一種基于ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強方法
【專利摘要】一種基于ISCST?3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強方法，涉及小尺度范圍大氣污染物排放計算領域。包括：(1)調研排放源地理信息，并開展排放源周邊VOCs濃度及同期氣象條件的監(jiān)測；(2)將步驟(1)中的排放源地理信息、監(jiān)測獲得的氣象數據輸入ISCST?3模型，設置虛擬源強，模型輸出VOCs濃度虛擬值；(3)基于步驟(2)的計算，得出排放源強與受體點VOCs濃度的關系系數；(4)將步驟(3)關系系數與步驟(1)獲得的VOCs濃度監(jiān)測真值相結合，反算出工業(yè)面源的真實排放源強。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的方法的復雜性，降低了對企業(yè)生產細節(jié)信息的依賴程度，能夠更加高效便捷地獲得復雜工業(yè)面源的VOCs排放信息。
【專利說明】
一種基于ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及小尺度范圍大氣污染物排放計算領域，具體涉及一種基于ISCST-3 (Industrial Source Complex Short Term)模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法。
【背景技術】
[0002] 揮發(fā)性有機物(VOCs)對地面臭氧及二次顆粒物的形成起著至關重要的作用，并進 一步影響空氣質量。近年來我國人為源VOCs年排放量約為16.5-23.2Mt，工業(yè)面源是最大的 貢獻者，其VOCs排放量達到了 16%-21 %，包括石油煉制、石油化工、精細化工、化學制藥等 重點工業(yè)行業(yè)。精確掌握這些工業(yè)面源VOCs排放水平、排放組分特征，對于我國VOCs排放清 單研究、VOCs排放的二次污染影響研究、及政府部門VOCs減排控制決策均具有重要的意義。
[0003] 工業(yè)面源中的VOCs排放環(huán)節(jié)諸多，涉及工藝過程廢氣有組織排放、原料或產品儲 運過程揮發(fā)散逸無組織排放、管道閥門泄露無組織排放、污水處理過程廢氣集中排放等過 程。傳統(tǒng)方法計算工業(yè)面源VOCs排放時，主要基于各個環(huán)節(jié)的詳細過程信息，如工藝過程原 理消耗量、污水處理量、油品周轉量等，利用歐美發(fā)達國家的經驗公式或排放系數，逐一計 算各環(huán)節(jié)的VOCs排放。但是，在我國，工業(yè)企業(yè)的過程信息獲取十分困難，不便于傳統(tǒng)計算 方法的應用；同時，國外排放系數的直接應用也易產生較大的排放計算誤差。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于ISCST_3(Industrial Source Complex Short Term)模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法，以解決上述存在的問題。首先，調研工業(yè)面 源的地理信息、監(jiān)測其周邊大氣環(huán)境的VOCs濃度及氣象條件。然后，利用ISCST-3模型，開展 虛擬源強下的監(jiān)測點的VOCs小時虛擬濃度模擬。再次，計算工業(yè)面源排放源強與各監(jiān)測點 VOCs濃度之間的關系系數。最后，結合企業(yè)周邊VOCs濃度監(jiān)測真值，反算工業(yè)面源VOCs排放 源強，并評估反算的誤差。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：
[0006] -種基于ISCST_3(Industrial Source Complex Short Term)模型反算工業(yè)面源 VOCs排放源強的方法，包括以下步驟：
[0007] (1)收集工業(yè)面源的地理信息、實際監(jiān)測排放源周邊VOCs小時濃度及氣象場信息；
[0008] (2)將步驟（1)的地理信息及氣象場信息數據輸入ISCST-3模型，任意設置排放源 虛擬源強，ISCST-3模型輸出對應的VOCs小時濃度虛擬值；
[0009] (3)基于步驟(2)中VOCs小時濃度虛擬值及排放源虛擬源強，計算得到工業(yè)面源排 放源強與不同監(jiān)測點VOCs濃度的關系系數；
[0010] (4)利用步驟（1)實際監(jiān)測排放源周邊VOCs小時濃度，同時代入步驟(3)中的關系 系數，反算出工業(yè)面源VOCs的排放源強。
[0011] 所述步驟(1)具體包括：
[0012] 首先調研該工業(yè)面源的地理信息包括:面積、周邊地形高程、工業(yè)面源平均排放高 度等。其次，在該工業(yè)面源的周邊布置若干個監(jiān)測點，監(jiān)測VOCs背景濃度Co和受體點濃度Ci (;同時，在該該工業(yè)面源的周邊設置1個小型氣象站，獲取VOCs濃度監(jiān)測同期相對應時段的 氣象條件:溫度、相對濕度、近地面風速、風向等。
[0013]所述步驟(2)具體包括：
[0014]假設排放源虛擬源強Q* = lg/m2 · s，同時將步驟（1)中地理信息、氣象條件的數據 輸入ISCST-3模型，模型輸出各監(jiān)測點相應時刻的VOCs小時濃度虛擬值；ISCST-3模型面源 計算原理公式為：
[0016] 公式中：C為污染物濃度，g/m3;Q為面源排放源強，g/m2 · s;ys為地面平均風速，m/ s;K為單位轉換系數;y為垂直于風向，面源與受體點的距離，m;V為垂直項參數;D為污染物 衰減參數，此處D=l;〇y為橫風向擴散參數， m;〇z為鉛直擴散參數，m。在1小時計算單元內， 模型計算的輸入信息，風速、溫度、濕度等，均為小時均值常數，因此，對于一個確定的小時 時段，一個確定的監(jiān)測點位置，C與Q呈線性關系；
[0017] 所述步驟(3)具體包括：
[0018]計算得到工業(yè)面源排放源強與不同監(jiān)測點VOCs濃度的關系的系數：
[0019] γ =c*/Q* (3)
[0020] 公式中，γ表示關系系數，Q*表示虛擬排放源強，C*是基于步驟(2)獲取的各監(jiān)測 點的VOCs小時濃度虛擬值，則得出排放源強與監(jiān)測點VOCs濃度的關系系數。
[0021] 所述步驟(4)具體包括：
[0022]基于步驟(3)得出的關系系數，結合工業(yè)面源周邊背景點與受體點VOCs濃度監(jiān)測 值(〇)、&)，根據公式〇=(&-〇))/γ，反算出工業(yè)面源VOCs排放源強。
[0023]基于上述方法，多個監(jiān)測點的多次反算獲得多個源強數據，取其數組的平均值代 表該工業(yè)面源的VOCs排放強度，取其數組的相對標準偏差代表該方法的誤差。
[0024]與現有的技術相比，本發(fā)明通過ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強，克服了 基于若干個生產環(huán)節(jié)VOCs排放逐一計算的復雜性，降低了對企業(yè)生產細節(jié)信息的依賴程 度，能夠更加高效便捷地獲得復雜工業(yè)面源的VOCs排放信息。
【附圖說明】
[0025] 圖 1 是本發(fā)明基于ISCST_3(Industrial Source Complex Short Term)模型反算 工業(yè)面源VOCs排放源強的方法的步驟框圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0027] 本發(fā)明提供一種基于ISCST_3(Industrial Source Complex Short Term)模型反 算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法，降低了傳統(tǒng)方法對工業(yè)生產過程信息的依耐性。即利用 ISCST-3模型簡單快捷地獲取排放源強與受體點VOCs濃度的關系系數，然后周邊大氣環(huán)境 VOCs濃度監(jiān)測值，反算工業(yè)面源VOCs的排放源強。
[0028]如圖 1 所不，本發(fā)明基于ISCST_3(Industrial Source Complex Short Term)模型 反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法主要包括以下主要過程和環(huán)節(jié)：
[0029] (1)獲取工業(yè)面源的地理信息、開展工業(yè)面源周邊外場監(jiān)測實驗，獲取其周邊大氣 環(huán)境VOCs濃度及相對應的氣象條件。
[0030] 首先調研工業(yè)面源的占地面積、占地地形、周邊地形高程、工業(yè)面源平均排放高度 等相關地理信息。其次，遵循以下原則：（1)上風向背景點應完全不受該企業(yè)排放的影響， 設置在上風向空白區(qū)域；（2)下風向受體點設置3-5個，有一定的距離梯度，且盡量位于主導 風向軸兩側；（3)監(jiān)測點應避開其他污染源的干擾，在其周邊100米范圍內沒有顯著干擾的 污染源。同時，在該企業(yè)周邊設置1個小型氣象站，獲取VOCs濃度監(jiān)測時的同期溫度、濕度、 風速、風向等氣象信息
[0031] (2)通過ISCST-3模型對各監(jiān)測點的VOCs濃度開展虛擬模擬。
[0032]第一代空氣質量模型ISCST-3結構簡單、運行快捷、空間分辨率高，可較為精準的 計算一個小尺度空間范圍內模擬污染物的長期或短期濃度，其面源計算原理公式為：
[0034] 其中：C為污染物濃度，g/m3;Q為面源排放源強，g/m2 · s;ys為地面平均風速，m/s;K 為單位轉換系數;y為垂直于風向，面源與受體點的距離，m;V為垂直項參數;D為污染物衰減 參數，此處D = 1; 為橫風向擴散參數，m; σζ為鉛直擴散參數，m。
[0035] 該模型計算的最小時間分辨率為1小時，在1小時計算單元內，模型計算的輸入信 息，風速、溫度、濕度等，均為小時均值常數，故而，對于一個確定的小時時段，一個確定的監(jiān) 測點位置，使得"公式(2)"即為一個常數系數，C與Q呈線性關系。
[0036]假設工業(yè)面源排放源強，Q*=lg/m2 · s，將步驟（1)中地理信息、氣象數據輸入模 型，模型將輸出各監(jiān)測點的VOCs小時濃度虛擬值。
[0037] (3)獲取排放源強與各監(jiān)測點VOCs濃度的關系系數。
[0038]根據公式(1)可以得出工業(yè)面源排放源強與VOCs濃度的關系系數公式為：
[0040] 進一步化解為：γ =C*/Q* (3)
[0041] 基于步驟(2)獲取的各監(jiān)測點VOCs虛擬小時濃度C*(g/m3)，則計算出關系系數。
[0042] (4)工業(yè)面源VOCs排放源強的反算。
[0043]最終結合背景點與受體點VOCs小時濃度的監(jiān)測真值，反算出工業(yè)面源VOCs排放源 強，計算公式為：
[0044] Q=(Ci-Co)/y (4)
[0045] 其中，Q為工業(yè)面源VOCs排放源強；Q為某受體點的VOCs小時濃度;Co為背景點的 VOCs小時濃度；γ為某受體點的源強與VOCs濃度的關系系數。利于上述方法對多個監(jiān)測點 進行多次反算，獲得多個排放源強數據，取其數組的平均值代表該工業(yè)面源的VOCs排放強 度，取其數組的相對標準偏差代表該方法的誤差。
[0046]總之，以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選方案，并非限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明 的應用方法和原理的基礎上，所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護 范圍值內。
【主權項】
1. 一種基于ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 收集工業(yè)面源的地理信息、實際監(jiān)測排放源周邊VOCs小時濃度及氣象場信息； (2) 將步驟（1)的地理信息及氣象場信息數據輸入ISCST-3模型，任意設置排放源虛擬 源強，ISCST-3模型輸出對應的VOCs小時濃度虛擬值； (3) 基于步驟(2)中VOCs小時濃度虛擬值及排放源虛擬源強，計算得到工業(yè)面源排放源 強與不同監(jiān)測點VOCs濃度的關系系數； (4) 利用步驟（1)實際監(jiān)測排放源周邊VOCs小時濃度，同時代入步驟(3)中的關系系數， 反算出工業(yè)面源VOCs的排放源強。2. 按照權利要求1所述的一種基于ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法，其 特征在于，所述步驟(1)具體包括： 首先調研該工業(yè)面源的地理信息包括：面積、周邊地形高程、工業(yè)面源平均排放高度 等。其次，在該工業(yè)面源的周邊布置若干個監(jiān)測點，監(jiān)測VOCs背景濃度Co和受體點濃度C1;同 時，在該該工業(yè)面源的周邊設置1個小型氣象站，獲取VOCs濃度監(jiān)測同期相對應時段的氣象 條件:溫度、相對濕度、近地面風速和風向。3. 按照權利要求1所述的一種基于ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法，其 特征在于，所述步驟(2)具體包括： 假設排放源虛擬源強Q* = lg/m2 · s，同時將步驟（1)中地理信息、氣象條件的數據輸入 ISCST-3模型，模型輸出各監(jiān)測點相應時刻的VOCs小時濃度虛擬值；ISCST-3模型面源計算 原理公式為：公式中：C為污染物濃度，g/m3;Q為面源排放源強，g/m2 · s;ys為地面平均風速，m/s;K為 單位轉換系數;y為垂直于風向，面源與受體點的距離，m;V為垂直項參數;D為污染物衰減參 數，此處D = 1; 〇y為橫風向擴散參數，m; σζ為鉛直擴散參數，m。在1小時計算單元內，模型計 算的輸入信息，風速、溫度、濕度等，均為小時均值常數，因此，對于一個確定的小時時段，一 個確定的監(jiān)測點位置，C與Q呈線性關系。4. 按照權利要求1所述的一種基于ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法，其 特征在于，所述步驟(3)具體包括： 計算得到工業(yè)面源排放源強與不同監(jiān)測點VOCs濃度的關系的系數： γ =C*/Q* (3) 公式中，γ表示關系系數，Q*表示虛擬排放源強，C*是基于步驟(2)獲取的各監(jiān)測點的 VOCs小時濃度虛擬值，則得出排放源強與監(jiān)測點VOCs濃度的關系系數。5. 按照權利要求1所述的一種基于ISCST-3模型反算工業(yè)面源VOCs排放源強的方法，其 特征在于，所述步驟(4)具體包括： 基于步驟（3)得出的關系系數，結合工業(yè)面源周邊背景點Co與受體點VOCs濃度監(jiān)測值 &，根據公式Q = (&-G)) / γ，反算出工業(yè)面源VOCs排放源強。
【文檔編號】G01N33/00GK105866330SQ201610177213
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】魏巍, 楊干, 呂兆豐
【申請人】北京工業(yè)大學