基于模式预测方法的工业源二恶英排放的环境影响评价系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于模式预测方法的工业源二恶英排放的环境影响评价系统及方法。评价系统用于存储符合AERMOD格式要求的工业污染源参数数据库包括污染源气象数据库、污染源气象数据、评价区域地形高程数据；AERMOD模型，从工业污染源参数数据库、污染源气象数据库和评价区域地形数据库获取数据，运行AERMOD模型进行分析；运行AERMOD模型得到二恶英浓度和沉降量的网格数据，连同污染源参数一并输入到RiskAnalyst模型中，设置二恶英的化学参数、选择暴露情景和受体后运行RiskAnalyst模型生成评价区域内受体的二恶英暴露量和危害风险表征的网格数据。本发明实用性强、简便直观，模型和方法准确可靠。
【专利说明】基于模式预测方法的工业源二恶英排放的环境影响评价系统及方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及基于模式预测方法的工业污染源二恶英排放的环境影响评价【技术领域】，具体涉及基于模式预测方法的工业源二恶英排放的环境影响评价系统及方法。
[0002]【背景技术】
目前针对工业源(以焚烧源为主)二恶英排放的大气扩散模拟和生态风险评估技术方法在环保领域具有重要的实用价值。本研究采用的空气扩散模型是高斯烟羽空气扩散模型(AERMOD )，此模型由美国国家环保局联合美国气象学会组建法规模式改善委员会(AERMIC )开发，是一个能完全替代 ISCST3 (Industrial Sources Complex Short Term-Version 3)的法规模型。AERMOD是国家环保部《环境影响评价技术导则大气环境HJ2.2-2008》大气评价导则指定的适用于评价距离小于50KM范围的一、二级环境影响评价项目计算模型，其核心算法为局域高斯烟羽扩散模式，并将ISCST3和AERMOD集成在一个计算平台中，可以在包含复杂地形高程数据的条件下，针对多种点面线体污染源类型和多种受体类型进行污染源扩散的模拟计算分析，其中包括干、湿沉降、建筑物下洗功能。与其他几种法规模型比较，AERMOD的优点在于以下几点:(I)应用成熟，在国内外针对常规污染物扩散模拟具有较高的预测精度，评价范围适用于工业点源的研究；(2)源代码开放，可根据使用者的需求和实际情况修改模型参数，完全免费。AERMOD运行需要提供模型运行的一些程序控制选项、污染源位置参数、评价区域网格划分、气象数据的引用以及输出参数，经过气象数据和地形数据的准备、模型计算和结果展示三个步骤得到评价区域的大气扩散结果。
[0003]目前，国内围绕工业源二恶英排放的大气扩散研究与其造成的健康风险研究是两块独立的方向，特别是健康风险研究主要参考国外的经验，还没有能形成一套系统科学的方法。二恶英是一类特殊的痕量有机污染物，在环境中的含量极低且难以检测，这些都制约了环评工作者利用模拟手段对其环境行为进行研究。基于模式预测方法来开展关于工业源的二恶英排放造成的大气污染和环境健康风险研究处于空白。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于模式预测方法的工业源二恶英排放的环境影响评价系统及方法。
[0005]基于大气扩散模型和生态风险模型构建的工业源二恶英排放的环境影响评价系统，包括
I)大气扩散模型，用于建立工业污染源参数数据库、污染源气象数据库以及评价区域地形数据库，并能从各个数据库中获取数据运行大气扩散模型进行分析，用来模拟评价区域二恶英的大气扩散情况，包括二恶英的空气浓度和干湿沉降量，具体包括如下步骤:
1.1)工业源参数数据库实时采集污染源参数数据，进行统计处理后二次存储；
1.2)工业污染源气象数据库从离污染源最近的气象监测站获取评价区域气象数据；
1.3)评价区域地形数据库对污染源周边HGT数据进行预处理，转化为DEM数据，计算后得到评价区域高程数据进行二次存储； 2)生态风险模型，可输入大气扩散模型的计算结果，进而根据不同暴露情景计算评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征，分析后得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据，具体包括如下步骤:
2.1)解析大气扩散模型运行结果文件，得到二恶英浓度和沉降量的网格数据，连同污染源参数和二恶英浓度以及沉降量的网格数据一并输入到生态风险模型中，在生态风险模型的地图模块上建立大气模拟结果数据库；
2.2)在生态风险模型的化学数据库中选择目标污染物即二恶英，并编辑不同二恶英有毒异构体的化学参数；
2.3)在生态风险模型的分析模块中选择暴露情景，暴露情景根据评价区域的实际情况设定，要真实反映评价区域受体的暴露途径和暴露量；
2.4)在生态风险模型的地图模块中勾选评价区域中的敏感区块作为风险计算区域，运行生态风险模型生成评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征的网格数据结果;
2.5)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英暴露量网格数据按照国家和地方规定的二恶英每日可耐受摄入量标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据；
2.6)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英危害风险表征数据按照国外标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据；
基于大气扩散模型和生态风险模型构建工业源二恶英排放的环境影响评价方法包括如下步骤:
1)建立符合大气扩散模型格式要求的污染源参数数据库、评价区域气象数据库以及评价区域地形数据库并采集数据存储在这些数据库中，具体包括如下步骤:
1.0工业源参数数据库实时采集污染源参数数据，确定评价区域范围，划分模型计算网格，进行统计处理后二次存储；
1.2)工业污染源气象数据库从离污染源最近的气象监测站获取评价区域气象数据；
1.3)评价区域地形数据库对污染源周边HGT数据进行预处理，转化为DEM数据，计算后得到评价区域高程数据进行二次存储；
2)从污染源参数数据库、评价区域气象数据库以及评价区域地形数据库获取数据，运行大气扩散模型进行分析；
3)将大气扩散模型的计算结果导入到生态风险模型中，进而选择暴露情景计算评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征，并进行分析，具体包括如下步骤:
3.1)解析大气扩散模型运行结果文件，得到二恶英浓度和沉降量的网格数据，连同污染源参数和二恶英浓度以及沉降量的网格数据一并输入到生态风险模型中，在生态风险模型的地图模块上建立大气模拟结果数据库；
3.2)在生态风险模型的化学数据库中选择目标污染物即二恶英，并编辑不同二恶英有毒异构体的化学参数；
3.3)在生态风险模型的分析模块中选择暴露情景，暴露情景根据评价区域的实际情况设定，要真实反映评价区域受体的暴露途径和暴露量； 3.4)在生态风险模型的地图模块中勾选评价区域中的敏感区块作为风险计算区域，运行生态风险模型生成评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征的网格数据结果;
3.5)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英暴露量网格数据按照国家和地方规定的二恶英每日可耐受摄入量标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据；
3.6)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英危害风险表征数据按照国外标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据；
4)将生态风险模型的分析结果输出，利用SurferS.0做图软件将等值图绘制到底图上，具体包括如下步骤:
4.1)将评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据解析成文本格式，利用SurferS.0做图软件将等值图绘制到底图上；
4.2)将评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据解析成文本格式，利用Surfer8.0做图软件将等值图绘制到底图上；
4.3)结合评价区域内二恶英暴露量和二恶英危害风险表征的超标分析，给出敏感点的二恶英浓度及环评指数，并在底图上输出；
4.4)将污染源二恶英排放的时序变化与模拟得到的敏感点二恶英暴露量和二恶英危害风险表征组合成连续动画，在底图上显示二恶英浓度分布以及暴露量和危害风险表征随时间的变化情况；
4.5)结合二恶英浓度分布以及二恶英暴露量和二恶英危害风险表征，将评价区域以污染源为中心，以环评指数按距离将评价区域以等值图形式分级划分不同风险区块，将这些风险组合成连续动画，在底图上显示二恶英暴露风险随距离的变化情况。
[0006]本发明与现有技术相比具有的有益效果是:建立符合AERMOD格式要求的污染源参数数据库、污染源气象数据库以及评价区域地形数据库，准备AERMOD和Risk Analyst模型分析需要的数据源、以及特定模型参数，数据覆盖面大，实时性强，具有较高的输入效率和预测准确性；污染源、评价区域和特定受体的位置可在模型界面上录入，直观快捷；基于大气扩散模型AERMOD和生态风险模型Risk Analyst构建的工业源二恶英排放的环境影响评价系统，直接建立了 二恶英的排放源和评价区域中的特定受体之间的浓度-响应关系，让用户可以开展评价区域内二恶英的源解析研究，并进一步对不同排放源的二恶英贡献率进行探讨；结合二恶英浓度分布以及二恶英暴露量和二恶英危害风险表征，将评价区域以等值图形式分级划分不同风险区块组合成连续动画，具有数据展示的生动性。本发明实用性强、简便直观。
[0007]【专利附图】
【附图说明】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述:
图1是基于模式预测方法的工业源二恶英排放的环境影响评价系统结构示意图。
[0008]【具体实施方式】
以下将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0009]如图1所示，基于大气扩散模型(AERMOD)和生态风险模型(Risk Analyst)构建的工业源二恶英排放的环境影响评价系统，包括
1)大气扩散模型，用于建立工业污染源参数数据库、污染源气象数据库以及评价区域地形数据库，并能从各个数据库中获取数据运行大气扩散模型进行分析，用来模拟评价区域二恶英的大气扩散情况，包括二恶英的空气浓度和干湿沉降量，具体包括如下步骤:
1.1)工业源参数数据库实时采集污染源参数数据，进行统计处理后二次存储；
1.2)工业污染源气象数据库从离污染源最近的气象监测站获取评价区域气象数据；
1.3)评价区域地形数据库对污染源周边HGT数据进行预处理，转化为DEM数据，计算后得到评价区域高程数据进行二次存储；
2)生态风险模型，可输入大气扩散模型的计算结果，进而根据不同暴露情景计算评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征，分析后得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据，具体包括如下步骤:
2.1)解析大气扩散模型运行结果文件，得到二恶英浓度和沉降量的网格数据，连同污染源参数和二恶英浓度以及沉降量的网格数据一并输入到生态风险模型中，在生态风险模型的地图模块上建立大气模拟结果数据库；
2.2)在生态风险模型的化学数据库中选择目标污染物即二恶英，并编辑不同二恶英有毒异构体的化学参数；
2.3)在生态风险模型的分析模块中选择暴露情景，暴露情景根据评价区域的实际情况设定，要真实反映评价区域受体的暴露途径和暴露量；
2.4)在生态风险模型的地图模块中勾选评价区域中的敏感区块作为风险计算区域，运行生态风险模型生成评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征的网格数据结果;
2.5)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英暴露量网格数据按照国家和地方规定的二恶英每日可耐受摄入量标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据；
2.6)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英危害风险表征数据按照国外标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据；
基于大气扩散模型和生态风险模型构建工业源二恶英排放的环境影响评价方法包括如下步骤:
1)建立符合大气扩散模型格式要求的污染源参数数据库、评价区域气象数据库以及评价区域地形数据库并采集数据存储在这些数据库中，具体包括如下步骤:
1.0工业源参数数据库实时采集污染源参数数据，确定评价区域范围，划分模型计算网格，进行统计处理后二次存储；
1.2)工业污染源气象数据库从离污染源最近的气象监测站获取评价区域气象数据；
1.3)评价区域地形数据库对污染源周边HGT数据进行预处理，转化为DEM数据，计算后得到评价区域高程数据进行二次存储；
2)从污染源参数数据库、评价区域气象数据库以及评价区域地形数据库获取数据，运行大气扩散模型进行分析；
3)将大气扩散模型的计算结果导入到生态风险模型中，进而选择暴露情景计算评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征，并进行分析，具体包括如下步骤:
3.1)解析大气扩散模型运行结果文件，得到二恶英浓度和沉降量的网格数据，连同污染源参数和二恶英浓度以及沉降量的网格数据一并输入到生态风险模型中，在生态风险模型的地图模块上建立大气模拟结果数据库；
3.2)在生态风险模型的化学数据库中选择目标污染物即二恶英，并编辑不同二恶英有毒异构体的化学参数；
3.3)在生态风险模型的分析模块中选择暴露情景，暴露情景根据评价区域的实际情况设定，要真实反映评价区域受体的暴露途径和暴露量；
3.4)在生态风险模型的地图模块中勾选评价区域中的敏感区块作为风险计算区域，运行生态风险模型生成评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征的网格数据结果;
3.5)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英暴露量网格数据按照国家和地方规定的二恶英每日可耐受摄入量标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据；
3.6)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英危害风险表征数据按照国外标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据；
4)将生态风险模型的分析结果输出，利用SurferS.0做图软件将等值图绘制到底图上，具体包括如下步骤:
4.1)将评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据解析成文本格式九，利用SurferS.0做图软件将等值图绘制到底图上；
4.2)将评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据解析成文本格式，利用Surfer8.0做图软件将等值图绘制到底图上；
4.3)结合评价区域内二恶英暴露量和二恶英危害风险表征的超标分析，给出敏感点的二恶英浓度及环评指数，并在底图上输出；
4.4)将污染源二恶英排放的时序变化与模拟得到的敏感点二恶英暴露量和二恶英危害风险表征组合成连续动画，在底图上显示二恶英浓度分布以及暴露量和危害风险表征随时间的变化情况；
4.5)结合二恶英浓度分布以及二恶英暴露量和二恶英危害风险表征，将评价区域以污染源为中心，以环评指数按距离将评价区域以等值图形式分级划分不同风险区块，将这些风险组合成连续动画，在底图上显示二恶英暴露风险随距离的变化情况。
[0010]本发明中:HGT数据:HGT数据是由美国太空总署(NASA)和国防部国家测绘局(NIMA)联合测量获得的地球陆地表面的SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)高程数据格式，按精度可分为SRTMl和SRTM3。
[0011]DEM数据:数据高程模型(Digital Elevation Model, DEM)是一定范围内规则网格点的平面坐标及高程的数据集，主要描述区域地貌形态的空间分布，DEM数据是对地貌形态的虚拟表示。沉降量:表示单位面积的垂直投影面上沉降的二恶英的总量，二恶英的沉降分为干沉降和湿沉降。干沉降是指在无降水天气下气相和固相二恶英由于重力作用自然飘落的沉降量，而湿沉降是由于降水和重力协同作用下造成的二恶英沉降。暴露情景:指二恶英进入人体的渠道和途径，分别有食物暴露、呼吸暴露、表皮吸收等等。二恶英有毒异构体:二恶英实际上是二恶英类(Dioxins) —个简称，它指的并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物，共包括210种化合物。二恶英类的毒性因氯原子的取代数量和取代位置不同而有差异，含4-8个氯原子的17种二恶英有毒，被称作有毒异构体。危害风险表征:用来表示受体由于二恶英造成的毒害强度，主要从致癌风险和非致癌风险来表示。致癌风险参数为无量纲数值，表示区域内癌症的发病率。非致癌风险指的是引起的一般性健康危害。
实施例
[0012]以某危险废物焚烧炉为中心，5 X 5km范围内按照IOOm边长划分50 X 50共2500个网格，确定评价区域的范围和模型计算边界。将二恶英实际达标排放(0.5ng-TEQ/Nm3)输入大气扩散模型中的源参数数据库，并补充烟囱高度、烟气流量、烟囱出口温度等信息。建立评价区域2009-2011年的气象数据库，以及30mX 30m精度的地形高程数据库。从污染源参数数据库、气象数据库以及地形数据库获取数据，运行大气扩散模型计算区域内各个网格的二恶英大气浓度和干湿沉降量。结果表明，评价区域内各个网格的大气二恶英浓度低于日本大气二恶英质量标准(0.6 pg-TEQ/m3)，干沉降是二恶英进入环境的主要方式，二恶英最大落地范围处于主导下风向800-1000m处。
[0013]将大气扩散模型的计算结果导入到生态健康风险模型中，在生态健康风险模型的化学数据库中选择目标污染物(二恶英)，并编辑不同二恶英有毒异构体的化学参数。在受体参数数据库中选择暴露情景(呼吸暴露和食物暴露)，并在地图模块中将评价区域划分的2500个网格全部勾选为风险计算区域，运行生态风险模型计算评价区域内特定受体(居民中成年人和儿童)的二恶英暴露量和暴露风险，结果用致癌风险和非致癌危害来表征。结合二恶英浓度分布以及二恶英暴露量和二恶英致癌风险和非致癌危害，将评价区域以污染源为中心，按距离将评价区域以等值图形式分级划分不同风险区块，并将这些风险组合成连续动画，在底图上显示二恶英暴露风险随距离的变化情况。评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据以及风险表征网格数据超标分析(该参数目前无国标，采用美国加州现行标准)的结果显示，呼吸暴露是二恶英的主要暴露途径，焚烧炉正常达标排放下，致癌风险和非致癌危害都不超标，相对而言，主导下风向是潜在的超标区域。
【权利要求】
1.基于大气扩散模型和生态风险模型构建的工业源二恶英排放的环境影响评价系统，其特征在于:包括 ,1)大气扩散模型，用于建立工业污染源参数数据库、污染源气象数据库以及评价区域地形数据库，并能从各个数据库中获取数据运行大气扩散模型进行分析，用来模拟评价区域二恶英的大气扩散情况，包括二恶英的空气浓度和干湿沉降量，具体包括如下步骤: , 1.1)工业源参数数据库实时采集污染源参数数据，进行统计处理后二次存储； ,1.2)工业污染源气象数据库从离污染源最近的气象监测站获取评价区域气象数据； ,1.3)评价区域地形数据库对污染源周边HGT数据进行预处理，转化为DEM数据，计算后得到评价区域高程数据进行二次存储； ,2)生态风险模型，可输入大气扩散模型的计算结果，进而根据不同暴露情景计算评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征，分析后得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据，具体包括如下步骤: ,2.1)解析大气扩散模型运行结果文件，得到二恶英浓度和沉降量的网格数据，连同污染源参数和二恶英浓度以及沉降量的网格数据一并输入到生态风险模型中，在生态风险模型的地图模块上建立大气模拟结果数据库； ,2.2)在生态风险模型的化学数据库中选择目标污染物即二恶英，并编辑不同二恶英有毒异构体的化学参数； ,2.3)在生态风险模型的分析模块中选择暴露情景，暴露情景根据评价区域的实际情况设定，要真实反映评价区域受体 的暴露途径和暴露量； , 2.4)在生态风险模型的地图 模块中勾选评价区域中的敏感区块作为风险计算区域，运行生态风险模型生成评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征的网格数据结果; ,2.5)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英暴露量网格数据按照国家和地方规定的二恶英每日可耐受摄入量标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据； ,2.6)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英危害风险表征数据按照国外标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据；
2.基于大气扩散模型和生态风险模型构建工业源二恶英排放的环境影响评价方法，其特征在于:包括如下步骤: ,1)建立符合大气扩散模型格式要求的污染源参数数据库、评价区域气象数据库以及评价区域地形数据库并采集数据存储在这些数据库中，具体包括如下步骤: ,1.0工业源参数数据库实时采集污染源参数数据，确定评价区域范围，划分模型计算网格，进行统计处理后二次存储； ,1.2)工业污染源气象数据库从离污染源最近的气象监测站获取评价区域气象数据； ,1.3)评价区域地形数据库对污染源周边HGT数据进行预处理，转化为DEM数据，计算后得到评价区域高程数据进行二次存储； ,2)从污染源参数数据库、评价区域气象数据库以及评价区域地形数据库获取数据，运行大气扩散模型进行分析；3)将大气扩散模型的计算结果导入到生态风险模型中，进而选择暴露情景计算评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征，并进行分析，具体包括如下步骤: `3.1)解析大气扩散模型运行结果文件，得到二恶英浓度和沉降量的网格数据，连同污染源参数和二恶英浓度以及沉降量的网格数据一并输入到生态风险模型中，在生态风险模型的地图模块上建立大气模拟结果数据库； ` 3.2)在生态风险模型的化学数据库中选择目标污染物即二恶英，并编辑不同二恶英有毒异构体的化学参数；` 3.3)在生态风险模型的分析模块中选择暴露情景，暴露情景根据评价区域的实际情况设定，要真实反映评价区域受体的暴露途径和暴露量； `3.4)在生态风险模型的地图模块中勾选评价区域中的敏感区块作为风险计算区域，运行生态风险模型生成评价区域内特定受体的二恶英暴露量和危害风险表征的网格数据结果;` 3.5)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英暴露量网格数据按照国家和地方规定的二恶英每日可耐受摄入量标准进行不同受体的超标分析，得到评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据；` 3.6)在生态风险模型的结果分析模块中根据模拟生成的二恶英危害风险表征数据按照国外标准进行不同受体的超标分析，`得到评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据； 4)将生态风险模型的分析结果输出，利用SurferS.0做图软件将等值图绘制到底图上，具体包括如下步骤: ` 4.1)将评价区域内二恶英暴露量分布的网格数据解析成文本格式，利用SurferS.0做图软件将等值图绘制到底图上； `4.2)将评价区域内二恶英危害风险表征分布的网格数据解析成文本格式，利用Surfer8.0做图软件将等值图绘制到底图上； `4.3)结合评价区域内二恶英暴露量和二恶英危害风险表征的超标分析，给出敏感点的二恶英浓度及环评指数，并在底图上输出； ` 4.4)将污染源二恶英排放的时序变化与模拟得到的敏感点二恶英暴露量和二恶英危害风险表征组合成连续动画，在底图上显示二恶英浓度分布以及暴露量和危害风险表征随时间的变化情况； `4.5)结合二恶英浓度分布以及二恶英暴露量和二恶英危害风险表征，将评价区域以污染源为中心，以环评指数按距离将评价区域以等值图形式分级划分不同风险区块，将这些风险组合成连续动画，在底图上显示二恶英暴露风险随距离的变化情况。
【文档编号】G06Q10/04GK103500363SQ201310427057
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】李晓东, 陆胜勇, 陈彤, 严建华, 蒋旭光, 王奇, 陈佳, 王超 申请人:浙江大学