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基于VGIS系统的煤炭矿区环境空气质量预测模拟

作　者: 闫瑞锋
导　师: 李伟
学　校: 山西大学
专　业: 自然地理学
关键词: 地理信息系统 规划环境影响评价 空气质量 污染预测 动态模拟
分类号: X831
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


煤炭是我国重要的基础能源和原料,在国民经济中具有重要的战略地位。开展环境影响评价工作是实施煤炭工业的可持续发展的重要措施之一。建设项目环境影响评价对减缓和遏制采矿的环境影响起到了积极的作用,但仍无法有效地解决在较大区域内煤炭开发活动产生的大范围、长期、累积和交叉综合的环境影响。开展科学、合理的矿区规划和对规划进行战略环境评价是解决上述问题的根本方法。然而目前战略环境评价在理论、技术和方法方面尚不成熟。因此探索更为先进的环境技术手段成为环境科研工作者新的研究议题。本论文选择煤炭矿区为研究对象,通过开发VR (Virtual Reality)技术和GIS系统松散结合的VGIS系统,研究煤炭矿区规划大气污染物扩散过程的动态模拟,并对晋东煤炭基地阳泉矿区进行实证研究,最终实现了污染物扩散的时序化、动态化可视模拟。研究结果如下：(1)运用地理学、资源环境学、系统动力学研究煤炭基地开发过程及其环境响应,并根据煤炭矿区的特征,对比分析众多污染扩散模式的优缺点,挑选CALPUFF作为矿区规划污染物扩散的预测模式。(2)利用Microsoft Visual Studio.NET和ArcGIS Engine的嵌入式GIS组件库为开发平台,开发了煤炭矿区规划大气环境影响评价VGIS系统,实现了对环境空气污染扩散信息进行动态演示、查询、模拟、数据输出等功能。(3)以晋东煤炭基地阳泉矿区总体规划为例,对SO2、NO2和PM10三种污染的扩散过程进行实证研究,得出：不同的扩散条件下污染物浓度贡献值的大小和分布范围不同；同一点的污染物浓度是多个污染源的贡献值累加,体现出了不同污染源之间的区域联合影响；除阳泉矿区规划范围外,还有较大的外部区域受到环境空气污染影响。该研究实现了煤炭基地开发与环境空气质量响应的动态模拟,形象、直观地表达环境空气质量和状况,增强了对污染物扩散影响的判读能力,提高了环境空气影响预测、评价的准确性和工作效率。本研究丰富了战略环境评价方法论体系,进而为优化煤炭基地发展规划方案、促进煤炭基地健康发展提供科学依据。

全文目录


中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 研究的背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究进展  13-15
    1.2.1 战略环境评价  13-14
    1.2.2 虚拟现实地理信息系统  14-15
  1.3 本文的主要研究工作  15-16
第二章 大气环境质量预测理论和模型  16-23
  2.1 大气污染物扩散理论  16-20
    2.1.1 大气污染物扩散过程  16
    2.1.2 大气污染物扩散模型分类  16-20
  2.2 基于大气污染物扩散模式的主要应用  20-21
    2.2.1 基于高斯理论的大气污染物扩散模式应用  20
    2.2.2 基于拉格朗日理论的大气污染物扩散模式应用  20-21
    2.2.3 基于欧拉方法的大气污染物扩散模式应用  21
  2.3 煤炭矿区的大气污染物扩散模型研究  21-23
    2.3.1 煤炭矿区规划的特点及扩散模型筛选  21
    2.3.2 CALPUFF大气污染物扩散模式  21-23
第三章 煤炭基地规划环境空气影响动态模拟VGIS系统  23-29
  3.1 环境空气影响动态模拟VGIS系统研究技术路线  23
  3.2 矿区规划环境空气质量动态模拟VGIS系统  23-29
    3.2.1 开发平台介绍  23-24
    3.2.2 VGIS系统界面及主要功能介绍  24-25
    3.2.3 VGIS系统的部分程序代码  25-29
第四章 实证研究——以阳泉矿区总体规划为例  29-63
  4.1 阳泉矿区概况  29-33
    4.1.1 地理位置与交通  29
    4.1.2 自然环境  29-33
  4.2 阳泉矿区总体规划概述  33-36
    4.2.1 规划矿区位置与范围  33
    4.2.2 矿区煤炭资源储量  33
    4.2.3 矿区开发历史与现状  33-34
    4.2.4 矿区总体规划分期与目标  34
    4.2.5 矿区规划规模  34
    4.2.6 规划矿井井田划分  34-36
  4.3 阳泉矿区环境空气质量现状  36-37
    4.3.1 环境空气污染源调查  36-37
    4.3.2 阳泉矿区环境空气质量现状评价  37
  4.4 矿区规划大气环境影响的VGIS动态模拟  37-44
    4.4.1 CALMET计算风场数据  37-38
    4.4.2 CALPUFF计算污染物浓度预测结果  38-43
    4.4.3 VGIS系统的污染物浓度动态演示  43-44
  4.5 模拟结果分析  44-63
    4.5.1 污染物浓度贡献值逐时动态变化  44
    4.5.2 规划实施对阳泉市区各监控点的影响  44-45
    4.5.3 规划实施污染物浓度贡献值空间分布  45-63
第五章 结论  63-65
参考文献  65-71
攻读学位期间取得的研究成果  71-72
致谢  72-73
个人简况及联系方式  73-75

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境监测 > 大气监测
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