CN109992740A - 一种基于数据库计算污染源实际排放水平的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于数据库计算污染源实际排放水平的方法,包括:在污染源周围设置多个监测点位,并实时监测和记录空气中的污染物浓度;对污染源空气中的污染物浓度进行多次现场测定,同时记录所述监测站点监测到的空气中的污染物浓度;获得研究区域的气象条件和地形条件,并将研究区域划分为多个网格;利用现场测定的污染物浓度、所述监测站点监测到的污染物浓度以及研究区域的气象条件和地形条件确定模型参数并构建数据库;获得实际监测时所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件,并根据所述数据库的数据计算得到污染源实际排放水平。本发明的方法在满足准确度的前提下,可进行连续在线监测,迅速获得污染源实际排放水平。
Description
技术领域
本发明属于大气污染监测领域,具体涉及一种基于数据库计算污染源实际排放水平的方法。
背景技术
空气污染,又称为大气污染,按照国际标准化组织(ISO)的定义,空气污染通常是指:由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中,呈现出足够的浓度,达到足够的时间,并因此危害了人类的舒适、健康和福利或环境的现象。造成空气污染的一个主要因素是工业废气的排放。
从形态上分析,工业废气可以分为颗粒性废气和气态性废气。颗粒性废气主要是生产过程中产生的污染性烟尘,其来源主要有水泥厂、重型工业材料生产厂、重金属制造厂以及化工厂等。气态性废气是工业废气中种类最多也是危害性最大的。目前气体性废气主要有含氮有机废气、含硫废气以及碳氢有机废气。
为了防止工业废气影响大气环境质量,进而危害人体生命安全,我国要求重工业企业要安装尾气处理装置,处理达标后的尾气才允许排入大气环境。但是收到诸多因素的影响,一部分企业安装尾气处理装置以后,并不能够保证装置有效运行,导致工业废气不达标排放。目前亟需一种有效手段监测污染源实际排放水平,用以评估企业排放达标情况。
目前,为了考察企业排放水平是否达标,一般有三种方法。
(1)现场采样,送至实验室进行测定分析,根据分析结果,评估企业排放水平。
(2)携带便携式监测设备,在线监测,根据实地监测结果,评估企业排放水平。
以上两种方法,均能够准确地反应采样时,企业的排放水平,但是由于采样次数的局限性,所得结果并不具代表性,若增加采样次数,有需要投入大量的人力物力。
(3)在企业主导风向的下风向布设空气质量监测设备,实时监测空气中污染物浓度水平,用来评估企业排放水平。
此方法的优点是可以连续不间断地监测企业排放浓度,但是由于一般设备布设在主导风向下风向,当风向非主导风的季节时,设备只能监测到排放气体扩散到监测设备处的浓度,一般浓度较低,并非企业的真实排放水平;若在企业四周均布设空气质量监测设备,能够避免主导风向和非主导风向的影响,但是由于设备离实际排污口还存在一定的距离,受到空气稀释的影响,监测设备监测到的数值一般低于企业实际排放水平。
鉴于目前监测方法存在的问题,需要一种可靠的方法,能够持续准确地反映企业实际排放水平。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种基于数据库计算污染源实际排放水平的方法,可以准确地在线连续监测污染源实际排放水平。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于数据库计算污染源实际排放水平的方法,包括:
在污染源周围设置多个监测点位,并实时监测和记录空气中的污染物浓度;
对污染源空气中的污染物浓度进行多次现场测定,同时记录所述监测站点监测到的空气中的污染物浓度;
获得研究区域的气象条件和地形条件,并将研究区域划分为多个网格;
利用现场测定的污染物浓度、所述监测站点监测到的污染物浓度以及研究区域的气象条件和地形条件确定模型参数并构建数据库;
获得实际监测时所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件,并根据所述数据库的数据计算得到污染源实际排放水平。
在一些实施例中,所述监测点位至少为四个,分布于所述污染源的四周。
在一些实施例中,所述气象条件包括风速、风向、温度、湿度和气压,所述地形条件包括经度、纬度和高程。
在一些实施例中,构建数据库的步骤包括:
将现场测定的污染物浓度输入描述气体流动和扩散过程的三维模型进行数值模拟计算,获得监测点位处的模拟浓度;
调整所述三维模型里的参数,使得模拟浓度与所述监测站点监测到的污染物浓度的误差最小,从而确定模型参数;
保持气象条件不变,在不同的现场测定的污染物浓度下,计算所述监测站点的模拟浓度;
保持在现场测定的污染物浓度不变,改变气象条件,计算所述监测站点的模拟浓度;
利用现场测定的污染物浓度、气象条件和计算得到的模拟浓度构建数据库。
在一些实施例中,所述三维模型包括连续性方程、动量守恒方程、能量方程、密度方程和湍流流动模型。
在一些实施例中,所述三维模型的微分方程组的通用形式为:
式中,Φ为控制变量,ΓΦ为控制变量的扩散系数,SΦ为控制变量的源项,ρ为空气密度,t为扩散时长,uj为风速,xj为距污染源距离。
在一些实施例中,利用所述数据库计算得到污染源实际排放水平的步骤包括:
将实际监测时所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件与数据库中的数据进行对比,获得与所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件接近的多个数据样本;
利用样条插值的方法,以所述数据样本中现场测定的污染物浓度为基准进行插值,获取污染源实际排放水平。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明利用数值模型模拟计算,构建污染源排放案例数据库,建立污染源排放源与空气质量监测设备之间的映射关系。当获得地面监测设备监测浓度数据后,可以通过提前构建的映射关系,迅速计算出污染源的实际排放水平。因此,在满足准确度的前提下,可进行连续在线监测,迅速获得污染源实际排放水平。
附图说明
图1为本发明实施例基于数据库计算污染源实际排放水平的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,本发明提供一种基于数据库计算污染源实际排放水平的方法,包括:
在污染源周围设置多个监测点位,并实时监测和记录空气中的污染物浓度;
对污染源空气中的污染物浓度进行多次现场测定,同时记录所述监测站点监测到的空气中的污染物浓度;
获得研究区域的气象条件和地形条件,并将研究区域划分为多个网格;
利用现场测定的污染物浓度、所述监测站点监测到的污染物浓度以及研究区域的气象条件和地形条件确定模型参数并构建数据库;
获得实际监测时所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件,并根据所述数据库的数据计算得到污染源实际排放水平。
需要说明的是,所述方法并不限定各步骤的顺序,各步骤可按照任何可能的方式排列,例如获得所述污染源的气象和地形条件的步骤也可作为第一步骤。
在本发明的实施例中,利用本发明所述方法来计算一企业的实际排放水平,具体包括以下步骤:
(1)布设监测点位
在企业东南西北四个方位布设监测点位,监测点位的数量可以根据企业占地面积、污染物排放水平等因素确定,对于大型企业,监测点位的数量应适当增加。
(2)获取监测数据
实时监测空气中污染物浓度,并实时记录存档。
(3)人工测量企业排放浓度
现场采样十次,测定企业排放浓度,同时记录监测设备的监测数据。
(4)收集资料
1)气象资料,包括风速、风向、温度、湿度和气压等因素;
2)地形资料,包括经度、纬度、高程;
3)划分网格,将研究区域划分为10m×10m小网格,这样可以计算得到任意一个网格的浓度。
(4)选择参数
1)将现场采样获得的结果作为输入参数,利用描述气体流动和扩散过程的三维模型进行数值模拟计算,获得设备点位处的计算浓度;
其中的三维模型包括连续性方程(质量守恒定律在流体力学中的具体表述形式)、动量守恒方程、能量方程、密度方程(或气体状态方程)和湍流流动模型,该三维模型的微分方程组的通用形式为:
式中,Φ为控制变量,ΓΦ为控制变量的扩散系数,SΦ为控制变量的源项,ρ为空气密度,t为扩散时长,uj为风速,xj为距污染源距离。
所述微分方程组具有、非线性、多变量、强耦合和定解条件复杂等特点,所以不太可能用解析法求解,通常将该微分方程组离散化以后,用数值迭代法求解。
2)调整模型里的其他参数(扩散系数、下垫面摩擦阻力等),使得模型模拟结果与实际监测结果误差最小。
(5)构建案例数据库
1)按照步骤(4)中确定的参数设置模型的初始参数;
2)保持气象条件不变,设定不同的企业排放浓度,计算监测设备点位处的模拟浓度,记录并保存结果;
3)保持污染排放水平不变,在不同气象条件下进行实验,例如分别改变风速、风向、温度、湿度和气压等气象因素,计算监测设备点位处的模拟浓度,记录并保存结果;
4)将2)和3)计算获得的结果构建数据库。
(6)匹配案例
获得监测设备的实际监测浓度以后,再获取此时气象条件,与数据库作对比,找出最相近的几个案例进行匹配。
(7)获取企业实际排放水平
利用样条插值的方法,以匹配案例的企业排放水平为基准进行插值,获取企业的实际排放水平。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于数据库计算污染源实际排放水平的方法,其特征在于,包括:
在污染源周围设置多个监测点位,并实时监测和记录空气中的污染物浓度;
对污染源空气中的污染物浓度进行多次现场测定,同时记录所述监测站点监测到的空气中的污染物浓度;
获得研究区域的气象条件和地形条件,并将研究区域划分为多个网格;
利用现场测定的污染物浓度、所述监测站点监测到的污染物浓度以及研究区域的气象条件和地形条件确定模型参数并构建数据库;
获得实际监测时所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件,并根据所述数据库的数据计算得到污染源实际排放水平。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述监测点位至少为四个,分布于所述污染源的四周。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述气象条件包括风速、风向、温度、湿度和气压。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述地形条件包括经度、纬度和高程。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,构建数据库的步骤包括:
将现场测定的污染物浓度输入描述气体流动和扩散过程的三维模型进行数值模拟计算,获得监测点位处的模拟浓度;
调整所述三维模型里的参数,使得模拟浓度与所述监测站点监测到的污染物浓度的误差最小,从而确定模型参数;
保持气象条件不变,在不同的现场测定的污染物浓度下,计算所述监测站点的模拟浓度;
保持在现场测定的污染物浓度不变,改变气象条件,计算所述监测站点的模拟浓度;
利用现场测定的污染物浓度、气象条件和计算得到的模拟浓度构建数据库。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述三维模型包括连续性方程、动量守恒方程、能量方程、密度方程和湍流流动模型。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述三维模型的微分方程组的通用形式为:
式中,Φ为控制变量,ΓΦ为控制变量的扩散系数,SΦ为控制变量的源项,ρ为空气密度,t为扩散时长,uj为风速,xj为距污染源距离。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,利用所述数据库计算得到污染源实际排放水平的步骤包括:
将实际监测时所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件与数据库中的数据进行对比,获得与所述监测站点监测到的污染物浓度和当时的气象条件接近的多个数据样本;
利用样条插值的方法,以所述数据样本中现场测定的污染物浓度为基准进行插值,获取污染源实际排放水平。
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