平均濃度水平和遷移規律.除此之外,部分學者針對模型參數變化對二噁英遷移轉化規律進行研究,劉鶴欣等[11]采用高斯模型對不同地形地貌、氣象條件下的垃圾焚燒進行監測布點研究.王超等[12]使用AERMOD模型,人為設置風速、風向來研究復雜地形條件危廢項目二噁英的污染擴散.張玨等[13]在輸送模式(CMAQ)物理化學模塊基礎上增加氣相-顆粒相間分配機制,模擬了長三角地區二噁英在大氣中的輸送、轉化和沉降等演變過程.

從以上成果可知,二噁英擴散研究多集中在生活垃圾與危廢焚燒等項目,因該類項目鄰避效應明顯,為避免引起群體性事件,在我國西南多山地區,項目選址一般為人口稀少的丘陵與山地.而基于這種復雜地形-氣象場的二噁英擴散研究較少,少量研究多以ISCST3、AERMOD穩態煙羽模式為主,但是AREMOD只能輸入單點地面氣象站和單點高空站點氣象數據,計算得到尺度數據和邊界層廓線數據后,再進行內插處理得到模擬區域網格點上的氣象場數據,不能詳盡反應復雜地形區域的氣象情況,直接影響污染物擴散模擬.國內外學者對復雜地形污染物擴散也開展了大量研究,Brown等[14]指出復雜地形條件下采用拉格朗日隨機游走模式更適于污染物擴散模擬,魏杰等[15]在此基礎上結合風場診斷模式CALMET提供的逐時三維風場,發現能夠更好的模擬煙流軌跡和地表濃度分布.朱好等[16]與賴錫柳等[17]通過模擬發現,非穩態三維拉格朗日煙團模式CALPUFF適用于復雜地形近地場大氣模擬.但基于此模型在復雜地形-氣象場的二噁英擴散、沉降研究較少,無法為垃圾焚燒等項目的監測布點及環境影響分析提供技術支持.

為了解決此問題,本研究基于我國西南一處山地區域,針對現有運行多年的垃圾焚燒、醫廢與危廢項目,利用CALMET氣象模式生成區域三維氣象場,通過CALPUFF定量預測二噁英的區域分布.然后據此設置二噁英土壤監測點,通過預測數據與監測數據的相關性分析,研究復雜地形-氣象場條件下模型模擬污染物擴散的可信性,最終為《環境影響評價技術導則-土壤環境(試行)》(HJ964-2018)[18]的環境監測布點提供技術支撐.

1 材料與方法

1.1 研究區域與對象

圖1 研究區域地形

UTM坐標系,單位km,下同

本研究區域為我國西南部的某代表性山地,地勢北高南低,海拔高度范圍為150~900m,整個區域被2座山體分割為東、中與西3個部分(圖1),預測范圍為30×30km,即圖1中南側部分,氣象站1#不在預測范圍內;該范圍分別建有垃圾焚燒、醫廢與危廢項目,其中前2個項目緊鄰,分布于山脊坡面,海拔較高.危廢項目位于生活垃圾焚燒項目西側15km,建于山腳凹地;醫廢項目建有處理量約11000t/a的焚燒爐,焚燒爐于2004年投產,2016年年底停產,共運行13a,本研究主要考慮它正常生產過程中的土壤沉積.垃圾焚燒項目為機械爐排爐,于2005年投產,目前生活垃圾處理量為43.8萬t/a.危廢項目焚燒爐于2008年投產,目前處理能力為1095t/a.現有垃圾焚燒、醫廢與危廢項目主要采用“3T+1E”及末端處理(活性炭噴射)控制二噁英的產生與排放,經煙囪外排二噁英濃度能夠滿足行業對應標準要求.

1.2 模型方法

CALPUFF模式系統是用于模擬污染物輸送、轉化的預測模式.模式為非穩態三維拉格朗日煙團模式,考慮了時空變化氣象場、復雜地形動力學效應以及靜風等非穩態條件[19-20].CALPUFF模式系統主要包括CALMET氣象模式、CALPUFF擴散模式以及一系列前/后處理程序[21].CALMET氣象模式可將氣象(包括地面與高空氣象數據)、地形與土地利用等文件數據,通過地形動力學、坡面流、阻塞與質量守恒等作用,分析加權生成三維氣象場文件(CALMET.DAT)[22-23].CALMET氣象模式能較好反應海風環流、山谷風環流等復雜氣象條件,適用于復雜地形-氣象場條件下的大氣預測.

本研究搜集了2016年模擬區域內或周圍的3處地面氣象站數據,氣象因子包括:風速、風向、相對濕度、降水量、溫度與氣壓等.2016年各氣象站主導風向、風速等與20年氣象資料相似,可作為地區代表性氣象數據;高空氣象數據為中尺度數據大氣模式WRF模擬提供的三維氣象場數據;區域地形資料來自美國地質勘探局(USGS),地形數據精度為90m,土地利用類型數據精度為30m[24].本研究建?？紤]項目坐標及排放高度、煙氣溫度與流速、二噁英排放量等信息,網格分辨率300m,東西向100個格點,南北向100個格點.

本研究定量模擬各項目排放二噁英類污染物對周邊環境貢獻情況,包括年均濃度(ngTEQ/m3)、沉降通量(ngTEQ/(m2·s)).由于二噁英類物質化學性質穩定,模擬不考慮它的衰變與化學轉化,通過項目投產與關停時間,計算項目周圍土壤環境中二噁英類物質的多年富集量(ngTEQ/m2),分析污染場地空間分布范圍.

1.3 土壤中二噁英監測布點及監測方法

圖2 項目周邊土壤二噁英監測布點

本次土壤布點采用CALPUFF模式進行優化布點,即根據研究對象的污染物排放清單,結合地形、土地利用與氣象等資料,采用CALPUFF預測二噁英土壤的干、濕沉降范圍,據此進行選擇性的監測布點,點位既考慮預測范圍內代表性的大值區,也考慮受影響較小的背景值.

根據CALPUFF對二噁英沉降的預測結果,本研究分散設置31個土壤監測點,其中垃圾焚燒與醫廢項目周邊設置16個監測點(圖2中的1~16點位),危廢項目周邊設置15個監測點(圖2中W1~W15點位).

為提高樣品代表性,土壤采用五點法采樣,取0~20cm表層土進行樣品采集,然后對土壤進行混合預處理,采用四分法取得檢測樣品.土壤中二噁英類物質的檢測分析采用國家標準“土壤和沉積物二噁英類的測定同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質譜法”(HJ77.4-2008)[25],本次分析儀器選取JMS- 800D高分辨磁質譜系統.

1.4 模型驗證方法

模型驗證分2部分,一是對CALMET模式生成的風場進行分析,二是對模擬和監測數據相關性進行分析.前者主要是結合地形等資料,對風場的合理性進行分析,后者主要是通過皮爾遜相關系數的值進行分析說明.

2 結果與討論

2.1 復雜地形-氣象場分析

污染物擴散主要與項目排放方式、區域地形與氣象條件等因素有關,在其它條件確定的前提下,給出合理氣象條件將成為模型模擬污染物擴散準確與否的關鍵.在復雜地形條件下,同一區域不同空間下的風向與風速等氣象參數會有明顯差異,如果模型不能合理模擬復雜地形-氣象場,將會影響污染物的預測結果.

本研究搜集了項目附近3個地面氣象站(圖2中1#、2#與3#氣象站)2016年的氣象資料,采用CALView畫出全年的風玫瑰圖(圖3),說明復雜地形-氣象場的特殊性.根據風速對比分析,相比2#與3#氣象站,1#氣象站因地處兩山之間的凹地,地勢對兩側氣流阻隔效應明顯,導致風速偏小,且1#氣象站靜風頻率也明顯大于3#與2#氣象站,即8.866%(1#)>3.009%(3#)> 2.845%(2#);根據風向對比分析,1#氣象站全年主導風向不明顯,主要風向以東北風(NE)為主,2#氣象站全年主導風向為北風,這主要與2#氣象站周圍地勢平坦,東西兩側高地迫使地表氣流南北方向流動(2#氣象站西側高地未在圖中顯示),加之北側山地地勢較高,人為活動較少,在熱通量與地勢的共同作用下,形成了由北向南的風場;3#氣象站全年主導風向為西北風,風向最為明顯,通過地勢分析,3#氣象站自身地勢較高,南部有低矮山丘阻隔,而西南側地勢較低,導致坡面流作用明顯,從而形成以西南風為主的風場.對比3個氣象站氣象數據可知,復雜地形條件下同一區域不同地點的風速與風向存在明顯差異.

圖3 地面氣象站2016年風玫瑰

CALMET.DAT文件是CALMET氣象模式綜合地形、土地利用、地面氣象資料等數據計算生成的氣象場文件,能較為準確的反應復雜氣象場特點.本次研究以2016年3月21日23:00的短時風場(圖4)為例,說明CALMET氣象模式計算生產的復雜地形條件下區域風場圖.

圖4顯示,研究范圍主要被2座山體分割為東、中與西3個區域,不同區域的風速、風向不盡相同.對比風速、風向可知,由于中部山谷區域受兩側山體阻隔,風速較小,風向也因地勢的起伏而變化;東部區域北側海拔較高,南側有明顯谷地風口,風速較大,中間地區因山體環繞,風速較小.風向也因地勢差異,體現明顯的反差;西部地區地形由北向南逐漸由開闊平坦變為狹窄,在熱通量與地勢作用下,風向以北風為主(N),風速也隨著地勢的狹管效應,逐漸變大.危廢項目緊鄰山體,地勢起伏劇烈,對風速與風向形成阻隔,從而出現沿山體方向風速較小的坡面流(WNN);垃圾焚燒與醫廢項目由于海拔較高,且地勢變化緩慢,地面氣流能緩慢跨過山體,風向為東南(SE).由此可見,CALMET.DAT中風場文件能夠較好的體現區域風向、風速特點,與圖3中3個氣象站盛行風向有比較高的匹配度,因此有較高可信度.

圖4 研究區域短時風場

2.2 排放二噁英對土壤污染影響分析

本研究區域二噁英排放源主要為垃圾焚燒、醫廢與危廢項目,均以有組織形式排放,煙囪高度分別為60,45與50m.根據企業統計資料,垃圾焚燒、醫廢與危廢項目的二噁英排放量分別為2.84×10-7,4.55×10-8,4.41×10-8tTEQ/a.研究通過CALPUFF模式預測二噁英在周圍土壤的沉降累積(圖5).

根據研究區域預測的土壤二噁英年均沉降通量以及項目實際生產時間,計算得到項目對土壤環境的總沉降量.根據二噁英沉降量預測,區域土壤沉降量為0.86×10-3~9.84×10-1ngTEQ/m2,高值區主要集中于廠區四周.危廢項目最大沉降量出現在西廠界外,單位區域最大沉降量為3.52×10-1ngTEQ/ m2(10a);垃圾焚燒與醫廢項目緊鄰,兩者共同對周圍土壤造成影響,最大沉降量出現在兩廠區的西南側(醫廢項目廠界南,垃圾焚燒項目西廠界),單位區域最大沉降量為9.83×10-1ngTEQ/m2(兩項目運行時間都為13a).對比地面氣象站風玫瑰圖,土壤二噁英總沉降量(圖5)分布趨勢與全年主導風向(圖3)并不完全一致,主要原因為項目所在區域氣象場復雜,大氣湍流活動明顯,影響顆粒態二噁英在大氣中擴散方向[26].由此可見,二噁英在土壤中沉降量不僅與項目二噁英排放量與運行時間有關,還與項目所在地形、氣象等因素有關.

圖5 預測二噁英沉降量分布及監測布點

2.3 模型驗證

為驗證模型模擬二噁英土壤沉降數據的準確性,本研究根據模擬的結果設置二噁英土壤監測點,通過相同點的預測數據與實際監測數據相關性對比,說明模型模擬的可靠性.

土壤中二噁英(PCDD/Fs)檢測組分分析結果顯示(圖6),除距離較遠的12號監測點外,醫廢與垃圾焚燒項目周邊土壤中八氯二苯并二噁英(OCDD)是主要貢獻單體,占土壤二噁英檢測總量的25%~95%,其次為1,2,3,4,6,7,8-HpCDD和1,2,3,4,6,7,8-HpCDF,占檢測總量的2%~34%;危廢項目八氯二苯并二噁英(OCDD)也為主要貢獻單體,占土壤二噁英檢測總量的43%~97%,其次為1,2,3,4,6,7,8-HpCDD和1,2,3,4,6,7,8-HpCDF(W4、W7除外),占檢測總量的1%~24%,說明兩項目周邊土壤中二噁英17種有毒異構體顯示出相似的指紋特征,并與雷鳴等[27]研究的焚燒爐煙氣中OCDD比例最高,其次為1,2,3,4,6,7,8-HpCDF的結果相近.

圖6 土壤中二噁英監測成分分析

2,3,7,8-TCDD為2,3,7,8-四氯二苯并二噁英;1,2,3,7,8-PeCDD為1,2,3,7,8-五氯二苯并二噁英;1,2,3,4,7,8-HxCDD為1,2,3,4,7,8-六氯二苯并二噁英;1,2, 3,6,7,8-HxCDD為1,2,3,7,8,9-六氯二苯并二噁英;1,2,3,7,8,9-HxCDD為1,2,3,7,8,9-六氯二苯并二英;1,2,3,4,6,7,8-HpCDD為1,2,3,4,6,7,8-七氯二苯并二噁英;OCDD為八氯二苯并二噁英;2,3,7,8-TCDF為2,3,7,8-四氯二苯并呋喃;1,2,3,7,8-PeCDF為1,2,3,7,8-五氯二苯并呋喃;2,3,4,7,8-PeCDF為2,3,4,7,8-五氯二苯并呋喃;1,2,3,4,7,8-HxCDF為1,2,3,4,7,8-六氯二苯并呋喃;1,2,3,6,7,8-HxCDF為1,2,3,7,8,9-六氯二苯并呋喃;1,2,3,7,8,9-HxCDF為1,2,3,7,8,9-六氯二苯并呋喃;2,3,4,6,7,8-HxCDF為2,3,4,6,7,8-六氯二苯并呋喃;1,2,3,4,6,7,8-HpCDF為1,2,3,4,6,7,8-七氯二苯并呋喃;1,2,3,4,7,8,9-HpCDF為1,2,3,4,7,8,9-七氯二苯并呋喃;OCDF為八氯二苯并呋喃

根據二噁英監測值與對應監測點預測數據(圖7),土壤中二噁英含量范圍為0.11~2.3ngTEQ/kg(剔除垃圾焚燒1#監測點的異常值),預測沉降量為0.02~0.95ngTEQ/m2.對比兩區域的二噁英監測值,垃圾焚燒與醫廢項目周邊監測平均值為1.90ngTEQ/ kg,大于危廢項目的0.87ngTEQ/kg,這與模型預測趨勢一致,即:0.45ngTEQ/m2(垃圾焚燒)>0.12ngTEQ/ m2(危廢項目);垃圾焚燒項目監測較大值為2,3,4,5, 7,8點位的監測值(大于1ngTEQ/kg),均分布于廠區周邊,這與模型預測結果基本一致.危廢項目監測較大值為W7、W11與W12(大于1ngTEQ/kg),其中W12緊鄰廠界南側,另外兩點分布于廠界外東南到西北的直線上,與模型預測結果不完全一致.

為進一步對比土壤監測值與模型模擬沉降量的相關性,采用(相關系數)統計分析,經計算醫廢與垃圾焚燒項目=0.854,危廢項目=0.287.鑒于采用土壤監測結果驗證模型預測準確性的研究較少,本次引用其他文獻中大氣監測驗證的相關系數(0.55~ 0.90)[28-31],說明CALPUFF模式模擬醫廢與垃圾焚燒項目周邊土壤二噁英污染空間分布有一定可信度,而危廢項目周邊土壤監測與模擬結果相關性不強,這可能與危廢項目設計規模小、投產時間短,二噁英排放總量小,土壤中的二噁英在外環境的干擾下,不能充分體現危廢項目影響有關.

2.4 不確定性分析

研究區域多為山地、農田與荒地,部分因素(秸稈焚燒、除草劑使用等)對土壤中二噁英濃度有干擾[32],監測過程土壤吸附導致的提取不充分、容器壁吸附、檢出限值等原因,導致二噁英監測值出現異常.

預測模式輸入的污染排放源強采用單次實際監測值,不能完全代表危廢、醫廢與垃圾焚燒項目的長期二噁英排放量;模型預測土壤沉降、富集過程中,未考慮二噁英的衰減與其他因素影響,預測結果有一定不確定性.

3 結論

3.1 復雜地形-氣象場條件下,同一區域不同空間下的風向與風速將會出現明顯差異.CALMET模塊可結合地形數據、土地利用數據與地面氣象數據等,計算得到可信度較高的氣象場文件,用于預測復雜地形-氣象場條件下污染物的傳輸和擴散.

3.2 模型預測結果顯示,在復雜地形-氣象場條件下,垃圾焚燒、醫廢與危廢項目排放二噁英在土壤中的沉降位置、方向與全年主導風向不完全一致,沉降高值區主要集中于廠區四周,土壤最大沉降量9.84×10-1ngTEQ/m2.

3.3 本研究對比土壤監測值與模型模擬沉降量的相關性,統計計算相關系數分別為=0.854(醫廢與垃圾焚燒項目)與=0.287(危廢項目),說明在二噁英排放總量較高的醫廢與垃圾焚燒項目周邊, CALPUFF模型模擬的二噁英類物質沉降量與實際監測數據有較強相關性,而排放總量較小的危廢項目模擬值與實測值相關性不強.該模型能夠為該類項目在復雜地形-氣象場條件下的監測優化布點及環境影響分析提供技術支持.

[1] 張杏麗,周啟星.土壤環境多氯二苯并二噁英/呋喃(PCDD/Fs)污染及其修復研究進展[J]. 生態學雜志, 2013,32(4):1054-1064.Zhang X L, Zhou Q X. Soil polychlorinated dibenzo-P-dioxins and dibenzofurans contamination and its remediation: Research progress [J]. Chinese Journal of Ecology, 2013,32(4):1054-1064.

[2] 鄒 川.典型行業PCDD/Fs排放特征及其控制研究[D]. 廣州:華南理工大學, 2012. Zou C, Study on emission characteristics and control of PCDD/Fs from typical industries [D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2012.

[3] 蘇 青.廣州市大氣環境中二噁英環境行為研究[D]. 長沙:湖南師范大學, 2012. Su Q. Study on environmental behavior of Dibenzo-P- dioxins and dibenzofurans in atmosphere of Guangzhou City [D]. Changsha:HunanNormalUniversit.

[4] 王 堅.基于ISCST3模型的危險廢物焚燒設施累積性環境影響分析[J]. 科技創新導報, 2013,(30):38-42. Wang J. Assessment of accumulative environmental impacts of hazardous waste combustion facilities based on the ISCST3Model [J]. Science and Technology Innovation Herald, 2013,(30):38-42.

[5] 劉 帥,張 震,宋國君,等.北京某垃圾焚燒廠二噁英多介質擴散風險評估[J].中國公共衛生, 2018,34(9):1224-1228. Liu S, Zhang Z, Song G J, et al.Pollution characteristics of PCDD/Fs in ambient air and exposure risk assessment around a municipal solid waste incinerator in Beijing [J].China Public Health, 2018,34(9): 1224-1228.

[6] 李煜婷,金宜英,劉富強.AERMOD模型模擬城市生活垃圾焚燒廠二噁英類物質擴散遷移[J]. 中國環境科學, 2013,33(6):985-992. Li Y T, Jin Y Y, Liu F Q, Diffusion and transformation of PCDD/Fs of municipal waste incineration plant by using AERMOD model [J]. Chinese Environmental Science, 2013,33(6):985-992.

[7] 王 奇.危險廢物焚燒廠二惡英排放的環境分布及健康風險評估研究[D]. 杭州:浙江大學, 2014. Wang Q. Study on environmental distribution and health risk assessment of PCDD/F emissions from hazardous waste incineration [D]. Hangzhou: ZhejiangUniversity, 2014.

[8] 孫博飛,伯 鑫,張尚宣,等.鋼廠燒結機煙氣排放對土壤二噁英濃度的影響[J]. 中國環境科學, 2017,37(11):4222-4229. Sun B F, Bo X, Zhang S X, et al.Effect of exhaust gas from sintering machines on the concentration of dioxin in soil around a steel plant [J]. Chinese Environmental Science, 2017,37(11):4222-4229.

[9] 劉淑芬,田洪海,任 玥,等.我國二噁英污染水平和環境歸趨模擬[J]. 環境科學研究, 2010,23(3):261-265. Liu S F, Tian H H, Ren Y, et al. Pollution situation and environmental fate of PCDD/Fs in China. Research of Environmental Sciences, 2010,23(3):261-265.

[10] 齊 麗,周志廣,許鵬軍,等.北京地區二噁英類的環境多介質遷移和歸趨模擬[J]. 環境科學研究, 2012,25(5):543-548. Qi L, Zhou Z G, Xu P J, et al. Simulation of the transfer and fate of PCDD/Fs in Beijing using a steady-state multimedia fugacity Model [J].Research of Environmental Sciences, 2012,25(5):543-548.

[11] 劉鶴欣,羅 銳,冉小鵬,等.采用高斯模型的垃圾焚燒污染物環境監測及布點[J]. 西安交通大學學報, 2015,49(5):147-154. LIU H X, Luo Y, Ran X P, et al. Monitoring spots setting for the pollutants emitted from incinerators based on Gaussian Model [J]. Journal of Xi'anJiaotongUniversity, 2015,49(5):147-154.

[12] 王 超,陳 彤,王 奇,等.氣象條件對點源排放二噁英模擬的影響規律研究[J]. 環境污染與防治, 2017,39(1):82-87. Wang C, Chen T, Wang Q, et al.Study of the influence of meteorological condition to modeling the transformation of dioxin emitted by point source [J]. Environmental Pollution & Control, 2017, 39(1):82-87.

[13] 張 玨,孟 凡,何友江,等.長江三角洲地區大氣二噁英類污染物輸送-沉降模擬研究[J].環境科學研究, 2011,24(12):1393-1402. Zhang Y, Meng F, He Y J, et al. Simulation of transport-deposition of Dibenzo-p-Dioxins and Dibenzo Furans in the atmosphere in the Yangtze River delta Region [J]. Research of Environmental Sciences, 2011,24(12):1393-1402.

[14] Brown M J, Arya S P, Snyder W H. Vertical dispersion from surface and elevated release: An investigation of a non-Gaussian plume model [J]. Journal of Applied Meteorology, 1993,32(3):490-505.

[15] 魏 杰,宋 宇,蔡旭暉.復雜地形大氣污染物傳輸和擴散的高分辨率模擬[J]. 北京大學學報(自然科學版), 2008,(6):938-944. Wei J, Song Y, Cai X H. High resolution simulations to transport and diffusion over complex terrain [J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2008,(6):938-944.

[16] 朱 好,張宏升,蔡旭暉,等. CALPUFF在復雜地形條件下的近場大氣擴散模擬研究[J]. 北京大學學報(自然科學版), 2013,49(3): 452-462. Zhu H, Zhang H S, Cai X H, et al. Using CALPUFF for near-field atmospheric dispersion simulation over complex terrain [J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2013,49(3):452-462.

[17] 賴錫柳,王 穎,楊雪玲,等.AERMOD與CALPUFF模擬復雜地形空氣質量的對比[J]. 蘭州大學學報(自然科學版), 2017,53(6): 792-798. Lai X L, Wang Y, Yang W L, et al. Acomparative study of AERMOD and CALPUFF simulation of the air quality on a complex terrain [J]. Journal of Lanzhou University: Natural Sciences, 2017,53(6):792-798.

[18] 生態環境部. HJ964-2018 環境影響評價技術導則-土壤環境(試行) [M].

[19] 伯 鑫,王 剛,溫 柔,等.京津冀地區火電企業的大氣污染影響[J]. 中國環境科學, 2015,35(2):364-373. Bo X, Wang G, Wen R, et al. Air pollution effect of the thermal power plants in Beijing-Tianjin-Hebei region [J]. Chinese Environmental Science, 2015,35(2):364-373.

[20] 伯 鑫,丁 峰,徐 鶴,等.大氣擴散CALPUFF模型技術綜述[J]. 環境監測管理與技術, 2009,21(3):9-13+47.Bo X, Ding F, Xu H, et al. Review of atmospheric diffusion spersion model CALPUFF technology [J]. Environmental monitoring management and technology, 2009,21(3):9-13+47.

[21] Scire J S, Strimaitis D G, Yamartino R J. A user‘s guide for the CALMET dispersion model (Version 5) [M]. Concord,MA: Earth Tech, 2000:1-332.

[22] Yim S H L, Fung J C H, Lau A K H. Use of high-resolution MM5/CALMET/CALPUFF system: SO2apportionment to air quality in Hong Kong [J]. Atmospheric Environment, 2010,44:4850-4858.

[23] Scire J S, Robe F, Fernau M, et al. A userps guide for the CALMET meteorological model [J]. Concord: Earth Tech Inc, 2000:21-57.

[24] 伯 鑫,王 剛,田 軍,等. AERMOD模型地表參數標準化集成系統研究[J]. 中國環境科學, 2015,35(9):2570-2575. Bo X, Wang G, Tian J, et al. Standard systems of surface parameters in AERMOD [J]. Chinese Environmental Science, 2015,35(9):2570- 2575.

[25] HJ77.2-2008 環境空氣和廢氣二噁英類的測定同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質譜法[S].HJ77.2-2008 Ambient air and waste gas Determination of polychlorinateddibenzo-p-dioxins (PCDDs) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) Isotope dilution HRGC-HRMS [S].

[26] 孔佑花,張金貴,張少偉,等.河谷型城市風場及污染物擴散的CFD數值仿真[J]. 環境科學研究, 2018,31(3):450-456. Sun Y H, Zhang J G, Zhang S W, et al. CFD numerical simulation of wind field and pollutant dispersion in Valley Cities [J]. Research of Environmental Sciences, 2018,31(3):450-456.

[27] 雷 鳴,海 景,程 江,等.小型生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放特征[J]. 中國環境科學, 2017,37(10):3836-3844. Lei M, Hai J, Cheng J, et al. Emission characteristics of dioxins and heavy metals from small-scale thermal treatment furnaces for disposing domestic solid waste [J]. Chinese Environmental Science, 2017,37(10):3836-3844.

[28] EPA. A Comparison of CALPUFF with ISC3 [M] North Car-olina: Office of air quality planning and standards Research Triangle Park, 1998:1-10.

[29] 張雯婷,王雪松,劉兆榮,等.貴陽建筑揚塵PM10排放及環境影響的模擬研究[J]. 北京大學學報(自然科學版), 2010,46(2):258-264.Zhang W T, Wang X S, Liu Z R,et al. Construction fugitive PM10emission and its influences on air quality in Guiyang [J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2010,46(2):258-264.

[30] 薛文博,王金南,楊金田,等.淄博市大氣污染特征模型模擬及環境容量估算[J]. 環境科學, 2013,34(4):1264-1269. Xue W B, Wang J N, Yang J T, et al. Simulation of air pollution characteristics and estimates of environmental capacity in Zibo city [J]. Environmental Science, 2013,34(4):1264-1269.

[31] 楊多興,韓永偉,拓學森.門頭溝生態區排放的大氣顆粒物輸送的模擬研究[J]. 西南大學學報(自然科學版), 2007,(5):113-117. Yang D Y, Han Y W, Tuo X S. Simulation study on transport of airborne particulate matters originated from the ecological area in Mentougou [J]. Journal of Southwest University (Natural Science Edition), 2007,(5):113-117.

[32] 周志廣,田洪海,劉愛民,等.北京市農業區不同使用類型土壤中二噁英類分析[J]. 環境化學, 2010,29(1):18-24.Zhou Z G, Tian H H, Liu A M, et al. Study PCDD/Fs in different type soil in agricultural from Beijing city [J]. Environmental Chemistry, 2010,29(1):18-24.

Study on settlement of dioxin pollutants under complex terrain-weather conditions.

TIAN Fei1, BO Xin2,3*, XUE Xiao-da4, JIA Yu-ling5, TANG Qian-hong6, SUN Hong-tao1,LI Shi-bei2

(1.Shandong Academy of Environmental Science Co., Ltd., Jinan 250013, China；2.Appraisal Center for Environment and Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China；3.State Environmental Protection Key Laboratory of Numerical Modeling for Environment Impact Assessment, Beijing 100012, China；4.Beihang University, Beijing 100083, China；5.Sichuan Environment and Engineering Appraisal Center, Chengdu 610041, China；6.CMA Public Meteorological Service Center, Beijing 100081, China)., 2019,39(4)：1678~1686

In order to understand the environmental impact of dioxin pollutants under complex terrain-weather conditions, a representative mountainous area in southwestern China was selected to predict the environmental impact of dioxin pollutants in regional waste incineration, medical waste and hazardous waste disposal projects using CALPUFF, and the modeling was analyzed and verified by soil measured data. The results showed that under the condition of complex terrain-weather field, the wind direction and wind speed in different spaces in the same region were significantly different. The CALMET module can be combined with relevant data to simulate a meteorological field file close to reality. The model prediction showed that under the complex terrain-weather field, the settlement position and direction of dioxins from the project were not completely consistent with the prevailing wind direction throughout the year. The annual average concentration contribution of dioxins to the soil sedimentation of dioxins was 0.86×10-3~9.84×10-1ngTEQ/m2. The correlation between the monitoring data and model-simulated settlement data of medical waste and municipal waste incineration, hazardous waste projects was 0.854 and 0.287, respectively, indicating that the CALPUFF model has a certain degree of confidence in simulating the spatial distribution of dioxin in the surrounding soil under complex terrain-weather conditions.

dioxin；CALPUFF；waste incineration；hazardous waste disposal；complex weather field

X512

A

1000-6923(2019)04-1678-09

2018-09-26

2018年度四川省環境保護科技計劃項目(2018HB22);國家自然科學基金資助項目(71673107)

*責任作者, 高工, 188672200@qq.com

田 飛(1985-),男,山東濟南人,工程師,主要研究方向為環境數值模擬及二噁英環境影響研究.發表論文3篇.