大气环境容量核算在城市大气污染控制规划中的应用研究

中国环境学会  2011年 03月31日


  陈金毅 海婷婷 李念 李宛怡 李薇 (武汉工程大学环境与城市建设学院 湖北武汉 430073)


  摘要:大气环境容量核算是城市大气污染控制规划中的重要内容,本文通过计算大气环境容量所得的相关数据,进一步论证了大气环境容量 核算在城市大气污染控制规划中的广泛应用,并从多角度深入探讨了确定大气环境容量为区域大气环境质量评价指标的具体实施中所发挥的不可或缺的作用,同时为了使大气环境容量核算在城市大气污染控制规划中得到更好更全面的应用,提出了在城市发展模式中增添详细的大气环境功能区划和针对不同的大气污染物规定不同的空气质量评价指标的建议。
  关键词:大气环境容量;城市大气污染控制规划;允排量;空气污染指数(API)


  前言


  随着社会、经济的快速发展,城市生态环境问题越来越突出,为实现人与自然、人与社会的和谐统一,生态园林城市与山水园林城市[1]正成为城市建设和发展的新方向。而生态环境建设规划是实现生态园林城市与山水园林城市建设目标的重要保障。目前,我国已开展了全范围内的水环境容量核算,在水污染控制规划方面取得了较大进展,但对大气环境容量核算及大气污染控制方面的研究还有待进一步深入和完善。特别是目前我国的大气环境质量公报及在生态园林城市与山水园林城市建设标准中均采用空气污染指数(API)的达标天数作为唯一指标来衡量,不利于具体指导城市大气污染控制规划的实施,仅仅只依靠API指标也不能综合反映大气环境污染治理状况。因此,从大气环境容量核算出发,研究其在大气污染控制规划和实现城市建设与发展目标中的作用具有重要意义。


  大气环境容量


  大气环境容量是指在满足一定的环境质量要求的前提下,区域所能允许的污染物的最大排放率(单位时间内某污染物的排放量)[2]。确定大气环境体系中环境容量的大小可以在大气污染控制规划中发挥重要的作用,不仅可以指导环境污染治理中实现大气污染物总量控制的目标,为制定区域大气环境质量标准提供重要的依据,还可以根据环境体系的实际情况,合理利用大气环境容量资源,是促进社会经济的可持续发展和实现“三效益”协调发展的重要途径[3]。


  大气环境容量核算实例


  目前城市开发区大气环境容量的计算方法较少,最为常用的是A-P值法[4],即按照国家标准《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T3840-91)[5] 提出的总量控制区排放总量限值计算公式,根据算出的排放量限值及大气环境质量现状的本底情况,确定该区域可容许的排放量。
  现以某城市为例,该城市总体规划面积约56.803km2,分为8个工业区,分别命为A、B、C、D、E、F、G、H,其中B工业区有野生植物保护区,属于环境质量一类区,而其他工业区按照该市《环境保护“十一五”规划纲要》属于环境质量二类区。
  根据国家标准(GB/T3804-91)中的区域划分,该市的A值范围为3.6-4.9,根据国家环境保护总局要求,环境空气中污染物浓度达标率应控制在90%确定A值,则A=Amin+(Amax-Amin)×0.1,确定A值为3.73。并以SO2为例计算了2008年该市大气环境容量以及根据实际排放情况所得的削减率,具体结果见表1
  表1 2008年该市大气环境容量以及根据实际排放情况所得的削减率

地区

面积

(km2)

SO2 (t/a)

允排量

排放量

削减率

该城市控制区

A工业区

23.710

0.587

0.346

-

B工业区

16.640

0.082

0.243

66.3%

C工业区

3.141

0.078

0.046

-

D工业区

0.893

0.022

0.013

-

E工业区

5.954

0.147

0.087

-

F工业区

2.552

0.063

0.038

-

G工业区

1.481

0.037

0.021

-

H工业区

2.432

0.060

0.035

-

合计

56.803

1.076

0.830

 

一类区标准(mg/m3

 

0.02

二类区标准(mg/m3

 

0.06

背景浓度(mg/m3

 

0.01

 

 

  大气环境容量在大气污染控制规划中的应用


  4.1 对实现大气污染控制目标的作用
  根据国家标准《制定大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T3840-91)提出的总量控制区排放总量限值计算公式,其中在确定各类规划区内污染物排放总量控制系数时需要用下面的公式。                                                    
  根据上面的计算,我们得到B工业区削减率需达到66.3%,这样通过执行削减率就能实现大气污染控制目标,由此可见,大气环境容量核算能够很明确的实现控制目标。


  4.2 对实施区域大气环境质量评价指标的作用
  根据《国家园林城市标准》[6]和《国家级生态园林城市标准(暂行)》[7]对城市大气环境指标的规定,在大气污染控制方面仅仅只有一项指标,即空气污染指数(API)(见表2)。在这项大气环境质量评价指标的具体实施过程中,大气环境容量核算都发挥了重要作用。
  表2 山水园林城市或生态园林城市大气环境质量标准

园林城市标准

在大气污染控制方面的规定(API

山水园林城市标准

城市大气污染指数小于100的天数每年达到240天以上

生态园林城市标准

空气污染指数小于等于100的天数每年达到300天以上

  注:API 100对应的污染物浓度为国家空气质量日均值二级标准


  4.2.1 为API指标的实现提供支撑
  国家山水园林城市标准和生态园林城市标准仅仅以API的达标天数(达到《环境空气质量标准》二级标准的天数)为指标,而大气污染控制规划中对大气环境质量的要求是要全面达到《环境空气质量标准》二级以上标准,大气环境容量核算是严格按照国家《环境空气质量标准》二级以上标准计算的,并且对于某些特定功能区要求达到环境空气质量一级标准,与国家山水园林城市标准和生态园林城市标准相比较更为严格,也为顺利实现API指数达标提供了具体可行的指标。


  4.2.2 弥补API的不足之处
  在大气环境质量公报中,大气环境质量评价指标API能够发挥较好的作用[8],但是在大气污染控制规划中就存在许多不足之处,需要大气环境容量核算来加以完善。
  首先,若按照国家园林城市中的指标来确定大气环境容量,即普遍按照国家《环境空气质量标准》二级标准,那么,所计算的2008年该市大气环境容量以及根据实际排放情况所得的削减率见表3:
  表3 按照国家《环境空气质量标准》二级标准计算的大气环境容量

地区

面积

(km2)

SO2 (t/a)

允排量

排放量

削减率

该城市控制区

A工业区

23.710

0.587

0.346

-

B工业区

16.640

0.412

0.243

-

C工业区

3.141

0.078

0.046

-

D工业区

0.893

0.022

0.013

-

E工业区

5.954

0.147

0.087

-

F工业区

2.552

0.063

0.038

-

G工业区

1.481

0.037

0.021

-

H工业区

2.432

0.060

0.035

-

合计

56.803

1.406

0.830

 

二类区标准(mg/m3

 

0.06

背景浓度(mg/m3

 

0.01

  在此情况下所得的该市实际SO2排放量均在允许范围内,而B工业区实际上有野生植物保护区,应按环境质量一类区来计算大气环境容量。由此可见,API在大气污染控制规划中存在一定的片面性,由于该市的各规划区有不同的环境质量区划,仅仅只依靠API指标不能综合反映大气环境污染治理状况。通过对比表1与表3,可知大气环境容量的计算在根据不同区域的环境质量功能区划,给出了定量的允许排放量和总量控制的一些量化的数据和指标,从而弥补了API的不足,因此,在城市化发展的过程中不能仅仅以API作为指标,而应该通过大气环境容量核算给出明确的方向和限度,从而正确反映大气环境污染治理目标。
  其次,国家山水园林城市和生态园林城市均以空气污染指数API作为标准,但是大气污染控制规划中对于城市大气污染指数小于100的天数的要求却很难把握和控制,在此,大气环境容量起到了量化的作用,明确规定了削减目标。另一方面,国家山水园林城市和生态园林城市有着不同的发展目标,在大气污染控制规划方面,这种差异性(对于城市大气污染指数小于100的天数要求不同)却无法得到很好的体现,而大气环境容量核算却可以根据详细的功能区划而确定出不同的削减目标,从而通过比较不同的削减目标明确不同城市的规划发展目标。
  另外,大气环境容量核算是针对不同污染物执行环境质量标准限值的不同所确定的大气环境容量,仍以该市为例,2008年该市不同工业区SO2,PM10,NO2的大气环境容量见表4,可以看出,大气环境容量核算能够得到各个污染物不同的允排量,相应体现不同的污染治理目标。而API却无法体现这一点,空气污染指数是根据某一污染物的浓度求得该污染物的API分指数I,然后在各分指数中选取其中的最大值作为全市的API[9]。例如,若城市首要污染物为PM10,那么其他两种污染物的污染状况就无法得到体现,进而就无法进一步确定污染治理目标。大气环境容量核算恰好能弥补这一点,从而在大气污染控制规划中全面准确的体现各污染物的治理目标。
  表4  2008年该市SO2,PM10,NO2的大气环境容量

地区

SO2

(t/a)

PM10

(t/a)

NO2

(t/a)

该城市控制区

A工业区

0.587

1.877

0.235

B工业区

0.082

0.329

0.165

C工业区

0.078

0.249

0.031

D工业区

0.022

0.071

0.009

E工业区

0.147

0.471

0.059

F工业区

0.063

0.202

0.025

G工业区

0.037

0.117

0.015

H工业区

0.060

0.193

0.024

合计

1.076

3.510

0.563

一类区标准(mg/m3

0.02

0.08

0.04

二类区标准(mg/m3

0.06

0.20

0.04

背景浓度(mg/m3

0.01

0.04

0.02

 

  结论和建议


  大气环境容量核算在城市大气污染控制规划中的有着广泛的应用,不仅可以指导环境污染治理中实现大气污染物总量控制的目标,为制定区域大气环境质量标准提供了重要的依据,而且在区域大气环境质量评价指标的具体实施中发挥了重要的作用,包括为API指标的实现提供支撑、弥补API的许多不足之处等。根据以上分析,我们提出如下建议:
  在城市发展模式中增添详细的大气环境功能区划的建议。因为不同城市发展模式下有不同的大气环境功能区划,可以通过对不同城市发展模式下的大气环境容量的计算来分别给出更清晰明确的选择依据,而不能仅仅给出一个无法控制和判断的API达标天数。
  在不同的城市发展目标模式下,针对不同的大气污染物,规定不同的空气质量评价指标。因为对于不同地区主要的大气污染物不同,有些地方可能SO2污染严重,而另一些地方可能PM10污染严重,这就需要我们制定不同污染物的大气环境质量指标,进而更加全面的计算大气污染物环境容量,进而在大气污染控制规划中发挥更加全面的作用。
   
  6. 参考文献
  [1] 周心琴,罗丽霞,任雪梅等.浅析生态园林城市的建设——以重庆市为例[J].重庆环境学报,2003,25(6):12-14.
  [2] 吕伟民.现实大气环境容量的确定方法及其应用—第四届全国环境化学学术大会论文集[C]. 2007:10-11.
  [3] Liu Congqing, et al. Strategic management of environmental and socio-economic issue[M].Guiyang Guizhou Science and Technology Publishing House 2003.
  [4] 国家环境保护局,中国环境科学研究院. 城市大气总量控制手册[M].北京:中国环境科学出版社,1991:3-41.
  [5] GB/T3840-91,制定地方大气污染物排放标准的技术方法[S].1991.
  [6] 国家园林城市标准. 建城[2000]106号
  [7] 国家生态园林城市标准(暂行). 中华人民共和国建设部. 2004, 6, 15
  [8]平志诚.关于城市空气质量周报中几个技术问题的探讨[J].中国环境监测,2000,16(5):56-57.
  [9] 陶志华,秦浙新,韩梁钧.空气污染指数模式的改进[J].环境保护科学,2006,32(1):14-16
   
     基金项目:武汉市软科学计划研究项目资助

 
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