1.本發(fā)明屬于空氣污染防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高斯模式的大氣污染溯源方法。

背景技術(shù)：

2.隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)的生產(chǎn)力在不斷提升，大氣污染物社會(huì)總排放量也在增大。雖然國家對(duì)空氣污染物排放的要求越來越嚴(yán)格，但是由于企業(yè)成本以及工藝問題，仍然存在著排放不達(dá)標(biāo)，甚至污染物偷排的現(xiàn)象。在追求美好生活的過程中，城市居民對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注度越來越高，相關(guān)監(jiān)督執(zhí)法部門對(duì)城市大氣污染治理的要求也越來越嚴(yán)格，定量、精準(zhǔn)、快速的溯源技術(shù)方法是執(zhí)法部門最為迫切需要的。

3.在業(yè)務(wù)實(shí)踐中，始終存在涉氣排放企業(yè)數(shù)量多，環(huán)境監(jiān)管能力相對(duì)薄弱，環(huán)境監(jiān)管主要依靠傳統(tǒng)手段、信息化水平不高，無法滿足現(xiàn)實(shí)環(huán)境管理需求，缺乏快速、有效的空氣污染追因溯源技術(shù)。迫切需要更為自動(dòng)化的污染來源識(shí)別技術(shù)和污染排放源管理方法，從而開展更為精細(xì)化的排放管控。

4.目前，基于大氣物理和大氣化學(xué)理論的數(shù)值模型方法被國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用于大氣污染排放源識(shí)別方法，該方法主要基于氣象和環(huán)境污染物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在污染事件發(fā)生之后對(duì)污染發(fā)生來源的區(qū)域和概率進(jìn)行判別，此類方法雖然可以在一定程度上減少污染現(xiàn)場(chǎng)排摸人員的排摸企業(yè)范圍，但受制于其海量的輸出結(jié)果，仍需要較多的人力判別和時(shí)間投入才能找到污染來源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于高斯模式的大氣污染溯源方法，核心計(jì)算方法使用java語言實(shí)現(xiàn)，包括4個(gè)核心處理模塊：污染源信息處理模塊、氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊和二段式溯源計(jì)算模塊。

6.本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

7.一種基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：包括如下處理步驟：(1)污染源信息處理步驟：通過污染源信息處理模塊將研究區(qū)域內(nèi)各污染源進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識(shí)，賦值污染源id；本模塊需要對(duì)污染源的屬性進(jìn)行標(biāo)識(shí)，包括污染排放類型、主要污染物類型排放信息；根據(jù)研究區(qū)域的污染源實(shí)際調(diào)研結(jié)果，制作形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid格式文件，并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫；(2)氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理：利用氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對(duì)氣象要素進(jìn)行預(yù)處理，形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid文件；(3)污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理：利用污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取污染源排放信息，通過標(biāo)準(zhǔn)化的處理流程，形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid文件；(4)二段式溯源計(jì)算：分為模糊溯源和精準(zhǔn)溯源，能夠?qū)崿F(xiàn)不同污染場(chǎng)景的追蹤溯源計(jì)算。

8.本發(fā)明的基本理論是基于高斯模式氣擴(kuò)散理論，泰勒最先使用統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論研究大氣湍流，在泰勒的研究基礎(chǔ)上，高斯通過實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)出基于湍流統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)的大氣擴(kuò)散模式，即為高斯模型，高斯擴(kuò)散模型以統(tǒng)計(jì)學(xué)函數(shù)為基礎(chǔ)，其理論基礎(chǔ)是在平坦開闊的平

原，假定氣場(chǎng)均勻穩(wěn)定，大氣的擴(kuò)散先沿著主風(fēng)向傳播，再向四周擴(kuò)散，其分布規(guī)律符合正態(tài)分布。大量研究表明，點(diǎn)源連續(xù)排放大氣污染物的擴(kuò)散濃度，符合正態(tài)分布，其適用范圍一般小于50千米，高斯擴(kuò)散模型的成立由四大假定條件：污染點(diǎn)源均勻穩(wěn)定連續(xù)排放；大氣污染物在擴(kuò)散過程中遵循質(zhì)量守恒；擴(kuò)散區(qū)域風(fēng)向均勻、穩(wěn)定；污染物濃度在水平方向上符合正態(tài)分布，在垂直方向上符合正態(tài)分布。其基本公式為：

[0009][0010]

其中，q為單位時(shí)間大氣污染物排放量，mg/s；c為空間任一點(diǎn)的污染物濃度，mg/m3；σ

y

為橫向擴(kuò)散系數(shù)，m；σ

z

為縱向擴(kuò)散系數(shù)，m；u為平均風(fēng)速，m/s。

[0011]

所述的污染排放類型包括點(diǎn)源、線源、面源、體源，所述的主要污染物類型包括vocs、pm

10

、so2、氮氧化物，所述的排放信息包括管徑、排口高度、排放效率、氣體溫度。

[0012]

所述的污染源信息處理模塊中調(diào)研的所有污染源集合記為{ps

i

}，ps

i

表示第i個(gè)污染源，每個(gè)污染源帶有類型、位置、主要污染物、排口等眾多屬性。

[0013]

步驟(2)中通過克里金插值法將相關(guān)要素進(jìn)行空間插值處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的grid數(shù)據(jù)文件。

[0014]

所述的氣象要素中的風(fēng)速(u)、風(fēng)向(dir)、云量(ca)、輻射(rad)、溫度(t)、濕度(hum)對(duì)污染源的追溯有重要影響，本發(fā)明中通過克里金插值法將相關(guān)要素進(jìn)行空間插值處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的grid數(shù)據(jù)文件，避免大量的實(shí)時(shí)運(yùn)算，提高模型計(jì)算效率，降低溯源時(shí)間成本，能夠?qū)崿F(xiàn)污染源分鐘級(jí)溯源追蹤，提升對(duì)行政管理的支撐水平。

[0015][0016][0017]

其中σ

y

，σ

z

與風(fēng)速(u)、風(fēng)向(dir)、云量(ca)、輻射(rad)、溫度(t)、濕度(hum)存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要根據(jù)不同的條件進(jìn)行選擇判斷，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需進(jìn)行優(yōu)化。

[0018]

步驟(3)中所述的污染源排放信息包括污染源id、排放位置、類型、排放濃度。

[0019]

各個(gè)廠區(qū)都需安裝污染源排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需要監(jiān)測(cè)的要素包括排放速率(u

ps

)、排放效率(q

ps

)、污染物濃度({c

ps

})、排放溫度(t

ps

)，用于計(jì)算不同排口的抬升高度(δh)和單位時(shí)間污染物排放量q

ps

。

[0020]

δh＝φ(u,u

ps

,t

ps

)

[0021]

結(jié)合線下調(diào)研成果，對(duì)當(dāng)前污染場(chǎng)景進(jìn)行污染物類型識(shí)別，作為模塊輸入(污染物類型和濃度值等)。本模塊根據(jù)輸入條件計(jì)算出所有超標(biāo)污染物，需針對(duì)每一種超標(biāo)污染物進(jìn)行溯源分析。針對(duì)某一種污染物，模糊溯源是利用當(dāng)前污染物類型、風(fēng)速風(fēng)向和預(yù)處理完成的污染物類型分布等信息初步判斷污染來源，定性分析出哪些污染源對(duì)污染場(chǎng)景負(fù)責(zé)，將該污染源定義為模糊源(vague source，vs)。

[0022]

所述模糊溯源具體包括如下步驟：

①

確定輸入的污染物類型和濃度集合{type

i

,c

i

}；

②

計(jì)算各個(gè)類型污染物的超標(biāo)程度，對(duì)于超標(biāo)的污染物提取為新的集合{over

i

}；

③

根據(jù)風(fēng)速(u)、風(fēng)向(dir)以及污染源{ps

i

}屬性信息(污染物類型、位置)等信息，獲取對(duì)當(dāng)前污染場(chǎng)景可能造成貢獻(xiàn)的模糊源{vs

i

}

[0023]

{vs

i

}＝θ(u,dir,{over

i

},{ps

i

})

[0024]

θ為判斷函數(shù)，判斷ps

i

是否為模糊源，其中

[0025]

所述的精準(zhǔn)溯源是在模糊溯源{vs

i

}基礎(chǔ)上，利用大氣擴(kuò)散理論高斯模式公式計(jì)算各個(gè)模糊源單獨(dú)排放造成的空間污染分布特征，然后實(shí)現(xiàn)多模糊源在空間上的矢量疊加計(jì)算，接著利用當(dāng)前污染場(chǎng)景的濃度信息，配合全局優(yōu)化算法逆向分析不同模糊源的貢獻(xiàn)系數(shù)；當(dāng)前場(chǎng)景有多種超標(biāo)污染物時(shí)，單獨(dú)分析各類型污染物的模糊源的貢獻(xiàn)系數(shù)，然后按照權(quán)重系數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算，分析出不同污染源對(duì)本次污染場(chǎng)景的綜合貢獻(xiàn)系數(shù)。

[0026]

所述的精準(zhǔn)溯源的步驟如下：

①

針對(duì)模糊源集合{vs

i

}，假設(shè)第i個(gè)模糊源vs

i

的排放效率為q

vs,i

，根據(jù)排放類型和相關(guān)基礎(chǔ)信息計(jì)算出在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的污染物濃度為c

vs,i

，計(jì)算公式如下

[0027]

c

vs,i

＝f(q

vs,i

,vs

i

,u)

[0028][0029]

f為污染物濃度模擬函數(shù)，計(jì)算特定環(huán)境下污染物的大氣擴(kuò)散過程。

[0030]

②

根據(jù){vs

i

}、{q

vs,i

}、{c

vs,i

}以及污染物濃度c

i

，將每個(gè)模糊源的不同組合參數(shù)進(jìn)行矢量疊加計(jì)算，通過優(yōu)化算法分析出最可靠的模糊源排放組合{q

vs,i

}

s

，使得下面的公式成立

[0031][0032]

abs，絕對(duì)值函數(shù)；ε為置信值，一般取1％。

[0033]

③

對(duì)于某一種污染物按照

①②

步驟可以求出一個(gè)最優(yōu)的{c

vs,i

}，可以計(jì)算出{ps

i

}在第種污染物的貢獻(xiàn)值{r

i

}

[0034][0035]

其中不在模糊源{vs

i

}中的污染源的r

i

＝0。

[0036]

④

對(duì)于多種污染物{over

i

}的場(chǎng)景，針對(duì)不同的over

i

重復(fù)

①②③

步驟，可以得到第i污染物的企業(yè)貢獻(xiàn)率{r

j,i

}，r

j,i

表示第j個(gè)企業(yè)污染源對(duì)第i種超標(biāo)污染物的貢獻(xiàn)值。

[0037]

⑤

根據(jù)不同類型污染物的重要程度，按照專家經(jīng)驗(yàn)分配不同污染物的計(jì)算權(quán)重{ω

i

}，計(jì)算得到當(dāng)前污染場(chǎng)景下各企業(yè)污染源的綜合貢獻(xiàn)系數(shù)

[0038][0039]

r

j

表示第j個(gè)企業(yè)污染源綜合貢獻(xiàn)系數(shù)。

[0040]

本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

[0041]

1、本發(fā)明提供一種基于高斯模式的大氣污染溯源方法，基本理論是基于高斯模式氣擴(kuò)散理論，核心計(jì)算方法使用java語言實(shí)現(xiàn)，包括4個(gè)核心處理模塊：污染源信息處理模塊、氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊和二段式溯源計(jì)算模塊。

[0042]

2、本發(fā)明通過克里金插值法將相關(guān)要素進(jìn)行空間插值處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的grid數(shù)據(jù)文件，避免大量的實(shí)時(shí)運(yùn)算，提高模型計(jì)算效率，降低溯源時(shí)間成本，能夠?qū)崿F(xiàn)污染源分鐘級(jí)溯源追蹤，為行政管理水平的提升提供有力支撐。

[0043]

3、本發(fā)明采用模糊溯源與精準(zhǔn)溯源相結(jié)合的溯源方法，能夠?qū)崿F(xiàn)不同污染場(chǎng)景的追蹤溯源計(jì)算，能夠定性分析出哪些污染源對(duì)污染場(chǎng)景負(fù)責(zé)，實(shí)現(xiàn)多模糊源在空間上的矢量疊加計(jì)算，接著利用當(dāng)前污染場(chǎng)景的濃度信息，配合全局優(yōu)化算法逆向分析不同模糊源的貢獻(xiàn)系數(shù)。

附圖說明

[0044]

圖1為本發(fā)明基于高斯模式的大氣污染溯源方法的流程圖

具體實(shí)施方式

[0045]

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。

[0046]

實(shí)施例1

[0047]

一種基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：包括如下處理步驟：(1)污染源信息處理步驟：通過污染源信息處理模塊將研究區(qū)域內(nèi)各污染源進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識(shí)，賦值污染源id；本模塊需要對(duì)污染源的屬性進(jìn)行標(biāo)識(shí)，包括污染排放類型、主要污染物類型排放信息；根據(jù)研究區(qū)域的污染源實(shí)際調(diào)研結(jié)果，制作形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid格式文件，并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫；(2)氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理：利用氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對(duì)氣象要素進(jìn)行預(yù)處理，形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid文件；(3)污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理：利用污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取污染源排放信息，通過標(biāo)準(zhǔn)化的處理流程，形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid文件；(4)二段式溯源計(jì)算：分為模糊溯源和精準(zhǔn)溯源，能夠?qū)崿F(xiàn)不同污染場(chǎng)景的追蹤溯源計(jì)算。

[0048]

所述的污染排放類型包括點(diǎn)源、線源、面源、體源，所述的主要污染物類型包括vocs、pm

10

、so2、氮氧化物，所述的排放信息包括管徑、排口高度、排放效率、氣體溫度。

[0049]

所述的污染源信息處理模塊中調(diào)研的所有污染源集合記為{ps

i

}，ps

i

表示第i個(gè)污染源，每個(gè)污染源帶有類型、位置、主要污染物、排口等眾多屬性。

[0050]

步驟(2)中通過克里金插值法將相關(guān)要素進(jìn)行空間插值處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的grid數(shù)據(jù)文件。

[0051]

所述的氣象要素中的風(fēng)速(u)、風(fēng)向(dir)、云量(ca)、輻射(rad)、溫度(t)、濕度(hum)對(duì)污染源的追溯有重要影響，本發(fā)明中通過克里金插值法將相關(guān)要素進(jìn)行空間插值處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的grid數(shù)據(jù)文件，避免大量的實(shí)時(shí)運(yùn)算，提高模型計(jì)算效率，降低溯源時(shí)間成本，能夠?qū)崿F(xiàn)污染源分鐘級(jí)溯源追蹤，提升對(duì)行政管理的支撐水平。

[0052][0053][0054]

其中σ

y

，σ

z

與風(fēng)速(u)、風(fēng)向(dir)、云量(ca)、輻射(rad)、溫度(t)、濕度(hum)存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要根據(jù)不同的條件進(jìn)行選擇判斷，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需進(jìn)行優(yōu)化。

[0055]

步驟(3)中所述的污染源排放信息包括污染源id、排放位置、類型、排放濃度。

[0056]

各個(gè)廠區(qū)都需安裝污染源排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需要監(jiān)測(cè)的要素包括排放速率

(u

ps

)、排放效率(q

ps

)、污染物濃度({c

ps

})、排放溫度(t

ps

)，用于計(jì)算不同排口的抬升高度(δh)和單位時(shí)間污染物排放量q

ps

。

[0057]

δh＝φ(u,u

ps

,t

ps

)

[0058]

結(jié)合線下調(diào)研成果，對(duì)當(dāng)前污染場(chǎng)景進(jìn)行污染物類型識(shí)別，作為模塊輸入(污染物類型和濃度值等)。本模塊根據(jù)輸入條件計(jì)算出所有超標(biāo)污染物，需針對(duì)每一種超標(biāo)污染物進(jìn)行溯源分析。針對(duì)某一種污染物，模糊溯源是利用當(dāng)前污染物類型、風(fēng)速風(fēng)向和預(yù)處理完成的污染物類型分布等信息初步判斷污染來源，定性分析出哪些污染源對(duì)污染場(chǎng)景負(fù)責(zé)，將該污染源定義為模糊源(vague source，vs)。

[0059]

所述模糊溯源具體包括如下步驟：

①

確定輸入的污染物類型和濃度集合{type

i

,c

i

}；

②

計(jì)算各個(gè)類型污染物的超標(biāo)程度，對(duì)于超標(biāo)的污染物提取為新的集合{over

i

}；

③

根據(jù)風(fēng)速(u)、風(fēng)向(dir)以及污染源{ps

i

}屬性信息(污染物類型、位置)等信息，獲取對(duì)當(dāng)前污染場(chǎng)景可能造成貢獻(xiàn)的模糊源{vs

i

}

[0060]

{vs

i

}＝θ(u,dir,{over

i

},{ps

i

})

[0061]

θ為判斷函數(shù)，判斷ps

i

是否為模糊源，其中

[0062]

所述的精準(zhǔn)溯源是在模糊溯源{vs

i

}基礎(chǔ)上，利用大氣擴(kuò)散理論高斯模式公式計(jì)算各個(gè)模糊源單獨(dú)排放造成的空間污染分布特征，然后實(shí)現(xiàn)多模糊源在空間上的矢量疊加計(jì)算，接著利用當(dāng)前污染場(chǎng)景的濃度信息，配合全局優(yōu)化算法逆向分析不同模糊源的貢獻(xiàn)系數(shù)；當(dāng)前場(chǎng)景有多種超標(biāo)污染物時(shí)，單獨(dú)分析各類型污染物的模糊源的貢獻(xiàn)系數(shù)，然后按照權(quán)重系數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算，分析出不同污染源對(duì)本次污染場(chǎng)景的綜合貢獻(xiàn)系數(shù)。

[0063]

所述的精準(zhǔn)溯源的步驟如下：

①

針對(duì)模糊源集合{vs

i

}，假設(shè)第i個(gè)模糊源vs

i

的排放效率為q

vs,i

，根據(jù)排放類型和相關(guān)基礎(chǔ)信息計(jì)算出在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的污染物濃度為c

vs,i

，計(jì)算公式如下

[0064]

c

vs,i

＝f(q

vs,i

,vs

i

,u)

[0065][0066]

f為污染物濃度模擬函數(shù)，計(jì)算特定環(huán)境下污染物的大氣擴(kuò)散過程。

[0067]

②

根據(jù){vs

i

}、{q

vs,i

}、{c

vs,i

}以及污染物濃度c

i

，將每個(gè)模糊源的不同組合參數(shù)進(jìn)行矢量疊加計(jì)算，通過優(yōu)化算法分析出最可靠的模糊源排放組合{q

vs,i

}

s

，使得下面的公式成立

[0068][0069]

abs，絕對(duì)值函數(shù)；ε為置信值，一般取1％。

[0070]

③

對(duì)于某一種污染物按照

①②

步驟可以求出一個(gè)最優(yōu)的{c

vs,i

}，可以計(jì)算出{ps

i

}在第種污染物的貢獻(xiàn)值{r

i

}

[0071]

[0072]

其中不在模糊源{vs

i

}中的污染源的r

i

＝0。

[0073]

④

對(duì)于多種污染物{over

i

}的場(chǎng)景，針對(duì)不同的over

i

重復(fù)

①②③

步驟，可以得到第i污染物的企業(yè)貢獻(xiàn)率{r

j,i

}，r

j,i

表示第j個(gè)企業(yè)污染源對(duì)第i種超標(biāo)污染物的貢獻(xiàn)值。

[0074]

⑤

根據(jù)不同類型污染物的重要程度，按照專家經(jīng)驗(yàn)分配不同污染物的計(jì)算權(quán)重{ω

i

}，計(jì)算得到當(dāng)前污染場(chǎng)景下各企業(yè)污染源的綜合貢獻(xiàn)系數(shù)

[0075][0076]

r

j

表示第j個(gè)企業(yè)污染源綜合貢獻(xiàn)系數(shù)。

[0077]

應(yīng)用例1

[0078]

某中部工業(yè)城市有重工業(yè)園區(qū)，園區(qū)內(nèi)有水泥廠、鋼鐵廠、發(fā)電廠等多種類型的企業(yè)，園區(qū)主要監(jiān)測(cè)的污染物有懸浮顆粒物(tsp)、二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)、揮發(fā)性有機(jī)物(vocs)等。

[0079]

(1)園區(qū)污染物信息收集

[0080]

園區(qū)內(nèi)收集12家企業(yè)單位基礎(chǔ)資料，每一個(gè)家企業(yè)都會(huì)產(chǎn)生不同類型的污染物，以園區(qū)左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，正東方向?yàn)閤軸正方向，正北方向?yàn)閥軸正方向建立平面坐標(biāo)系，詳細(xì)信息統(tǒng)計(jì)如下：

[0081]

表1

[0082]

序號(hào)企業(yè)編號(hào)主要污染物排放類型相對(duì)位置信息1qy001tsp、vocs點(diǎn)源/排氣口(0,0)2qy002tsp、so2、vocs點(diǎn)源/排氣口(240,20)3qy003tsp、no

x

、vocs點(diǎn)源/排氣口(260,280)4qy004tsp、so2、no

x

、vocs點(diǎn)源/排氣口(500,50)5qy005so2、no

x

、vocs點(diǎn)源/排氣口(560,420)6qy006tsp、so2、vocs點(diǎn)源/排氣口(520,900)7qy007tsp、so2、no

x

、vocs點(diǎn)源/排氣口(480,1320)8qy008tsp、so2、vocs點(diǎn)源/排氣口(1100,50)9qy009tsp、so2點(diǎn)源/排氣口(1000,900)10qy010tsp、so2點(diǎn)源/排氣口(2500,900)11qy011tsp、no

x

點(diǎn)源/排氣口(3500,1900)12qy012tsp、so2、vocs點(diǎn)源/排氣口(5650,30)

[0083]

(2)氣象信息收集

[0084]

夏季某日14時(shí)，園區(qū)天氣晴，無云，10米高測(cè)得風(fēng)速2.3m/s；風(fēng)向正西南；1.5米測(cè)得氣溫為28℃，大氣穩(wěn)定度為較穩(wěn)定。

[0085]

(3)實(shí)時(shí)信息獲取

[0086]

某日14時(shí)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示某固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)(1000,800)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到各項(xiàng)指標(biāo)的值摘錄如下：

[0087]

表2

[0088][0089]

某日14時(shí)，12家企業(yè)的排氣口污染物類型統(tǒng)計(jì)如下：

[0090]

表3

[0091][0092][0093]

(4)二段式溯源分析

[0094]

根據(jù)實(shí)測(cè)的污染物指標(biāo)值，tsp、so2存在超標(biāo)現(xiàn)象，針對(duì)兩種污染物超標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行溯源分析。

[0095]

1)以tsp超標(biāo)溯源分析為例

[0096]

①

企業(yè)的排污類型刷選出可能污染源編號(hào)集合，除了qy005都包含在內(nèi)

[0097]

{qy001,qy002,qy003,qy004,qy006,qy007,qy008,qy009,qy0010,qy0011,qy0012}

[0098]

②

風(fēng)速、風(fēng)向以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)和污染源(企業(yè)排口)的相對(duì)位置進(jìn)行進(jìn)一步篩選，認(rèn)為處于監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)向下游的企業(yè)對(duì)本次污染場(chǎng)景不造成影響，概化為風(fēng)向向量與某污染物到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移向量的內(nèi)積小于0，即

[0099][0100]

以企業(yè)qy001為例，風(fēng)向向量為位移向量計(jì)算兩向量的內(nèi)積故認(rèn)為qy001對(duì)本次場(chǎng)景中tsp超標(biāo)有影響，即qy001為模糊源。

[0101]

根據(jù)上述原理可以得到本次污染物超標(biāo)場(chǎng)景中，tsp超標(biāo)所有的模糊源集合為：{vs

i

}＝{qy001,qy002,qy003,qy004,qy006,qy008}；

[0102]

根據(jù)不同污染源氣體中tsp的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，模糊源排放效率摘錄如下表：

[0103]

表4

[0104]

序號(hào)企業(yè)編號(hào)排氣口溫度℃tsp排放效率(kg/h)1qy00112053002qy0028042003qy0038043004qy004852200

5qy0066830006qy0081102800

[0105]

③

計(jì)算污染源qy001在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(1000,800)處形成的污染物濃度c

qy001

，假設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)高度為z＝1.8m；帶入公式(4)計(jì)算，得到濃度值c

qy001

＝1600，單位μg/m3。

[0106]

同理，計(jì)算出所有模糊源根據(jù)公式(6)判斷是否滿足條件。計(jì)算可知：

[0107][0108]

不滿足條件則需調(diào)整模型計(jì)算參數(shù)，重新計(jì)算所有模糊源的擴(kuò)散濃度；經(jīng)過多次計(jì)算得到所有模糊源的優(yōu)化后的計(jì)算濃度值：最終獲取{vs

i

}＝{qy001,qy002,qy003,qy004,qy006,qy008}的合理計(jì)算濃度為計(jì)算置信值：滿足條件。

[0109]

④

根據(jù)公式(7)計(jì)算所有污染源對(duì)tsp超標(biāo)的貢獻(xiàn)值依次為

[0110]

{r

tsp,j

}＝{0.216,0.278,0.33,0.172,0,0.004,0,0,0,0,0,0}

[0111]

⑤

按照同樣的原理，計(jì)算所有污染源中對(duì)so2超標(biāo)的貢獻(xiàn)值：

[0112][0113]

⑥

依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)判斷，兩種指標(biāo)的權(quán)重分布為ω

tsp

＝0.4，計(jì)算得到所有污染源對(duì)本次污染場(chǎng)景的綜合貢獻(xiàn)值

[0114][0115]

上述實(shí)施案例僅為本發(fā)明中部分實(shí)施案例，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施案例的限制，如實(shí)施例中方案的各種形式的組合，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、替代、組合均應(yīng)為等效的替換方式，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：包括如下處理步驟：(1)污染源信息處理步驟：通過污染源信息處理模塊將研究區(qū)域內(nèi)各污染源進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)識(shí)，賦值污染源id；本模塊需要對(duì)污染源的屬性進(jìn)行標(biāo)識(shí)，包括污染排放類型、主要污染物類型排放信息；根據(jù)研究區(qū)域的污染源實(shí)際調(diào)研結(jié)果，制作形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid格式文件，并導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫；(2)氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理：利用氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對(duì)氣象要素進(jìn)行預(yù)處理，形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid文件；(3)污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理：利用污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取污染源排放信息，通過標(biāo)準(zhǔn)化的處理流程，形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率的grid文件；(4)二段式溯源計(jì)算：分為模糊溯源和精準(zhǔn)溯源，能夠?qū)崿F(xiàn)不同污染場(chǎng)景的追蹤溯源計(jì)算。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：所述的污染排放類型包括點(diǎn)源、線源、面源、體源，所述的主要污染物類型包括vocs、pm

10

、so2、氮氧化物，所述的排放信息包括管徑、排口高度、排放效率、氣體溫度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：步驟(2)中通過克里金插值法將相關(guān)要素進(jìn)行空間插值處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的grid數(shù)據(jù)文件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：步驟(3)中所述的污染源排放信息包括污染源id、排放位置、類型、排放濃度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：針對(duì)某一種污染物，模糊溯源是利用當(dāng)前污染物類型、風(fēng)速風(fēng)向和預(yù)處理完成的污染物類型分布這些信息初步判斷污染來源，定性分析出哪些污染源對(duì)污染場(chǎng)景負(fù)責(zé)，將該污染源定義為模糊源。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：所述模糊溯源具體包括如下步驟：

①

確定輸入的污染物類型和濃度集合{type

i

,c

i

}；

②

計(jì)算各個(gè)類型污染物的超標(biāo)程度，對(duì)于超標(biāo)的污染物提取為新的集合{over

i

}；

③

根據(jù)風(fēng)速(u)、風(fēng)向(dir)以及污染源{ps

i

}屬性信息(污染物類型、位置)等信息，獲取對(duì)當(dāng)前污染場(chǎng)景可能造成貢獻(xiàn)的模糊源{vs

i

}{vs

i

}＝θ(u,dir,{over

i

},{ps

i

})θ為判斷函數(shù)，判斷ps

i

是否為模糊源，其中7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：所述的精準(zhǔn)溯源是在模糊溯源{vs

i

}基礎(chǔ)上，利用大氣擴(kuò)散理論高斯模式公式計(jì)算各個(gè)模糊源單獨(dú)排放造成的空間污染分布特征，然后實(shí)現(xiàn)多模糊源在空間上的矢量疊加計(jì)算，接著利用當(dāng)前污染場(chǎng)景的濃度信息，配合全局優(yōu)化算法逆向分析不同模糊源的貢獻(xiàn)系數(shù)；當(dāng)前場(chǎng)景有多種超標(biāo)污染物時(shí)，單獨(dú)分析各類型污染物的模糊源的貢獻(xiàn)系數(shù)，然后按照權(quán)重系數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算，分析出不同污染源對(duì)本次污染場(chǎng)景的綜合貢獻(xiàn)系數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于高斯模式的大氣污染溯源方法，其特征在于：所述的精準(zhǔn)溯源的步驟如下：

①

針對(duì)模糊源集合{vs

i

}，假設(shè)第i個(gè)模糊源vs

i

的排放效率為q

vs,i

，根據(jù)排放類型和相關(guān)基礎(chǔ)信息計(jì)算出在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的污染物濃度為c

vs,i

，計(jì)算公式如下c

vs,i

＝f(q

vs,i

,vs

i

,u)

f為污染物濃度模擬函數(shù)，計(jì)算特定環(huán)境下污染物的大氣擴(kuò)散過程。

②

根據(jù){vs

i

}、{q

vs,i

}、{c

vs,i

}以及污染物濃度c

i

，將每個(gè)模糊源的不同組合參數(shù)進(jìn)行矢量疊加計(jì)算，通過優(yōu)化算法分析出最可靠的模糊源排放組合{q

vs,i

}

s

，使得下面的公式成立abs，絕對(duì)值函數(shù)；ε為置信值，一般取1％。

③

對(duì)于某一種污染物按照

①②

步驟可以求出一個(gè)最優(yōu)的{c

vs,i

}，可以計(jì)算出{ps

i

}在第種污染物的貢獻(xiàn)值{r

i

}其中不在模糊源{vs

i

}中的污染源的r

i

＝0。

④

對(duì)于多種污染物{over

i

}的場(chǎng)景，針對(duì)不同的over

i

重復(fù)

①②③

步驟，可以得到第i污染物的企業(yè)貢獻(xiàn)率{r

j,i

}，r

j,i

表示第j個(gè)企業(yè)污染源對(duì)第i種超標(biāo)污染物的貢獻(xiàn)值。

⑤

根據(jù)不同類型污染物的重要程度，按照專家經(jīng)驗(yàn)分配不同污染物的計(jì)算權(quán)重{ω

i

}，計(jì)算得到當(dāng)前污染場(chǎng)景下各企業(yè)污染源的綜合貢獻(xiàn)系數(shù)r

j

表示第j個(gè)企業(yè)污染源綜合貢獻(xiàn)系數(shù)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種基于高斯模式的大氣污染溯源方法，基本理論是基于高斯模式氣擴(kuò)散理論，核心計(jì)算方法使用JAVA語言實(shí)現(xiàn)，包括4個(gè)核心處理模塊：污染源信息處理模塊、氣象數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、污染源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊和二段式溯源計(jì)算模塊；本發(fā)明通過克里金插值法將相關(guān)要素進(jìn)行空間插值處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的GRID數(shù)據(jù)文件，避免大量的實(shí)時(shí)運(yùn)算，提高模型計(jì)算效率，降低溯源時(shí)間成本，能夠?qū)崿F(xiàn)污染源分鐘級(jí)溯源追蹤，為行政管理水平的提升提供有力支撐。為行政管理水平的提升提供有力支撐。為行政管理水平的提升提供有力支撐。

技術(shù)研發(fā)人員：馬方方 么新 楊宏偉 孫如飛

受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華蘇州環(huán)境創(chuàng)新研究院

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.14

技術(shù)公布日：2021/10/26