3.3 SO 污染源路径:概述与源位置
对应 EPA 2023版用户指南第3章 SO路径完整译文(英文原文印刷页码3-61至3-127)。路径标识、关键字、次级关键字、参数名、源类型、文件名和控制文件语法保留英文;法规应用应以EPA英文原文及当前模型版本为准。
SO(Source)路径包含用于定义某次模型运行中污染源信息的关键字。AERMOD 当前可处理的主要源类型包括:
- 点源,包括
POINT、水平排放点源POINTHOR和带帽点源POINTCAP; - 体积源
VOLUME; - 面源,包括
AREA、AREAPOLY、AREACIRC、LINE和OPENPIT; - 道路线源
RLINE与扩展道路线源RLINEXT; - 浮力线源
BUOYLINE; - 用于研究建筑物侧洗效应的点源
SWPOINT。
不同源类型所需的输入参数不同。对于点源,用户还可以输入邻近建筑物的尺寸,以模拟建筑物空气动力学下洗对排放的影响。用户也可以将多个污染源划分为污染源组,由模型合并计算每组污染源的影响。
用于标识源类型和位置的 LOCATION 关键字,必须是每个污染源输入的第一条关键字记录。一般而言,SO 路径中其他关键字的顺序并不重要,但存在以下例外:
- 除非在 CO 路径的
MODELOPT记录中指定了PSDCREDIT,否则SRCGROUP必须是SO FINISHED之前的最后一个关键字; - 指定
PSDCREDIT时,以PSDGROUP取代SRCGROUP; - 其他顺序限制将在相应关键字的小节中说明。
用户既可以先集中输入全部 LOCATION 记录,再集中输入各种源参数记录;也可以将同一污染源的全部输入记录放在一起。每个污染源都必须由用户指定一个源 ID,用于将后续参数与正确的污染源关联。源 ID 可以是最长 12 个字符的字母数字字符串。
AERMOD 在运行时动态分配污染源数组,因此污染源数量与其他动态数组一样,主要受计算机可用内存和输入规模限制。
3.3.1 标识源类型和位置
LOCATION 关键字用于标识每个污染源的类型和位置。由于源类型决定后续需要或允许输入哪些参数,因此 LOCATION 必须是每个污染源的第一条输入记录。
语法:
当 Srctyp = POINT、POINTHOR、POINTCAP、VOLUME、AREA、AREAPOLY、AREACIRC、OPENPIT 或 SWPOINT 时:
SO LOCATION Srcid Srctyp Xs Ys (Zs)
当 Srctyp = LINE、RLINE 或 BUOYLINE 时:
SO LOCATION Srcid Srctyp Xs1 Ys1 Xs2 Ys2 (Zs)
当 Srctyp = RLINEXT 时:
SO LOCATION Srcid Srctyp Xs1 Ys1 Zs1 Xs2 Ys2 Zs2 (Zs)
**类型:**必需,可重复。
**顺序:**必须是每个污染源的第一条输入记录。
参数含义如下:
Srcid:用户定义的字母数字源 ID,最长 12 个字符;Srctyp:源类型,必须使用以下次级关键字之一:POINT、POINTHOR、POINTCAP、VOLUME、AREA、AREAPOLY、AREACIRC、OPENPIT、LINE、RLINE、RLINEXT、BUOYLINE或SWPOINT;Xs、Ys:对于POINT、POINTHOR、POINTCAP、VOLUME、AREA、AREAPOLY、AREACIRC、OPENPIT和SWPOINT,为源位置的 x、y 坐标,单位为米;Xs1、Ys1:对于LINE和RLINE,为线源一端中点的 x、y 坐标;Xs2、Ys2:对于LINE和RLINE,为线源另一端中点的 x、y 坐标;Zs1、Zs2:对于RLINEXT,为源线两个端点的排放高度;Zs:可选的源基底海拔高程。对于OPENPIT,Zs表示矿坑顶部高程,模型根据矿坑横向尺寸和体积计算有效深度。
RLINE 与 RLINEXT 道路线源
从 19191 版本开始,SO 路径增加了用于道路排放的 RLINE 和 RLINEXT 源类型。
RLINE必须在 CO 路径的MODELOPT中同时指定BETA;RLINEXT属于ALPHA研究选项,必须在MODELOPT中同时指定ALPHA。
最初的实现以近地面排放的 R-LINE 1.2 版本数值积分方法和算法为基础(Snyder 等,2013)。此后,为使 RLINE、RLINEXT 与 AERMOD 中的 POINT、AREA、VOLUME 等源类型更协调,EPA 对其进行了重新构造,详见相应技术支持文件(EPA,2023d)。
R-LINE 原模型以平坦地形为基础,因此 AERMOD 的早期实现要求将地形指定为 FLAT。从 AERMOD 23132 版本开始,RLINE 和 RLINEXT 可以考虑高地形。在用于交通项目层面的达标一致性和热点分析时,应参照美国 EPA 交通与空气质量办公室发布的最新道路源模拟指南。
RLINEXT 要求用户为每条道路链路输入:
- 距道路中心线的偏移距离;
- 车道数;
- 单车道宽度;
- 初始垂向扩散参数。
这些参数在第 3.3.2 节进一步说明。关于原始 RLINE 算法及 23132 版本以后重新构造的算法,另见《R-LINE Model Version 1.2 User's Guide》(Snyder and Heist,2013)和 EPA 2023 年技术支持文件(EPA,2023d)。
BUOYLINE 浮力线源
从 15181 版本开始,SO 路径加入 BUOYLINE 源类型。当前实现基本沿用 BLP(Buoyant Line and Point Source)扩散模型中的浮力线源算法(Schulman and Scire,1980),修改较少,因此也具有相近的适用限制。
一个浮力线源可以由一条或多条线组成。多条线应当相互平行,但各线的长度、高度和基底高程可以不同。AERMOD 会检查同一浮力线源中的各条线相对于第一条线是否平行,允许的方向偏差为 5°。某条线超过该容差时,模型会给出警告,但仍继续运行。
BUOYLINE 还要求输入构成该浮力线源的各条线的平均长度、平均宽度、平均高度和平均间距,详见第 3.3.2.11 节。浮力线源算法的理论说明见 BLP 用户指南。
输入浮力线源时,应为构成该源的每一条线重复使用 LOCATION 关键字,并满足以下要求:
Srctyp均指定为BUOYLINE;- 每条线使用唯一的
Srcid; - 各条线在控制文件中的输入顺序具有实际意义;
- AERMOD 假定所有浮力线相互平行,并对 5° 容差进行检查。
对于不是严格南北向,而是沿东南—西北或西南—东北方向排列的多条线,应按其空间位置由南向北输入:最南侧线首先定义,随后依次定义其北侧相邻线,最后定义最北侧线。对于每一条线,应先输入最西侧端点,再输入最东侧端点,即:
Xs1、Ys1:最西侧端点坐标;Xs2、Ys2:最东侧端点坐标。
若浮力线平行于 y 轴,则各线输入顺序取决于每条线先输入南端点还是北端点:
- 若先输入南端点,各条线应由东向西排列;
- 若先输入北端点,各条线应由西向东排列。
第一条线采用的端点和排列约定,必须对后续所有线保持一致。
SWPOINT 侧洗研究源
从 22112 版本开始,SO 路径加入 SWPOINT。该源类型用于研究建筑物背风侧再循环空腔的侧洗效应:当风向斜交建筑物迎风面时,再循环空腔会发生横向偏移。SWPOINT 仍属于持续研发的研究工具,必须在 CO 路径的 MODELOPT 中指定 ALPHA。
面源及线源算法之间的关系
AREA、AREACIRC 和 AREAPOLY 三种面源类型以及 LINE 源类型,均使用同一套面源数值积分算法估算浓度影响,区别主要在于源几何形状的输入方式:
AREA:任意方向的矩形面源;AREAPOLY:最多 20 条边的不规则多边形面源;AREACIRC:圆形面源,模型内部将其表示为等面积的 20 边形;LINE:通过起点、终点和线宽定义的狭长面源,是矩形AREA的简化输入方式。
对于等价的几何与排放输入,LINE 与 AREA 使用相同程序,结果应完全一致。LINE 的 SRCPARAM 记录还允许输入可选的初始 sigma-z,用于表示排放初始稀释。
默认情况下,AREA、AREAPOLY、AREACIRC、LINE 和 OPENPIT 不包括 AERMOD 的水平摆动分量。23132 版本增加了 CO 路径的 AREAMNDR ALPHA 选项;指定后,可对 AREA、AREAPOLY、AREACIRC 和 LINE 加入摆动处理。但若同时使用 FASTAREA,AREAMNDR 不会为这些源类型增加摆动。
RLINE 和 RLINEXT 使用 Snyder 等(2013)所述的数值积分算法,主要用于道路源。其宽度与初始 sigma-z 通过 SO 路径的 SRCPARAM 输入;RLINEXT 还需要一个距中心线的附加距离参数,用于声屏障和下沉道路算法。两种道路源均包括适用于道路排放的水平摆动分量。
OPENPIT 露天矿源
OPENPIT 算法可用于模拟露天矿坑中的颗粒物或气态污染物排放,例如露天煤矿和采石场。模型首先根据气象条件确定一个有效排放面积,再使用面源数值积分算法计算该有效面积源的影响。完整技术说明见《ISC3 Model User's Guide - Volume II》(EPA,1995b)。
源高程与坐标说明
Zs 是可选参数。若采用默认的高地形处理而省略源高程,模型会给出警告,并将源高程设为 0.0。采用非法规 FLAT 地形选项时,模型不使用源高程。
Zs 默认单位为米。用户也可在 SO STARTING 之后立即加入以下记录,以英尺输入源高程:
SO ELEVUNIT FEET
不同源类型中 x、y 坐标所表示的位置如下:
POINT、POINTHOR、POINTCAP、VOLUME、AREACIRC、SWPOINT:源中心;AREA、AREAPOLY、OPENPIT:源的一个顶点;LINE、RLINE、RLINEXT、BUOYLINE:源线端点。
源坐标可以采用通用横轴墨卡托(UTM)坐标,也可以相对于用户自定义原点输入。
某些非浮力线源可以用一系列体积源、狭长面源或道路源表示:
- 具有一定初始烟羽深度的线源,如输送带和铁路,更适合采用一系列
VOLUME源; - 近地面线源,如高架结构附近的线性排放,可采用狭长矩形
AREA或LINE; - 对等价输入,
AREA与LINE应产生相同结果。
LOCATION 中的源 ID 将在后续 SO 路径输入中持续标识该污染源。由于源 ID 最长可达 12 个字母数字字符,可使用具有描述性的名称,例如 STACK1、STACK2、BOILER3、SLAGPILE。若同一物理线源被拆分为多个体积源或面源,也可使用 LINE1A、LINE1B、LINE1C 等名称表示其关联关系。
并非所有 NO₂ 转换方法都已针对所有 AERMOD 源类型实现。各源类型支持哪些 NO₂ 转换选项,见表 3-2。