大气环境容量核算的经验

大气环境容量核算的经验潘向忠副主任PANXiang-zhongVice-DirectorHangzhouAcademyofEnvironmentalScienceHangzhouEnvironmentalProtectionBureauNov22,2004Sanya,P.R.ChinaTheExperienceonAtmosphericEnvironmentalCapacityComputationTheExperienceonAtmosphericEnvironmentalCapacityComputation内容提要OUTLINE™引言¾第一部分基本概念(FundamentalConceptions)¾第二部分大气环境容量计算方法(MethodsinComputingtheAtmosphericEnvironmentalCapacity)ƒ（1）基本思路(TheRoutine)ƒ（2）基础工作(TheFundamentalWork)¾第三部分数学模型(TheMathematicModels)¾第四部分案例分析(TheAnalysisoftheCases)¾第五部分结语(Conclusions)™致谢引言¾杭州市地处浙江省西北部，全市国土面积16596km2，其中市区3068km2，是长江三角洲南翼重要中心城市和浙江省会，是浙江省政治、经济、文化中心。¾杭州市于2002年10月开展污染物排放总量控制试点工作。根据杭州市实际情况，确定大气环境容量计算污染因子为SO2、NOx、PM10和烟尘。市区采用ADMS-Urban大气扩散模型(AtmosphericDispersionModellingSystem)、APWB基础平权模型(APWBbasic&equalrightmodel)和LINGO线性规划模型(linearprogrammingmodelofemissionoptimization)计算大气环境容量，并用A-P值法进行了校核；所辖五县（市）采用A-P值法进行大气环境容量计算。在此基础上，提出了污染物削减和排污权交易思路，全面完成了杭州市大气环境容量计算和总量分配工作。引言¾大气环境容量计算是容量总量控制的基础，它不仅有利于对现有污染源的控制和削减，而且有利于合理布局污染源的空间结构，促进经济、社会与环境的协调发展。¾国内大多采用比例削减、平方比例削减或简易线性规划等方法分配污染源允许排放量，存在不同程度的随机性、不公平性和不合理性。™(Inchina,mostresearchersapplytheisometriccuttingmethod,orsimplelinearplanningwaystoallocatethepermissiblewasteloadsofthepollutantresources.Thesemethodsexistsomerandomicity,unjustnessandirrationality.)¾鉴于此，笔者在前人研究基础上，提出了APW基础模型、B值平权模型和源强优化线性规划模型，对大气环境容量计算中“从浓度到容量”的技术关键作了初步探讨。™(Thus,theauthorpresentstheAPW–basicmodel、B-valueequalrightmodelandtheoptimizinglinearplanningmodelfortheresources,andmakeprimarystudyonthekeytechnique---fromconcentrationtocapacityfortheairenvironmentalcapacitycalculation.)第一部分基本概念¾1.1大气环境容量™大气环境容量(TheAtmosphereEnvironmentalCapacity)是指对于一定地区，根据其自然净化能力，在特定的污染源布局和结构下，为达到环境空气质量功能区划所规定的环境空气质量标准值，所允许的大气污染物昀大排放量。其影响因素主要有自然因素(naturalfactor)和社会因素(socialfactor)两个方面:ƒ自然因素包括污染气象条件(thepollutedweathercondition)、污染源强(airpollutionemission)、污染源与控制点的相对位置（即污染源布局(thelocationofthepollutantresource)）等;ƒ社会因素包括人们对计算区域环境空气质量的需求（控制标准(thecheckstandard)）和对特殊污染源的行政权重。THEFIRSTPARTFundamentalConceptions™浓度贡献量是指污染源排放的某种污染物在控制点上造成的浓度贡献值，它与污染源强、气象条件、源与控制点之间的距离等因素有关，简称浓度贡献。™浓度贡献率(contributionratio)是指第i个污染源对第j个控制点造成的浓度贡献量与所有源对第j个控制点造成的总浓度贡献量的比：（式1）式中：Cij—第i个污染源对第j个控制点造成的污染物浓度贡献量，g/m3；N—污染源个数。∑==NiijijijCCr1/¾1.2浓度贡献量和浓度贡献率¾1.3传递函数™传递函数(transferfunction)是指第i个污染源的某种污染物单位污染源强在第j个控制点上造成的浓度贡献量，它表征了在一定的气象和相互位置条件下污染源对控制点的影响。™第i个污染源对第j个控制点造成的污染物浓度贡献量可以表示为：（式2）式中：Qi—第i个污染源源强，g/s；fij—第i个污染源对第j个控制点的传递函数，s/m3。™第j个控制点的污染物浓度贡献量是由所有污染源共同作用造成的，可以表示为：（式3）ijiijfQC×=∑=iijijfQC™N个污染源分别对M个控制点的传递函数，即M行×N列传递函数矩阵。™传递函数矩阵是大气环境容量计算的基础，也是大气污染物总量控制的重要输入条件(theimportantinputcondition)。Q1QiQ2C11C1Ci1C21CjC2f11f21fijfi1…………污染源(pollutantsource)控制点(controlpoint)图一传递函数与控制点示意图¾1.4超标量与超标率™超标量(missed-standardquantity)是指污染源对控制点造成的污染物浓度贡献量超出控制标准的量，即：（式4）式中：—第j个控制点的污染物超标量，g/m3；—第j个控制点的污染物浓度控制标准，g/m3。™超标率(missed-standardrate)是指由第i个污染源造成对第j个控制点的超标量与第j个控制点的总超标量的比。（式5）sjjjCCC−=∆jijjCCR∆∆=jC∆sjC¾1.5削减量与削减率™削减量(cuttingquantity)是指污染源的污染物实际排放量过大，造成控制点超标，所应承担的排放量削减部分，记为。™削减率(cuttingrate)是指污染源的削减量与实际排放量的比，记为,即：（式6）Q∆0QQ∆=ηη¾1.6允许排放量™基础允许排放量(basicpermissibledischarge)是指采用APW模型计算得到的污染物允许排放量与按污染物排放标准计算得到允许排放量中的较小者，基础允许排放量是平权和优化的起点和基础。™平权允许排放量(equalrightpermissibledischarge)是指采用B值平权模型计算得到的污染物允许排放量。™优化允许排放量(optimalpermissibledischarge)是指采用线性优化模型计算得到的污染物允许排放量。™最终允许排放量(ultimatepermissibledischarge)是指根据杭州市实际情况，选定的上述平权允许排放量或优化允许排放量中的一种。™上述允许排放量所对应的削减量分别称为基础削减量、平权削减量、优化削减量和最终削减量。第二部分大气环境容量计算方法¾2.1基本思路™计算大气环境容量主要分三步：ƒ（1）基础工作(fundamentalwork)。ƒ（2）方法与模型选择(Thechoiceoftheresearchingmethodandthemodel)。ƒ（3）计算并验证成果(computingandvalidatetheresult)。™技术路线如图1所示。THESECONDPARTMethodsinComputingtheAtmosphericEnvironmentalCapacity图二大气环境容量计算技术路线图确定污染因子（如SO2、NOx、PM10等）筛选模型多源扩散模型气象参数收集整理污染源数据收集整理大气环境质量现状数据收集整理传递函数（M×N矩阵）基础平权模型（APWB程序）线性规划模型（LINGO软件）控制目标大气环境容量1大气环境容量2大气环境容量比较分析A-P值模型大气环境容量3校验相关参数选取污染源数据收集整理容量成果模拟验证分析¾2.2基础工作™2.2.1环境空气质量功能区划分(Thepartitiontothefunctionalregionsoftheenvironmentalairquality)•是容量计算的前提，在容量计算前需明确容量计算区域功能区类别及其分布情况，以确定各功能区的环境空气质量标准（即控制标准）。™2.2.2现状环境空气质量评价(assessment)•根据环境空气质量监测数据，对照对应功能区的环境空气质量标准，按照时、空分布评价区域大气环境质量，分析年度变化发展趋势。为控制区的确定、控制点的选择和清洁对照点的选取奠定基础。¾2.2基础工作™2.2.3控制区确定并网格化(Theestablishmentofthecontrollingregionandmeshing)•根据控制区环境空气质量功能区划、污染源空间分布、常规监测点位布置情况，结合区域现状和发展规划功能要求，确定控制区范围。•选取控制区电子地图，确定坐标投影（该电子地图是数字模拟的基础，坐标系统昀好与其它相关系统（如污染源系统等）统一，便于数据的导入与转换，并与多源扩散模型及后续浓度等值图绘制软件相匹配）。•根据控制区的范围，一般选取500m、1000m、2000m三个尺度之一作为基本网格长度，将控制区网格化，并注明网格坐标（中心点或四个角点），作为模型的数字计算基础。¾2.2基础工作™2.2.4控制点选择(choiceofthecontrolpoint)ƒ控制点是指判断控制区环境空气质量是否达标的代表点。控制点确定的基本原则如下：•（1）大气常规监测点。•（2）较高浓度点。•（3）敏感点或关心点。•（4）密度控制点。ƒ根据以上控制点确定原则，选择控制区内具有代表性的控制点共M个，并定位于电子地图，读出坐标。¾2.2基础工作™2.2.5污染气象分析与气象参数确定(theweatheranalysisforthepollutantandtheascertainfortheparameters)ƒ根据容量计算A-P模型或多源扩散模型等对气象参数的要求，收集气象资料，分析污染气象特征。ƒ按模型要求整理气象参数格式（如ADMS-城市大气扩散模型气象参数*.met文件：全年逐时地表温度（℃）、风速（m/s）、风向（º）、云盖度（oktas）等）。¾2.2基础工作™2.2.6清洁对照点确定(theascertainforthereferencedcleaningpoint)ƒ清洁对照点的选取目的是确定控制区本底浓度，ƒ它的合理选取与否，对控制区容量计算结果影响较大。ƒ一般根据控制区内法定清洁对照点选取。ƒ但若由于城市发展，目前的清洁对照点已经不能代表城市的本底浓度，则需要根据控制区及其周边环境的气象条件、污染状况或其它有关规定（如国家或地方有关部门规定、专家建议等）选取。¾2.2基础工作™2.2.7污染源调查(surveythepollutantsource)ƒ根据模型要求，并结合当地污染源实际情况确定污染源类别（点源、面源、线源）、源高﹝如设烟囱几何高度H＜25m(包括面源)为低源