兰州市大气污染规律及污染控制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 安兴琴 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2004 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 吕世华 |
| 关键词 | 兰州市 大气污染 能源结构 大气边界层结构 逆温形成机理 Models-3模式系统 数值模拟 大气环境容量 总量控制方案 |
| 其他题名 | Study On Lanzhou's Air Pollution and Control Countermeasures |
| 中文摘要 | 复杂地形条件下的城市大气污染问题一直是学者们关注的热点和研究的难点。兰州市是一座黄河穿过市区的河谷城市，同时也是一个以石油、化工为主的工业城市，其独特的山谷盆地造成的不利于大气污染物扩散的逆温、静风等气象条件，以及地处荒漠化面积辽阔，生态环境脆弱的西北干旱区这一不利的外部环境，每年春季频繁的沙尘活动带来的扬沙、浮尘等外地污染源的影响，使之成为国内外空气污染最严重的城市之一。面对如此严峻的大气环境形势，如何有效控制兰州市的大气污染和改善城市空气质量？这是一个直接关系到当地居民身体健康和城市发展的现实问题。本论文从以下几方面进行了探讨：一是从兰州市地理位置、能源结构、污染现状等多方面，综合分析了兰州市污染严重的各方面因素及兰州市的污染特点：二是利用“兰州市大气污染及对策研究”项目建立的齐全完整的“兰州市大气污染资料数据库”中的资料，结合先进的数值模式系统，采用资料分析和数值模拟相结合的手段，对与污染物质的输送和扩散紧密相关的大气边界层结构及逆温形成机理进行了比较全面的研究；三是引进最新一代的空气质量模式Models-3，将其应用于兰州市污染物输送的数值模拟中；四是利用多源模型和线性优化模型相结合的方法，计算了兰州市大气环境容量，并在容量基础上，提出了能够有效控制兰州市大气环境质量的总量控制削减方案。概括起来，本论文得到的主要结论如下：（1）兰州市复杂的山谷地形特征造成的不利于污染物扩散的气象条件是导致兰州市大气污染严重的客观自然因素；以煤为主的能源结构，造成烟尘和502等污染物排放量大是导致兰州市“煤烟型”污染，尤其冬季采暖期污染特别严重的人为排放因素；再加上兰州市地处西北干旱区，年降水量只有330nm，本地的扬沙浮尘及外来丰富的颗粒物污染源，使得大气总悬浮颗粒物中风沙土尘源高达60％以上，是造成兰州市颗粒物污染非常严重的客观自然地理条件。（2）近年来兰州市以煤为主，油气为辅的能源结构没有发生多大变化，因此改变目前以煤为主的“一元”能源结构，向煤电、天然气为主，石油液化气、水电、洁净煤互补的“多元”能源消费格局，才能从根本上解决兰州市煤烟污染问题。（3）兰州市污染物502及PM10的年均值均超标，超标最为严重的是PM10。几种主要污染物的年变化有一定的规律，二氧化硫冬季浓度显著高于夏季，12月份达到峰值；PM10冬春季节浓度较高，5-9月份较低；NO2与SO2的变化规律基本一致，采暖期逐渐增加，11月份达最高，基本满足国家二级月均标准。近十年来兰州城区二氧化硫和氮氧化物变化趋势基本一致，年均浓度值变化幅度不大，呈逐年降低的趋势；总悬浮颗粒物的年变化趋势近年来有缓慢增高的趋势。（4）各种污染物在空间上分布不均匀：采暖期城关区测点二氧化硫污染最严重，GIS的分析结果也表明SO2污染在城关区铁路局一带最严重；各监测点颗粒物年变化规律基本一致，3月份浓度最大，各测点年均值都超标，GIS分析结果说明冬季TSP的污染非常严重，满足二级标准的区域只占27％，污染最严重区域位于七里河区的职工医院一带。⑤资料分析和数值试验结果表明：在没有特殊天气的典型冬季代表性时段，山谷城市兰州逆温边界层结构维持的时间比较长，无论白天或夜间都存在；而且多层逆温和白天的脱地逆温情况经常出现。数值模拟结果直观、清晰地再现了兰州市温度层结的日变化、逆温及山谷风环流的日变化情况。（6）兰州市白天周围山峰加热效应与市区大气稳定度紧密相关，山峰加热效应是形成白天脱地逆温的主要原因。数值试验的结果表明：（a）白天日出后的山峰相对 于周围空气是一个热源，在偏南风的作用下，皋兰山峰有暖空气不断向市区上空输送，这是造成白天市区上空脱地逆温的主要原因；（b）白天皋兰山顶和山谷的温度 递减情况完全不同，市区河谷始终存在一层层结稳定的脱地逆温，而山峰基本呈层 结不稳定的递减状态；（C）白天山峰加热效应的强度与海拔高度有一定的关系，越高海拔的山体，山峰加热效应越明显。（7）引进Models-3空气质量模式系统，将其应用于兰州市大气污染问题的研究中。利用SMOKE模块进行兰州市污染源资料处理，并且针对兰州市采暖期污染严重的特点，选取了一个2002年12月份的个例进行了模式调试和模拟性能检验，模拟结果表明：该模式系统模拟出了SO2，NO2的空间分布趋势，模拟结果与监测结果比较吻合，模式模拟的污染物浓度场比较均匀；模拟的臭氧日变化规律与资料分析结论基本一致，也符合臭氧的生成机理。因此该模式系统对于复杂地形条件下的城市污染物的输送具有一定的模拟能力，可用于进一步的开发应用。（8）将先进的数值模式和线性优化模型应用于兰州市大气污染控制的研究中，在计算出兰州市SO2、烟尘及PM10的大气环境容量的基础上提出了污染物削减的总量控制方案。（a）容量计算结果表明：兰州市经过多年大气污染综合治理，SO2的污染得到一定程度的改善，目前西固区SO2的浓度达到了国家环保总局规定的工业区三级质量标准，但在二级质量标准下，削减率西固区仍是四个区中最大的，其次为七里河和城关；对于SO2只有继续加强各个重点源和中低架源的治理，争取近期内SO2 达到国家环境质量标准。但目前兰州市的颗粒物污染相当严重，TSP和PM10排放量远远大于容量，需要削减的量比较大，全市区TSP和PMI。削减率高达40％以上，而且扬沙浮尘在颗粒物中所占的比例高达64％，因此要想从根本上改善PM10污染现状，必须一方面继续加强本地污染源治理，另一方面加强兰州市及其周边地区的生态工程建设，在目前的自然环境现状下，PM10的质量达标恐怕有一定的现实困难。（b）执行总量控制削减方案的计算结果表明：在大气环境容量基础上执行的总量控制削减方案能够有效控制兰州市的大气环境质量，总量控制方法可用于兰州市大气环境的全面规划和管理工作中。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22019]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 安兴琴. 兰州市大气污染规律及污染控制研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2004. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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