CN109409666B - 基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)在大气扩散模型平台上确定评估区域，对该评估区域划分计算网格；(2)建立符合大气扩散模型平台要求的该评估区域的参数数据库，并在该评估区域内选取若干个关心点；(3)大气扩散模型平台输出各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值的结果文件供线性规划平台使用；(4)线性规划平台建立大气污染物最大排放量模型，所述模型如下：目标函数：f(Q)＝D×B×Q₀×A；(5)等待本次评估周期结束后，返回步骤(3)进入下一个评估周期。该基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法准确性和实时性均较高。

Description

基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法

技术领域

本发明涉及环境影响评估技术领域，具体涉及一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法。

背景技术

目前环境影响评估方法一般采用线性规划方法，通过建立大气污染物最大排放量模型，来规划和评估污染物的排放，从而达到对区域内大气污染物总量的控制，以改善区域大气环境质量，线性规划可采用Matlab平台自动实现，但是线性规划中所采用的约束条件和指标往往是静态的、简单的、人为计算得到的，而大气污染物扩散是一个复杂的、动态的、非线性的过程，因此难以获得实时动态的环境影响评估结果，从而导致环境影响评估结果与实际情况相差较远，准确性和实时性均不够。

随着计算机水平的提高，人们开始运用计算机模型来分析科学对象，把复杂系统中各个因素之间的非线性关系转化为可执行的程序，以模型程序自动运行的方式来推演系统规律。目前出现了一些大气扩散模型平台，例如Calpuff大气扩散模型平台，它是一个非稳态拉格朗日烟团模型系统，包括预处理工具(地理数据、地面数据、高空数据、降水数据)，气象数据处理，预测模式和后处理工具，可模拟三维流场随时间和空间发生变化时污染物在大气环境中的输送、转化和清除过程。

因此如何将大气扩散模型平台与线性规划平台结合起来，以大气扩散模型平台输出的实时动态的数据作为线性规划平台的约束条件和指标，来提高环境影响评估结果的准确性和实时性，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种准确性和实时性均较高的基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)在大气扩散模型平台上确定评估区域，对该评估区域划分计算网格；

(2)建立符合大气扩散模型平台要求的该评估区域的参数数据库，并在该评估区域内选取若干个关心点；

(3)大气扩散模型平台利用参数数据库对污染物的大气扩散情况进行计算，并输出各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值的结果文件供线性规划平台使用；

(4)线性规划平台解析大气扩散模型平台传送的结果文件，得到各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值，与其他约束条件一起传送到线性规划平台中建立大气污染物最大排放量模型，所述大气污染物最大排放量模型如下：

目标函数：

f(Q)＝D×B×Q₀×Λ；

约束条件：

A₁Λ≤C_s,1-C_a,1；

…

A_pΛ≤C_s,p-C_a,p；

Λ_min≤Λ≤Λ_max；

Q₀Λ≤Q_C；

其中：

D＝(d₁,d₂……….d_m)；

Λ＝(λ₁,λ₂……….λ_m)^T；

C_s,k＝(C_s1,k,C_s2,k,……….C_sn,k)^T；

C_a,k＝(C_a1,k,C_a2,k,……….C_an,k)^T；

Λ_min＝(λ_1,min,λ_2,min……….λ_m,min)^T；

Λ_max＝(λ_1,max,λ_2,max……….λ_m,max)^T；

Q_c＝(q_c,1,q_c,2,,……….q_c,p)^T；

m:污染源总数；n:关心点总数；p:污染物总数；

q_k,i:第i个污染源第k种污染物预计排放量，单位(t/a)；

d_i:第i个污染源权重系数(默认为1)；

b_i,k:第i个污染源第k种污染物权重系数(默认为1)；

λ_i:第i个污染源调整系数；

C_sj,k:第j个关心点第k种污染物标准值浓度，单位(μg/m³)；

C_aj,k:第j个关心点第k种污染物现状浓度，单位(μg/m³)；

a_i,j,k:第i个污染源第k种污染物对第j个关心点的浓度贡献值,单位

λ_i,max:第i个污染源调整系数上界；

λ_i,min:第i个污染源调整系数下界；

q_c,k:相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量，单位

(5)等待本次评估周期结束后，返回步骤(3)进入下一个评估周期。

采用上述方法后，本发明具有以下优点：

本发明基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，首先，将大气扩散模型平台输出的各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值，作为约束条件输出给线性规划平台使用，由于大气扩散模型的参数数据库可以实时更新，从而使得其输出的数据也是动态实时更新的，因此可以获得实时动态的环境影响评估结果，从而使得环境影响评估结果与实际相符，准确性和实时性均较高；其次，在评估时将各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值作为约束条件，可以保证各污染源排放的各污染物的浓度不会超过环境目标值，并且还能利用线性理论对大气污染物进行总量控制，使得允许排放量尽可能大，从而在保证环境空气质量目标的前提下为工业发展留有最大的余地；再次，在目标函数中考虑了污染源的权重系数d_i以及污染物的权重系数b_i,k，从而可以将各污染源和各污染物对污染物削减任务的总目标的综合影响、以及对经济、社会和环境的综合影响均考虑在内，从而进一步使得评估结果更为全面准确；最后，在目标函数中还考虑了污染源的调整系数λ_i，污染源的调整系数λ_i是与污染源的实际经济效益相挂钩的，并且最终还要满足相关政策规定的各污染物的最大允许排放量指标，不能无限制缩小或增大，具有上下界，因此同时考虑了实际经济效益和相关政策规定，从而进一步使得评估结果更为全面准确。

作为优选，所述参数数据库包括评价区域工业污染源参数数据库、评价区域气象数据库、评价区域地形数据库、评价区域土地利用数据库及评价区域污染物本底值数据库。上述参数数据库与大气扩散较为相关，并易于获取，从而可使大气扩散模型的输出更为方便准确。

作为优选，所述步骤(2)中还根据参数数据库将该评估区域划分成多个功能区，步骤(4)中相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k，是将相关政策规定的各功能区的各污染物的允许排放量进行累加求和得到。相关政策会根据不同功能区的实际情况规定不同的各污染物的允许排放量，从而能够获得经济、社会、环境的共赢。

作为优选，相关政策为多个时，分别计算各相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量，选择计算结果中的最小值，作为该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k。该设置可使污染物的最大允许排放量满足最严苛的政策要求，从而更能保证环境空气质量目标。

作为优选，所述步骤(2)中还在各关心点处设置各污染物的浓度检测装置，所述各关心点处的各污染物的浓度检测装置与线性规划平台通讯连接，所述步骤(4)中由各关心点处的各污染物的浓度检测装置自动向线性规划平台提供各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k。该设置使得各关心点的各污染物的现状浓度无需人工现场采集，而是可以通过浓度检测装置主动获取，并可随时上传给线性规划平台，自动化水平较高。

作为优选，所述步骤(4)中还由线性规划平台对各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k进行存储，所述步骤(5)在本次评估周期结束后，还由各关心点处的各污染物的浓度检测装置再次自动向线性规划平台提供各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k’，判断C_aj,k’与C_aj,k之差与本次评估周期内的

的差值是否超出规定的阈值A，若是，则由线性规划平台发出报警并存储关心点的报警信息后返回步骤(3)进入下一个评估周期，若否，则直接返回步骤(3)进入下一个评估周期。该设置可验证实际各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值是否与大气扩散模型平台计算得到的相符，并在不相符时给予警示。

作为优选，所述步骤(4)中在线性规划平台从大气扩散模型平台上得到各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值后，还根据步骤(5)的关心点的报警信息，对各污染源排放的各污染物对报警的关心点的浓度贡献值进行修正。该设置可根据实际污染结果，修正大气扩散模型平台计算带来的误差，从而使评估结果更加准确。

附图说明：

图1为实施例1基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法的流程图；

图2为实施例2基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法的流程图；

具体实施方式

下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，它包括以下步骤：

(1)在大气扩散模型平台上确定评估区域，对该评估区域划分计算网格；

(2)建立符合大气扩散模型平台要求的该评估区域的参数数据库，并在该评估区域内选取若干个关心点，关心点是指该评估区域内所有的居住点、学校、企业等，数量较多时选择具有代表性的一些点；

(3)大气扩散模型平台利用参数数据库对污染物的大气扩散情况进行计算，并输出各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值的结果文件供线性规划平台使用；

(4)线性规划平台解析大气扩散模型平台传送的结果文件，得到各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值，与其他约束条件一起传送到线性规划平台中建立大气污染物最大排放量模型，所述大气污染物最大排放量模型如下：

目标函数：

f(Q)＝D×B×Q₀×Λ；

约束条件：

A₁Λ≤C_s,1-C_a,1；

…

A_pΛ≤C_s,p-C_a,p；

Λ_min≤Λ≤Λ_max；

Q₀Λ≤Q_C；

其中：

D＝(d₁,d₂……….d_m)；

Λ＝(λ₁,λ₂……….λ_m)^T；

C_s,k＝(C_s1,k,C_s2,k,……….C_sn,k)^T；

C_a,k＝(C_a1,k,C_a2,k,……….C_an,k)^T；

Λ_min＝(λ_1,min,λ_2,min……….λ_m,min)^T；

Λ_max＝(λ_1,max,λ_2,max……….λ_m,max)^T；

Q_c＝(q_c,1,q_c,2,,……….q_c,p)^T；

m:污染源总数；n:关心点总数；p:污染物总数；

q_k,i:第i个污染源第k种污染物预计排放量，单位(t/a)；

d_i:第i个污染源权重系数(默认为1)；

b_i,k:第i个污染源第k种污染物权重系数(默认为1)；

λ_i:第i个污染源调整系数；

C_sj,k:第j个关心点第k种污染物标准值浓度，单位(μg/m³)；

C_aj,k:第j个关心点第k种污染物现状浓度，单位(μg/m³)；

a_i,j,k:第i个污染源第k种污染物对第j个关心点的浓度贡献值,单位

λ_i,max:第i个污染源调整系数上界；

λ_i,min:第i个污染源调整系数下界；

q_c,k:相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量，单位

(5)等待本次评估周期结束后，返回步骤(3)进入下一个评估周期。

上述大气污染物最大排放量模型中的相关参数，各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值a_i,j,k是从大气扩散模型平台上获取的，其余参数均可通过人工输入到线性规划平台中得到。

实施例2：

一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，它包括以下步骤：

(1)在大气扩散模型平台上确定评估区域，对该评估区域划分计算网格；

(2)建立符合大气扩散模型平台要求的该评估区域的参数数据库，所述参数数据库包括评价区域工业污染源参数数据库、评价区域气象数据库、评价区域地形数据库、评价区域土地利用数据库及评价区域污染物本底值数据库，上述参数数据库为现有技术；根据参数数据库将该评估区域划分成多个功能区；在该评估区域内选取若干个关心点；在各关心点处设置各污染物的浓度检测装置，所述各关心点处的各污染物的浓度检测装置与线性规划平台通讯连接；

(3)大气扩散模型平台利用参数数据库对污染物的大气扩散情况进行计算，并输出各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值的结果文件供线性规划平台使用；

(4)线性规划平台解析大气扩散模型平台传送的结果文件，得到各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值，并根据内部存储的关心点的报警信息，对各污染源排放的各污染物对报警的关心点的浓度贡献值进行修正，然后与其他约束条件一起传送到线性规划平台中建立大气污染物最大排放量模型，所述大气污染物最大排放量模型参见实施例1；

大气污染物最大排放量模型中的相关参数，各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值a_i,j,k是从大气扩散模型平台上获取的，各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k由各关心点处的各污染物的浓度检测装置自动向线性规划平台提供的，其余参数均可通过人工输入到线性规划平台中得到；由线性规划平台对各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k进行存储；

其中大气污染物最大排放量模型中的相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k，可以是相关政策规定各功能区的各污染物的允许排放量，计算时将各功能区的各污染物的允许排放量进行累加求和得到该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k；相关政策为多个时，分别计算各相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量，选择计算结果中的最小值，作为该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k；另外相关政策也可能是对该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k直接给一个总的指标。

(5)等待本次评估周期结束后，由各关心点处的各污染物的浓度检测装置再次自动向线性规划平台提供各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k’，判断C_aj,k’与C_aj,k之差与本次评估周期的

的差值是否超出规定的阈值A，阈值A的大小可根据不同关心点和不同污染物进行不同的设置，任一关心点的任一污染物的上述差值超出规定的阈值A，即判定超出，若是，则由线性规划平台发出报警并存储关心点的报警信息后返回步骤(3)进入下一个评估周期，报警信息可以包括哪个关心点的哪种污染物超出阈值A，还可包括超出阈值A的多少，若否，则直接返回步骤(3)进入下一个评估周期。

Claims (4)

1.一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)在大气扩散模型平台上确定评估区域，对该评估区域划分计算网格；

(2)建立符合大气扩散模型平台要求的该评估区域的参数数据库，并在该评估区域内选取若干个关心点，并在各关心点处设置各污染物的浓度检测装置，所述各关心点处的各污染物的浓度检测装置与线性规划平台通讯连接；

(3)大气扩散模型平台利用参数数据库对污染物的大气扩散情况进行计算，并输出各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值的结果文件供线性规划平台使用；

(4)线性规划平台解析大气扩散模型平台传送的结果文件，得到各污染源排放的各污染物对各关心点的浓度贡献值，还根据关心点的报警信息，对各污染源排放的各污染物对报警的关心点的浓度贡献值进行修正，并与其他约束条件一起传送到线性规划平台中建立大气污染物最大排放量模型，所述大气污染物最大排放量模型如下：

目标函数：

f(Q)＝D×B×Q₀×Λ；

约束条件：

A₁Λ≤C_s,1―C_a,1；

…

A_pΛ≤C_s,p―C_a,p；Λ_min≤Λ≤Λ_max；

Q₀Λ≤Q_C；

其中：

D＝(d₁,d₂..........d_m)；

Λ＝(λ₁,λ₂..........λ_m)^T；

C_s,k＝(C_s1,k,C_s2,k,..........C_sn,k)^T；

C_a,k＝(C_a1,k,C_a2,k,..........C_an,k)^T；

Λ_min＝(λ_1,min,λ_2,min..........λ_m,min)^T；

Λ_max＝(λ_1,max,λ_2,max..........λ_m,max)^T；

Q_c＝(q_c,1,q_c,2,,..........q_c,p)^T；

m:污染源总数；n:关心点总数；p:污染物总数；

q_k,i:第i个污染源第k种污染物预计排放量，单位(t/a)；

d_i:第i个污染源权重系数；

b_i,k:第i个污染源第k种污染物权重系数；

λ_i:第i个污染源调整系数；

C_sj,k:第j个关心点第k种污染物标准值浓度，单位(μg/m³)；

C_aj,k:第j个关心点第k种污染物现状浓度，单位(μg/m³)；

a_i,j,k:第i个污染源第k种污染物对第j个关心点的浓度贡献值,单位

λ_i,max:第i个污染源调整系数上界；

λ_i,min:第i个污染源调整系数下界；

q_c,k:相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量，单位

上述各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k是由各关心点处的各污染物的浓度检测装置自动向线性规划平台提供的，还由线性规划平台对各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k进行存储；

(5)等待本次评估周期结束后，还由各关心点处的各污染物的浓度检测装置再次自动向线性规划平台提供各关心点的各污染物的现状浓度C_aj,k’，判断C_aj,k’与C_aj,k之差与本次评估周期的

的差值是否超出规定的阈值A，若是，则由线性规划平台发出报警并存储关心点的报警信息后返回步骤(3)进入下一个评估周期，若否，则直接返回步骤(3)进入下一个评估周期。

2.根据权利要求1所述的一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，其特征在于：所述参数数据库包括评价区域工业污染源参数数据库、评价区域气象数据库、评价区域地形数据库、评价区域土地利用数据库及评价区域污染物本底值数据库。

3.根据权利要求1所述的一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，其特征在于：所述步骤(2)中还根据参数数据库将该评估区域划分成多个功能区，步骤(4)中相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k，是将相关政策规定的各功能区的各污染物的允许排放量进行累加求和。

4.根据权利要求1所述的一种基于大气扩散模型及线性规划的环境影响评估方法，其特征在于：相关政策为多个时，分别计算各相关政策规定的该评估区域内各污染物的最大允许排放量，选择计算结果中的最小值，作为该评估区域内各污染物的最大允许排放量q_c,k。

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