CN107941994A - 一种面向工业园区污染物溯源分析方法 - Google Patents

一种面向工业园区污染物溯源分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种面向工业园区污染物溯源分析方法，包括：采集厂界微型站的监测数据，根据所述监测数据计算小时主导风向；在地图中选择受体点；根据所述小时主导风向选取处于上风向位置的多个污染源，计算每个所述污染源到所述受体点的扩散浓度；根据每个所述污染源到所述受体点的扩散浓度，计算每个污染源到所述受体点的贡献率，并根据所述贡献率的大小和风向信息绘制污染源到受体点污染物的扩散路径。本发明可以直观的显示污染源对受体点的贡献程度，同时根据风向信息、污染源和受体点的位置给出污染物的扩散路径，从而实现了污染源的溯源分析。

Description

一种面向工业园区污染物溯源分析方法
技术领域
本发明涉及环境科学技术领域，特别涉及一种面向工业园区污染物溯源分析方法。
背景技术
城市工业园区是当地经济发展的主动力，并且为区域经济发展做出了极其重大的贡献。然而随着工业园区的迅速发展，工业园区的环境质量越来越差，污染也越来越重。尤其是大气污染，给当地的环境质量和人们的生命安全造成了巨大的威胁和伤害。因此，合理监控工业园区污染物的排放，制定有效的防护措施是解决工业园区污染的重要举措。但是空气污染源的精准定位一直是该领域的技术难题，并没有一个实际可行的技术方法实现空气污染源的准确定位。
现有的空气污染源的定位方法主要分为两类，一种是基于同位素追踪的方法实现，该方法主要是针对重金属污染源位置的确定，且成本较高；另一种是直接利用高斯烟团模型，采用坐标变换的方法反推污染源的位置，并且该方法只是以单个事故点为中心的独立坐标系，该模型并未给出不同污染源对同一个受体点所占的比重，同时不能计算出污染源到受体点污染物的扩散路径。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种面向工业园区污染物溯源分析方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种面向工业园区污染物溯源分析方法，包括如下步骤：
步骤S1，采集厂界微型站的监测数据，根据所述监测数据计算小时主导风向；
步骤S2，在地图中选择受体点；
步骤S3，根据所述小时主导风向选取处于上风向位置的多个污染源，计算每个所述污染源到所述受体点的扩散浓度；
步骤S4，根据每个所述污染源到所述受体点的扩散浓度，计算每个污染源到所述受体点的贡献率，并根据所述贡献率的大小和风向信息绘制污染源到受体点污染物的扩散路径。
进一步，在所述步骤S1中，所述计算小时主导风向，包括如下步骤：
其中，设fn表示在统计时间段内，n方向风观测到的次数；c为所统计时间段内观测到的静风次数，gn表示n方向上的风向频率，选取风向频率最大的风向作为所述小时主导风向。
进一步，在所述步骤S2中，所述在地图中选择受体点，采用以下方式之一：
(1)通过动态溯源及决策支持系统自动配置工业园区附近的大气自动站；
(2)选取工业园区内的任一点作为受体点。
进一步，在所述步骤S3中，所述计算每个污染源到受体点的扩散浓度，包括如下步骤：
其中，设M表示受体点，Qk(k＝1,2,…,n)表示处在M上风向处第k个污染源的排放源强，Ck(k＝1,2,…,n)表示第k个污染源的污染物扩散到受体点M位置的浓度，u为平均风速，σy和σz分别表示水平和垂直方向扩散系数，H表示有效源高，y表示烟气的中心轴在直角水平方向上到任意点的距离，z表示地表到任一点的高度，将参数信息代入高斯烟羽模型计算得到Ck。
进一步，在所述步骤S4中，所述计算每个污染源到所述受体点的贡献率，包括如下步骤：
其中，pk表示第k个污染源的污染物扩散到受体点M的贡献率，N为微型站对应污染源的数量，
按照pk的值从大到小排序，选取前n个污染源返回，n<N。
进一步，在所述步骤S4中，所述根据贡献率的大小和风向信息绘制污染源到受体点污染物的扩散路径，包括如下步骤：
根据贡献率的大小和风向信息画出污染源到受体点污染物的扩散路径，扩散路径的宽度按照贡献比的大小等比显示。
进一步，所述统计时段支持指定时段内，包括分钟、小时、日、月、年，所述统计时段根据管理员的需求进行定制设置。
根据本发明实施例的面向工业园区污染物溯源分析方法，利用厂界微型站监测数据获取小时主导风向，在地图中可以选择受体点。根据主导风向选取处于受体点上风向位置的污染源，并以高斯烟羽模型为基础，计算每个污染源到受体点的浓度贡献比，以及污染源在相应时间范围内污染物的扩散路径。本发明通过计算对应污染源到受体点的浓度贡献率，考虑了不同污染源对受体点污染贡献的不同，因此可以直观的显示污染源对受体点的贡献程度，同时根据风向信息、污染源和受体点的位置给出污染物的扩散路径，从而实现了污染源的溯源分析。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的面向工业园区污染物溯源分析方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的各个污染源到受体点(华通路)的浓度贡献比的示意图；
图3为根据本发明实施例的各个污染源到受体点(华通路)的污染物扩散路径的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明针对目前空气污染源定位方法中未考虑不同污染源对受体点污染贡献比不同的问题，提供一种面向工业园区的污染物溯源分析方法。该方法可以根据厂界微型站监测数据，选取处于受体点上风向位置的污染源，并利用高斯烟羽模型计算每个污染源到受体点的浓度贡献比，以及污染源在对应时间范围内污染物的扩散路径。
如图1所示，本发明实施例的面向工业园区污染物溯源分析方法，包括如下步骤：
步骤S1，采集厂界微型站的监测数据，根据监测数据计算小时主导风向。
具体的，在工业园区布设多个厂界微型监测站点，根据微型站获取空气中各种污染物浓度的监测数据，然后结合周边大气自动站等监测数据，进行污染物的溯源分析。
根据厂界微型站监测到的各项数据，根据风玫瑰图计算小时主导风向，包括如下步骤：
其中，设fn表示在统计时间段(例如1小时)内，n方向风观测到的次数；c为所统计时间段内观测到的静风次数(指风速小于0.5m/s)，gn表示n方向上的风向频率，选取风向频率最大的风向作为小时主导风向。
在本发明的一个实施例中，统计时段可以支持指定时段内，例如分钟、小时、日、月、年等，可以根据管理员的需求进行定制设置。
步骤S2，在地图中选择受体点。
在本发明的一个实施例中，在地图中选择受体点，采用以下方式之一：
(1)通过动态溯源及决策支持系统自动配置工业园区附近的大气自动站；
(2)选取工业园区内的任一点作为受体点。
步骤S3，根据小时主导风向选取处于上风向位置的多个污染源，计算每个污染源到受体点的扩散浓度。
具体的，
其中，设M表示受体点，Qk(k＝1,2,…,n)表示处在M上风向处第k个污染源的排放源强，Ck(k＝1,2,…,n)表示第k个污染源的污染物扩散到受体点M位置的浓度，u为平均风速，σy和σz分别表示水平和垂直方向扩散系数，H表示有效源高，y表示烟气的中心轴在直角水平方向上到任意点的距离，z表示地表到任一点的高度，将上述参数信息代入高斯烟羽模型计算得到Ck。
步骤S4，以高斯烟羽模型为基础，根据每个污染源到受体点的扩散浓度，计算每个污染源到受体点的贡献率，并根据贡献率的大小和风向信息绘制污染源到受体点污染物的扩散路径。
具体的，计算每个污染源到受体点的贡献率，包括如下步骤：
其中，pk表示第k个污染源的污染物扩散到受体点M的贡献率，N为微型站对应污染源的数量，按照pk的值从大到小排序，选取前n个污染源返回，n<N。
并且，根据贡献率pk的大小和风向信息画出污染源到受体点污染物的扩散路径，扩散路径的宽度按照贡献比的大小等比显示。
具体的，根据计算出的每个污染源到给定受体点的贡献率，按pk的大小进行逆序排序，返回排在前面的n个污染源。然后根据pk的大小和风向信息画出污染源到受体点污染物的扩散路径，扩散路径的宽度按照贡献比的大小等比显示。
下面参考图1和图2说明面向工业园区污染物溯源模型的详细过程，以上海金山第二工业园区8月19日值8月20日的微型站监测数据，污染物种类以H2S为例进行说明。图1为根据式(3)计算出的各个污染源到受体点(华通路)的浓度贡献比。图2为各个污染源到受体(华通路)的污染物扩散路径。
根据本发明实施例的面向工业园区污染物溯源分析方法，利用厂界微型站监测数据获取小时主导风向，在地图中可以选择受体点。根据主导风向选取处于受体点上风向位置的污染源，并以高斯烟羽模型为基础，计算每个污染源到受体点的浓度贡献比，以及污染源在相应时间范围内污染物的扩散路径。本发明通过计算对应污染源到受体点的浓度贡献率，考虑了不同污染源对受体点污染贡献的不同，因此可以直观的显示污染源对受体点的贡献程度，同时根据风向信息、污染源和受体点的位置给出污染物的扩散路径，从而实现了污染源的溯源分析。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种面向工业园区污染物溯源分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，采集厂界微型站的监测数据，根据所述监测数据计算小时主导风向；
步骤S2，在地图中选择受体点；
步骤S3，根据所述小时主导风向选取处于上风向位置的多个污染源，计算每个所述污染源到所述受体点的扩散浓度；
步骤S4，根据每个所述污染源到所述受体点的扩散浓度，计算每个污染源到所述受体点的贡献率，并根据所述贡献率的大小和风向信息绘制污染源到受体点污染物的扩散路径。
2.如权利要求1所述的面向工业园区污染物溯源分析方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述计算小时主导风向，包括如下步骤：
<mrow> <msub> <mi>g</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>c</mi> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>16</mn> </munderover> <msub> <mi>f</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>,</mo> </mrow>
其中，设fn表示在统计时间段内，n方向风观测到的次数；c为所统计时间段内观测到的静风次数，gn表示n方向上的风向频率，选取风向频率最大的风向作为所述小时主导风向。
3.如权利要求1所述的面向工业园区污染物溯源分析方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述在地图中选择受体点，采用以下方式之一：
(1)通过动态溯源及决策支持系统自动配置工业园区附近的大气自动站；
(2)选取工业园区内的任一点作为受体点。
4.如权利要求1所述的面向工业园区污染物溯源分析方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述计算每个污染源到受体点的扩散浓度，包括如下步骤：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>k</mi> </msub> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;pi;u&amp;sigma;</mi> <mi>y</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>z</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mfrac> <msup> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msup> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>-</mo> <mi>H</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>z</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mfrac> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>+</mo> <mi>H</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>z</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>
其中，设M表示受体点，Qk(k＝1,2,…,n)表示处在M上风向处第k个污染源的排放源强，Ck(k＝1,2,…,n)表示第k个污染源的污染物扩散到受体点M位置的浓度，u为平均风速，σy和σz分别表示水平和垂直方向扩散系数，H表示有效源高，y表示烟气的中心轴在直角水平方向上到任意点的距离，z表示地表到任一点的高度，将上述参数信息代入高斯烟羽模型计算得到Ck。
5.如权利要求1所述的面向工业园区污染物溯源分析方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述计算每个污染源到所述受体点的贡献率，包括如下步骤：
<mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>C</mi> <mi>k</mi> </msub> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <msub> <mi>C</mi> <mi>k</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，pk表示第k个污染源的污染物扩散到受体点M的贡献率，N为微型站对应污染源的数量，
按照pk的值从大到小排序，选取前n个污染源返回，n<N。
6.如权利要求1或5所述的面向工业园区污染物溯源分析方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述根据贡献率的大小和风向信息绘制污染源到受体点污染物的扩散路径，包括如下步骤：
根据贡献率的大小和风向信息画出污染源到受体点污染物的扩散路径，扩散路径的宽度按照贡献比的大小等比显示。
7.如权利要求2所述的面向工业园区污染物溯源分析方法，其特征在于，所述统计时段支持指定时段内，包括分钟、小时、日、月、年，所述统计时段根据管理员的需求进行定制设置。
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