城市环境总体规划大气-成都总规研讨会

环境保护部环境规划院大气环境规划部大气环境模拟与评估研究室薛文博2013年11月29日大气环境系统解析、分级管控与承载力评估方法2内容1.从我国大气污染防治历程看城环总规2.城市大气环境总体规划技术要点4.需要探讨的几个问题3.福州城市环境总体规划技术案例一、从我国大气污染防治历程看城市环境总体规划1、中国大气污染特征演变趋势2014/1/5污染阶段污染尺度第一阶段70年代以后（煤烟型污染）第二阶段80年代以后（酸雨污染加剧）第三阶段2000年以后（复合型污染显现）第四阶段2010年以后（复合型污染加剧）全国范围城市中SO2、TSP超标严重，大部分城市首要污染物为TSP城市SO2、TSP污染进一步加剧；酸雨污染问题进入视野酸雨污染进一步加剧，氮氧化物排放造成的大气污染问题开始显现二氧化硫污染得到初步控制，但绝大多数城市PM10、PM2.5超标，细颗粒物污染尤为严重重点区域长三角、珠三角及京津冀首要污染物同样为PM10，区域间差异不明显西南、华中及华东地区已成为重酸雨区控制重点转变为酸雨，但京津冀等重点区域PM2.5、臭氧问题已很严重大气污染“量变到质变”，重度灰霾事件频发，大气污染治理工作被推倒风口浪尖治理手段消烟除尘控制大点源城市大气环境综合整治；鼓励高烟囱排放降低城市地面浓度（但加剧酸雨污染）划定两控制区，控制酸雨，开展二氧化硫总量控制；“十一五”期间纳入约束性指标全国控制二氧化硫、氮氧化物总量；划定“三区十群”，重点区域增加颗粒物、挥发性有机物总量控制；制定大气污染防治行动计划典型特征时间、空间及污染类型相互叠加呈现出明显的压缩型、区域性、复合型污染特征依据2012年PM10年均浓度的60%估算PM2.5，全国80%的城市PM2.5年均浓度不达标，在近几十年内PM2.5污染治理将是我国大气污染防治的核心。现阶段：PM2.5是影响空气质量达标的关键污染物2、环境管理手段不断创新，适应新的环境问题第一阶段（末端治理型），以污染源末端治理为核心，以污染治理设施建设为基础，减少污染物排放量；第二阶段（全过程控制），以清洁能源、产业结构调整及末端治理等综合手段为主，从污染物产生的全过程进行控制，强调减少污染物产生量，优化发展；第三阶段（限制与约束），以“十八大”提出的生态文明建设为标志，强调尊重自然、顺应自然、保护自然，强调优化国土空间开发格局，控制开发强度，重点是“环境红线”。2014/1/5现阶段我国大气污染防治基本体系（重点依然是治污，前置手段偏弱）2014/1/5城市尺度城市环境空气质量限期达标管理办法区域尺度区域级行动计划及实施细则重点区域大气污染防治规划国家尺度大气污染防治行动计划主要大气污染物总量控制重污染区域与地形在空间上高度关联一个是由北起燕山山脉，西至太行山山脉、伏牛山、大别山，南至江南丘陵东段、浙西山地所包围的以“北京—三门峡—宁波”为顶点的污染三角区；一个是位于四川盆地的成渝污染区；一个是位于长江中下游两湖平原的武汉城市群和长株潭城市群。2014/1/53、由“被动治污”向“主动预防”转变势在必行重污染城市大多存在“先天不足”问题先天条件差：北京、石家庄、太原、南京、杭州、重庆、成都、兰州及乌鲁木齐等城市大多是临山而建，甚至三面环山，大气环境自净能力较差；后天发展无序：在空间上无序发展，超过环境承载上线，城市内部大量污染源布局于上风向地带。划定红线—确保城市发展顺应自然，尊重客观规律！2014/1/5城市环境总规与传统治污规划的区别2014/1/5城市环境总规自然导向红线约束承载约束污染防治规划问题导向污染治理治污工程二、城市大气环境总体规划技术要点1、城市环境总体规划中的关键技术问题2014/1/5大气流场解析承载力分析环境红线识别与划定其中，大气流场解析、环境承载力为传统概念，技术方法相对成熟，而大气环境红线的内涵及划定技术缺乏参考。引出新概念-大气环境红线是什么？缺乏法规、技术借鉴通过大量实践，我院首次提出将大气环境红线分为源头布局敏感区、大气污染易聚集区及敏感的环境受体三类。源头布局敏感区：大致包括城市主导上风向地区，在此布局污染源将对城市空气质量造成严重影响；大气污染易聚集区：指对大气污染物天生自净能力较弱的地区，如：山谷、河谷、盆地等，天生自净扩散能力差，不适于开发建设；敏感的环境受体：主要包括大气环境一级功能区及人口密集地区，目的是保护人体健康及敏感环境受体。2014/1/5技术点1：大气流场模拟分析技术2014/1/5地面观测数据分析利用地面气象自动站点数据分析风向、风速及混合层等关键气象要素。优点：准确，缺点：以点代面；中尺度气象场模拟（如：WRF等）结合地面实测数据，利用WRF等气象模型模拟区域大气流场特征，从“区域看城市”；小尺度气象场模拟（如：CALMET等）结合地面实测数据，利用CALMET等气象模型模拟城市大气流场特征，从“城市看单元”；空气资源评价：结合气象模拟结果，评价不同空间单元大气环境自净能力。技术点2：大气环境红线定量识别与划定技术2014/1/5技术模块实现目的技术要点数据需求大气流场特征模拟从区域、城市等多尺度模拟、分析大气环流特征，评价空气资源大小基于逐时地面气象观测数据和探空数据，利用WRF、CALMET等气象模型模拟三维逐时气象场，重点分析风向、风速、混合层高度等气象要素。三维逐时气象场同时是空气质量模型的必备输入数据地面气象数据、探空气象数据、海拔高程数据、土地利用数据源头敏感区识别识别出布局污染源易对城市空气质量造成严重影响的区块把规范区划分为若干个规则网格，假定每个网格排放相同的污染物，利用CALPUFF等空气质量模型逐个模拟每个网格的环境影响，依据每个网格源对城市空气质量的影响大小，划定源头布局敏感区虚拟污染源的排放强度、烟囱高度、直径、出口速率等污染源基本资料聚集敏感区识别识别出污染物天生易聚集、不易扩散的区块把规划区划分为若干个规则网格，假定每个网格排放相同的污染物，利用空气质量模型同时模拟所有网格源排放的环境影响，依据污染物浓度的高低或聚集度，划定污染物聚集敏感区虚拟污染源的排放强度、烟囱高度、直径、出口速率等污染源基本资料受体敏感区识别识别出敏感的环境受体（人口密集区、大气环境一类功能区）基于环境空气质量标准环境功能分区，人口聚集度划定受体敏感区，目的是保护人体健康及其他较敏感受体人口密度数据、大气环境功能区划大气环境红线划定确定综合大气环境红线综合源头布局敏感区、聚集敏感区及受体敏感区，通过GIS空间融合技术，按红、黄、蓝、绿四级划定大气环境红线体系结合上述资料技术点3：环境承载力核定技术2014/1/5大气环境承载力包括：环境容量、以及基于环境容量的最大允许煤耗量等要素。环境容量具体核定技术方法包括：改进A值法在传统A值法的基础上，利用气象模型，结合地面实测气象数据，模拟高时空分辨率A值，代替经验指导值；多源模型/线性规划法利用线性规划法核定空气质量达标下的最大污染物允许排放量（最优布局下的排放量）；空气质量模型试算法设置污染减排情景、迭代试算，直到空气质量达标。适用于PM2.5、O3等复合型污染物达标约束下的环境容量。2014/1/52、技术集成-多尺度大气环境综合分析平台三、福州城市环境总体规划技术案例1、总体技术路线技术路线气象特征模拟•模拟区域、城市三维流场，分析区域大气流场特征•识别上风向、扩散通道及静风等典型气象特征区域敏感区识别•布局敏感区-CALPUFF模型定量模拟污染源空间布局敏感性•聚集敏感区-CALPUFF模型定量模拟大气污染物传输聚集特征•受体敏感区-大气环境功能区划、人口聚集度红线划分•综合布局敏感性、聚集敏感性、受体敏感性，划分大气环境红线区、黄线区、蓝线区、绿线区，实施分级管理。2、大气环境系统格局分析与敏感区识别2.1气象场模拟与分析分析模型：利用WRF中尺度气象模型+CALMET局地气象模型，集成技术模拟福建省、福州市及重点区块的大气流场特征；制图工具：grads、surfer、Arcgis分析要素：重点分析风向、风速两个气象要素，风向反映大气污染的来源、输送过程及归宿整个流场；风速反映自然环境对污染物的自净能力，是度量环境自净能力的关键指标。（1）气象特征模拟—海峡西岸海峡西岸1、4、10月主要受东北气流主导，7月受西南风主导，全年盛行东北风，东北部对福州空气质量影响较大；由于山地影响，风速呈现自海洋向内陆迅速减少的趋势，空气资源（环境自净能力）随迅速减弱；福建省较多区域近地面平均风速小于1m/s，静风天气多，不利扩散。实时风场全年主导风场实时风速全年平均风速（2）气象特征模拟—福州市域年主导风向为东北风，10月风速最大；空间上，山谷、河谷地区风速较低，污染物容易聚集；主导东北风进入闽江口后，由于河谷的影响，有沿江向上游输送影响市区的趋势。（3）气象特征模拟—罗源湾罗源湾逐时风场罗源湾主导风场从大尺度气象特征来看，罗源湾处于福州市主导上风向，布局污染源对下游市区空气质量有一定影响；但从罗源湾局部气象特征来看，受特殊地形影响，大气流场存在显著的内循环特征，不利于污染物扩散，易形成局地污染。（4）气象特征模拟—闽江口和市区闽江口逐时风场闽江口主导风场闽江口是福州市主要通风口，闽江口（琅岐岛）、沿江地区的开发将对市区空气质量造成显著影响，不宜建设重污染企业；来自陆地的主导东北风进入市区之前，由于北部山区的的影响转为正北风进入市中心，因此市区北部同样不宜建设污染项目。2.2敏感区识别—布局敏感性3km等间距虚拟点源（合计1608个）用于测试源头敏感性及自然聚集特征布局敏感性：网格内单位污染物排放对城市（监测点等受体）空气质量的影响强度；模型选取：CALPUFF模拟范围：福州市域分辨率：3km×3km模拟时段：2010年1月、4月、7月、10月模拟污染物：稳态气态污染物2.2敏感区识别—布局敏感性2.2敏感区识别—聚集敏感性聚集敏感性：模拟市域范围各网格内污染物同时、均匀排放下的浓度扩散，污染物浓度越高，则污染物易在该地区聚集，即聚集敏感性越大。模型选取：CALPUFF空间分辨率：3km×3km模拟范围：福州市域模拟时段：2010年1月、4月、7月、10月2.2敏感区识别—聚集敏感性2.2敏感区识别—受体敏感性受体敏感区：基于人口密度、大气环境一级功能对大气环境受体的敏感性进行识别和划分，保证敏感环境受体（如人等）的安全。2.3大气环境红线体系构建—三要素空间融合区划领域红线区黄线区蓝线区绿线区区划面积（km2）840135025927186占全市面积比（%）7112060大气环境红线体系区划基于技术的大气环境红线，需结合自然地理、行政区划等进行空间整合，以便空间落地；分类管理：针对红线、黄线、蓝线及绿线区提出差异化管理要求。A值-通风系数模拟•模拟区域的三维逐时流场和混合层高度•模拟通风系数、A值及其空间格局环境容量测算•A值法测算福州市SO2、NOx、PM10环境容量•估算福州市最大允许煤耗量3、大气环境容量测算与承载力分析3.1核定方法容量测算因子：SO2、NOx、PM10容量测算方法：见如下公式VE为通风系数，m2/s；U为混合层内平均风速，m/s；Hi为混合层高度，m。基于WRF-CALMET模型测算的1km分辨率通风系数；采用A值法测算二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物三项污染物在1、4、7、10四个典型月份以及全年的最大允许排放量；分析三种大气污染物环境容量的空间格局。3.2通风系数模拟平均风速平均混合层高度平均通风系数，基本可等价于空气质量资源3.3环境容量—二氧化硫二氧化硫环境容量分布图二氧化硫环境容量3.3环境容量—氮氧化物氮氧化物环境容量分布图氮氧化物环境容量3.3环境容量—可吸入颗粒物可吸入颗粒物环境容量分布图可吸入颗粒物环境容量3.3环境容量核定结果污染物二氧化硫氮氧化物可吸入颗粒物容量（万吨）41229整个市域范围来看，东南部沿海地区容量较大，至西北部逐渐变小；从不同地形