一、模型的介绍

污染物在空气中扩散的模拟采用污染物传输扩散模型CALPUFF模型。

该模型采用美国国家环境保护局推荐的CALPUFF模型内核，界面软件采用LAKES公司开发的CALPUFFView软件。
CALPUFF（加州空气资源局拉格朗日烟团模式）是一个用来模拟不稳定状态的多层、多种污染的高斯型烟团扩散模式，它适用于模拟时空都在变化的气象条件下污染物的迁移、转化和消除。它考虑了复杂地形的影响，干湿沉降以及简单的化学转化，可以计算出在预设点的浓度和沉降量。具体特点如下：

(1)可以处理时变的点源、面源污染；

(2）适合于粗糙、复杂地形条件下的模拟；

(3）可以模拟几十米到几百千米的区域；

(4）可以预测1小时到1年的污染物浓度；

(5）考虑了污染物的线性去除过程和化学转化机制。气象场是扩散模式，描述污染物的输送、扩散和稀释作用的主要动力因子，气象场的质量优劣直接影响到空气质量模拟结果的精度，甚至对模拟成功与否起着关键的作用。在空气质量模拟的前期准备工作中，尽可能的获得接近客观的气象场是至关重要的。

CALPUFF模式有专门的CALMET模块来处理气象资料。其核心部分包括诊断风场以及微气象场模式，它通过质量守恒连续方程对风场进行诊断，在输入模式所需的常规气象观测资料或大型中尺度气象模式输出场后，模拟并生成包括逐时的风场、混合层高度、大气稳定度和微气象参数等三维风场和微气象场资料。模式的模拟过程中详细考虑了地形的动力学影响、倾斜气流和阻塞效应，模块生成的三维常规风场输出最多可达25层。在微气象场模拟过程中的模拟包括地表湍流热通量和动量通量参数、三维温度场和降水资料的内插。模型模拟输出的气象场，可以全面细致地描述污染物在近地面层扩散的微气象背景场和长距离输送的对流层中刀尺度常规气象背景场。

二、模拟范围和方法

本次模拟是利用CALPUFF空气质量扩散模式，对典型企业排放的汞污染物在空气分布进行模拟。

研究范围：研究区域范围是以典型企业烟气排放口为中心，向东南西北4个方向延伸l0km。

研究时段：2011年5月。

控制点：典型企业周边13个环境空气监测点。

研究方法：采用气象数据和污染源数据，利用模式对企业排放的汞污染物在空气的分布进行模拟计算，通过将模拟结果与空气质量监测结果的对比、适当调整计算参数和模式验证，建立模拟系统。

三、基本数据资抖

1)气象资料

地面气象资料由当地气象局提供。本次计算的气象数据时间为2011年1月1日-12月31日，数据时次为逐日逐时资料，气象要素包括年、月、日、时、千球温度、相对湿度、气压、风向、风速、低云量和降水等。

高空气象数据为采用MMS中尺度气象模型计算得出的模拟区域范围内的2011年数据，中心位置为E109.227°,N27.523°，范围东西20km，南北20km，计算分辨率为2km×2km。

以美国USGS为数据源，采用MM5中尺度气象模型，且考虑土地利用、地形高程、植被覆盖和陆地一水体标志等情况。其中，原始气象数据采用美国国家环境预报中心的NCEP/NCAR的2011年再分析数据。地理数据资料为范围内的地形高程和土地利用类型资料。地形高程数据采用美国太空总署(NAS)和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量的SRTM(ShuttleRadarTopographyMission）数据，分辨率为90m×90m。土地利用类型采用USGS的GLCC(GlobalLandCoverCharacterization）数据资料，分辨率为lkm×lkma。本次计算是以企业的烟囱为中心，100×100×11的网格系统作为模拟区域，X、Y方向网格间距均匀相等为200m,Z方向为不等距，分别为0m、20m、40m、80m、160m、320m、640m、1200m、2000m、3000m和4000m共11层。模块采用通用横轴墨卡托投影（UTM),投影的中心点设置在企业烟囱的坐标，UTM坐标为X324854.73,Y3045597.58。

2）地表资料

CALMET模块所必需的地理资料包括土地类型，海拔高度，地表参数（表面粗糙度，反照率，波恩比，土壤热传导系数和植被区域分类）和人为热传导系数。土地类型和海拔有关的数据需要按网格输入，地表参数和人为热传导系数可以按网格输入，也可根据各网格点土地类型数据通过查表得到，模式已经提供了与土地信息相关的这些参数的缺省值。

地理数据中的土地类型和海拔高度取自CALPUFF模式官方网站的SRT3和GTOP030地形数据。AERMOD与CALPUFF模型预测中的地形数据均采用美国太空总署（NAS)和国防部国家测绘局（NIMA）联合测量的SRTM(ShuttleRadarTopographyMission)数据，分辨率为90m×90m。AERMOD模型土地利用类型根据实际情况从模型参数中选取；CALPUFF模型土地利用类型采用USGS和GLCC(GlobalLandCoverCharacterization）数据资料，分辨率为1km×lkm，模拟区域地形图见图4-13（彩图见附录图13)。

四、排放源清单

CALPUFF模型模拟的污染源包括企业有组织的烟囱点源排放与无组织面源排放。根据蒸馏炉含汞尾气的监测结果，确定企业烟尘点源参数清单。

对蒸馏炉含汞尾气进行了3天监测，根据监测数据，得到（标态）Hg2+、Hg0、Hgp的平均值分别为0.53mg/m3、22.73mg/m3、2.13mg/m3，标态干烟气量为3826m3/h，由此可得Hg2+、Hg0、Hgp的排放速率分别为：5.36×10-4g/s、0.0241g/s、2.26×103g/s。烟囱直径为0.75m，标态干烟气量为3826m3/h，可得烟囱的出口速率为2.41m/s。由于蒸馏炉含汞尾气经过多级水冷却系统（陶瓷冷凝管冷凝），通过焦炭塔和活性炭吸附塔的处理，且经过300m长的烟道，30m高的烟囱进行排放，所以从烟囱中排放出的尾气温度接近环境温度，设为20℃。

从企业整个工艺流程来看，无组织排放可能来源于预处理车间和冶炼车间。通过对企业的实地调查，预处理过程在密封情况下进行，且在此过程中主要产生不易挥发的HgO,即假定预处理过程无气态汞排放到大气中；冶炼车间里共有10台燃气蒸馏炉，进行正常运作的有5台，经预处理后的含汞废触媒被装入这5台蒸馏炉的蒸馏罐中，用煤气间接加热，使炉内温度控制在700-800℃,蒸馏罐内废汞触媒中的氧化汞在高温下分解成汞蒸气，此过程为密封，但是通过对现场的调查，蒸馏罐锈迹斑斑，蒸馏罐进料口和固废出口都是用水泥进行密封，且根据厂内冶炼点下风向5m处的监测质量浓度（监测平均质量浓度高达11649ng/m3)，推断出无组织排放都为冶炼车间的蒸馏炉的冶炼排放。故企业向外排放的汞主要以大气方式排放。由于蒸馏罐中的温度达到700-800℃，氧化汞在高温下分解成汞蒸汽，所以汞以汞蒸汽形式，即Hg0形式逃逸。将冶炼车间蒸馏炉排放的无组织排放设为面源排放，每个蒸馏炉尺寸为4m×4m×15m。

五、化学参数的设置

对于颗粒物汞（Hgp）干沉降，CALPUFF模型参数设置包括几何质量平均直径和几何标准偏差，如表4-30所示。

对于气态元素汞（Hg0）与活性气态汞（Hg2+）的参数设置包括扩散率，活性、中尺度电阻（mesoscaleresistance）以及亨利定理系数。

六、建筑物信息

建筑物的存在将引起空气动力学的紊乱，使得排放出的污染物受其影响。表4-32为企业厂内的主要建筑物参数。