大氣環(huán)境容量估算及污染物總量分配研究

戴先譜 雷武琴 吳輝 黃桂平 郭春

摘要：近年來，我國大氣環(huán)境質(zhì)量急速惡化，開展大氣環(huán)境容量核算及污染物總量分配研究工作，是落實(shí)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的必然要求。以沙洋縣官垱產(chǎn)業(yè)城為研究對(duì)象，通過A-P值法估算大氣環(huán)境容量，再綜合考慮研究區(qū)域內(nèi)污染源分布情況，調(diào)整后的SO2、NO2、PM10環(huán)境容量能滿足該產(chǎn)業(yè)城近期發(fā)展需求，將為后期的城市規(guī)劃和環(huán)境管理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大氣污染防治;大氣環(huán)境容量;總量分配;A-P值法

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-4657（2020）05-0088-04

0 引言

近年來，隨著全國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，石油、煤炭等化石能源消耗顯著增加，其燃燒產(chǎn)生的廢氣誘發(fā)全國大范圍的霧霾，惡劣的空氣質(zhì)量對(duì)人體健康產(chǎn)生較大危害[1-3]。頻發(fā)的大氣環(huán)境污染表明，人類社會(huì)對(duì)大氣環(huán)境的污染已超過大氣環(huán)境容量的最大限值，大氣中的各類污染物包括次生污染物已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大氣生態(tài)環(huán)境本身的自我凈化能力。在學(xué)習(xí)借鑒國外先進(jìn)的大氣污染防治經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我國正逐步推進(jìn)基于大氣環(huán)境容量的污染物總量控制這一污染治理方式[4]。

大氣環(huán)境容量是指以特定的某一地區(qū)為研究對(duì)象，在一定的污染源空間結(jié)構(gòu)下，根據(jù)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的自我凈化能力，為達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值，所允許的大氣污染物最大排放量[5]。大氣環(huán)境容量估算是污染物總量控制的基礎(chǔ)[6]，它既能對(duì)現(xiàn)有污染源進(jìn)行控制和消減，還能從空間結(jié)構(gòu)上指導(dǎo)污染源合理布局，最終促進(jìn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展[7]。

我國大氣環(huán)境容量核算方法主要有A-P值法、目標(biāo)函數(shù)法和模型模擬法三種，其中A-P值法具有簡(jiǎn)化區(qū)域氣象條件，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛[8]。本文通過A-P值法估算沙洋縣官垱產(chǎn)業(yè)城的大氣環(huán)境容量，在綜合考慮產(chǎn)業(yè)城區(qū)域內(nèi)污染源分布情況的基礎(chǔ)上，對(duì)排放總量進(jìn)行模擬分配，實(shí)現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)污染物排放總量控制。

1 研究對(duì)象

沙洋縣官垱產(chǎn)業(yè)城規(guī)劃面積約2.85 km2，本次研究以規(guī)劃建設(shè)用地的2.85 km2作為總量控制區(qū)?？偣卜?個(gè)控制區(qū)，各控制區(qū)面積如表1所示。研究區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別為SO2：0.06 mg/m3、NO2：0.04 mg/m3、PM10：0.07 mg/m3。

2 研究方法

大氣環(huán)境容量采用A-P值法進(jìn)行計(jì)算。A-P值法具有易操作、適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[9]，已成為當(dāng)前流行的區(qū)域大氣環(huán)境容量估算模型。

2.1 大氣環(huán)境容量估算方法[10]

2.1.1 各功能區(qū)的大氣環(huán)境容量模型方程

式中，Qaki為第i功能區(qū)某污染物年允許排放總量，單位104 t/a;A為地理區(qū)域性總量控制系數(shù)，單位104 km2/a;Cski為第i類功能區(qū)某種污染物環(huán)境空氣質(zhì)量目標(biāo)（年平均濃度），單位mg/m3;Cbki為第i類功能區(qū)某種污染物大氣環(huán)境背景濃度（年平均濃度），單位mg/m3;Si為第i類功能區(qū)面積，單位km2;S為總量控制區(qū)總面積，單位km2。

2.1.2 總量控制區(qū)污染物排放量限值模式

式中，Qak為總量控制區(qū)某種污染物年允許排放總量限值，單位104 t;Qaki為第i功能區(qū)某種污染物年允許排放總量限值，單位104 t;n為功能區(qū)總數(shù);i為總量控制區(qū)內(nèi)各功能分區(qū)的編號(hào);a為總量下標(biāo);k為某種污染物下標(biāo)。

2.1.3 各功能區(qū)低架源（排氣筒<30 m或無組織排放源）大氣污染物年排放總量限值計(jì)算

2.1.4 總量控制區(qū)內(nèi)低架源（幾何高度低于30 m的排氣筒排放或無組織排放源）大氣污染物年排放總量限值計(jì)算方法

式中，Qbk為總量控制區(qū)某種污染物年允許排放總量限值，單位104 t。

2.1.5 總量控制區(qū)內(nèi)點(diǎn)源（幾何高度大于等于30 m的排氣筒）污染物排放速率限值

式中，QPki為第i功能區(qū)內(nèi)某種污染物點(diǎn)源允許排放速率限值，單位t·h-1;Pki為第i功能區(qū)內(nèi)某種污染物點(diǎn)源排放控制系數(shù)，單位t·h-1·m-2;He為排氣筒有效高度，單位m。

2.1.6 點(diǎn)源排放控制系數(shù)確定

式中，βki為第i功能區(qū)某種污染物的點(diǎn)源調(diào)整系數(shù);βk為總量控制區(qū)內(nèi)某種污染物的點(diǎn)源調(diào)整系數(shù);Cki為規(guī)定的第功能區(qū)某種大氣污染物的日平均濃度限值，mg/m3;P為地理區(qū)域性點(diǎn)源排放控制系數(shù)，根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)所處地理位置確定。

2.1.7 各功能區(qū)點(diǎn)源調(diào)整系數(shù)計(jì)算

式中，βki為第i功能區(qū)某種污染物的點(diǎn)源調(diào)整系數(shù)（若βki>1，則取βki=1）;Qmki為第i功能區(qū)內(nèi)某種污染物所有中架點(diǎn)源（幾何高度大于或等于30 m、小于100 m的排氣筒）年允許排放的總量，單位104 t。

2.1.8 總量控制區(qū)點(diǎn)源調(diào)整系數(shù)計(jì)算

式中，βk為總量控制區(qū)內(nèi)某種污染物的點(diǎn)源調(diào)整系數(shù)（若βki>1，則取βk=1）;Qmk為第i功能區(qū)內(nèi)某種污染物所有中架點(diǎn)源年允許排放的總量，單位104 t;Qhk為第i功能區(qū)內(nèi)某種污染物所有高架點(diǎn)源（幾何高度大于等于100 m的排氣筒）年允許排放的總量，單位104 t。

2.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)我國總量控制系數(shù)A、點(diǎn)源控制系數(shù)P、低源分擔(dān)率α系數(shù)表，經(jīng)查詢，湖北省總量控制系數(shù)A為3.5～4.9，低源分擔(dān)率α為0.25，點(diǎn)源控制系數(shù)P值范圍分別為50～100、50～150[10]。本次研究系數(shù)A取值4.25，系數(shù)α為0.25，總量控制區(qū)和非總量控制區(qū)P分別為62、75。

2.3 污染物背景值

核算大氣環(huán)境容量時(shí)須考慮污染物背景值的疊加影響。按照《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》（HJ2.2-2018）中有關(guān)規(guī)定，將區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取的日均濃度換算成年均濃度作為背景值，換算成年均濃度后的結(jié)果見表2。

3 結(jié)果與分析

3.1 大氣環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述公式及相應(yīng)計(jì)算參數(shù)，估算出研究區(qū)域的大氣環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果見表3。

3.2 污染物排放總量分配

按照大氣環(huán)境容量的定義，區(qū)域污染源排放的大氣污染物總量不得超過自身的最大環(huán)境容量[8-9]。因此，9個(gè)控制區(qū)大氣污染物排放總量必須依據(jù)其排放總量限值進(jìn)行調(diào)整和分配。按照區(qū)域環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)不變的原則，類比同類產(chǎn)業(yè)園區(qū)[11]，建議總量調(diào)整和分配的系數(shù)如下：

（1）綠化與廣場(chǎng)用地、水域等控制區(qū)大氣污染物排放量調(diào)整系數(shù)為1/3;

（2）道路與交通設(shè)施用地、物流倉儲(chǔ)用地、公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地等控制區(qū)的大氣污染物排放量調(diào)整系數(shù)為1/3;

（3）居住區(qū)、商服用地等控制區(qū)的大氣污染物排放量調(diào)整系數(shù)為1/4;

按上述系數(shù)調(diào)整后的大氣環(huán)境容量按面積在其它區(qū)域進(jìn)行等比例分配，調(diào)整后的大氣污染物環(huán)境容量見表4。

4 結(jié)語

經(jīng)計(jì)算，調(diào)整后的SO2、NO2、PM10的環(huán)境容量將為后期的城市規(guī)劃和環(huán)境管理提供依據(jù)，能滿足該產(chǎn)業(yè)城近期發(fā)展需求。

由于大氣環(huán)境容量受到諸多因素的影響，包括大氣環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)劃分、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、污染物的擴(kuò)散速度、點(diǎn)源的污染貢獻(xiàn)等，建議：（1）建立區(qū)域內(nèi)污染源排放清單，摸清污染源空間分布，優(yōu)化工業(yè)布局和經(jīng)濟(jì)能源結(jié)構(gòu)，在保證實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目前下，優(yōu)先發(fā)展資源輸出少，排污量小的項(xiàng)目;（2）加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車管理，嚴(yán)格執(zhí)行尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，減少移動(dòng)源污染，加大移動(dòng)源總量控制，科學(xué)合理協(xié)調(diào)交通信號(hào)系統(tǒng)，最大限度地降低移動(dòng)源尾氣排放;（3）做好城市綠化，降低面源和低架源對(duì)大氣環(huán)境的污染，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)工業(yè)污染源大氣污染物的治理。

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